Nghiên cứu tổng hợp nhựa epoxy microemulsion ứng dụng làm chất sơn phủ cho kim loại và bê tông

i Ðại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ THỊ NHÃ UYÊN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HỆ EPOXY MICROEMULSION ỨNG DỤNG LÀM CHẤT SƠN PHỦ CHO KIM LOẠI VÀ BÊTƠNG Chun ngành: Cơng nghệ vật liệu cao phân tử tổ hợp Mã số ngành: 60.52.94 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2009 ii CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: GS.TS Nguyễn Hữu Niếu Cán chấm nhận xét 1: …………………………………………………… Cán chấm nhận xét 2: …………………………………………………… Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Ngày tháng năm 2010 iii TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày 19 tháng 01 năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Võ Thị Nhã Uyên Phái: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 20/11/1984 Nơi sinh: Quảng Ngãi Chuyên ngành: Công nghệ vật liệu cao phân tử tổ hợp MSHV: 00307419 I- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tổng hợp hệ epoxy microemulsion ứng dụng làm chất sơn phủ cho kim loại bêtơng II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: • Khảo sát thơng số ảnh hưởng đến quy trình tổng hợp hệ epoxy microemulsion • Khảo sát q trình đóng rắn hệ epoxy microemulsion kim loại bêtơng • Khảo sát độ bền màng sơn môi trường III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/01/2009 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 31/12/2009 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: GS.TS Nguyễn Hữu Niếu CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH GS.TS Nguyễn Hữu Niếu Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội đồng chuyên ngành thơng qua TRƯỞNG PHỊNG ĐT – SĐH Ngày … Tháng … năm …… TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH iv LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin gởi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến thầy GS.TS Nguyễn Hữu Niếu, người hướng dẫn giúp đỡ em tận tình thời gian thực đề tài Xin chân thành cảm ơn thầy ThS Nguyễn Hoàng Dương trực tiếp hướng dẫn giúp đỡ em nhiều trình thực đề tài Em chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Đắc Thành, cô TS La Thị Thái Hà, anh chị cán Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia Vật liệu Polymer Composite tạo điều kiện thuận lợi cho em q trình thực luận văn Cơng trình hồn thành chờ đón, động viên chia sẻ ba mẹ, anh, chị, thầy cô giáo cũ, người đồng môn người bạn Cám ơn người bên lúc Xin chân thành cảm ơn tất người góp phần tơi làm nên luận văn TP HCM, tháng 12/2009 Võ Thị Nhã Uyên v TÓM TẮT LUẬN VĂN Hệ epoxy microemulsion hệ nhũ tương nhựa epoxy phân tán nước có kích thước hạt nh khong 0,01 ữ 0,1àm H nh tng ny hình thành phân tán nhựa epoxy lỏng vào hỗn hợp chất nhũ hóa (muối epoxy amin-adduct) nước Q trình đóng rắn hệ dựa phản ứng hồi phục nhóm amin muối epoxy amin-adduct tác dụng nhiệt độ cao môi trường kiềm Với đặc điểm đặc trưng như: sử dụng chất đóng rắn adduct lập, kích thước hạt nhỏ, tương thích với mơi trường ẩm ướt, hệ epoxy microemulsion cho màng sơn có cấu trúc đóng rắn chặt chẽ, khơng độc hại q trình sử dụng, thích hợp để sơn lên mặt lon đồ hộp kim loại ứng dụng công nghiệp thực phẩm sơn bêtông, đặc biệt cho bề mặt bêtông ẩm ướt Đề tài xây dựng quy trình tổng hợp hệ epoxy microemulsion, xác định thông số q trình đóng rắn hệ nhũ kim loại bêtông, đánh giá độ bền màng sơn mơi trường Ca(OH)2 bão hịa, nước, NaCl 10%, HCl 3% Kết thu hệ nhũ tương có kích thc ht trung bỡnh khong 0,0693 ữ 0,1àm Mng sn kim loại phẳng, bóng, tính cao, khơng bị trương giảm tính mơi trường Màng sơn bêtơng có tính cao, có khả đóng rắn điều kiện khơ ẩm ướt vi ABSTRACT The epoxy microemulsion system is the emulsion system of aqueous epoxy resin dispersion and the emulsion particle size is from 0,01 ữ 0,1àm This emulsion system was formed when dispersing the liquid epoxy resin into the mix of emulsifiers (epoxy amine-adduct) and water The curing of emulsion system is based on the recovery reaction of amine groups with epoxy amine-adduct caused by high temporary or base environment With some special characteristics such as: using isolated curing agent adduct, small grain size, compatible with wet environment, the epoxy microemulsion system used for coating has a closely cured structure, non-toxic in using, suitable for painting the inside surface of metal cans applied in food industry and paint on concrete, especially for wet concrete surface This research has established synthetic process of epoxy microemulsion system, determined parameters of curing the emulsion system on metal and on concrete, estimated the the strength of coating film in saturated Ca(OH)2, water, NaCl 10%, HCl 3% As the result, we obtain the emulsion system with average grain size about 0,0693 ÷ 0,1µm The coating films on metal are flat, polished, high mechanical properties, almost not be swelled but the mechanical properties is reduced in those environments The coating film on concrete has high mechanical properties, can be cured in both dry and wet environments vii MỤC LỤC Trang NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT LUẬN VĂN v MỤC LỤC vii DANH SÁCH HÌNH VẼ xi DANH SÁCH BẢNG BIỂU xv MỞ ĐẦU PHẦN I: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ SƠN NƯỚC EPOXY 1.1 Các hệ sơn nước 1.2 Hệ phân tán nhựa epoxy nước 1.3 Ứng dụng hệ phân tán nhựa epoxy nước 1.4 Ưu nhược điểm hệ sơn nước epoxy 1.4.1 Ưu điểm 1.4.2 Nhược điểm 1.5 Tình hình nghiên cứu đề tài CHƯƠNG 2: NHỰA EPOXY 2.1 Giới thiệu nhựa epoxy 2.2 Tính chất nhựa epoxy 2.2.1 Lý tính 2.2.2 Hóa tính 10 2.3 Đóng rắn nhựa epoxy 12 viii 2.3.1 Đóng rắn amin bậc amin bậc 13 2.3.2 Đóng rắn amin bậc 14 2.3.3 Đóng rắn amin vịng 14 2.3.4 Đóng rắn amin thơm 15 2.3.5 Đóng rắn adduct 16 2.4 Ứng dụng nhựa epoxy 19 2.4.1 Keo dán 19 2.4.2 Composite đúc tẩm 20 2.4.3 Sơn, vecni 20 CHƯƠNG 3: HỆ NHŨ TƯƠNG 21 3.1 Chất hoạt động bề mặt 21 3.1.1 Sức căng bề mặt 21 3.1.2 Chất hoạt động bề mặt 22 3.2 Nhũ tương 28 3.2.1 Khái niệm nhũ tương 28 3.2.2 Phân loại nhũ tương 28 3.2.3 Sự hình thành nhũ tương 33 3.2.4 Các tương phá ổn định nhũ tương 35 CHƯƠNG 4: PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP HỆ EPOXY MICROEMULSION 42 4.1 Giai đoạn 1: Tổng hợp adduct 42 4.2 Giai đoạn 2: Tạo muối 44 4.3 Giai đoạn 3: Tạo nhũ 45 4.4 Ứng dụng hệ epoxy microemulsion làm chất sơn phủ kim loại bêtơng 46 4.4.1 Cơ chế đóng rắn màng sơn kim loại 46 4.4.2 Cơ chế đóng rắn màng sơn bêtông 47 PHẦN II: THỰC NGHIỆM 50 CHƯƠNG 5: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 51 5.1 Nội dung nghiên cứu 51 5.2 Phương pháp nghiên cứu 51 ix 5.2.1 Nguyên liệu 51 5.2.2 Quy trình tổng hợp hệ epoxy microemulsion 54 5.2.3 Khảo sát thơng số ảnh hưởng đến quy trình tổng hợp hệ epoxy microemulsion 58 5.2.4 Khảo sát q trình đóng rắn hệ epoxy microsmulsion kim loại 63 5.2.5 Khảo sát trình đóng rắn hệ epoxy microemulsion bêtơng 64 5.2.6 Khảo sát độ bền môi trường màng sơn 65 5.3 Phương pháp đánh giá 66 5.3.1 Xác định số axit 66 5.3.2 Xác định pH 67 5.3.3 Xác định hàm lượng rắn 67 5.3.4 Xác định thời gian khô 68 5.3.5 Xác định độ nhớt 68 5.3.6 Xác định khối lượng phân tử 69 5.3.7 Xác định kích thước hạt 70 5.3.8 Xác định nhiệt vi sai DSC 72 5.3.9 Đo bề dày màng 73 5.3.10 Đo độ bám dính 74 5.3.11 Đo độ bền uốn 75 5.3.12 Đo độ bền va đập 76 5.3.13 Đo độ cứng bút chì 78 PHẦN III: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 79 CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 80 6.1 Khảo sát quy trình tổng hợp hệ epoxy microemulsion 80 6.1.1 Khảo sát giai đoạn 1: Tổng hợp adduct 80 6.1.2 Khảo sát giai đoạn 2: Tạo muối 90 6.1.3 Khảo sát giai đoạn 3: Tạo nhũ 98 6.2 Khảo sát q trình đóng rắn hệ epoxy microemulsion kim loại 105 6.2.1 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng dung dịch DER 331 đến q trình đóng rắn 105 6.2.2 Khảo sát nhiệt độ đóng rắn 107 6.2.3 Khảo sát thời gian đóng rắn 109 6.3 Khảo sát q trình đóng rắn hệ epoxy microemulsion bêtông 111 x 6.3.1 Khảo sát q trình đóng rắn bêtơng ướt 112 6.3.2 Khảo sát trình đóng rắn bêtơng khơ 113 6.4 Khảo sát độ bền môi trường màng sơn 116 PHẦN IV: KẾT LUẬN 118 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN 119 7.1 Kết luận chung 119 7.2 Đề xuất hướng nghiên cứu 121 TÀI LIỆU THAM KHẢO 122 PHỤ LỤC 125 Cirrus GPC Sample Injection Report Generated by: LAMDONGANH Saturday, October 24, 2009 11:12 AM Workbook: C:\Cirrus Workbooks\OLIGOPORE-012-60\OLIGOPORE-012-60.plw Sample Details Sample Name: A9 Acquired: 10/17/2009 2:30:56 PM By Analyst: LAMDONGANH Concentration: 0.10 Injection Volume: 40ul Analysis Using Method: OLIGOMER-ETHYLENE GLYCOL MW Averages Peak No Mp 4016 Processed Peaks Peak No Name Mn 2000 Start RT (mins) 6.86 Mw 3664 Mz 5458 Max RT (mins) 8.89 Mz+1 7002 End RT (mins) 12.32 Mv 3406 Batch Name: UYEN Alpha of Sample: 0.7000 PD 1.832 Pk Height (mV) 134.552 % Height 100 Area (mV.secs) 22276.5 %Area 100 Cirrus GPC Sample Injection Report Generated by: LAMDONGANH Saturday, October 24, 2009 11:13 AM Workbook: C:\Cirrus Workbooks\OLIGOPORE-012-60\OLIGOPORE-012-60.plw Sample Details Sample Name: A10 Acquired: 10/17/2009 2:40:56 PM By Analyst: LAMDONGANH Concentration: 0.10 Injection Volume: 40ul Analysis Using Method: OLIGOMER-ETHYLENE GLYCOL MW Averages Peak No Mp 4064 Processed Peaks Peak No Name Mn 2009 Start RT (mins) 6.84 Mw 3684 Mz 5483 Max RT (mins) 8.87 Mz+1 7030 End RT (mins) 12.32 Mv 3425 Batch Name: UYEN Alpha of Sample: 0.7000 PD 1.83375 Pk Height (mV) 138.037 % Height 100 Area (mV.secs) 22733.5 %Area 100 Cirrus GPC Sample Injection Report Generated by: LAMDONGANH Tuesday, November 24, 2009 9:13 AM Workbook: C:\Cirrus Workbooks\OLIGOPORE-012-60\OLIGOPORE-012-60.plw Sample Details Sample Name: T55 Acquired: 11/18/2009 11:14:42 AM By Analyst: LAMDONGANH Concentration: 0.10 Injection Volume: 40ul Analysis Using Method: OLIGOMER-ETHYLENE GLYCOL MW Averages Peak No Mp 3671 Processed Peaks Peak No Name Mn 1956 Start RT (mins) 6.98 Mw 3507 Mz 5222 Max RT (mins) 9.02 Mz+1 6740 End RT (mins) 12.31 Mv 3263 Batch Name: UYEN Alpha of Sample: 0.7000 PD 1.79294 Pk Height (mV) 119.028 % Height Area (mV.secs) 19634.6 %Area 100 Cirrus GPC Sample Injection Report Generated by: LAMDONGANH Tuesday, November 24, 2009 9:14 AM Workbook: C:\Cirrus Workbooks\OLIGOPORE-012-60\OLIGOPORE-012-60.plw Sample Details Sample Name: T75 Acquired: 11/18/2009 11:21:47 AM By Analyst: LAMDONGANH Concentration: 0.10 Injection Volume: 40ul Analysis Using Method: OLIGOMER-ETHYLENE GLYCOL MW Averages Peak No Mp 4261 Processed Peaks Peak No Name Mn 2038 Start RT (mins) 6.82 Mw 3847 Mz 5686 Max RT (mins) 8.81 Mz+1 7250 End RT (mins) 12.42 Mv 3577 Batch Name: UYEN Alpha of Sample: 0.7000 PD 1.88763 Pk Height (mV) 227 % Height Area (mV.secs) 35771.6 %Area 100 Cirrus GPC Sample Injection Report Generated by: LAMDONGANH Wednesday, December 09, 2009 5:28 AM Workbook: C:\Cirrus Workbooks\OLIGOPORE-012-60\OLIGOPORE-012-60.plw Sample Details Sample Name: H1 Acquired: 12/09/2009 3:39:09 AM By Analyst: LAMDONGANH Concentration: 0.10 Injection Volume: 40ul Analysis Using Method: OLIGOMER-ETHYLENE GLYCOL MW Averages Peak No Mp 3750 Processed Peaks Peak No Name Mn 1976 Start RT (mins) 6.96 Mw 3583 Mz 5344 Max RT (mins) 8.99 Mz+1 6891 End RT (mins) 12.35 Mv 3332 Batch Name: UYEN Alpha of Sample: 0.7000 PD 1.81326 Pk Height (mV) 116.863 % Height Area (mV.secs) 19310.2 %Area 100 Cirrus GPC Sample Injection Report Generated by: LAMDONGANH Wednesday, December 09, 2009 5:29 AM Workbook: C:\Cirrus Workbooks\OLIGOPORE-012-60\OLIGOPORE-012-60.plw Sample Details Sample Name: H1.5 Acquired: 12/09/2009 3:49:03 AM By Analyst: LAMDONGANH Concentration: 0.10 Injection Volume: 40ul Analysis Using Method: OLIGOMER-ETHYLENE GLYCOL MW Averages Peak No Mp 3794 Processed Peaks Peak No Name Mn 1982 Start RT (mins) 6.96 Mw 3583 Mz 5317 Max RT (mins) 8.97 Mz+1 6840 End RT (mins) 12.37 Mv 3335 Batch Name: UYEN Alpha of Sample: 0.7000 PD 1.80777 Pk Height (mV) 122.488 % Height Area (mV.secs) 20056 %Area 100 Cirrus GPC Sample Injection Report Generated by: LAMDONGANH Wednesday, December 09, 2009 5:30 AM Workbook: C:\Cirrus Workbooks\OLIGOPORE-012-60\OLIGOPORE-012-60.plw Sample Details Sample Name: H2 Acquired: 12/09/2009 3:58:02 AM By Analyst: LAMDONGANH Concentration: 0.10 Injection Volume: 40ul Analysis Using Method: OLIGOMER-ETHYLENE GLYCOL MW Averages Peak No Mp 4093 Processed Peaks Peak No Name Mn 2013 Start RT (mins) 6.84 Mw 3712 Mz 5528 Max RT (mins) 8.86 Mz+1 7089 End RT (mins) 12.36 Mv 3450 Batch Name: UYEN Alpha of Sample: 0.7000 PD 1.84401 Pk Height (mV) 120.075 % Height 100 Area (mV.secs) 19813.1 %Area 100 PHỤ LỤC 2: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH KÍCH THƯỚC HẠT STT Tên mẫu Kí hiệu mẫu Mẫu 25.8% DER 331 DER 25.8% Mẫu 18.8% DER 331 DER 18.8% Mẫu 14.7% DER 331 DER 14.7% Mẫu 12.2% DER 331 DER 12.2% Mẫu 10.4% DER 331 DER 10.4% Mẫu 8.5% DER 331 DER 8.5% LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Võ Thị Nhã Uyên Ngày, tháng, năm sinh: 20/11/1984 Nơi sinh: Quảng Ngãi Địa liên lạc: 49/22/4A Nguyễn Hữu Cảnh, F22 Q Bình Thạnh, TP HCM Q TRÌNH ĐÀO TẠO 2002 – 2007 : Tham gia khóa học Kỹ sư ngành Cơng nghệ hóa học - Đại học Tơn Đức Thắng 2007 – 2009 : Tham gia khóa học Thạc sỹ ngành Công nghệ vật liệu - Đại học Bách Khoa TP HCM Q TRÌNH CƠNG TÁC 2007 – 2008 : Nhân viên R&D, công ty TNHH Dược phẩm Quang Thái 2008 – : Giảng viên trường Cao đẳng Kinh tế - Công nghệ TP HCM ... tiến hành nghiên cứu quy trình tổng hợp hệ sơn nhũ tương epoxy kích thước micro phân tán nước (hệ epoxy microemulsion) Đồng thời, nghiên cứu khả ứng dụng hệ làm chất sơn phủ kim loại b? ?tông 2... nghệ vật liệu cao phân tử tổ hợp MSHV: 00307419 I- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tổng hợp hệ epoxy microemulsion ứng dụng làm chất sơn phủ cho kim loại b? ?tông II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: • Khảo sát thơng... chất đóng rắn cho nhựa epoxy lỏng Hệ epoxy microemulsion tác giả ứng dụng để sơn phủ kim loại, đóng rắn nhiệt độ cao Ở Việt Nam, quy trình tổng hợp hệ epoxy microemulsion chưa nghiên cứu nhiều Tại