Nghiên cứu chế tạo sơn nước trên nền nhựa epoxy

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC ÇÇÇÇÇ [œ\ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM, ngày tháng 07 năm 2007 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : NGUYỄN CƠ THẠCH Ngày, tháng, năm sinh : 28/04/1978 Chuyên ngành : Vật liệu cao phân tử tổ hợp Gới tính : Nam Nơi sinh : Hưng Yên MSHV : 00304060 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT SƠN NƯỚC TRÊN NỀN NHỰA EPOXY II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: III NGAØY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày ký định giao đề tài): IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị): CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Học hàm, học vị, họ tên chữ ký) Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH tháng năm 2007 KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TÓM TẮT LUẬN VĂN CAO HỌC Từ cuối kỷ 20, nhân loại phải đối mặt với khó khăn ô nhiễm môi trường khan dần tài nguyên hữu hạn Do đó, việc nghiên cứu phát triển loại hình vật liệu có khả ứng dụng cao thân thiện với môi trường trở thành nhu cầu cấp bách hết Với ưu điểm vượt trội so với loại nhựa thông thường khác, nhựa epoxy quan tâm, sử dụng nhiều lĩnh vực địi hỏi tính ứng dụng cao tính chất tốt Hòa xu phát triển ngành polyme, ứng dụng nhựa epoxy nghiên cứu phát triển theo hướng thân thiện với mơi trường Một ứng dụng bật sơn nước epoxy Với thuận lợi việc gia công sản xuất, phương pháp sản xuất sơn nước cách sử dụng chất nhũ hóa để tạo hệ nhũ tương epoxy ứng dụng rộng rãi Các nhà sản xuất tiếng hóa chất phụ gia ngành sơn mực in Cognis, Dow Chemical, BYK,… tung thị trường sản phẩm nhũ tương epoxy dựa nguyên tắc sử dụng chất nhũ hóa Trong phạm vi đề tài này, dựa nguyên tắc sử dụng chất hoạt động bề mặt để giảm sức căng bề mặt pha, chúng tơi tìm chất nhũ hóa phù hợp cho hệ nhựa epoxy Bis-phenol A thấp phân tử Bên cạnh đó, chúng tơi đánh giá ảnh hưởng yếu tố hàm lượng chất nhũ hóa, tỉ lệ thành phần thông số gia công đến tính chất sản phẩm Và hết, chúng tơi tìm phương án đóng rắn hệ nhũ tương epoxy cách tương đối rẻ tiền nhằm đáp ứng tính kinh tế sản xuất sơn Với số kết đạt trình thực đề tài này, hy vọng đề tài bước đệm quan trọng cho nghiên cứu chuyên sâu nhằm đưa mặt hàng sơn nước epoxy Việt Nam nghiên cứu phát triển MUÏC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI NÓI ĐẦU TÓM TẮT LUẬN VĂN DANH SÁCH HÌNH VẼ i DANH SÁCH BẢNG BIEÅU ii PHẦN LÝ THUYẾT CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ SƠN 1 Lịch sử hình thành & phát triển Thành phần phân loại 2.1 Thành phần sơn 2.2 Phaân loại sơn Mục tiêu đối tượng nghiên cứu CHƯƠNG : HỆ PHÂN TÁN – KHÁI QUÁT, CƠ CHẾ VÀ ỨNG DỤNG Khái quát 1.1 Đặc điểm hệ phân tán cao 1.2 Các nguyên tác phân loại hệ phân tán Cơ chế hình thành hệ phân tán 2.1 Các tượng bề mặt 2.2 Sự bền vững hệ phân tán 11 2.3 Hệ nhũ tương 13 CHƯƠNG : CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT – CƠ CHẾ VÀ ỨNG DỤNG Khái niệm chất hoạt động bề mặt 15 1.1 Khái niệm 15 1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến nhóm kháng nước 16 Phân loại chất hoạt động bề mặt 18 2.1 Chất hoạt động bề mặt âm (Anionic) 18 2.2 Chất hoạt động bề mặt dương (Cationic) 19 2.3 Chất hoạt động bề mặt điện tích kép (Zwitterionic) 19 2.4 Chất hoạt động bề mặt không ion (Nonionic) 20 Cơ chế hoạt hoá bề mặt 21 3.1 Sự hình thành lớp điện tích kép 22 3.2 Hiện tượng hấp phụ bề mặt 25 3.3 Tạo hệ nhũ tương chất hoạt động bề mặt 25 CHƯƠNG : NHỰA EPOXY – GIỚI THIỆU VÀ ỨNG DỤNG 31 Giới thiệu veà epoxy 31 1.1 Epoxy Bis-phenol-A 32 1.2 Epoxy Novolac 33 Tính chất nhựa epoxy 34 2.1 Lý tính 34 2.2 Hoá tính 34 Đóng rắn nhựa epoxy 37 3.1 Đóng rắn amin 37 3.2 Đóng rắn baèng anhydrit 40 3.3 Đóng rắn tác nhân khác 41 ng dụng nhựa epoxy 42 4.1 Keo daùn 43 4.2 Compound đúc tẩm 43 4.3 Sôn 43 PHẦN THỰC NGHIỆM CHƯƠNG : NGUYÊN LIỆU HÓA CHẤT & THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM Nhựa epoxy DER-331 46 Chất hoạt động bề mặt 47 2.1 Hydropalat 65 (Cognis) 47 2.2 Disponil 23(Cognis) 47 Dung môi phụ gia 48 3.1 Butyl Cellosolve 48 3.2 Chất tăng nhớt DSX 1550 (Cognis) 48 3.3 Chất thấm ướt bột màu Texaphor P60 (Cognis) 49 3.4 Bột màu Titan Dioxit 49 Chất đóng rắn epoxy 49 4.1 Waterpoxy 751 (Cognis) 49 4.2 Versamid 125 (Cognis) 50 4.3 Dimethylami Ethanol (DMAE) 50 Thiết bị thí nghiệm 51 5.1 Máy khuấy 51 5.2 Máy phân tích kích thước hạt tán xạ laser 52 5.3 Bộ dụng cụ đánh giá tính chất màng sơn 53 CHƯƠNG : QUI TRÌNH THỰC NGHIỆM 56 Mục đích nghiên cứu 56 Nội dung nghiên cứu 56 2.1 Qui trình hình thành hệ epoxy nhũ tương 56 2.2 Xác định đơn pha chế cho hệ nhũ tương epoxy 57 2.3 Xác định thông số gia coâng 57 2.4 Khảo sát khả đóng rắn hệ nhũ tương epoxy 58 2.5 Thiết lập công thức sơn nước epoxy 58 CHƯƠNG : CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ HỆ NHŨ TƯƠNG 60 Phân tích kích thước hạt tán xạ laser 60 Đánh giá độ bền hệ nhũ tương 62 CHƯƠNG : KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 64 Xác định đơn pha chế cho hệ nhũ tượng epoxy 64 1.1 So sánh tính chất Hydropalat 65 Disponil 23 64 1.2 Khảo sát hàm lượng chất nhũ hóa 66 1.3 Khảo sát hàm lượng Launryl Alcohol 70 1.4 Khảo sát hàm lượng nhựa epoxy 73 1.5 Khảo sát thời gian khuấy paste 74 1.6 Độ nhớt hệ nhũ tương 76 Đánh giá độ bền hệ nhũ tương epoxy 78 2.1 Sự ổn định độ nhớt hệ nhũ tương 79 2.2 Sự sa lắng hệ nhũ tương 81 Khảo sát khả đóng rắn hệ nhũ tương epoxy 84 Đánh giá tính chất màng sơn 87 Thiết lập công thức sơn 88 CHƯƠNG : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91 Kết luận 91 Kiến nghị hướng nghiên cứu thêm 92 PHUÏ LUÏC 93 TÀI LIỆU THAM KHAÛO Nghiên cứu sản xuất sơn nước nhựa epoxy  DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 8.1 – Kích thước hạt nhũ tương từ Disponil 23 Hydropalat 65 64 Bảng 8.2 – Kích thước hạt nhũ với hàm lượng Hydropalat 65 khác 66 Bảng 8.3 – Kích thước hạt nhũ với hàm lượng Disponil 23 khác 68 Bảng 8.4 – Kích thước hạt nhũ với hàm lượng Launryl Alcohol khác 71 Bảng 8.5 – Kích thước hạt nhũ với hàm lượng epoxy khác 73 Bảng 8.6 – Kích thước hạt nhũ với thời gian khuấy paste khác 75 Bảng 8.7 – Độ nhớt hệ nhũ tương epoxy 77 Bảng 8.8 – Sự biến đổi độ nhớt theo thời 52oC 80 Bảng 8.9 - Số mililít nước tách theo thời gian 52oC 82 Bảng 8.10 – Thời gian khô màng sơn nước epoxy 85 Bảng 8.11 – Tính chất màng sơn đóng rắn Waterpoxy 751 Versamid 125 87 Bảng 8.12 – Tính chất màng sơn với thành phần khác 89 Luận văn cao học - Nguyễn Cơ Thạch   Trang i  Nghiên cứu sản xuất sơn nước nhựa epoxy  DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 – Thành phần màng sôn Hình 2.1 – Góc thấm ướt rắn – khí 10 Hình 2.2 – Một số trường hợp thấm ướt không hòan toàn giọt chất lỏng 11 Hình 3.1 – Lớp điện tích kép lý thuyết bền mặt rắn lỏng 22 Hình 3.2 – Lớp điện tích kép thực tế bề mặt rắn lỏng 22 Hình 3.3 – Cơ chế hấp phụ bề mặt trao đổi ion 23 Hình 3.4 – Cơ chế hấp phụ bề mặ ghép đôi ion 23 Hình 3.5 – Cơ chế hấp phụ bề mặt tương tác acid- bazơ Lewis 24 Hình 3.6 – Cơ chế hấp phụ bề mặt lực phân tán bề mặt không phân cực 24 Hình 3.7 – Cơ chế hấp phụ liên kết hydro 25 Hình 3.8 – Cơ chế hấp phụ bằngliến kết hydro nhóm kháng nước nhóm nước bề mặt tương tác tónh ñieän 25 Hỉnh 3.9 – Cấu trúc bề mặt hạt nhũ tương với chất nhũ hóa S80 T40 27 Hình 3.10 – Bề mặt nhũ tương với nồng độ chất hoạt động bề mặt 28 Hình 3.11 – Sự phân bố chất hoạt động bề mặt bề mặt tiếp xúc pha 28 Hình 5.1 – Máy khuấy 51 Hình 5.2 – Cánh khuấy phân tán 52 Hình 5.3 – Cánh khuấy xé kiểu Z 52 Hình 5.4 – Máy phân tích kích thước hạt phương pháp tán xạ laser 52 Hình 5.5 – Máy đo bề dày Elcometer 53 ii Nghiên cứu sản xuất sơn nước nhựa epoxy  Hình 5.6 – Máy xác định thời gian khô màng sơn 53 Hình 5.7 – Dụng cụ đo bền uốn trục màng sơn 54 Hình 5.8 – Dụng cụ đánh giá độ bám dính màng sơn 54 Hình 5.9 – Dụng cụa đo độ bền va đập màng sơn 55 Hình 6.1 – Qui trình tạo hệ nhũ tương epoxy chất nhũ hóa 56 Hình 8.1 – Kích thước hạt nhũ trung bình từ Diponil 23 Hydropalat 65 65 Hình 8.2 – Phân bố kích thước hạt nhũ từ Disponil 23 Hydroaplat 65 65 Hình 8.3 – Kích thước hạt nhũ trung bình với hàm lượng Hydropalat 65 khác 67 Hình 8.4 – Phân bố kích thước hạt nhũ với hàm lượng Hydropalat 65 khác 68 Hình 8.5 – Kích thước hạt nhũ trung bình với hàm lượng Disponil 23 khác 69 Hình 8.6 – Phân bố kích thước hạt nhũ với hàm lượng Disponil 23 khác 69 Hình 8.7 – Hạt nhũ đơn lớp (a) hạt nhũ đa lớp (b) 70 Hình 8.8 – Kích thước hạt nhũ trung bình với hàm lượng Launryl Alcohol 71 Hình 8.9 – Phân bố kích thước hạt nhũ với hàm lượng Launryl Alcohol 71 Hình 8.10 – Kích thước hạt trung bình với hàm lương epoxy khác 73 Hình 8.11 – Phân bố kích thước hạt với hàm lượng epoxy khác 74 Hình 8.12 – Kích thước hạt trung bình thay đổi thời gian khuấy paste 75 Hình 8.13 – Phân bố kích thước hạt nhũ thay đổi thời gian khuấy paste 76 Hình 8.12 – Độ nhớt hệ nhũ tương epoxy 77 Hình 8.13 – ng đong nhũ tương epoxy 79 Hình 8.14 – Sự biến đổi độ nhớt hệ nhũ theo thời gian 80 iii PHỤ LỤC Kết phân tích kích thước hạt Mẫu nhũ hóa có thời gian khuấy paste 15 phút Mẫu nhũ hóa có thời gian khuấy paste 30 phút Mẫu nhũ hóa có thời gian khuấy paste 60 phút Mẫu nhũ hóa dùng 60% epoxy 4% Hydropalat 65 Mẫu nhũ hoá dùng 60% epoxy % Hydropalat 65 Mẫu nhũ hoá dùng 60% epoxy %Hydropalat 65 Mẫu nhũ hoá dùng 40% epoxy %Hydropalat 65 Mẫu nhũ hoá dùng 74% epoxy %Hydropalat 65 Mẫu nhũ hoá dùng 60% epoxy 4% Hydropalat 65 + 1% Launryl Alcohol 10 Mẫu nhũ hoá dùng 60% epoxy vaø 4% Hydropalat 65 + 2% Launryl Alcohol 11 Mẫu nhũ hoá dùng 60% epoxy 2% Disponil 23 12 Mẫu nhũ hoá dùng 60% epoxy 4% Disponil 23 13 Mẫu nhũ hoá dùng 60% epoxy 6% Disponil 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO A.A Stepikeep, V.A Derevitskaia, G.L Slonhimxki (1977) Cơ sở hóa học hợp chất cao phân tử NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, Việt Nam A Dieter Schluter, R.W Cahn, P Haasen, E.J Kramer (1999) Materials Science and Technology Series - Volume 20 : Synthesis of Polymers Wiley-VCH Company Toronto Canada Arie Ram (1997) Fundamentals of Polymers Engineering Plenum Press New York, USA Clive H Hare (1994) Protective Coatings – Fundamentals of Chemistry and Composition Pittsburgh, USA Ernest W Flick (1990) Emulsifying agents – A industrial guide Noyes Publications New Jersey, USA Ernest W Flick (1991) Water-soluble resins – A industrial guide Noyes Publications New Jersey, USA Ernest W Flick (19930 Industrial Surfactants Noyes Publications New Jersey, USA Ernest W Flick (1994) Water-based paint formulations ( Vol 1,2,3,4) Noyse Publications New Jersey, USA Đặng Như Tại, Trần Quốc Sơn (2004) Hóa học hữu NXB ĐHQG Hà Nội Hà Nội, Việt Nam 10 David Harvey (2000) Modern Analytical Chemistry McGraw-Hill Company Singapore, Singapore 11 Drew Myers (1999) Surfaces, Interfaces and Colloids – Principles and Application Wiley-VCH New York, USA 12 Duncan J Shaw (1992) Colloids & Surface chemistry Butterworth – Heinemann Oxford, England 13 H.E.H Meijer, R.W Cahn, P Haasen, E.J Kramer (1999) Materials Science and Technology Series - Volume 18 : Processing of Polymers Wiley-VCH Company Toronto Canada 14 J Brandrup, E.H Immergut, E.A Grulke (1999) Polymer Handbooks John Wiley & Sons Inc New York, USA 15 Kenneth J Lissant (1974) Emulsion and emulsion Technology Marcel Derkker, Inc New York, USA 16 Kriten Holmberg (2002) Handbook of applied surface and colloid chemistry John Wiley & Sons Inc New York, USA 17 Mai Hữu Khiêm (2001) Giáo trình hóa keo MXB ĐHQG TP.HCM TP Hồ Chí Minh, Việt Nam 18 Malcom P Stevens (1999) Polymer Chemistry Oxford Unversity Press New York, USA 19 M.H Irfan (1998) Chemistry and Technology of Thermosetting Polymers in Construction Applications Kluwer Academic Publishers Lodon, England 20 Milton J Rosen (2004) Surfactants and Interfacial Phenomena John Wiley & Sons Inc New York, USA 21 Nguyễn Đình Triệu (2000) Các phương pháp vật lý ứng dụng hóa học NXB Đại học quốc gia Hà Nội Hà Nội, Việt Nam 22 Nguyễn Hữu Niếu, Trần Vónh Diệu (2004) Hóa lý polyme NXB ĐHQG TP.HCM TP Hồ Chí Minh, Việt Nam 23 Nguyễn Văn Khôi (2006) Bộ sách chuyên khảo ỨNG DỤNG VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ CAO – Keo dán hóa học công nghệ Viện Khoa học công nghệ Việt Nam Hà Nội, Việt Nam 24 R Lamboure & I.A Strivens (1998) Paint and Coatings - Theory & Pratices Woodhead Publishers England 25 R Norris Shreve (1967) Chemical Process Industries McGraw-Hill Book Company New York, USA 26 Robert H Perry (1997) Perry’s Chemical Engineers’ Handbook 7th edition MwGrawHill New York USA 27 Seùamus P.J Higson (2003) Analytic Chemistry Oxford University Press New York, USA 28 Sidney H Goodman (1998) Handbook of Thermoset Plastic Noyes Publications New Jersey, USA 29 Trần Văn Thạnh (1998) Hóa học hữu Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM TP Hồ Chí Minh, Việt Nam 30 GS TSKH Từ Văn Mặc (2003) Phân tích hoá lý Phương pháp phổ nghiệm nghiên cứu cấu trúc phân tử NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, Việt Nam 31 Yamamura et al (1982) US Patent 4349455 – Emulsification Process 32 Yoshihiko Ohama (1995) Handbook of polymer-modified concrete and mortars – Propeties and process technology Noyes Publications New Jersey, USA 33 Zahid Amjad (2002) Water soluble polymers – Solutions, properties and applications Kluwer Academic Publishers Lodon, England 34 Technical datasheet of DOW Chemical Company 35 Technical datasheet of Cognis – Henkel Techonologies 36 Technical datasheet of Hexion Specialty Chemicals 37 Website www.paint.org 38 Website www.wikipedia.org 39 Website www.realpaints.com 40 Website www.paintcenter.org 41 Website www.cilasus.com 42 Website www.chemie.de 43 Website www.astm.org ... loại sơn khác theo loại nhựa sơn dầu, sơn alkyd, sơn acrylic, sơn phenolic, sơn epoxy, sơn PU, sơn vinyl, sơn polyeste,… 2.2.3 Theo vai trò sử dụng Dựa theo vai trò sử dụng mà ta gọi loại sơn. .. trò lớp sơn sơn lót, sơn phủ (sơn chính), sơn mặt, sơn bóng MỤC TIÊU & ĐỐI TƯNG NGHIÊN CỨU Như trình bày, sơn đóng vai trò quan trọng đời sống Nhu cầu sơn ngày tăng số lượng lẫn chất lượng Sơn việc... màng sơn che phủ Thành phần nhựa sơn tạo thành từ hay nhiều thành phần khác Tuy nhiên, chế hình thành màng sơn dựa tính chất thành phần Thông thường, thành phần nhựa sơn thành phần gồm nhựa nhựa