Có hai phương pháp tổng hợp nhựa alkyd thông dụng hiện nay.
1.2.4.1. Phương pháp acid béo (phương pháp 1 giai đoạn)
Đây là phương pháp đi từ acid béo, phương pháp này thực hiện phản ứng nhanh, thao tác dễ dàng, xây dựng đơn phối liệu linh động, sản phẩm có tính năng kỹ thuật tốt như: Trọng lượng phân tử đồng đều, độ cứng, độ bền va đập, bền nước, chịu môi trường,… Song có nhược điểm là nguyên liệu đầu vào có giá thành khá cao, khó tìm, kiểm soát quá trình thực hiện phản ứng khó. Sản phẩm có giá thành tương đối cao.
Ở phương pháp này chỉ thực hiện 1 giai đoạn, tất cả các thành phần đều được đưa vào bình phản ứng và nhựa có khả năng tổng hợp từ loại acid béo chứ không phải hỗn hợp acid béo trong dầu. Nhưng để có được acid béo từ đầu nên đòi hỏi công nhân, thiết bị và lượng tiêu hao lớn hơn nhiều, nên hiện nay các nhà máy thường dùng phương pháp ancol phân, qua ba giai đoạn phản ứng sau đây.
9
1.2.4.2. Phương pháp ancol phân (rượu hóa) [8]
Nhựa alkyd tổng hợp bằng phương pháp dựa trên cơ sở phản ứng trao đổi ester hóa bao gồm ba giai đoạn.
a. Tính toán cho một mẻ nhựa alkyd
Chọn khối lượng riêng của hỗn hợp phản ứng gần đúng = 1.
Lượng hỗn hợp được tính toán bằng 2/5 thể tích của bình phản ứng.
Chọn loại alkyd cần tổng hợp, quyết định lượng dầu có trong alkyd là d(%) và loại dầu cần sử dụng.
Phản ứng tạo nhựa (G: glycerine):
Dầu + 3AP + 2G nhựa-D + 3H2O
Cân bằng vật chất:
3AP + 2G nhựa + 3H2O
3.148 2.92 574 3.18
Khối lượng dầu:
100 d.M Mdaàu
Khối lượng AP: MAP =
574 3.148 . 100 ) d 100 .( M
Lượng glycerine (lấy dư 5%): MG = .(1 0,05)
574 2.92 . 100 ) d 100 .( M
Lượng Oxit chì: MPbO =
100 M
0,2. daàu
Lượng xylene lôi cuốn hơi nước: X =
574 3.18 . 100 ) d 100 .( M . 4 M . 4 H2O
10
Triglyceride của dầu sẽ chuyển hóa ester với polyol dưới tác dụng của nhiệt độ. Nhưng đây là quá trình thuận nghịch, khi nhiệt độ giảm thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều nghịch, muốn cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận thì người ta thường dùng xúc tác Pb2+ (PbO)
Để biết được quá trình này kết thúc hay chưa, tiến hành kiểm tra quá trình alcol phân. Khi cân bằng của quá trình ancol phân được thiết lập, là lúc nồng độ monoglyceride đạt cực đại và chỉ số hydroxyl cao nhất. Cần biết điều này để có thể cho AP vào để tiến hành giai đoạn ester hóa cho thích hợp. Vì glycerine và diglyceride có độ tan khác nhau trong cồn rất thấp và khác nhau vì hỗn hợp của chúng với tỉ lệ khác nhau cũng có độ hòa tan khác nhau. Dựa vào tính chất này, người ta kiểm tra quá trình alcol phân bằng cách thử độ tan trong cồn hay MeOH với tỉ lệ cồn/hh là 4/1, hay với tỉ lệ MeOH/hh là 3/1. Do trong dầu có acid béo tự do nên khi dùng PbO làm xúc tác sẽ xảy ra phản ứng trung hòa giữa chúng với nhau.
c. Giai đoạn 2: Phản ứng monoester (trùng ngưng)
Ở giai đoạn này các monoglyceride sẽ phản ứng với polyacid tạo monoester
Sau khi kết thúc quá trình alcol phân cần phải làm lạnh hỗn hợp xuống dưới 170oC rồi mới cho AP. Vì nếu cho AP ở nhiệt độ cao 220 – 240oC thì phản ứng quá mãnh liệt dẫn đến bình phản ứng bị sôi trào. Đồng thời ở nhiệt độ cao, AP bị thăng hoa, gây lãng phí,
11
độc hại. Điều này cũng làm thay đổi tỷ lệ glycerin và AP, làm cân bằng dịch chuyển theo chiều nghịch, làm giảm hàm lượng mono glycerine, ảnh hưởng tới cấu trúc và tính chất của nhựa. Vì đây là phản ứng tỏa nhiệt nên cần lưu ý giải nhiệt cho phản ứng. Quá trình này thường kéo dài 1 giờ. Thời điểm dừng của phản ứng là AP tan hết và không có hiện tượng AP thăng hoa bám trên thành bình phản ứng. Sau khi kết thúc giai đoạn này sẽ đến giai đoạn cuối là giai đoạn đa tụ
d. Giai đoạn 3: Phản ứng đa tụ tạo alkyd.
Sau khi kết thúc quá trình tạo monoester, tăng nhiệt độ của bình phản ứng lên 220 - 240oC để tiến hành phản ứng đa tụ. Vì đây là quá trình cần bằng nên cần phải lấy nước ra để tăng hiệu suất phản ứng. Thường dùng xylene để tạo hỗn hợp đẳng phí với nước để lôi cuốn hơi nước ra ngoài. Tỷ lệ Xylene/nước = 4/1 về khối lượng. Thời điểm dừng của phản ứng là khi chỉ số acid (CA) của mẫu tổng hợp < 30.
Sau khi mẫu đạt được chỉ số acid (CA), dừng phản ứng, hạ nhiệt độ xuống 70oC và hòa tan nhựa bằng dung môi hoặc hỗn hợp dung môi. Cuối cùng, ta đã tổng hợp được nhựa alkyd.