5. Cấu trúc nội dung của luận án
3.4.1 Cấu tạo và tính chất lí hóa vật liệu epoxy
Nhựa epoxy là những phẩn từ oligome có ít nhất một nhóm epoxy, có khả năng chuyển hoá thành dạng nhựa nhiệt rắn (NNR), có cấu trúc không gian. Do được sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau, nên nhựa epoxy có nhiều loại với tính chất và lĩnh vực ứng dụng khác nhau.
Trong công nghiệp, loại nhựa này được sản xuất từ dạng lỏng nhớt đến dạng rắn, được phân biệt qua một số chỉ tiêu như: khối lượng phân tử, độ nhớt, nhiệt chảy
88
mềm, đương lượng epoxy hoặc hydroxyl. Khi chưa đóng rắn, nhựa epoxy được ứng dụng để làm chất ổn định và hoá dẻo cho PVC, hoặc được sử dụng như hợp chất trung gian để điều chế các sản phẩm khác. Do nhóm epoxy có hoạt tínhS cao, nên nhựa dễ tham gia phản ứng đóng rắn với các tác nhân khâu mạch hoặc polyme hoá với các tác nhân xúc tác để chuyển thành dạng nhiệt rắn.
Tuỳ thuộc vào cấu trúc nhựa epoxy, chất đóng rắn và điều kiện đóng rắn, có thể nhận được các sản phẩm có đặc tính: bền hoá chất, chịu nhiệt, chịu tác động cơ học, cách điện…, ứng dụng làm vécni, sơn, keo kết cấu, chất dẻo gia cường và đặc biệt làm nhự nền cho vật liệu composite. Với ưu điểm nổi bật về độ bền cơ học, nhẹ, dễ gia công, sửa chữa, vật liệu composite trên cơ sở nhựa epoxy với chất gia cường sợi, hạt, bột.. đã được ứng dụng thay thế một phần các chi tiết kim loại, hợp kim trong tàu, thuyền, ôtô, máy bay và vũ trụ, nhằm mục đích giảm trọng lượng, giảm tiêu hao nhiên liệu và năng lượng.
Các chất đóng rắn cho nhự epoxy: Nhựa epoxy chuyển sang trạng thái không nóng chảy, không hoà tan có cấu trúc mạng lưới không gian 3 chiều dưới tác dụng của các chất đóng rắn. Các chất này phản ứng với các nhóm chức năng của nhựa epoxy, đặc biết với nhớm epoxy. Vì chất đóng rắn tham gia vào cấu trúc mạng lưới của polymer nên đóng rắn là phương pháp quan trọng để biến tính vật liệu epoxy.
Nhựa epoxy được ứng dụng rộng rãi trong một số ngành công nghiệp như [77]: - Công nghiệp sơn và màng phủ chống ăn mòn.
- Vật liệu cách điện do khả năng chịu nhiệt và cách điện tốt. - Công nghệ chế tạo khuôn đúc
- Trong công nghiệp xây dựng như chất kết dính bê tông, chống thấm - Chế tạo vật liệu polyme compozit
Keo epoxy Sơn epoxy MBA khô Compozit epoxy
Hình 3.18 Một số ứng dụng của epoxy [78]
Nhựa epoxy là một loại nhựa nhiệt rắn và được tổng hợp bằng nhiều phương pháp khác nhau, nhưng trong đó nhựa epoxy phổ biến và quan trọng nhất là nhựa tạo thành từ phản ứng của diphenylolpropan (DPP) hay Bisphenol A và epiclohydrin (ECH). Phản ứng tổng hợp nhựa epoxy xảy ra theo hai giai đoạn với xúc tác kiềm [79].
Giai đoạn 1: nhóm epoxy của epiclohydrin tác dụng với hydro của Bisphenol A. Đây là giai đoạn kết hợp, phản ứng tỏa nhiệt mạnh, xảy ra nhanh ở nhiệt độ 60 - 70oC.
89
Hình 3.19 Giai đoạn 1 của phản ứng tổng hợp nhựa epoxy [78]
Giai đoạn 2: sản phẩm của giai đoạn 1 tạo ra có nhóm –OH bậc 2 ở vị trí α so với nguyên tử clo. Ở vị trí này trong môi trường kiềm xảy ra phản ứng tách loại HCl và tạo nhóm epoxy mới. Giai đoạn tách HCl phản ứng thu nhiệt (∆H = 28,09 kcal/mol), xảy ra chậm.
Hình 3.20 Giai đoạn 2 của phản ứng tổng hợp nhựa epoxy [78]
Phụ thuộc vào phương pháp tổng hợp mà nhựa epoxy có nhiều loại khác nhau. Lựa chọn loại epoxy cho các ứng dụng thường dựa vào điều kiện sử dụng sản phẩm do sự khác nhau đáng kể giữa tính chất nhiệt và tính chất cơ lý của nó như: modun đàn hồi, modun biến dạng phá hủy, nhiệt độ thủy tinh hóa – Glass Transition Temperature (Tg). Nhiệt độ thủy tinh hóa (Tg) ảnh hưởng lớn đến nhiệt độ sử dụng. Tg thường cao đối với những epoxy giòn, nhưng Tg thấp hơn đối với nhựa epoxy dẻo dai. Trên thế giới mỗi hãng sản xuất lại có cách quy ước tên gọi và mã số tương ứng riêng cho các loại epoxy. Cụ thể một số tên thương mại của epoxy trình bày ở bảng
90
Vật liệu epoxy sử dụng làm mẫu trong nghiên cứu được tác giả lấy từ dây truyền sản xuất MBA Khô của nhà máy sản xuất MBA Sanaky Quất Động, Thường Tín, Hà Nội