CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHỰA EPOXY, NANOCOMPOZIT VÀ VẬT LIỆU COMPOZIT TRÊN CƠ SỞ EPOXY/NANOSILICA/ SỢI THỦY
1.2. Phân loại nhựa epoxy
Nhựa epoxy bisphenol A được tạo thành từ phản ứng ngưng tụ giữa epiclohidrin và diphenylol propan (bis phenol A), không phụ thuộc vào trọng lượng phân tử, mỗi phân tử nhựa có chứa không quá hai nhóm chức epoxy. Công thức tổng quát của nhựa epoxy bisphenol A như sau:
Nhóm chức hoạt tính và khả năng mềm dẻo
Nhóm chịu nhiệt Nhóm chức hoạt tính và khả năng bám dinh
Nhóm chịu hóa chất
5
Tùy thuộc vào tỷ lệ đương lượng phản ứng ban đầu giữa epiclohidrin và bis phenol A, thời gian phản ứng, nhiệt độ, nồng độ NaOH sử dụng, nhựa epoxy thu được sẽ có khối lượng phân tử khác nhau. Đặc trưng của một số loại epoxy dian được liệt kê ở bảng 1.1 [3-5].
Bảng 1.1. Đặc trưng của một số loại nhựa epoxy bisphenol A [3-5]
Mác nhựa
Trọng lượng phân tử trung bình,
g/mol
Hàm lượng
nhóm epoxy, % Trạng thái vật lý ЭД-20, DER 331;
YD218; EPON828 360- 470 18-23 Lỏng
ЭД-16, DER 671 480 -600 13-18 Lỏng
ЭД -40 600 16-21 Lỏng
ЭД–П 600-800 11-14 Lỏng nhớt
Э – 37 500 -800 11-17 Lỏng nhớt
ЭД–Л 800 -1200 8 -11 Rắn
Э – 41 950 9 – 12 Rắn
Э – 44 1600 6,0 – 8,5 Rắn
Э – 42 2500 2,0 – 4,5 Rắn
Э – 05, DER 650 3500 1,5-2,5 Rắn
• Nhựa epoxy bisphenol F (DGBE F)
Khi thay thế bis phenol A bằng bis phenol F ta được nhựa epoxy bis phenol F với công thức như sau:
Với cấu trúc này, nhựa DGEB F có khả năng kết mạng cao hơn, nhiệt độ thủy tinh hóa thấp hơn, khả năng chịu nhiệt và khả năng chống dung môi hóa chất
6
tốt hơn. Nhựa epoxy bisphenol F có độ nhớt từ 3000÷8000 cps thấp hơn so với nhựa epoxy bisphenol A. DGEB F thường được trộn cùng DGEB A để giảm giá thành và cho sản phẩm nhựa có độ nhớt vừa phải, dễ thi công. Tên thương mại của một số epoxy loại này là GY281, GY308, PY306, EPALLOY 8230…
1.2.2. Nhựa epoxy mạch thẳng
Nhựa epoxy loại này được chia thành 2 loại, glycidyl epoxy và epoxy vòng no. Glycidyl epoxy được tạo thành từ phản ứng của epiclohidrin với các alcol béo hoặc polyol tạo thành glycidyl ete, hoặc với axit cacboxylic béo tạo thành glycidyl este, phản ứng được xúc tác bởi BF3 hoặc axit như sau:
1.2.3. Nhựa epoxy chứa mạch vòng no
Nhựa này được chế tạo bằng phương pháp epoxy hóa nối đôi trong vòng, nhựa epoxy vòng no có độ nhớt thấp ở nhiệt độ phòng, khả năng bám dính cao, tính năng nhiệt, điện tốt. Một ưu điểm nữa của nhựa epoxy mạch vòng no là hoàn toàn không chứa ion clo do không sử dụng epiclohidrin làm nguyên liệu đầu, chính vì vậy nó thường được sử dụng trong lĩnh vực điện tử. Tuy nhiên, hoạt tính của nhựa ở nhiệt độ phòng tương đối thấp so với các loại epoxy khác, nên cần đóng rắn ở nhiệt độ cao hơn hoặc sử dụng xúc tác đóng rắn. Một số loại epoxy mạch vòng no phổ biến như sau: [3].
3,4 epoxy xyclohexcylmetyl-3’,4’ epoxy xyclohexan cacboxylat (YП-632, CY179)
1,6 bis(metylen-3,4 epoxy xyclohexyl) hexadicacboxylat (YП -639)
2-(3,4 epoxy xyclohexyl)-4-(2-oxy-4,5 epoxy pentyl)-dioxan-1,3 (YП -629)
7 1.2.4. Nhựa nhiều nhóm epoxy
Là các loại epoxy trong đó mỗi phân tử chứa từ hai nhóm epoxy trở lên, được tạo ra trên cơ sở của axit xyanuric, nhựa phenolfomandehyt dạng novolac và resol, polybutadien phân tử lượng thấp và các hợp chất đa chức khác [8].
1.2.4.1. Nhựa polyglyxydylphenol-formandehyt
Được tạo thành từ phản ứng của nhựa phenolfomandehyt dạng novolac hoặc resol với epiclohidrin trong môi trường kiềm ở nhiệt độ trong khoảng 70÷100 oC.
Tùy thuộc vào điều kiện phản ứng, tỷ lệ nhóm chức hydroxyl trong nhân phenol, nhóm metylol, có thể thu được các kiểu nhựa khác nhau, nhựa epoxy phenolic dạng novolac có cấu tạo như sau [4,5,8].
Sản phẩm đóng rắn của nhựa epoxy-phenolfomandehyt kết hợp được các ưu điểm của cả nhựa epoxy và phenolic như:
• Nâng cao độ bền axit, bazơ và dung môi.
• Duy trì được độ bền cơ học cả ở nhiệt độ cao và điều kiện ẩm ướt.
• Độ co ngót rất thấp.
• Nâng cao khả năng kết dính với chất nền ở nhiệt độ cao.
• Có khả năng tương hợp tốt với nhiều loại chất độn.
Một số epoxy loại này gồm: ЭH-6, EPALLOY 8250, EPALLOY8330, DER 354, DEN 431, DEN 438… [5,6].
1.2.4.2. Nhựa polyglycydylxianurat
Được điều chế bằng phản ứng của axit xianyric với epiclohidrin, sản phẩm ban đầu của phản ứng là triglycydylxyanurat.
8
Khi dư epiclohidrin, phản ứng tiếp tục tạo thành nhựa polyglycydylxianurat.
Nhựa epoxy loại này được sử dụng làm keo dán, chất nền cho chế tạo vật liệu compozit với độ bền nhiệt cao, tính năng điện vượt trội so với các loại epoxy khác, một số mác nhựa phổ biến tại Nga là ЭЦ, ЭЦД, AЦ-30, … [3,8].