Quy trình tổng hợp Oligomer Urethane Acrylate gồm 2 gian đoạn. Chuẩn chỉ số NCO IPDI + DBTDL HEMA + HQ Chuẩn chỉ số NCO Phản ứng: NCO/OH 700C, 90phút Phản ứng: NCO/OH 700C, 240 phút GIAI ĐOẠN 1 <95% DIOL <95% GIAI ĐOẠN 2 URETHANE ACRYLATE
Giai đoạn một thực hiện phản ứng của HEMA với IPDP với xúc tác DBTBL:
Giai đoạn hai thực hiện phản ứng của nhóm của hợp chất có nhóm NCO còn lại ở gian đoạn trên với hợp chất diol. Kết quả là cho ta hợp chất theo Urethane Acrylate:
Số lượng n phụ thuộc rất lớn vào tỷ lệ của các tác chất và thời điểm cho Diol vào. Trong luận văn này, với tỷ lệ số mol của các tác chất: IPDI:HEMA:DIOL = 2:2:1 thì hệ số n nằm trong khoảng từ 0 – 4 đơn vị.
Phản ứng được tiến hành trong bình cầu 250ml đặt trong bể điều nhiệt, nhiệt độ của bình được điều khiển sao cho không quá ±20C so với nhiệt độ mong muốn.
Hình 3.4. Mô hình hệ thống bình phản ứng tổng hợp Urethane acrylate
a. Giai đoạn 1
Cân lượng tác chất IPDI cùng với chất xúc tác DBTDL (cỡ phần mười ngàn tổng khối lượng của hai giai đoạn) cho vào bình phản ứng. Nâng nhiệt độ của bình phản ứng đến 700C và khuấy nhẹ với tốc độ 100 vòng/phút. Khi đạt được 700C thì tiến hành cho từng giọt HEMA đã có hòa tan thêm Hydroquinone (hàm lượng khoảng 5/10000 tổng khối lượng của hai giai đoạn) vào bình phản ứng thông qua phễu nhỏ giọt (tốc độ nhỏ giọt khoảng 3s/giọt) và khuấy mạnh với tốc độ 400 vòng/phút. Do phản ứng giữa nhóm NCO
và OH tỏa nhiệt mạnh nên ta sẽ thấy có hiện tượng tăng nhiệt trong bbnh phản ứng. Hệ thống điều nhiệt có kết hợp với hệ thống giải nhiệt đặt chìm trong bể sẽ đảm bảo cho nhiệt độ trong bình phản ứng dao động trong khoảng 70 ± 20C. Theo thời gian thì dung dịch trong bình phản ứng đặc dần tuy nhiên vẫn trong suốt không màu. Sau đó cho hết HEMA vào bình thì tiến hành chuẩn chỉ số Cryanate theo tiêu chuẩn ASTM 2572-97 (tham khảo phụ lục B) để xác định mức độ phản ứng. Thông thường khi đã cho hết lượng HEMA với tốc độ như trên thì tỷ lệ NCOphản ứng/NCOban đầu của giai đoạn 1 đạt được là trên 0.48 và khi đó ta chuyển phản ứng sang giai đoạn 2.
b. Giai đoạn 2
Cân lượng Diol với số mol phù hợp theo tỷ lệ IPDI:HEMA:DIOL = 2:2:1 cho vào phễu nhỏ giọt. Nhỏ từng giọt diol vào hỗn hợp phản ứng ở giai đoạn 1 với tốc độ nhỏ khoảng 4s/giọt. Nhiệt độ lúc này vẫn được duy trì ở 700C và tốc độ khuấy là 400 vòng/phút. Sau khoảng 1h kể từ lúc tiến hành giai đoạn 2 thì hỗn hợp phản ứng trên rất đặc, lúc này ta phải giảm tốc độ khuấy xuống 100 vòng/phút để tránh bọt. Trong suốt quá trình phản ứng ta luôn chuẩn độ chỉ số NCO để đảm bảo rằng phản ứng đang tiến hành như dự kiến. Sau khi cho hết lượng Diol, hệ thống phản ứng vẫn tiến hành tiếp tục và chỉ dừng lại khi tỷ lệ NCOphản ứng/NCOban đầu của giai đoạn 2 đạt trên 0.95. Nếu hiệu suất phản ứng thấp, khi đó hàm lượng NCO tự do tương đối cao thì sản phẩm sẽ rất độc và không ổn định do nhóm NCO có khả năng phản ứng nối mạng ngang và phản ứng được với hơi nước trong không khí. Do hệ phản ứng có độ nhớt rất cao nên ở cuối giai đoạn 2 phản ứng xảy ra rất chậm do vậy thời gian phản ứng cho giai đoạn 2 khoảng 4h.
Sau khi phản ứng giai đoạn 2 kết thúc, dừng hệ thống lấy sản phẩm ra khỏi bình phản ứng khi còn ở dạng lỏng (nhiệt độ nóng chảy của sản phẩm khoảng 45 – 500C) cho vào túi bảo quản ở nhiệt độ lạnh, khi đó sản phẩm ở dạng rắn và trong suốt, không màu. Sản phẩm sẽ được đánh giá bằng phổ IR, hấp thụ UV – VIS, TGA, SDC.