bài tiểu luận hóa polyme - epoxy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN
KHOA: HÓA HỌC
BÀI TIỂU LUẬN
HÓA POLYME-EPOXY
GVHD : DƯƠNG THỊ THÚY HOA
Nhóm SVTH: nhóm III
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN
KHOA: HÓA HỌC
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN
KHOA: HÓA HỌC
BÀI TIỂU LUẬN
HÓA POLYME-EPOXY
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN
KHOA: HÓA HỌC
GVHD : DƯƠNG THỊ THÚY HOA
Nhóm SVTH: nhóm III
BÀI TIỂU LUẬN
HÓA POLYME-EPOXY
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN
KHOA: HÓA HỌC
GVHD : DƯƠNG THỊ THÚY HOA
Nhóm SVTH: nhóm III
BÀI TIỂU LUẬN
HÓA POLYME-EPOXY
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN
KHOA: HÓA HỌC
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN
KHOA: HÓA HỌC
BÀI TIỂU LUẬN
HÓA POLYME-EPOXY
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

KHOA: HÓA HỌC
GVHD : DƯƠNG THỊ THÚY HOA
Nhóm SVTH: nhóm III
BÀI TIỂU LUẬN
HÓA POLYME-EPOXY
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN
KHOA: HÓA HỌC
GVHD : DƯƠNG THỊ THÚY HOA
Nhóm SVTH: nhóm III
BÀI TIỂU LUẬN
HÓA POLYME-EPOXY
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN
KHOA: HÓA HỌC
1.Lịch sử phát triển
Những công trình nghiên cứu đầu tiên về
nhựa epoxy đã được trình bày trong các bằng
sáng chế vào những năm đầu của Thế kỷ 20.
Năm 1909, nhà hoá học Nga Prileschjew đã
phát hiện ra phản ứng của các olefin với
peaxitbenzoic để tạo thành các hợp chất
epoxy. Năm 1934 nhà hoá học Đức Schlack đã
tổng hợp được nhựa epoxy từ bisphenol A và
epyclohydrich.
Vào thời kỳ đầu những năm 1940, Danien
Swern đã nghiên cứu phản ứng epoxy hoá các
olefin bằng các peaxit để chế tạo dầu thảo
mộc epoxy hoá dùng làm chất hoá dẻo ổn
định cho nhựa polyvinyclorua (PVC) và
1.Lịch sử phát triển
Những công trình nghiên cứu đầu tiên về

nhựa epoxy đã được trình bày trong các bằng
sáng chế vào những năm đầu của Thế kỷ 20.
Năm 1909, nhà hoá học Nga Prileschjew đã
phát hiện ra phản ứng của các olefin với
peaxitbenzoic để tạo thành các hợp chất
epoxy. Năm 1934 nhà hoá học Đức Schlack đã
tổng hợp được nhựa epoxy từ bisphenol A và
epyclohydrich.
Vào thời kỳ đầu những năm 1940, Danien
Swern đã nghiên cứu phản ứng epoxy hoá các
olefin bằng các peaxit để chế tạo dầu thảo
mộc epoxy hoá dùng làm chất hoá dẻo ổn
định cho nhựa polyvinyclorua (PVC) và
1.Lịch sử phát triển
Những công trình nghiên cứu đầu tiên về
nhựa epoxy đã được trình bày trong các bằng
sáng chế vào những năm đầu của Thế kỷ 20.
Năm 1909, nhà hoá học Nga Prileschjew đã
phát hiện ra phản ứng của các olefin với
peaxitbenzoic để tạo thành các hợp chất
epoxy. Năm 1934 nhà hoá học Đức Schlack đã
tổng hợp được nhựa epoxy từ bisphenol A và
epyclohydrich.
Vào thời kỳ đầu những năm 1940, Danien
Swern đã nghiên cứu phản ứng epoxy hoá các
olefin bằng các peaxit để chế tạo dầu thảo
mộc epoxy hoá dùng làm chất hoá dẻo ổn
định cho nhựa polyvinyclorua (PVC) và
và chế tạo một số nhựa epoxy mạch vòng no.
Trong những năm 1970 tổng sản lượng

nhựa epoxy bán ra trên thị trường thế giới hàng
năm vào khoảng 150.000tấn.
Vào đầu những năm 1980 sản lượng nhựa
epoxy đã đạt tới 600.000 tấn/năm.
Năm 1994 khối lượng nhựa epoxy trên thị
trường thế giới tăng 13% trong lúc đó khối
lượng sản xuất tăng 17% và đạt tới 601 triệu
tấn.
Hiện nay trên thế giới có ba nhà sản xuất
nhựa epoxy lớn nhất là Sell, Dow, Ciba – Geigy
cả ba công ty đó hợp lai chiếm khoảng 70% sản
lượng toàn thế giới.
2. Các đặc trưng của nhựa Epoxy
Nhựa epoxy thường được đặc trưng bởi các
thông số chủ yếu sau.
+ Hàm lượng nhóm epoxy (HLE) là
trọng lượng của nhóm epoxy có trong 100g
nhựa.
+ Đương lượng epoxy (ĐLE) là lượng
nhựa tính theo gam chứa một đương lượng
nhóm epoxy.
+ HLE và ĐLE liên quan với nhau theo
công thức sau:
ĐLE

Trong đó 43 là khối lượng phân tử nhóm epoxy.

43 100x
HLE
=

Nhựa epoxy sau khi đóng rắn có cấu trúc vi
mô dị thể dạng hình cầu ( globular) và sự hình
thành cấu trúc quan sát thấy ngay ở pha lỏng
trong các giai đoạn đóng rắn ban đầu. Kích
thước của các phần tử hình cầu phụ thuộc vào
thành phần tổ hợp và điều kiện đóng rắn ( kích
thước của các phân tử giảm khi nhiệt độ tăng).
Khi giảm kích thước của các phân tử hình cầu
thì độ bền điện của epoxy tăng. Cùng với việc
giảm khoảng cách giữa các mắt lưới khâu mạch
thì nhiệt độ hoá thuỷ tinh, độ bền nén, độ bền
hoá học và độ chịu nhiệt tăng nhưng khi đó thì
độ giòn của polyme lại tăng.
Cũng tương tự như vậy khi tăng hàm lượng
phân tử thơm trong nhựa epoxy, tăng mật độ
kết bó của các đoạn mạch sẽ làm tăng độ bền
cơ lý và độ bền hoá học. Để biến tính nhựa
epoxy đôi khi thêm hoá dẻo hay
oligome( oligoeste) chứa rất ít hay hoàn toàn
không có các nhóm hoạt động hoá học. Những
cấu tử như vậy không tham gia vào mạng lưới
cấu trúc, tích tụ trên ranh giới phân chia các
phân tử hình cầu và do đó làm giảm đáng kể độ
bền cơ lý, độ bền nhiệt và độ bền hoá học.
3. Phản ứng tạo thành nhựa Epoxy
- Nhựa trên cơ sở diphenylolpropan và
epyclohydrin
- Phản ứng tạo thành nhựa epoxy trên cơ sở
diphenylolpropan là sự kết hợp nối tiếp – luân
phiên của nhóm epoxy với nhóm hydroxyphenol

và tái tạo nhóm epoxy nhờ khử clohydro để tạo
thành nhựa có công thức chung.
OH
OROCH
2
CHCH
2
n
ORO
CH
2
CHH
2
C
O
CH
2
CH CH
2
O
C
CH
3
CH
3
=
R

Tùy thuộc vào điều kiện tiến hành phản ứng, n
có thể thay đổi từ 0 đến 200.


Nhựa epoxy cũng có thể xem như một loại
polyete có các nhóm hydroxyl bên cạnh (số
nhóm này trong phân tử ứng với chỉ số n) và
hai nhóm epoxy ở cuối mạch.

Phản ứng tạo thành nhựa epoxy mạch thẳng
xảy ra theo hai giai đoạn:

Giai đoạn 1: Nhóm hydroxyl của
diphenylolpropan kết hợp với nhóm epoxy của
epyclohydrin trong môi trường kiềm:
C
l
C
H
2
C
H
C
H
2
O
C
C
H
3
C
H
3

O
O
H
C
H
2
C
H
O
H
C
H
2
C
l

C

C

H

3

C

H

3

O

H

H

O

+

2

C

H

2

C

H

H

2

C

O

C

l

N

a

O

H

Giai đoạn 2: Clohydrin glycol tạo thành chứa nhóm
hydroxyl ở vị trí α so với nguyên tử clo. Với cách bố trí
các nhóm chức như vậy, clohydro dễ dàng tách ra và
tạo thành nhóm epoxy mới theo cơ chế nucleofin của
halogen bằng ion alcogolat:
NaOH
ClCH
2
CH CH
2
O C
CH
3
CH
3
O
OH
CH

2
CH
OH
CH
2
Cl
C
CH
3
CH
3
O
CH
2
CHH
2
C
O
O
CH
2
CH CH
2
O
+
2
NaCl
+
H
2

O
2
Glyxydylete diphenylopropan, nhờ có nhóm epoxy,
phản ứng tiếp với nhóm hydroxyl của diphenylolpropan:
CH
2
CHH
2
C
O
ORO
CH
2
CH CH
2
O
+
HOROH
NaOH
CH
2
ORO
CHH
2
C
O
CH
2
CH CH
2

OROH
OH
=
R
C
CH
3
CH
3

Hợp chất trung gian này tiếp tục phản ứng với
nhau để tạo thành nhựa epoxy có công thức
tổng quát nêu ở trên.

Khối lượng phân tử của nhựa epoxy dao động
trong khoảng 300 – 18.000

Tuỳ thuộc vào tỷ lệ mol giữa epyclohydrin và
diphenylolpropan, nhiệt độ, thời gian phản ứng
và nồng độ NaOH sử dụng
4 .Các tính chất của nhựa Epoxy
4.1 Tính chất hoá học của nhựa epoxy
Nhựa epoxy có hai nhóm chức hoạt động:
nhóm epoxy và nhóm hydroxyl. Tuỳ thuộc khối
lượng phân tử (M) mà nhóm chức nào chiếm ưu
thế. Với những epoxy có khối lượng phân tử
thấp (M<1200) nhóm epoxy chiếm đa số, còn
với những epoxy có khối lượng phân tử lớn
(M>3000) nhóm hydroxyl là chủ yếu.
Tính phân cực và sức căng vòng tạo cho

vòng oxyetylen có hoạt tính mạnh do đó nhóm
epoxy có thể tham gia rất nhiều loại phản ứng.
+ Phản ứng với các hợp chất nucleofin:

Phản ứng thường tiến hành các xúc tác axit hoặc
kiềm, tạo ra các hợp chất β- hydroxyl.
Phản ứng với xúc tác bazơ tiến hành theo cơ chế
SN2, nucleofin X- ưu tiên tấn công vào các nguyên tử
cacbon ít bị cản trở không gian và thiếu điện tử hơn:
R CH CH
2
O
X
-
SN
2
R CH CH
2
O X
H
2
O
-
OH
-
R CH CH
2
O X
H
Phản ứng có xúc tác axit xảy ra qua giai

đoạn trung gian tạo ion oxoni, sau đó được
tiếp tục theo hai khả năng tạo ra hỗn hợp
izome:
R CH CH
2
O
H
+
R CH CH
2
O
+
H
(1)
(3)
+HX
S
N2
R CH CH
2
OH
X
+
H
R CH CH
2
O X
R
CH
+

CH
2
OH
S
N1
+HX
-H
+
R CH CH
2
X OH
-H
+
+ Phản ứng với các hợp chất nitơ hoặc
phôtpho: hợp chất amon phản ứng với nhóm
epoxy tạo thành các hợp chất mono, đi hoặc
trialkanolamin tuỳ thuộc tỷ lệ mol. Các hợp
chất amin bậc 3(R3N) và phôtpho bậc 3(R3P) là
những nucleofin có đủ khả năng mở vòng
epoxy.
+ Phản ứng sắp xếp lại mạch phân tử:
Nhóm epoxy có khả năng sắp xếp lại
nội phân tử tạo thành các hợp chất cacbonyl
hoặc alkyl alcol. Phản ứng này được khơi mào
bởi các axit Lewis (ZnCl2,SnCl2, AlCl3, và
TiCl4) hoặc axit Bronsted (H2SO4, HCOOH, 4-
Toluensunfonic, HCl, HF, HI).

Khi có mặt các bazơ mạnh như: Liti-
dimetylamin, LiBr, LiI, LiClO

4
hoặc Mo(CO)
6
,
Co(CO)
8
… các nguyên tử hydro trong vòng
epoxy có thể sắp xếp lại tạo hợp chất cacbonyl.
Còn khi có mặt các bazơ không có tính ái nhân
mạnh như: n-butyl Liti và Liti dialkylamin sẽ tạo
thành hợp chất alcol.

Do có hoạt tính cao, nhóm epoxy có thể tham
gia phản ứng polymer hoá. Sự polymer hoá
diepoxy mạch ngắn là phản ứng quan trọng để
tạo thành polymer có các liên kết ngang từ hợp
chất epoxy và chất đóng rắn.
4.2Tính chất lý hóa học của nhựa epoxy.
Nhựa epoxy khi chưa đóng rắn là nhựa
nhiệt dẻo, tuỳ thuộc khối lượng phân tử mà
nhựa epoxy có thể ở dạng lỏng (M<450), đặc
(M<800), đến rắn (M>800), có thể tan tốt
trong các dung môi hữu cơ: xeton,
hydrocacbonclohoá, xylen…Nhựa epoxy có thể
phối trộn tốt với các loại nhựa khác như:
ureformaldehyt, polyester, nitroxenlulo… hoặc
các loại nhựa khác.
5. Lĩnh vực ứng dụng chính của nhựa epoxy
Nhựa epoxy sau khi đóng rắn là một vật
liệu tổng hợp (nhựa nhiệt rắn ) có nhiều tính

chất nổi bật ví dụ như khả năng bám dính cao
vào hầu hết các loại vật liệu, kể cả kim loại và
chịu được tác dụng của nhiều loại hoá chất (đặc
biệt là đối với kiềm ), bền cơ học, bền nhiệt độ,
cách điện tốt, độ mài mòn nhỏ, khả năng đóng
rắn tốt, độ co ngót thể tích sau khi đóng rắn
nhỏ, phối trộn tốt với các loại nhựa, phụ gia
khác .
Hiện nay nhựa epoxy được sử dụng rộng
rãi vào các lĩnh vực kỹ thuật hiện đại, đặc biệt
là công nghệ chế tạo vật liệu, linh kiện máy,
màng phủ chống ăn mòn, sơn vecni keo dán
kết cấu, vật liệu polyme composite, ngành chế
tạo thiết bị điện vv.
5.1 Màng phủ bảo vệ.

Màng phủ chống ăn mòn trên cơ sở nhựa epoxy
được dùng để bảo vệ các thiết bị bằng thép
trong các nhà máy hoá chất, thực phẩm, lọc
dầu các công trình xây dựng dân dụng như
cầu, cống, đập…vv.
Hệ sơn epoxy giàu kẽm và epoxy- nhựa
than đá được dùng rộng rãi để bảo vệ bề mặt
ống thép dẫn dầu, khí lỏng, nước muối, dung
dịch kiềm sơn epoxy dạng bột cũng được sử
dụng để trang trí dụng cụ nhà bếp, buồng tắm,
sơn ôtô, xe máy, xe đạp vv.
.
Sơn epoxy quét sàn
Lớp phủ sàn nhựa

Vỏ xe được làm từ sợi thủy tinh
epoxy
5.2 Keo dán
Keo dán epoxy được sử dụng trong nhiều
lĩnh vực, đặc biệt là trong công nghiệp hàng
không, vũ trụ, tự động hoá, điện, điện tử, các
ngành kiến trúc, nghệ thuật cũng cần đến hệ
keo dán này do những đặc tính nổi bật của nó.
Ngoài việc dùng chủ yếu để gắn kết kim loại,
gốm sứ, gỗ, bê tông, chất dẻo…vv, keo dán
epoxy còn được dùng trong ngành y tế để làm
xương, răng giả.
.
Răng giả Xương giả
Keo epoxyKeo epoxy A-B
5.3 Vật liệu polyme composite.
Vật liệu polyme composite trên cơ sở nhựa
epoxy tăng cường bằng sợi thuỷ tinh đã được
dùng thông dụng để chế tạo các thùng chứa
axit, dung dịch kiềm, dầu mỏ với giá thành
ban đầu nhỏ hơn sắt, thép, nhẹ hơn vầ độ bền
ăn mòn tốt hơn.
Những đường ống chế tạo từ epoxy và vải
thuỷ tinh không những để bảo quản, vận
chuyển dầu thô, nước sinh hoạt, khí thiên nhiên
mà còn dùng để vận chuyển nước thải, ống
thoát khí độc trong nhiều nhà máy hoá chất.