TÌM HIỂU TỔNG QUAN về NHỰA EPOXY ED 5

Đồ án Công Nghệ I GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan
SVTH: Lê Viết Việt Nhân Trang: 1 Lớp 12H4LT
MỤC LỤC
TRANG
MỤC LỤC 1
MỞ ĐẦU 3
Chương 1. LÝ THUYẾT TỔNG HỢP EPOXY 7
1.1. Tính chất chung của Epoxy 7
1.2. Nguyên liệu điều chế 8
1.2.1. Epiclohydrin 8
1.2.2. Diphenylol propan 9
1.3. Điều chế nhựa 10
1.3.1. Phản ứng tạo nhựa diepoxy 10
1.3.2. Phản ứng tạo nhựa polyepoxy 12
1.3.3. Sản phẩm epoxy hoá các hợp chất không no 14
1.4. Biến tính nhựa epoxy 14
1.4.1. Sử dụng axit béo của dầu thực vật 14
1.4.2. Đồng trùng hợp với hợp chất vinyl 15
1.5. Đóng rắn nhựa epoxy 16
1.5.1. Lý thuyết đóng rắn 16
1.5.2. Tác nhân đóng rắn axit 17
1.5.3. Tác nhân đóng rắn bazơ 19
Chương 2. QUY TRÌNH SẢN XUẤT EPOXY ED–5 22
2.1. Chuẩn bị nguyên liệu 22
Đồ án Công Nghệ I GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan
SVTH: Lê Viết Việt Nhân Trang: 2 Lớp 12H4LT
2.2. Chuẩn bị thiết bị phản ứng 23
2.3. Ngưng tụ tạo nhựa 23
2.4. Chưng tách epiclohydrin 23
2.5. Rửa nhựa 23
2.6. Chưng tách nước 24

2.7. Lọc nhựa 24
2.8. Chưng tách toluen 24
2.9. Lọc sản phẩm 24
THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 25
Chương 3. ỨNG DỤNG 26
3.1. Tình hình chung 26
3.1.1. Sơn – Lớp phủ 26
3.1.2. Keo dán 27
3.1.3. Vật liệu cách điện 27
3.1.4. Ứng dụng trong xây dựng – Vật liệu composite 28
3.2. Tình hình ở Việt Nam 29
KẾT LUẬN 31
TÀI LIỆU THAM KHẢO 32
Đồ án Công Nghệ I GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan
SVTH: Lê Viết Việt Nhân Trang: 3 Lớp 12H4LT
MỞ ĐẦU
Ngày nay, cùng với nền khoa học hiện đại, công nghệ hóa học không ngừng phát
triển và chiếm vị trí quan trọng trong nhiều lĩnh vực. Khoa học nghiên cứu và sản xuất
hợp chất cao phân tử là một trong những công nghệ điển hình, đặc trưng bởi tốc độ phát
triển và phạm vi ứng dụng của chúng. Các ngành công nghiệp lớn như cao su, chất dẻo,
sợi hóa học, màng, sơn và keo, vật liệu cách điện và giấy, v.v hoàn toàn có mặt các vật
liệu cao phân tử hay Polymer. Có thể nói các vật liệu cao phân tử hầu như được sử dụng
trong mọi ngành kinh tế quốc dân.
Sản phẩm Polyme có những tính chất đặc biệt so với các vật liệu khác như tỷ trọng
thấp, tính cách điện, cách nhiệt, cách âm cao, khả năng chống ăn mòn, dễ gia công, dễ tạo
hình và nhuộm màu tốt, v.v… Tuy nhiên vẫn còn nhiều nhược điểm như độ bền nhiệt
thấp, hệ số giãn nở nhiệt cao, dễ chảy và phân hủy theo thời gian, v.v. Khoa học công
nghệ càng phát triển tương ứng với càng nhiều nghiên cứu mới cho thấy có thể khắc phục
được những nhược điểm trên và tạo ra các sản phẩm có tính chất đặc biệt tốt hơn. Hiện
nay hầu hết các nước phát triển và đang phát triển đều sử dụng phổ biến vật liệu Polymer,

các nước công nghiệp hiện đại thường có những ứng dụng tiên tiến và hiện đại hơn rất
nhiều trong lĩnh vực vũ trụ, hàng không, hàng hải, quân sự và dân dụng.
Một trong những sản phẩm của công nghệ Polymer thường được quan tâm là epoxy.
Epoxy là tên gọi chung cho tất cả các loại nhựa tổng hợp có chứa nhóm epoxy trong cấu
trúc phân tử, chúng được xem như là monomer không có liên kết ngang hay oligomer có
chứa nhóm epoxy.
Nhựa epoxy là sản phẩm ngưng tụ của epiclohydrin với ancol đa chức hay phenol
đa chức, nhựa có khối lượng phân tử rất cao, epoxy đóng rắn chứa rất ít hoặc không có
nhóm epoxy. Ngày nay, thuật ngữ epoxy còn được dùng để chỉ một số dạng nhựa nhiệt
dẻo chưa qua biến tính hoặc đóng rắn và cả nhựa nhiệt rắn.
Theo các tài liệu, bản quyền đầu tiên cho việc tổng hợp epoxy đã xuất hiện từ
những năm 90 của thế kỷ 19. Tuy nhiên, phải đến cuối những năm 1930, Pierre Castan
Đồ án Công Nghệ I GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan
SVTH: Lê Viết Việt Nhân Trang: 4 Lớp 12H4LT
(người Thụy Sĩ) và Sylvan Greenlee (người Mỹ) mới được công khai cấp bằng sáng chế
khi tổng hợp thành công mẻ nhựa đầu tiên từ Bisphenol-A với epiclohydrin một cách
đồng thời, độc lập. Sản phẩm này đặc trưng bởi các nhóm epoxide cuối mạch, chúng
đước giới thiệu trên thị trường và đưa vào sản xuất thương mại vào năm 1947. [1]
Epoxy đã phát triển rộng khắp như một hệ quả của Thế chiến II, trước đó chỉ sử
dụng cho các mục đích quân sự. Sự linh động của epoxy mang lại năng suất sử dụng cao
dưới tác động nhiệt độ hay môi trường ăn mòn. Nếu như so sánh với các dạng nhựa nhiệt
rắn khác thì epoxy là một hệ thống cực kỳ phức tạp.[2] Một trong những ứng dụng lớn
nhất của epoxy là lớp phủ, ngoài ra còn có các lĩnh vực khác như keo dán, composite, vật
liệu cách điện. Những năm cuối 1940, hai hãng lớn của Mỹ là Shell Chemical Co. và
Union Carbide Corp. Bắt đầu nghiên cứu về epoxy trên cơ sở Bisphenol-A. Nhiều dạng
epoxy mới đã được phát triển liên tục trong suốt 20 năm (từ 1950 đến 1970) với ít nhất
25 loại khác nhau khả dụng vào cuối thập niên 60. Chúng đều là các epoxy đa chức sử
dụng cho các ứng dụng chịu nhiệt độ cao. [1]
Năm 1960, nhựa epoxy đa chức được phát triển với nhiệt độ gia công cao hơn. Sau
đó, CIBA Products Co. đã sản xuất và đưa vào thị trường nhựa epoxy-novolac từ o-cresol.

Từ những năm 1970, đột phá của công nghiệp sơn phủ hệ nước trên cơ sở epoxy đã
thiết lập vị trí thống lĩnh thị trường epoxy trên thế giới: sơn tĩnh điện cho sản xuất ô tô,
sơn nội thất, lớp phủ bảo vệ trong công nghiệp.
Vào thập niên 80 của thế kỷ 20, ngành công nghiệp điện tử ở Nhật đã sử dụng loại
epoxy có độ tinh khiết cao để chế tạo các chi tiết phức tạp. Người ta luôn hướng đến việc
tiếp tục thu nhỏ kích thước thiết bị trong công nghiệp máy tính, thiết bị điện tử và các
thiết bị thông tin liên lạc hiện đại. Điều này đã dẫn đến sự ra đời và ứng dụng hệ thống
epoxy hỗn hợp với hằng số điện môi thấp hơn (D
k
), nhiệt độ hóa thủy tinh cao hơn (Tg),
gia tăng nhiệt độ phân hủy nhiệt (T
d
).
Từ 1990, các vật liệu chống bức xạ được phát triển từ epoxy–acrylate và các epoxy
vòng béo. [5]
Năm 1999, Công ty DOW Chemical đã giới thiệu một loại epoxy nhiệt dẻo mới,
BLOX*, sử dụng cho các ứng dụng keo dán, lớp phủ, tấm chắn khí ở áp suất cao…[5]
Đồ án Công Nghệ I GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan
SVTH: Lê Viết Việt Nhân Trang: 5 Lớp 12H4LT
Dow Chemical Co. là nhà cung cấp nhựa epoxy và các sản phẩm nguyên liệu liên quan
hàng đầu thế giới với hơn 10 nhà máy sản xuất trên toàn thế giới, khu vực Châu Á có các
nhà máy ở Zhangjiagang, tỉnh Giang Tô (Trung Quốc); Gumi (Hàn Quốc) và Kinu Ura
(Nhật Bản). Trung Quốc là thị trường phát triển sản phẩm nhựa epoxy nhanh nhất thế
giới, cũng như các thị trường Châu Á khác, Trung Quốc đóng một vai trò quan trọng đối
với Dow và các khách hàng. Để đảm bảo phát triển liên tục ở khu vực Châu Á, Dow dự
định xây dựng nhà máy epoxy lỏng (LER) công suất 100.000 tấn/năm và nhà máy
epiclohydrin (ECH) 150.000 tấn/năm ở Trung Quốc sử dụng công nghệ chuyển hóa
glycerin, một công nghệ độc quyền của Dow. Glyxerin là sản phẩm tái sinh từ quá trình
sản xuất nhiên liệu diesel sinh học.
Công ty Cardolite (Mỹ) hiện đã giới thiệu sản phẩm sơn epoxy dựa trên các tác

nhân đóng rắn phenalkamin. Chúng là những hợp chất thơm chứa nhóm amin và có mạch
dài. [14]
Ngoài việc cung cấp thời gian đóng rắn nhanh, các phenalkamin giúp cho sơn epoxy
có khả năng đóng rắn ở nhiệt độ thấp (<40
0
F hoặc 5
0
C), chịu được độ ẩm tốt hơn, kháng
hoá chất tốt và cải thiện tính mềm dẻo. Phenalkamin được sản xuất từ vỏ cây điều, là chất
lỏng nhớt có màu nâu hoặc nâu đỏ. Royce International Corp. và Cardolite Corp. là hai
hãng sản xuất phenalkamin lớn và chủ yếu trên thế giới hiện nay. [14]
Ở Việt Nam trong vài năm qua, nhu cầu sử dụng sơn bột Epoxy cũng đã tăng lên rất
mạnh trong các ngành công nghiệp sản xuất ô tô, xe máy để sơn các chi tiết máy, trong
kết cấu xây dựng dân dụng và công nghiệp. Tuy nhiên, lượng sơn bột này trong nước
chưa sản xuất được mà phải nhập khẩu. Thị trường sơn Việt Nam dần quen thuộc với
nhiều thương hiệu nổi tiếng như Dupont, ICI, Jotun, Nippon phục vụ nhu cầu s
ử dụng
epoxy trong nước.
Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều nhà sản xuất và phân phối các loại sản phẩm
Epoxy có uy tín tại thị trường Việt Nam như Dow, Epotec, Kuddo, KumHo. Quá trình và
Đồ án Công Nghệ I GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan
SVTH: Lê Viết Việt Nhân Trang: 6 Lớp 12H4LT
thiết bị dùng để sản xuất nhựa epoxy không quá phức tạp, tuy nhiên nguồn nguyên liệu
sản xuất còn đắt và hiếm, do phải nhập khẩu từ nước ngoài, do vậy giá thành sản phẩm
epoxy còn cao. Tuy vậy, nhiều lĩnh vực trong nước vẫn đòi hỏi các tính năng sử dụng của
epoxy nên chúng vẫn được ứng dụng rất rộng rãi, ví dụ sửa chữa, dặm vá cấu trúc bê tông,
sửa chữa các bề mặt chịu cường độ cao, không thấm nước, kháng hoá chất; dùng làm sơn
phủ, keo dán (ứng dụng trong ngành hàng hải, hàng không thay cho hàn kim loại).
Sự ra đời và hoạt động của cụm công nghiệp lọc hoá dầu Dung Quất có thể sẽ giải
quyết phần nào vấn đề này, hy vọng sẽ có hướng đi mới cho việc sản xuất nhựa epoxy

hoặc cung cấp nguyên liệu sản xuất ngay trong nước. Khi đó, sẽ có nhiều điều kiện sử
dụng hơn, nhu cầu sử dụng được đáp ứng rộng hơn, giá thành sản phẩm hạ.
Từ những lợi ích và hạn chế của nhựa epoxy đã nêu trên, em chọn đề tài: TÌM
HIỂU TỔNG QUAN VỀ NHỰA EPOXY ED-5 để có thể hiểu rõ phần nào quá trình sản
xuất và ứng dụng của epoxy. Việc nắm bắt tính chất và đặc điểm của epoxy để cải thiện
các nhược điểm của chúng nhằm tạo ra hiệu quả sử dụng tối ưu là điều rất cần thiết.
Đồ án Công Nghệ I GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan
SVTH: Lê Viết Việt Nhân Trang: 7 Lớp 12H4LT
Chương 1 LÝ THUYẾT TỔNG HỢP EPOXY
1.1. Tính chất chung của Epoxy
Về phương diện hoá học, nhựa epoxy có thể chứa một hoặc nhiều nhóm epoxy ở vị trí
cuối mạch hay lặp đi lặp lại trong cấu trúc phân tử. Nhựa epoxy có thể được chia làm 3
loại chính:
+Diepoxy: chứa 2 nhóm epoxy ở 2 đầu mạch, điển hình như sản phẩm ngưng tụ của
Bisphenol—A và epiclohydrin.
+Polyepoxy: chứa nhiều nhóm epoxy trong cấu trúc mạch (≥3), ví dụ như sản phẩm
điều chế từ nhựa phenol formandehyde đa tụ với epiclohydrin
+ Loại nhựa thu được từ phương pháp epoxy hoá các hợp chất không no, đây là
phương pháp có giá trị lý thuyết lẫn thực tế. Nó cho phép biến đổi những polymer rẻ, dễ
kiếm thành nhựa epoxy mang nhiều đặc tính kỹ thuật tốt.
Trong 3 nhóm trên, thông dụng hơn cả là nhóm diepoxy với 2 sản phẩm điển hình
ED-5 và ED-6. Chúng có quy trình sản xuất giống nhau, hai loại trên được phân biệt dựa
trên các yêu cầu sản phẩm như hàm lượng chất bốc, độ nhớt, tỷ trọng, hàm lượng nhóm
epoxy… Từ những điều kiện phản ứng khác nhau sẽ tạo ra sản phẩm nhựa khác nhau.
Nhìn chung, các yêu cầu kỹ thuật của ED-6 cao hơn ED-5. Tuỳ thuộc vào khối lượng
phân tử mà nhựa epoxy có thể là chất lỏng nhớt hay chất rắn (giòn) có nhiệt độ nóng chảy
Tm thấp. Nhựa epoxy ngoài việc sử dụng một mình có thể được biến tính với nhiều nhựa
khác như ure fomaldehyde, phenol fomaldehyde, polyamin, polyeste và đồng trùng hợp
với vinylaxetat. Hầu hết các loại nhựa epoxy có ưu điểm là tính chất cơ lý cao sau khi
đóng rắn, độ co ngót thấp, khả năng cách điện cao, bám dính tốt, chịu hoá chất. Tuy

nhiên, tuỳ vào phương pháp điều chế và cấu tạo mà mỗi loại epoxy khác nhau mang các
tính chất khác nhau.
Nhựa epoxy chưa đóng rắn đi từ diphenylol propane là nhựa nhiệt dẻo, có màu từ
vàng đến nâu, từ trạng thái lỏng nhớt đến rắn (giòn), hoà tan tốt trong keton, ete, MEK…
Nhựa thấp phân tử tan được trong rượu và hydrocacbon thơm. Khối lượng phân tử càng
cao thì hàm lượng nhóm epoxy càng thấp làm cho nhựa càng mềm dẻo và co dãn hơn.
Đối với polyepoxy, số nhóm epoxy tỷ lệ với số nhóm hydroxyl trong nhựa phenol
Đồ án Công Nghệ I GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan
SVTH: Lê Viết Việt Nhân Trang: 8 Lớp 12H4LT
formaldehyde ban đầu, do đó khi khối lượng phân tử tăng thì hàm lượng nhóm epoxy
cũng tăng, nhựa khi đóng rắn sẽ tạo mạng lưới không gian dày đặc nên cứng hơn. Để
tăng độ co dãn cho nhựa người ta thêm vào cá chất hoá dẻo như polyamid, polysunfit…
Nhựa epoxy ED-5 ở dạng lỏng, hàm lượng nhóm epoxy khoảng 19-20%, khối lượng
phân tử trung bình 360-430, mức độ đa tụ từ 0,18-0,31; hàm lượng chất bốc không quá
2%. Thời gian đóng rắn với hexametylen diamin ở 120°C ≤ 10 phút. Độ nhớt ở 40°C xác
định theo phương pháp thả bi rơi ≤ 4500Cp.
1.2. Nguyên liệu điều chế
Nhựa diepoxy ED-5 được tổng hợp từ 2 nguyên liệu chính là epiclohydrin và
diphenylol propan (Bisphenol-A) với xúc tác NaOH.
1.2.1. Epiclohydrin
1.2.1.1. Giới thiệu.
- CTCT: hay
- Tính chất: Epiclohydrin là chất lỏng, không màu, không tan trong nước, tan trong
dung môi hữu cơ (benzen, toluen, xylen, acetone…), rất độc, có mùi nặng. [5]
+ Nhiệt độ sôi t
s
= 115
0
C
+ Khối lượng riêng ở 20

0
C là 1,175 - 1,18 g/cm
3
.
1.2.1.2. Điều chế: Có 2 phương pháp chính để điều chế epiclohydrin. [7]
- Từ glycerin
Cl
2
Đồ án Công Nghệ I GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan
SVTH: Lê Viết Việt Nhân Trang: 9 Lớp 12H4LT
- Từ propylen
1.2.2. Diphenylol propan [5], [7]
1.2.2.1. Giới thiệu:
- Còn có tên gọi khác là 2,2-bis (phydroxy phenyl) propane, tên thương mại là
Bisphenol-A (Dian).
+ CTCT
+ Tính chất: • Cấu trúc tinh thể màu trắng có thể gây bỏng da, không tan trong nước,
tan trong dung môi hữu cơ.
• Điểm chảy m
p
= 153°C
• Khối lượng riêng 1,2g/cm³
• Áp suất bốc hơi 0,2 mmHg (ở 170°C)
1.2.2.2. Điều chế
- Phương pháp được sử dụng chủ yếu là cho phenol tác dụng với acetone trong môi
trường axit mạnh
+ Nồng độ axit là yếu tố quyết định đến hiệu suất phản ứng, có thể dùng dung dịch
H
2
SO

4
hoặc hơi HCl.
HClO
Đồ án Công Nghệ I GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan
SVTH: Lê Viết Việt Nhân Trang: 10 Lớp 12H4LT
- Ngoài ra người ta còn thu được Bisphenol-A từ phản ứng thủy phân polycacbonat
phế thải trong môi trường kiềm, nhưng để làm nguyên liệu sản xuất nhựa epoxy thì
bisphenol-A thu được phải qua công đoạn tái chế phức tạp mới có thể sử dụng.
1.3. Điều chế nhựa epoxy
1.3.1. Phản ứng tạo nhựa diepoxy. [4]
Diepoxy lại có thể tác dụng với epiclohydrin hay Dian tạo thành hợp chất có khối lượng
phân tử cao hơn:
- Phụ thuộc vào tỷ lệ nguyên liệu mà sản phẩm thu được là khác nhau, có trạng thái
từ lỏng nhớt đến rắn, có khối lượng phân tử, đương lượng epoxy khác nhau. Nếu tỷ lệ
Epiclohydrin: Dian càng lớn thì khối lượng phân tử nhựa epoxy càng bé.
- Như vậy, nhựa epoxy là một hỗn hợp đồng đẳng polymer, khối lượng phân tử của
từng thành phần trong phân tử là:
+
NaOH
100°C
CH
2
-CH-CH
2
-O
O-CH
2
-CH-CH
2
OH

Cl
OH
Cl
CH
3
CH
3
C
HCl
O-CH
2
-CH-CH
2
O
O
CH
3
CH
3
C
CH
2
-CH-CH
2
-O
+
(diepoxy)
O
CH
3

CH
3
C
O-CH
2
-CH-CH
2
O
CH
3
CH
3
C
O-CH
2
-CH-CH
2
OH
n

O
Đồ án Công Nghệ I GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan
SVTH: Lê Viết Việt Nhân Trang: 11 Lớp 12H4LT
M = 57
M = 283
M = 284
Do đó, khối lượng phân tử trung bình của nhựa là 340 + 284n
- Xúc tác sử dụng là NaOH (20-50%) được cho vào hỗn hợp một cách từ từ. Trong
quá trình phản ứng, người ta có thể thêm vào các đồng dung môi (như etanol, acétone,…)
để việc tách nước được dễ dàng hơn và giới hạn các sản phẩm phụ không mong muốn

làm giảm nhóm epoxy và ảnh hưởng tính chất sản phẩm. [5]
Các phản ứng phụ có thể xảy ra. [5],[6]
+ Thủy phân epiclohydrin thành glycerin
+Thủy phân nhóm epoxy cuối mạch
+ Trùng hợp nhóm epoxy với nhóm hydroxyl gây gel hóa:
CH
2
-CH-CH
2
O
Đồ án Công Nghệ I GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan
SVTH: Lê Viết Việt Nhân Trang: 12 Lớp 12H4LT
+ Sự tấn công bất thường của phenol vào C trung tâm epiclohydrin dẫn đến khó
tách HCl
+ Sự tăng lên của nhóm –Cl trong sản phẩm (1000-2000 ppm)
1.3.2. Phản ứng tạo nhựa polyepoxy: là loại nhựa chứa nhiều hơn 2 nhóm epoxy trong
mỗi phân tử
.
- Nhựa polytriglycidyl cyanuarat, điều chế từ epiclohydrin và axit cyanuric.
OH
O
CH
CH
2
OH
CH
2
Cl
+
CH

2
CH
CH
2
ClOH
CH
2
CH
CH
2
Cl
CH
2
CH
OH
CH
2
Cl
O
CH
2
CH
CH
2
Cl
CH
2
CH
O
CH

2
O
+
CH
2
-CH-CH
2
O Cl
+
NaOH
Đồ án Công Nghệ I GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan
SVTH: Lê Viết Việt Nhân Trang: 13 Lớp 12H4LT
+ Sản phẩm này sau khi đóng rắn sẽ có tính kháng nhiệt tốt hơn, tổn hao điện môi ở
nhiệt độ cao bé hơn nhựa diepoxy. Tuy nhiên nhựa này ít được sản xuất do khó khăn về
nguyên liệu.
- Nhựa polyepoxy t
ừ
Bisphenol-F
+ Điều chế Bisphenol-F
+ Ngưng tụ nhựa
- Nhựa đi từ phenol-formaldehyde: bao gồm cả 2 dạng novolac và rezolic, chúng
được xử lý bằng epiclohydrin trong môi trường kiềm (70-100°C) để tạo polyepoxy.
+ Sản phẩm từ Novolac:
+ Sản phẩm từ Rezolic:
n

CH
2
OH
OH

CH
2
CH
2
-CH-CH
2
O Cl
+
NaOH
CH
2
-CH-CH
2
-O
O
O-CH
2
-CH-CH
2
O
O-CH
2
-CH-CH
2
O
CH
2
CH
2
CH

2
OH
CH
2
CH
2
-CH-CH
2
O
O
n

OCH
2
-CH-CH
2
n

O
O-CH
2
-CH-CH
2
O
C
H
2
-
C
H

-
C
H
2
–
O
O
C
H
2
n
O
–
C
H
2
-
C
H
-
C
H
2
O
Đồ án Công Nghệ I GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan
SVTH: Lê Viết Việt Nhân Trang: 14 Lớp 12H4LT
+ Nhựa polyepoxy đi từ Novolac được dùng phổ biến hơn. Sản phẩm sau khi đóng
rắn thường rất cứng và kém đàn hồi, nhưng lượng liên kết ngang lớn nên chúng có độ
chịu nhiệt rất cao.
1.3.3. Sản phẩm epoxy hoá các hợp chất không no

- Sử dụng các peraxit hữu cơ như peracetic, perbenzoic để epoxy hoá
+ Nhựa peraxit có độ nhớt thấp và màu nhạt hơn diepoxy hay polyepoxy. Chúng có
sự thay đổi các tính chất như tốc độ đóng rắn, tính đàn hồi, nhiệt độ chảy.
- Cho axit hypocloric tác dụng với hợp chất không no, sau đó dùng kiềm khử HCl
để tạo vòng epoxy.
Nhựa epoxy nguyên chất không có tính chất gì đặc biệt, hơn nữa không bao giờ
chỉ dùng riêng mình nó mà thường phải kết hợp với chất biến tính hay chất đóng rắn gây
ra phản ứng trùng hợp, khi đó mới tạo nên những tính chất quý, đặc biệt là tính kết dính.
[4]
1.4. Biến tính nhựa epoxy. [6],[7]
1.4.1. Sử dụng axit béo của dầu thực vật
- Thực chất là phản ứng este hóa epoxy
CH
CH
CH
+
HClO
CH
OH Cl
CH
CH
OH Cl
+
NaOH
CH
CH
O
+ +
NaCl
H

2
O
-CH
2
-CH-CH
2
O
+
RCOOH
-CH
2
-CH-CH
2
-OOCR
OH
-CH
2
-CH-CH
2
-OOCR
OH
+
R'COOH
-CH
2
-CH-CH
2
-OOCR
O
C=O

R'
+
H
2
O
Đồ án Công Nghệ I GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan
SVTH: Lê Viết Việt Nhân Trang: 15 Lớp 12H4LT
+ Đồng thời este hóa cả nhóm hydroxyl của nhựa ban đầu
+ Trong công nghiệp thường tiến hành este hóa ở nhiệt độ 220-260°C, phản ứng sử
dụng xúc tác, Dung dịch nhựa thường bị đục khi bảo quản.
- Axit béo được lấy từ dầu lanh, dầu trẩu, dầu thầu dầu và được khử nước, axit béo
có số nối đôi càng nhiều thì quá trình este hóa diễn ra càng nhanh.
1.4.2. Đồng trùng hợp với hợp chất vinyl
- Có thể dùng vinyl clorua, vinyl acetate, este của axit acrylic và meta acrylat, hoặc
epoxy đồng trùng hợp với acrylonitryl
* Ngoài ra, người ta còn biến tính epoxy bằng cách đồng trùng hợp với styren, cao su
butadien nitryl, phối trộn với chất hóa dẻo như polyamid, đa tụ với hợp chất silic hữu cơ.
CH
OH
RCOOH
O
C=O
R
+
+
CH
H
2
O
CH

2
-CH-
-CH-CH
2
O
O
+
CH
2
=CH-COOH
CH
2
=CH-C-O-CH
2
-CH-
-CH-CH
2
-O-C-CH-CH
2
O
O
CH=CH
2
+
-CH-CH
2
-O-C-CH-CH
2
-
O

OH
OH
O
CH
2
CH-
n

CH-
CH
2
n

-CH
2
-CH-C-O-CH
2
-CH-
-CH-CH
2
-O-C-CH-CH
2
-
O
OH
OH
O
-CH
2
-CH-C-O-CH

2
-CH-
xt peroxit
Đồ án Công Nghệ I GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan
SVTH: Lê Viết Việt Nhân Trang: 16 Lớp 12H4LT
1.5. Đóng rắn nhựa epoxy
1.5.1. Lý thuyết đóng rắn
- Nhựa epoxy không thể chuyển sang trạng thái không nóng chảy, không hòa tan
nếu như không có mặt tác nhân đóng rắn, trong công nghiệp sản xuất và sử dụng epoxy,
các thuật ngữ chất làm cứng, chất hoạt hoá hay chất xúc tác đều là những ứng dụng khác
nhau của tác nhân đóng rắn. [1]
- Sự chuyển đổi của epoxy từ trạng thái nhựa dẻo sang nhựa nhiệt rắn cứng, bền
chắc có thể xảy ra thông qua các quá trình đóng rắn đa dạng và phức tạp. Đối với epoxy
thương mại, sự mở rộng hơn về thành phần hoá học của nhựa dẫn đến sự phất triển tương
đương của nguyên liệu phản ứng hay xúc tác sử dụng với nó. Sự đóng rắn thường do
phản ứng cộng mở vòng hình thành nên mạng lưới liên kết ngang. [2]
- Trong quá trình đóng rắn, ta có thể sử dụng cả nhóm epoxy cuối mạch hay các
hydroxyl bậc 2 trên mạch chính để tạo liên kết ngang, sự đóng rắn nhựa có thể trải qua 3
phản ứng chủ yếu sau: [3]
+ Các nhóm epoxy sắp xếp lại và định hướng các liên kết giữa chúng với nhau
+ Các hydroxyl của aromatic/aliphatic liên kết với các nhóm epoxy
+Tác nhân đóng rắn hình thành liên kết ngang với các gốc trong mạch đại phân
tử.[3]
- Nhựa epoxy và tác nhân đóng rắn được kết hợp với nhau theo một tỷ lệ nhất định,
đây là yếu tố quan trọng vì nó đảm bảo cho phản ứng xảy ra hoàn toàn. Nếu tỷ lệ không
đúng thì nhựa chưa phản ứng hết hoặc chất đóng rắn còn dư. Để đảm bảo tỷ lệ phối trộn
chính xác, nhà sản xuất thường công thức hoá các thành phần và đưa ra một tỷ lệ trộn
đơn giản bằng cách đo khối lượng hay thể tích của của chúng. [11]
- Ví dụ về tính toán tỷ lệ đơn giản cho một hệ đóng rắn epoxy. [1]
• Nhựa DGEBA (diglycidyl ete of Bisphenol-A)

• Amin curative: Trietylen tetramine (TETA)
• Khối lượng phân tử amin là 146
+ Có 6 hydro của amin có chức năng phản ứng với 1 nhóm epoxy, vì vậy tương
đương 24,3(g) TETA sử dụng cho mỗi đương lượng epoxy.
Đồ án Công Nghệ I GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan
SVTH: Lê Viết Việt Nhân Trang: 17 Lớp 12H4LT
+ Nếu DGEBA có khối lượng phân tử 190 thì 24,3(g) TETA cho mỗi 190(g)
DGEBA  12,8% khối lượng TETA so với DGEBA. [1]
- Khuyết điểm lớn nhất của nhựa epoxy là yêu cầu thời gian đóng rắn dài. [3]
- Thực nghiệm đã xác định chính xác tỷ lệ hợp lý của hệ đóng rắn nhựa có những
đặc tính tối ưu. Lượng TETA tối ưu khoảng 12,5% nhựa, gần đúng với số liệu tính toán
trên lý thuyết. Tuy nhiên, không hiếm gặp trường hợp có mức chênh lệch từ 80-110% so
với lý thuyết. [1]
Biểu đồ: Ảnh hưởng của nồng độ DETA và TETA đến chênh lệch nhiệt độ của DGEBA
(Nguồn Handbook of Epoxy Resin, Lee and Neville, 1967) [1]
- Tác nhân đóng rắn epoxy được chia thành 2 nhóm chính: [1]
+ Nhóm axit
+ Nhóm bazơ
1.5.2. Tác nhân đóng rắn axit [1]
1.5.2.1. Axit Lewis
- Chứa các orbital trống ở vỏ ngoài nguyên tử, chúng là các hợp chất halogen kim
loại như ZnCl
2
, AlCl
3
, FeCl
3
hoặc chứa BF
3
(ví dụ BF

3
-etylamin, BF
3
-etherate)
-Axit triflic và các muối của nó đã và đang được dùng làm xúc tác cho lớp phủ,
dietylamoni triflat có thể dùng chung với polyol, phenolic cho hiệu quả đóng rắn tốt hơn.
(Ωcm.10
-10
)
(°C)
Lượng chất đóng rắn (%nhựa)
Đồ án Công Nghệ I GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan
SVTH: Lê Viết Việt Nhân Trang: 18 Lớp 12H4LT
1.5.2.2. Phenol
- Phenol hiếm khi được sử dụng làm tác nhân đóng rắn đơn lẻ, thực ra chúng đóng
vai trò nhiều hơn trong việc đẩy nhanh tốc độ đóng rắn cho các tác nhân đóng rắn chính
1.5.2.3. Axit hữu cơ
- Tương tự như phenol, các axit hữu cơ cũng đóng vai trò đồng xúc tác. Nhiệt độ
ảnh hưởng không nhỏ đến tiến trình phản ứng, nếu nhiệt độ thấp sẽ tạo sản phẩm dạng ete,
nhiệt độ cao sẽ tạo este. Xét về yếu tố không gian, vị trí vòng oxirane hay nhóm carboxyl
cũng có tác động đến sản phẩm.
- Axit hữu cơ thường được sử dụng là: axit béo dime hoá/trime hoá; phtalic; axit
oxalic, maleic; polyeste với carboxy cuối mạch.
1.5.2.4. Các anhydric cyclic
- Sự mở vòng xảy ra do các hydro linh động của nhóm hydroxyl, nước hay bazơ
Lewis
- Các anhydric là tác nhân đóng rắn lớn thứ hai cho epoxy, Đặc biệt phù hợp trong
lĩnh vực vật liệu cách điện. Anhydric dạng lỏng dễ dàng hoà tan trong nhựa, anhydric rắn
cần gia nhiệt và tỷ lệ phối trộn thích hợp.
R-C-OH

O
+
C C
O
R-C-O-C-C-
OH
O
OH
R +
C C
O
+
ROH
C C
OH
OR
C
C
O
O
O
+
+
ROH
C
C
O
O
OH
OH

C C
O
+
C
C
O
O
O
OH
C
C
OH
C
C
O
O
OH
OR
H
2
O
Đồ án Công Nghệ I GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan
SVTH: Lê Viết Việt Nhân Trang: 19 Lớp 12H4LT
- Các anhydric thường gặp sử dụng cho đóng rắn epoxy:
+ Phtalic anhydric: giá cả rẻ, hiệu suất sử dụng lớn.
Nó thường dùng trong các tấm laminat, sản phẩm đúc, lớp phủ.
+ Hexahydro phtalic anhydric:
+ Dodecenylsuccinic anhydric:
+ Pyromellitic dianhydric:
+ Trimellitic anhydric:

+
Benzophenol tetracarboxylic anhydric
1.5.3. Tác nhân đóng rắn bazơ. [1]
1.5.3.1. Bazơ Lewis
- Chứa một electron độc thân bên ngoài orbital, các dạng chính của bazơ Lewis sử
dụng cho epoxy là các amin bậc 3, chúng xúc tác cho epoxy khi có mặt nhóm hydroxyl
trong phân tử.
-CH
2
-CH-CH
2
O
R
3
N
CH
2
-CH-CH
2
O
+
R
3
N
CH
2
-CH-CH
2
O
+

CH
2
-CH-CH
2
O
CH-CH-CH
2
O
+
–
Đồ án Công Nghệ I GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan
SVTH: Lê Viết Việt Nhân Trang: 20 Lớp 12H4LT
+ Amin bậc 3 đóng vai trò đồng xúc tác, xúc tiến cho các tác nhân đóng rắn
như anhydric axit và amin thơm. Lượng sử dụng thường không quá 1,5% nhựa.
- Muối amin bậc 3 giúp cải thiện tính kháng ẩm, dán kim loại tốt, kháng hoá chất,
tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng sẽ làm giảm các tính chất này.
1.5.3.2. Amin béo
- Các amin béo bậc 1
- Các amin béo bậc 2
Amin béo là nhóm tác nhân đóng rắn epoxy lớn nhất, nó được sử dụng với vai trò
chất pha loãng, điều chỉnh hay hoạt hoá quá trình, amin béo là chất hoạt động bề mặt, đặc
trưng bởi thời gian sống ngắn, toả nhiệt cao, có tính độc nên có thể gây ra các triệu chứng
hô hấp.
1.5.3.3. Các phức amin
- Việc thêm vào các phức amin sẽ làm giảm độ bay hơi, tăng tỷ lệ phối trộn, thay
đổi tốc độ phản ứng. Dạng phức cổ điển nhất là sản phẩm của DETA và DGEBA, nó tạo
nên thời gian đóng rắn ngắn bởi nó phản ứng cục bộ với các hydroxyl.
1.5.3.4. Polyamin. [4]
- Thường dùng dietylen triamin, hexaetylen triamin, phenylen diamin…
CH

2
-CH-CH
2
-R'
O
RNH
2
+
R-NH-CH
2
-CH-CH
2
-R'
OH
CH
2
-CH-CH
2
-R'
O
+
R-NH-CH
2
-CH-CH
2
-R'
OH
R-N
CH
2

-CH-R'
CH
2
-CH-R'
OH
OH
CH
2
-CH-CH
2
-R'
O
CH
2
-CH-CH
2
-R'
O
R'-CH
2
-CH-CH
2
R'-CH
2
-CH-CH
2
O
O
+
+

R
NH
2
NH
2
R'-CH
2
-CH-CH
2
-N-CH
2
-CH-CH
2
-R'
R'-CH
2
-CH-CH
2
-N-CH
2
-CH-CH
2
-R'
OH
OH
OH
OH
R
Đồ án Công Nghệ I GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan
SVTH: Lê Viết Việt Nhân Trang: 21 Lớp 12H4LT

Phản ứng không chỉ làm tăng độ dài mạch mà còn gây ra sự khâu mạch.
* Ngoài hai tác nhân đóng rắn axit và bazơ, người ta còn sử dụng các hợp chất khác chứa
hydro như polyamit, phenol formaldehyde, các chất chứa nhóm -OH, -COOH, -NH
2
…
- Cả nhựa epoxy lỏng và tác nhân đóng rắn đều có độ nhớt thấp nên thuận lợi cho
quá trình gia công, epoxy đóng rắn dễ dàng ở nhiệt độ phòng hoặc trong khoảng 5-150°C
tuỳ vào điều kiện và chất đóng rắn sử dụng. [11]
- Nhựa epoxy cũng như hầu hết các hợp chất cao phân tử khác thường kém bền với
thời tiết (lão hoá sớm), nguyên do epoxy vốn không bền với tia UV, nó khiến sản phẩm
bị hoá phấn hoặc ngả vàng, rạn nứt. Hơn nữa epoxy có tính dòn, độ cứng cao nhưng kém
đàn hồi nên chịu dãn nở nhiệt kém. Tuy nhiên, ta vẫn hay gặp nhiều loại vật liệu cao
phân tử dùng rất tốt ngoài trời, bởi chúng được thêm vào các phụ gia cao cấp. Đối với
epoxy cũng vậy, muốn dùng được cho cấu kiện ngoài trời thì phải tạo được 2 yếu tố: cải
thiện khả năng chịu tia UV và độ đàn hồi tốt, bền lâu.
[9]
Đồ án Công Nghệ I GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan
SVTH: Lê Viết Việt Nhân Trang: 22 Lớp 12H4LT
Chương 2 QUY TRÌNH SẢN XUẤT EPOXY ED-5
2.1. Chuẩn bị nguyên liệu. [6]
- Nguyên liệu thường dùng là epiclohydrin và bisphenol-A, xúc tác NaOH. Bằng
thực nghiệm, người ta đưa ra đơn phối liệu như sau
Nồng độ % Tỷ lệ mol Tỷ lệ
phần khối lượng
Bisphenol-A 100 1 100
Epiclohydrin 100 2 81,14
NaOH 100 2 35,09
- Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ tương đối cao, tốc độ phản ứng tạo nhựa phụ thuộc tốc
độ cho xúc tác. Tỷ lệ giữa epiclohydrin/Dian càng cao thì độ nhớt và khối lượng phân tử
càng thấp, hàm lượng nhóm epoxy tăng. Quá trình sản xuất còn sử dụng toluen làm dung

môi hoà tan nhựa để tách nước, dùng CO
2
trung hoà xúc tác NaOH dư sau khi rửa lần 1.
- Tiêu chuẩn của nguyên liệu
+ Epiclohydrin: • Hàm lượng epiclohydrin ≥ 97%
• Phần có t°s từ 88-115°C ≤ 16%
• Phần có t°s khoảng 116-117°C ≥ 80%
• Phần có t°s lớn hơn 117°C ≤ 4%
+ Bisphenol-A: • Bột trắng đồng nhất, trong cùng một mẻ nguyên liệu không
được dùng Dian có nhiều màu khác nhau.
• Hàm lượng ẩm ≤ 3%
• Hàm lượng phenol trong Dian ≤ 0,5%
• Lượng muối ăn mòn ≤ 0,04%
+ NaOH: Hàm lượng ≥ 92%
+ Toluen: • Không chứa cặn trong dung dịch
• Tỷ trọng ở 20°C là 0,85-0,86 g/cm³
• Nhiệt độ sôi 109-111,2°C
Đồ án Công Nghệ I GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan
SVTH: Lê Viết Việt Nhân Trang: 23 Lớp 12H4LT
2.2. Chuẩn bị thiết bị phản ứng. [6]
- Trước khi nạp liệu yêu cầu thiết bị phải sạch, làm nguội xuống 35°C, đóng kín tất
cả các cửa trên nắp thiết bị. Sau 3-4 lần phản ứng mới rửa nồi phản ứng bằng hơi nước.
2.3. Ngưng tụ tạo nhựa
- Ở nhiệt độ thường, cho epiclohydrin vào nồi phản ứng, sau đó cho bisphenol-A
vào và khuấy đều với tốc độ 300 vòng/phút, tạo huyền phù đồng nhất. Tiếp theo cho 65%
lượng NaOH vào, nâng nhiệt lên 60-65°C trong 1 giờ. Tiếp tục cho 22% NaOH vào, gia
nhiệt đến 70°C và duy trì trong 2 giờ. Cuối cùng cho hết 13% NaOH còn lại và nâng
nhiệt khoảng 70-75°C.
- Trong quá trình đa tụ, hỗn hợp đẳng phí epiclohydrin-nước bay hơi được ngưng tụ
liên tục ở thiết bị ngưng tụ và thu lại ở thiết bị phân tầng, tại đây hỗn hợp phân thành hai

lớp, nước ở trên và epiclohydrin ở dưới.
2.4. Chưng tách epiclohydrin
- Khi phản ứng đa tụ kết thúc, làm lạnh hỗn hợp xuống 35-40°C và tiến hành chưng
cất tách epiclohydrin không phản ứng. Quá trình chưng cất tiến hành ở áp suất chân
không, nhiệt độ tăng dần lên khoảng 70°C theo độ tăng áp suất, nhiệt độ tăng đến 115°C
thì duy trì trong khoảng 1 giờ, áp suất hơi ≤ 1at. Ngưng tụ epiclohydrin và chuyển sang
bộ phận phân tách, khi quan sát qua kính không thấy epiclohydrin nhỏ giọt nữa thì quá
trình kết thúc.
2.5. Rửa nhựa
- Tiến hành rửa nhựa để tách muối NaCl và NaOH dư, rửa rừ 2-5 lần bằng nước ấm
50-60°C. Nếu chỉ rửa bằng nước thì muối và nước hấp thụ trong nhựa không thể hoà tan,
do đó phải kết hợp rửa bằng nước và toluen.
+ Rửa lần 1: Khuấy trộn cho nhựa tan trong toluen trong khoảng 1-1,5 giờ, để lắng
rồi tách lớp nước ra. Sau khi rửa lần 1, tiến hành khử HCl trong dung dịch. Sử dụng
NaOH để trung hoà HCl. Khi tính toán lượng NaOH cần phải xác định rõ hàm lượng
nhóm epoxy để biết lượng Clo hữu cơ chứa trong nhựa.
+ Rửa lần 2: cũng tương tự như rửa lần 1, nhưng người ta còn sục khí CO
2
vào dung
dịch nhựa để trung hoà NaOH dư.
Đồ án Công Nghệ I GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan
SVTH: Lê Viết Việt Nhân Trang: 24 Lớp 12H4LT
2.6. Chưng tách nước.
- Tiến hành sau khi rửa nhựa, chưng ở nhiệt độ 75-85°C và áp suất chân không 600-
650 mmHg. Hỗn hợp đẳng phí nước-toluen bốc lên được làm lạnh sẽ phân lớp, tách nước
ra và thu toluen.
2.7. Lọc nhựa
- Khi lượng nước tách ra gần hết thì muối trong nhựa bắt đầu kết tinh. Cho dung
dịch nhựa qua lưới lọc, các muối kết tinh, tạp chất cơ học, tạp chất không tan trong toluen
sẽ bị giữ lại trên lưới. Sau khi lọc tiến hành sấy nhựa ở 75-85°C.

2.8. Chưng tách toluen.
- Sau khi lọc, dung dịch nhựa thu được có hàm lượng toluen rất cao, tiến hành
chưng tách ở 115-125°C, đến khi hàm lượng chất bốc ≤ 1% thì xem như kết thúc.
2.9. Lọc sản phẩm.
- Sau khi chưng tách toluen, lọc nhựa một lần nữa kết hợp gia nhiệt ở 40-45°C với
lưới có kích thước lỗ lớn hơn. Sản phẩm sau đó mang đi đóng thùng.
Đồ án Công Nghệ I GVHD: TS. Đoàn Thị Thu Loan
SVTH: Lê Viết Việt Nhân Trang: 25 Lớp 12H4LT
THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
- Epiclohydrin trong thùng chứa (3) được cho vào thiết bị phản ứng (7). Bisphenol-
A chứa trong thùng (1), mở van chân không để hút bisphenol-A vào nồi (7). Sau khi
bisphenol-A vào hết thì bật cánh khuấy với tốc độ 300 vòng/phút đến khi tạo huyền phù
đồng nhất, đồng thời gia nhiệt hỗn hợp phản ứng đến 60-65°C, sau đó bơm 65% lượng
NaOH từ thùng chứa (4) vào, duy trì nhiệt độ trong 1 giờ.
Cho tiếp 22% lượng NaOH vào, gia nhiệt đến 65-70°C. Phản ứng xảy ra mãnh liệt.
Sau 2 giờ, rót 13% NaOH còn lại vào nồi, duy trì 45 phút ở khoảng nhiệt độ 70-75°C.
Kết thúc thời gian thu được hỗn hợp nhựa.
Trong suốt quá trình đa tụ, hỗn hợp đẳng phí epiclohydrin-nước bay hơi sẽ ngưng tụ
ở thiết bị ngưng tụ (8), dịch ngưng vào thiết bị phân tầng (9), nước được tách ra và
epiclohydrin hồi lưu về thiết bị phản ứng (7).
Khi phản ứng đa tụ kết thúc, cho nước lạnh vào vỏ áo thiết bị phản ứng, làm lạnh
hỗn hợp xuống 35-40°C và chưng cất epiclohydrin dư. Sau khi tách epiclohydrin, thực
hiện rửa nhựa để tách NaCl và NaOH, khi rửa nhựa lần 1, nước rửa chứa trong thùng (5)
và toluen chứa trong thùng (2) được bơm vào nồi (7), khuấy trong 30 phút, để lắng và
tách lớp nước ra. Rửa lần 2, bơm CO
2
thêm vào để trung hoà NaOH dư.
Sau khi rửa, tháo nhựa ra cho qua thiết bị lọc (11) và cho vào thùng chứa (12). Bơm
răng khía (13) sẽ chuyển nhựa vào thiết bị sấy toluen (14). Cho hơi nước vào đun nóng
hỗn hợp đến 115-125°C, hơi toluen ngưng tụ ở thiết bị (15), hỗn hợp toluen-nước sẽ phân

lớp ở thiết bị phân tách toluen (16), tách riêng để thu toluen. Nhựa đã tách toluen được
cho qua thiết bị lọc (11) và cho vào thùng chứa sản phẩm (17). Từ đó mang đi đóng gói
và lưu kho.