slide thuyết trình vật liệu xây dựng đề tài Epoxy

Polyme epoxy

Composite là một loại vật liệu được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi nhất
trong 10 năm trở lại đây. Do những đặc tính ưu việt của chúng mà ngày nay
người ta sử dụng vào hầu hết các lĩnh vực công nghiệp và đời sống.

Composite được chia thành nhiều nhóm loại khác nhau, tuỳ thuộc vào chất
phụ gia tăng cường. Nhưng Composite được tăng cường bằng cốt sợi là có ý
nghĩa về mặt kinh tế và có tính kỹ thuật cao

Ngày nay vật liệu Composite đã trở nên phổ biến trong đời sống bởi những
tính năng tuyệt vời của chúng đã được khai thác và những tính năng mới
đang được khai thác ( như là mảnh đất màu mỡ của các nhà khoa học nghiên
cứu và chết tạo) .Bởi người ta dễ dàng pha trộn nó với một vài vật liệu đặc
biệt và tạo được ra những vật liệu mới có đầy đủ các tính năng mong muốn.


Chúng ta cũng đã biết đến Cao su từ vài thập kỷ trước, ngày nay cao su đã
không thể thiếu trong đời sống. Nhưng sở dĩ cao su được ứng dụng rộng rãi
như vậy là bởi vì tác dụng của lưu huỳnh đối với cao su thô là rất quan trọng.
Lúc đầu cao su thô có cấu trúc phân tử dạng mạch ngắn nên không có được
những tính chất quý giá của hợp chất cao phân tử (mạch dài). Lưu huỳnh có
tác dụng nối mạch các phân tử cao su thô thành các mạch dài dạng lưới khiến
cao su lưu hoá có các tính chất, phẩm chất mà cao su thô không thể có. Ngày
nay để cao su được ứng dụng rộng rãi như săm, lốp …ngoài ra người ta còn bổ
sung vào quá trình lưu hóa đó những hợp kim đặc biệt, hoặc tạo các nền, cốt
lõi đặc biệt để cho cao su có được độ dẻo dai, độ bền, độ đàn hồi cơ tính theo
mong muốn. Chất Epoxy mà chúng ta đề cập đến ở đây cũng vậy.


Tác dụng của chất đóng rắn đối với epoxy nguyên sinh cũng tương tự như tác dụng của lưu

huỳnh với cao su thô vậy. Epoxy nguyên sinh có cấu trúc phân tử dạng mạch ngắn nên không
có được những tính chất quý giá của hợp chất cao phân tử. Chất đóng rắn có tác dụng nối
mạch các phân tử epoxy nguyên sinh thành các mạch dài dạng lưới khiến nhựa epoxy thành
phẩm có các tính chất mà epoxy nguyên sinh không thể có. Xét về bản chất hoá học, các
nhóm chức epoxy không thể tự kết nối với nhau nên epoxy phải có chất đóng rắn.

Nhựa epoxy là loại nhựa có nhiều ưu điểm tốt như độ bám dính cao trên bề mặt kim loại, có
tính ổn định hoá học, bền hoá chất. Việc sử dụng nhựa epoxy trên nền cốt sợi thuỷ tinh làm
tăng tính bền cơ lên đáng kể và rất thích hợp để chế tạo lớp bọc lót bảo vệ thiết bị chống ăn
mòn hoá chất. Ngoài ra Epoxy chính vì rất dễ thêm chất phụ gia để cải thiện chức năng cơ
tính, cho nên ngày nay có rất nhiều chất epoxy khác nhau và chiếm lĩnh nhiều lĩnh vực trong
đời sống. Như sơn epoxy, nhựa epoxy, tấm lợp, gạch, keo,…


Công nghệ sử dụng epoxy trong đóng thuyền rất là phổ biến trên thế giới đã tạo ra một
phương thức mới hoàn toàn mới mẻ và tiết kiệm. Epoxy đã trở thành một lớp màng bảo
quản đối với mọi bề mặt vật liệu, từ: xi măng đến sắt gỗ, nhựa đều có thể dùng epoxy để
bảo vệ. Và bởi vì đặc tính ưu điểm vượt trội mà người ta tìm thấy được từ epoxy là: độ bám
dính cao với tất cả bề mặt, khi bổ sung các nguyên tố hợp kim thì epoxy là loại keo hai thành
phần: thành phần epoxy có khả năng liên kết cao và thành phần hóa rắn có bổ sung các hợp
kim đặc biệt và gốm, một số vật liệu còn bổ sung các cốt sợi đặc biệt Có thể nói keo epoxy
dùng trong công nghệ đóng thuyền là một điều tuyệt vời, một sự mầu nhiệm. Loại keo này có
thể thấm sâu, có thể cán mỏng và che phủ bề mặt của gỗ không cho không khí và hơi ẩm bất
kỳ một cơ hội nào. Điều đó cũng có nghĩa là gỗ sẽ không có mối, mọt, và không bị mục, bởi vì
không khí và nước – hai tác nhân chính làm cho gỗ mục đã bị chặn đứng.


Epoxy còn tuyệt vời ở chổ, chúng ta có thể dùng nó với
sợi thủy tinh, sợi basalt, và sợi carbon. Với sợi thủy tinh,
ta có thể bọc vỏ thuyền, boong thuyền còn với sợi basalt

và sợi carbon, ta có thể bọc những nơi chịu lực mạnh như
cột buồm, bánh lái, trụ cột dây …Ngay cả đối với thuyền
và tàu thủy vỏ sắt và vỏ nhôm, người ta cũng bọc chúng
bằng Epoxy để chống sét và chống ăn mòn. Sau khi bọc vỏ
thuyền bằng keo Epoxy, người ta phủ lên một lớp sơn lót
Epoxy, rồi kết thúc bằng những loại sơn bóng giống như
loại sơn Epoxy dùng cho xe hơi, và kết quả sẽ là một con
thuyền với bề mặt bóng loáng như một chiếc xe hơi thật
sự.
Ứng dụng.

Các vật liệu mới dựa trên cơ sở Epoxy nhanh chóng được mở rộng và được ứng dụng
rộng rãi bao gồm lớp phủ (coatings), chất kết dính và vật liệu composite. Tính chất hóa
học của Epoxy và chuỗi biến thể thương mại của nó cho phép các polymer khô cứng được
sản xuất với phạm vi ứng dụng rất rộng. Nhìn chung, Epoxy được biết đến với đặc tính
bám dính tuyệt hảo, khả năng chống lại tác động của nhiệt và hóa chất, các đặc tính cơ
học và đặc tính cách điện tuyệt vời.Nhiều thuộc tính của Epoxies có thể được điều chỉnh
để phù hợp với mục đích sử dụng (ví dụ như Epoxies có chứa các phân tử bạc cho độ dẫn
điện rất tốt, mặc dù đặc tính cơ bản của epoxies là cách điện). Đối với các ứng dụng trong
ngành điện tử, sẵn có các biến thể của Epoxies có khả năng cung cấp tính cách nhiệt cao
hoặc dẫn nhiệt kết hợp với điện trở cao.


1./Sơn và lớp phủ:

Epoxy 2 thành phần được phát triển để đáp ứng việc phủ sửa chữa các bề mặt kim
loại bị hư hại nặng nề và sử dụng ít năng lượng hơn so với các lớp phủ epoxy dạng
bột khô bởi nhiệt. Các hệ epoxy này được ứng dụng theo tỉ lệ pha trộn 4:1 theo thể
tích tạo ra một lớp phủ bảo vệ khô nhanh, bền và độ cứng tuyệt hảo. Tính chất bay
hơi thấp và dễ làm sạch bằng nước giúp cho Epoxy sử dụng rất hữu dụng trong việc

giảm sự tiếp xúc trực tiếp và các vấn đề liên quan đến cháy nổ do vật liệu nóng tiếp
xúc trực tiếp với lớp sơn nước phủ tại các nhà máy sản xuất gang, phôi thép, các ứng
dụng đúc nhôm. Do khả năng chịu nhiệt cao hơn nên Epoxy được ưu tiên sử dụng
hơn so với sơn latex và sơn Alkyd trong các ứng dụng Công nghiệp và Ô tô. Epoxy
sơn có xu hướng bị hủy hoại khi tiếp xúc trực tiếp với tia cực tím.





Epoxies Polyester được sử dụng bằng phương pháp sơn tĩnh điện cho máy giặt,
máy sấy và các đồ gia dụng trắng khác. Epoxy dạng bột nung chảy được ứng
dụng rộng rãi trong việc bảo vệ sự ăn mòn của ống thép và phụ kiện được sử
dụng trong ngành công nghiệp dầu khí, đường ống truyền tải nước sạch (thép),
cốt thép gia cố bê tông…Lớp phủ Epoxy cũng được sử dụng như là một chất nền
để cải thiện độ bám dính của sơn trong ngành công nghiệp ô tô và tàu biển, đặc
biệt là tại các vị trí bề mặt kim loại cần đặc tính chống gỉ cao. Lon và hộp kim
loại thường được phủ 1 lớp Epoxy để chống gỉ, đặc biệt là các loại lon và hộp sử
dụng đựng thực phẩm như cà chua là thực phẩm có tính chất axit. Nhựa Epoxy
cũng được sử dụng với mục đích trang trí và nâng cao chất lượng cho các loại
sàn, đặc biệt là sàn Terrazzo, Sàn Chip và Sàn bê tông màu.


2./Keo:

Chất kết dính Epoxy là một phần quan trọng của các loại chất kết dính, chất kết dính epoxy
thuộc chất kết dính cấu trúc hay chất kết dính kỹ thuật (bao gồm Polyurethane, acylic,
cyanoacrylate và các chất hóa học khác). Các chất kết dính tính năng cao thường được ứng
dụng tại các vị trí yêu cầu độ kết dính cao chẳng hạn như trong quá trình chế tạo máy bay, ô
tô, xe đạp, tàu thuyền, câu lạc bộ golf, ván trượt, ván trượt tuyết và các ứng dụng khác. Các

chất kết dính Epoxy có thể được nghiên cứu và phát triển để đáp ứng bất kì một ứng dụng
nào. Chúng có thể được ứng dụng để kết dính gỗ, đá, kim loại, thủy tinh và một số chất dẻo.
Epoxy có thể ở dạng lỏng, bột nhão hay bột, trong suốt hay mờ đục, khô nhanh hoặc
chậm.Chất kết dính Epoxy thường có khả năng chịu nhiệt và hóa chất cao hơn so với các loại
chất kết dính thông dụng khác. Nhìn chung, chất kết dính epoxy khô cứng dưới tác động của
nhiệt sẽ có khản năng chịu nhiệt và hóa chất cao hơn so với các loại chất kết dính epoxy khô
tại nhiệt độ phòng. Lực liên kết của chất kết dính epoxy sẽ giảm ở nhiệt độ trên 3500F
(1770C).

Một số Epoxy khô cứng dưới tác động của tia cực tím (UV). Những loại Epoxy dạng này
thường được sử dụng trong ngành quang học, sợi quang học, quang điện tử và nha khoa.



3./Dụng cụ công nghiệp và Composite:

Hệ thống epoxy được sử dụng để làm các dụng cụ ứng dụng công nghiệp để sản xuất khuôn mẫu,
các mô hình tổng thể, lá chất dẻo, đúc, chi tiết và các hỗ trợ sản xuất công nghiệp khác.Những
dụng cụ chất dẻo này được dùng để thay thế kim loại, gỗ và các vật liệu truyền thống khác, và nhìn
chung là có thể cải thiện hiệu quả làm việc hoặc làm giảm tổng chi phí hoặc rút ngắn tiến độ cho
nhiều quá trình trông công nghiệp. Epoxies cũng được sử dụng để chế tạo các sợi gia cường hoặc
các chi tiết composite. Sử dụng vật liệu Epoxies thường tốn kém hơn nhiều so với nhựa Polyester
và nhựa Vinyl ester nhưng Epoxies lại cung cấp khả năng chịu lực và chịu nhiệt cao hơn.

4./Các hệ thống điện và điện tử:

Epoxy đóng vai trò rất quan trọng trong ngành công nghiệp điện tử, epoxies được sử dụng trong
động cơ, máy phát điện, máy biến áp, thiết bị chuyển mạch, bạc lót và bộ phận cách điện. Nhựa
Epoxy là chất cách điện tuyệt hảo giúp bảo vệ các chi tiết điện khỏi sự đoản mạch, bụi và ẩm.
Trong ngành công nghiệp điện tử, nhựa Epoxy là vật liệu chính được sử dụng trong overmolding

intergrated circuits, Transistor và mạch tích hợp, và tạo các bản mạch in. Nhựa Epoxy cũng được
sử dụng để gắn các lá đồng lên nền bản mạch và là thành phần phủ bảo vệ trên nhiều bản mạch.

Nhựa epoxy dẻo được sử dụng cho bầu máy biến áp và cuộn cảm. Epoxy khô cứng là một chất
cách điện và dẫn nhiệt tốt hơn nhiều so với không khí.

Epoxy được ứng dụng bằng cách sử dụng công nghệ pha chế nhựa.


5./Tàu biển:

Epoxies thường được ứng dụng làm vật liệu sửa chữa cho các tàu thuyền.
Chúng không được sử dụng tại các lớp bên ngoài của một chiếc thuyền vì các
tính chất của Epoxies sẽ suy giảm khi tiếp xúc với tia UV. Chúng thường được
sử dụng trong quá trình sửa chữa và lắp ráp tàu, sao đó họ sẽ phủ thêm 1 lớp
Vecni 2 thành phần hoặc lớp sơn Polyurethane giúp bảo vệ Epoxy khỏi sự tác
động trực tiếp của các tia UV.

Có 2 ứng dụng chính của Epoxies trong công nghiệp tàu biển. Do các tính
chất cơ học tốt hơn hẳn so với các loại nhựa Polyester nên Epoxies được sử
dụng để sản xuất thương mại các chi tiết yêu cầu tỉ lệ cao giữa lực liên kết và
khối lượng. Bên cạnh đó, do các đặc có lực liên kết, độ điền đầy và độ bám
dính tuyệt hảo với hầu hết các loại vật liệu, Epoxy đã tạo ra một sự bùng nổ
trong các công trình xây dựng trong đó có cả Máy bay và Tàu Thuyền.
Sản xuất nhựa epoxy.

1.Nhựa EPOXY phân tử thấp:
Trọng lượng phân tử 370-600 điều chế theo
đơn (tính theo Mol)
Doxi difenil propan

Epi clohidrin
NaOH (dạng dung dịch 15%)


Cho epiclohidrin sau đó dioxy diphenil propan vào nồi phản ứng (4) làm
bằng thép không gỉ , có cánh khuấy mỏ neo (30 vòng/phút) , có áo bọc để
đun nóng và làm lạnh và có thiết bị làm lạnh (5) khuấy hỗn hợp cho đến
khi thu được huyền phù đồng nhất. Sau đó từ thùng lường (3) rót 65%
lượng kiềm vào nồi phản ứng . Nâng nhiệt độ trong nồi đến 60-65oC và
giữ trong 1 giờ , thêm 22% lượng kiềm và nâng nhiệt độ đến 65-70oC thì
phản ứng ngưng tụ hỗn hợp tiếp tục xảy ra mãnh liệt . Sau khi giữ được 2
giờ ta rót dung dịch kiềm còn lại (13%) vào nồi và giữ nhiệt độ 70-75oC
trong 45'' . Đến đây thì quá trình điều chế nhựa EPOXY xem như kết thúc.
Có thể cho dần dần dd kiềm không những nồng độ 15% mà còn loại 50%
vào hỗn hợp dioxy difenil propan và epiclohidrin.


Giai đoạn khó khăn nhất là giai đoạn làm sạch
NaCl khỏi nhựa thoạt tiên tiến hành rửa bằng
nước ở 50oC. Chu kỳ rửa (rót nước vào, trộn
lắng và tháo nước rửa ra) lặp đi lặp lại nhiều
lần từ 3-5 lần. Sấy tiếp tục và làm sạch nhựa
EPOXY tiến hành theo phương pháp hòa tan
nhựa vào Toluen khỏi các tinh thể NaCl. Sau
khi chưng cất hoàn toàn toluen thì rót nhựa
còn lại từ nồi ra thùng (15).


Có thể điều chế nhựa phân tử thấp từ hỗn hợp chứa 1 mol
epiclhidrin trên 1 mol dioxyfenilpropen. Trong trường hợp này

để bắt đầu phản ứng người ta rót một ít lượng dd kiềm vào
nhựa đã được đun nóng đến 80oC. Nhiệt độ trong nồi phản ứng
nâng lên đến 95-100oC và ở nhiệt dộ đó thì ta bắt đầu cho dd
kiềm vào với tốc độ như thế nào để pH môi trường không quá
10 . Sau đó tách lớp nhựa (dd nhựa trong epiclohidrin) khỏi lớp
nước ở dưới và đem chưng chân không. Epiclohidrin lấy thừa
không phản ứng được tách ra cùng với nước. Ở 170oC (40- 60
mmHg) thì ngừng quá trình và sau khi lắng ta đem tách nhựa ra
khỏi NaCl.


Nhựa EPOXY trọng lượng phân tử trung bình (600-1500) chế tạo
theo đơn:

a) Epiclohidrin
Dioxydiphenil propan
c) NaOH

Nhiệt độ phản ứng duy trì ở 95-100oC . Trọng lượng phân tử của
nhựa phụ thuộc vào tốc độ nạp epiclohidrin vào dung dịch
dioxydiphenil propan trong nước kiềm. Nếu rót nhanh thì thu
được nhựa có trọng lượng phân tử 600-750, nếu chậm hơn thì
nhựa có trọng lượng phân tử cao hơn.
Dùng nước nóng ở 90oC để rửa nhựa khỏi NaCl. Sau khi rửa 8-10
lần thì đem sấy nhựa trong chân không ở 150oC (10 mmHg)


Cũng có thể điều chế nhựa EPOXY trọng lượng phân tử trung
bình bằng cách làm nóng chảy nhựa phân tử thấp với
dioxydiphenil propan ở 170-180oC trong 3-4 giờ.


2.Nhựa EPOXY phân tử cao:

Trọng lượng phân tử (1500-300)

Có nhiệt độ nóng chảy từ 145-155oC. Chỉ có thể điều chế bằng
cách làm nóng chảy nhựa phân tử tấp với dioydiphenil propan.
Ở 200oC trong 1,5-2 giờ . Vì rằng để điều chế các sản phẩm cao
phân tử như thế cần phải lấy nhựa tinh khiết cho nên khi đun
nóng chảy với đioxidiphenil propan thì không tạo ra một sản
phẩm phụ nào do đó không cần rửa nhựa.


Ở các tài liệu có công bố phương pháp tổng hợp trực tiếp
nhựa EPOXY từ đioxyphenil propan và diclohidrin của glixerin
bằng cách ngưng tụ có dùng NaOH.

Hiện nay ở Nga sản xuất các loại ED-5 (chất lỏng nhớt màu
nâu sáng).E-41 và E44 là nhựa phân tử trung bình nóng chảy
ở 68-74oC Có thể điều chế nhựa Epoxy béo từ các glicol khác
nhau (etilen glicol dietilen glicol 1,3 và 1,4 buten diol ? ) và
rượu nhiều nguyên tử (glixêtin trimetyl propan penta eritrít)
bằng cách ngưng tụ chúng với epiclorin.
Nhựa Epoxy béo có ưu điểm lớn là độ nhớt thấp (25-125 cP)
và hàm lượng nhóm epoxy lớn (trên 20%). Ứng dụng cơ bản
của nhựa này là pha loãng nhưa Epoxy (loại đi từ dioxy
diphenil propan)
Cốt liệu và chất độn cho bê tông polyme keo
Epoxy


Cốt liệu: là loại cốt liệu bền hóa.
Cốt liệu cho bê tông polyme Epoxy là các hạt có kích
thước lớn đến 50 mm và lớn hơn các khoáng vật ở
dạng cát, đá dăm và sỏi cũng như các hạt được chế tạo
chuyên dụng từ gốm có hình dạng đều hoặc không đều
với các tỷ trọng khác nhau.
Cốt liệu lớn như: đá vôi, đá dăm bazan, đá granite,
sỏi… có vai trò tạo nên bộ khung chịu lực cho bê tông
polyme, chống biến dạng và nâng cao tuổi thọ cho nó.
22
Cốt liệu bé là các loại cát, bột nghiền gạch vỡ chịu
axit… có tác dụng lấp đầy chỗ trống giữa các hạt cốt
liệu lớn làm hạn chế lỗ rỗng tạo thành và hiện tượng co
ngót trong bê tông. Ngoài ra nó còn có tác dụng tiết
kiệm lượng nhựa Polyme cần phải sử dụng, làm cho giá
thành sản phẩm giảm đi.
Hàm lượng cốt liệu có tính chất quyết định tới mác
của bê tông. Vì thế chất lượng của cốt liệu càng tốt thì
mác của tông càng cao, bê tông càng khó bị ăn mòn, và
tuổi thọ cao hơn.
23
Các loại cốt liệu thường dùng:
24
Cát Đá dăm bazan
Đá dăm granite:
25