Thiết kế dây chuyền sản xuất nhựa epoxy ED - 16 Với năng suất 1.200 tấn/năm

GVHD: GS.TSKH Trần Vĩnh Diệu

Đồ án tốt nghiệp

Phần I: tổng quan về nhựa epoxy.
Chơng 1: Giới thiệu chung về nhựa Epoxy.
Lời mở đầu.
Nhựa epoxy là những phân tử oligome có ít nhất 1 nhóm epoxy, có khả
năng chuyển hoá thành dạng nhựa nhiệt rắn (NNR), có cấu trúc không gian.
Do đợc sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau, nên nhựa epoxy
có nhiều loại với các tính chất và lĩnh vực ứng dung khác nhau. Trong công
nghiệp, nhựa epoxy đợc sản xuất từ dạng lỏng nhớt đến dạng rắn, đợc phân biệt
qua một số chỉ tiêu nh: khối lợng phân tử, độ nhớt, nhiệt chảy mềm, đơng lợng
epoxy hoặc hyđroxyl.
Khi cha đóng rắn, nhựa epoxy đợc ứng dụng để làm chất ổn định và hoá
dẻo cho PVC, hoặc đợc sử dụng nh hợp chất trung gian để điều chế các sản phẩm
khác.
Do nhóm epoxy có hoạt tính cao, nhựa epoxy dễ tham gia phản ứng đóng
rắn với các tác nhân khâu mạch hoặc polyme hoá với các tác nhân xúc tác để
chuyển thành dạng nhiệt rắn.
Tuỳ thuộc vào cấu trúc nhựa epoxy, chất đóng rắn và điều kiện đóng rắn,
có thể nhận đợc các sản phẩm có đặc tính: bền hoá chất, chịu nhiệt, chịu tác
động cơ học, cách điện..., ứng dụng làm vécni, sơn, keo kết cấu, chất dẻo gia cờng và đặc biệt làm nhựa nền cho vật liệu composite. Với u điểm nổi bật về độ
bền cơ học, nhẹ, dễ gia công, sửa chữa, vật liệu composite trên cơ sở nhựa epoxy
với chất gia cờng sợi, hạt, bột...đã đợc ứng dụng thay thế một phần các chi tiết
kim loại, hợp kim trong tàu, thuyền, ôtô, máy bay và tàu vũ trụ, nhằm mục đích
giảm trọng lợng, giảm tiêu hao nhiên liệu và năng lợng.
Theo Bộ Quốc Phòng và trung tâm nghiên cứu vũ trụ NASA(Mỹ), hiện
nay, các chi tiết kết cấu từ vật liệu composite epoxy - sợi gia cờng, chiếm bình
quân 1000 pound (453,6 kg) trong một máy bay chiến đấu. Hãng Boeing cũng sử
dụng vật liệu composite từ nhựa Epoxy để thay thế một số chi tiết kết cấu chịu

lực trong các máy bay Boeing đời mới 757, 767.
Do có những tính năng u việt, đồng thời để đáp ứng nhu cầu sử dụng sản
lợng nhựa epoxy trên thế giới trong những năm đầu thập kỷ 80 là một triệu
tấn/năm, đến những năm 1994 là 6,01 triệu tấn/năm.
1.1. Lịch sử phát triển.
Nhựa Epoxy là những oligome có ít nhất một nhóm -epoxy có khả năng
chuyển hoá thành polymer với cấu trúc không gian 3 chiều.

SVTH: Lê Quang Huy

3

Lớp: CNVLPolyme_ K45


GVHD: GS.TSKH Trần Vĩnh Diệu

Đồ án tốt nghiệp

Những công trình nghiên cứu đầu tiên về nhựa epoxy đợc trình bày trong
các bản sáng chế vào những năm đầu thế kỷ XX.
Hợp chất epoxy đợc phát hiện đầu tiên tại Mỹ từ thế kỷ XX. Tuy nhiên
trong thời gian này các công trình nghiên cứu về phản ứng của các hợp chất
epoxy chỉ coi nó nh là một chất trung gian trong tổng hợp hữu cơ.
Năm 1909 nhà hoá học Nga Prilaschajen đã phát hiện ra phản ứng giữa
olefin và peroxit benzoil để tạo thành các hợp chất epoxy.
Tháng 12/1934 H.schlack (Đức) đã tổng hợp đợc nhựa epoxy từ bisphenol A và epyclohydrin, nhựa này có thể đóng rắn bằng một đơng lợng amin.
Nhng trong thời gian ấy Shlack cha thấy đợc giá trị của sáng chế đó. Giá trị đích
thực nhựa epoxy sử dụng sau đó một số năm. Hầu nh đồng thời và độc lập với
nhau hai nhà sáng chế Pierre Castan và Synvan Greenlee đã nhận thấy giá trị của

nhựa epoxy nh chúng ta thấy hiện nay.
Năm 1938 Pierre castan đã công bố bằng sáng chế mô tả phơng pháp điều
chế Diglycydyete đi từ bis phenol A, đã nhận ra tính chất quí báu nhựa nhận
đợc là có độ bám dính tuyệt vời với nhiều loại vật liệu sau khi đóng rắn bằng
một lợng anhydrit phtalic (AP).
Năm 1940 các sản phẩm của Castan nh nhựa đúc hàm răng đã đợc đa ra
thị trờng và bằng sáng chế của ông chuyển nhợng cho công ty Ciba Geigy. Trong
hội trợ triển lãm tại thụy sĩ năm 1946 công ty này đã biểu diễn việc sử dụng keo
gián epoxy để dán các mẫu hợp kim nhẹ và vào thời gian đó đã cung cấp nhựa
epoxy để đúc cho 4 công ty điện lực của Thụy Sĩ.
Năm 1994 khối lợng nhựa epoxy trên thị trờng thế giới tăng 13%, trong
lúc đó khối lợng sản xuất tăng 17% và đạt tới 6,01 triệu tấn.
Từ năm 1992 đến năm 1997 tốc độ tăng trởng nhựa epoxy khoảng 3,7% ở
Mỹ, 2,5% ở Tây Âu, 4% ở Nhật. Tính trung bình 3 vùng là 3,1-3,2%. Các công
ty sản xuất nhựa epoxy lớn nhất là: Shell, Dow chemiscal và Ciba Geigy, cả 3
công ty chiếm 70% sản phẩm thế giới.
1.2. Các thông số đặc trng cho nhựa epoxy.
1.2.1. Hàm lợng nhóm epoxy.
Hàm lợng nhóm epoxy (HLE) là trọng lợng nhóm epoxy có trong 100g
nhựa và đợc biểu thị bằng %.
1.2.2. Giá trị epoxy.
Giá trị epoxy(GTE) là số đơng lợng của oxy epoxy có trong 100g nhựa.
GTE =

SVTH: Lê Quang Huy

Hàml ợngoxyepoxy
.
16

4

Lớp: CNVLPolyme_ K45


GVHD: GS.TSKH Trần Vĩnh Diệu
Trong đó:

Đồ án tốt nghiệp

Hàm lợng oxy epoxy = HLE.

16
43

1.2.3. Đơng lợng epoxy.

Đơng lợng epoxy (DLE) là số gam nhựa epoxy chứa một đơng lợng nhóm
epoxy:
43.100
.
HLE
Ngoài ra còn có một số thông số kỹ thụât đợc giới thiệu cho một loại nhựa
epoxy nh: độ nhớt, chỉ số khúc xạ, đơng lợng hydroxyl.
DLE =

Chơng 2: quá trình tổng hợp nhựa epoxy.
2.1. Nguyên liệu để tổng hợp nhựa epoxy.
Nguyên liệu để sản xuất este glyxit và polymer của chúng là phenol đa
chức và các hợp chất chứa epoxy.

Những chất chứa nhóm hydroxyl có thể dùng đợc là: rezosin, hydro
quinol, xaligenin, dioxydiphenyl propan(bis phenol A), dioxy diphenyl sunfon,
nhựa phenol-focmaldehit dạng novolac và rezolic
Nhng sản xuất rộng rãi trong công nghiệp các nớc trên thế giới hiện nay là
loại nhựa ngng tụ từ bis phenol A và epiclohydrin trong môi trờng kiềm.
2.1.1. Epiclohydrin.

Trong công nghiệp epiclohydrin đợc sản xuất theo 2 phơng pháp.
2.1.1.1. Đi từ propylene qua ba giai đoạn.
CH3-CH=CH2 +Cl2 6000C,18atm CH2=CH-CH2Cl
CH2=CH-CH2Cl +HOCl
Cl-CH2CH-CH2
OH Cl
CH2-CH-CH2Cl + NaOH
Cl OH
SVTH: LêOQuang Huy

Cl-CH2-CH

CH2 +NaCl +H2O
O

5

(EP)

Lớp: CNVLPolyme_ K45


GVHD: GS.TSKH Trần Vĩnh Diệu

Đồ án tốt nghiệp

2.1.1.2. Đi từ glixerin qua 2 giai đoạn.
CH2-CH-CH2 + HCl xt CH2-CH-CH2 + H2O
OH OH OH
Cl OH Cl
o
CH2-CH-CH2 +NaOH t =12oc CH2-CH

CH2 +NaCl+H2O

Cl OH Cl
Cl
O
(EP)
Sản phẩm epyclohydrin nhận đợc là chất lỏng không màu, mùi hắc, độc, tỷ
trọng 1,18 g/ml, nhiệt độ sôi 1170C.
2.1.2. Bis-phenol A (diphenylol propan).

Bis-phenol A nhận đợc từ phản ứng giữa phenol và axeton trong môi trờng
axit mạnh ở 10-500C theo phản ứng:
CH3
|
2 HO

+ CH3 C CH3

HO

C

OH

Bis-phenol A dạng bột |màu
trắng ,không tan trong nớc,
tan trong axeton,
|
|
O1570C.
CH3
rợu, nhiệt độ nóng chảy 1550C+ H2O
2.2. Phản ứng tổng hợp nhựa epoxy.
2.2.1. Phản ứng tổng hợp nhựa epoxy dian đi từ epiclohydrin và bis phenol A.
Phản ứng xảy ra trong môi trờng kiềm, là hệ thống các phản ứng xảy ra
nối tiếp và song song. phản ứng xảy ra theo 2 giai đoạn.
Giai đoạn 1: nhóm hydroxyl của diphenylol propan kết hợp với nhóm epoxy
của epyclohydrin trong môi trờng kiềm, phản ứng toả nhiệt H=-17 kcal/mol.
CH3
|
2CH2 CH CH2Cl + HO
O

C
CH3

ClCH2 CH CH2O

|
C

|
OH

|
CH3

SVTH: Lê Quang Huy

OH

|
CH3
O CH2 CH CH2Cl + 2H2O

6

|
OH
Lớp: CNVLPolyme_ K45


GVHD: GS.TSKH Trần Vĩnh Diệu

Đồ án tốt nghiệp

Giai đoạn 2: clohydringlycol tạo thành chứa nhóm hydroxyl ở vị trí so với
nguyên tử clo. với cách bố trí các nhóm chức nh vậy, HCl dễ dàng tách ra và tạo
thành nhóm epoxy mới theo cơ chế thế nucleofin của halozen bằng Ion alcôglat.
CH3

ClCH2 CH CH2O

|
C

O CH2 CH CH2Cl

|
OH

|
CH3

|
OH

NaOH

CH3
|
C

CH2 CH CH2O

O CH2 CH CH2 + 2NaCl

|
O
CH3
+ 2H O

Glyxydylete diphenylol propan chứa nhóm epoxy phản ứng tiếp với2 nhóm
hydroxyl của diphenylol propan.
O

CH2 CH CH2ORO CH2 CH CH2 + HOROH
O
O
CH2 CH CH2ORO CH2 CH CH2 OROH
|
OH

O

CH3
|
R:

C
|

CH3
Hợp chất trung gian này tiếp tục phản ứng với nhau để tạo thành nhựa
epoxy có công thức tổng quát nh sau:
CH2 CH CH2 [ORO CH2 CH CH2 ]nORO CH2 CH CH2
|
OH

O

SVTH: Lê Quang Huy

7

O

Lớp: CNVLPolyme_ K45


GVHD: GS.TSKH Trần Vĩnh Diệu

Đồ án tốt nghiệp

Công thức tổng quát này không phản ánh đợc những phản ứng phụ xảy ra
trong quá trình tổng hợp nhựa và trong nhiều trờng hợp làm cho nhựa có cấu tạo
phân nhánh và ở cuối phân tử chứa nhóm hydroxyl phenol và clohydrin.
Các phản ứng phụ xảy ra trong quá trình tổng hợp nhựa epoxy:
Nhóm epoxy không những phản ứng với hydroxyl phenol mà còn phản ứng
với nhóm hydroxyl tạo thành trong quá trình phản ứng:

OH + CH2 CH

OCH2 CH

O
CH2 CH

|
OH

O

OCH2 CH
|
O CH2 CH
|
OH kiềm:
Phản ứng trùng hợp nhóm epoxy trong môi trờng
nCH2-CH-R-CH-CH2
O
O

-CH2-O-

CH3
C

~CH2-CH

R

O
CH2-CH

CH-CH2~
O

R CH-CH2

O
O
~CH2-CH-R-CH-CH2~

-O-CH2- O

O

CH3
Phản ứng này làm cho polymer có cấu trúc không gian. Quá trình tổng
hợp nhựa trở lên phức tạp và có thể làm cho nhựa bị keo lại.
R= Ngoài ra còn có các phản ứng phụ xảy ra trong quá trình tổng hợp nhựa
epoxy nh: phản ứng thuỷ phân epyclohdrin dới tác dụng của kiềm d tạo thành
acogel glyxit và glyxerin, phản ứng thuỷ phân nhóm epoxy tạo thành nhóm
hydroxyl bậc 1 ở cuối phân tử.
Do có nhiều phản ứng xảy ra trong quá trình tổng hợp nhựa. vì vậy chọn
điều kiện kĩ thuật chế tạo ete glyxit thì đồng thời phải chú ý đến các điều kiện
khác có ảnh đến quá trình phản ứng.
Khi tổng hợp nhựa epoxy trọng lợng phân tử thấp thờng hoà tan
diphenylol propan vào một lợng thừa epyclohdrin rồi thêm dần dung dịch kiềm
SVTH: Lê Quang Huy

8

Lớp: CNVLPolyme_ K45


GVHD: GS.TSKH Trần Vĩnh Diệu

Đồ án tốt nghiệp

nớc, nhiệt độ phản ứng 60-700C. Có thể tổng hợp nhựa trong môi trờng khí trơ,
thêm kiềm ngắt quãng, khuấy trong 16h, điều chỉnh để PH=7, nh vậy tránh đợc
phản ứng trùng hợp nhóm epoxy. Có thể dùng phơng pháp 2 giai đoạn. đầu tiên

cho diphenylol propan kết hợp với epyclohdrin xúc tác Fridel-craff nh ZnCl2,
phản ứng xảy ra nh sau:
CH2 CH CH2Cl + HOROH ZnCl2 HORO CH2 CH CH2Cl
|
OH
Sau đó khử HCl trong môi trờng không có nớc sử dụng Na2SiO3:
O

HORO CH2 CH CH2Cl Na2SiO3 HORO CH2 CH CH2 + HCl
|
OH

O
CH3
|

R:

C
|

2.2.2. phản ứng tạo thành polyepoxy từ epyclohydrin và nhựa phenol-focmaldehyt
CH3
dạng novolac hoặc rezolic.

OH
HH

OH
CH2

R

+ n Cl-CH2-CH-CH2
O

CH2
R

CH2

OH

n

R

O
O-CH2CH-CH2

CH-CH2 -O

O

O-CH2-CH
CH2

CH2

CH2

O

n
R
R
R
Quá trình tạo nhựa polyepoxy gồm hai giai đoạn:
Giai đoạn một: epyclohydrin kết hợp với nhóm hydroxyl của phenol.
Giai đoạn hai: khử clohydrin của sản phẩm trung gian.

SVTH: Lê Quang Huy

9

Lớp: CNVLPolyme_ K45


GVHD: GS.TSKH Trần Vĩnh Diệu

Đồ án tốt nghiệp

Để dễ dàng phản ứng cần dùng thừa epyclohydroxy và KOH ở thể rắn hay
pha thành dung dịch trong rợu. Thực tế thờng dùng dung dịch kiềm trong nớc vì
kinh tế và dễ dàng khống chế hơn.
Điều chế nhựa polyepoxy có thể tiến hành theo hai phơng pháp:
Phơng pháp thứ nhất: cho epyclohydrin tác dụng trực tiếp với nhựa
phenolfocmaldehyt dạng novolac hoặc rezolic.
Phơng pháp thứ hai: cho phenol tác dụng với epyclohydrin trớc và đa tụ với
focmaldehyt.
Trong trờng hợp thứ hai, ngoài NaOH có tác dụng khử HCl tạo thành

trong sản phẩm trung gian còn cho thêm NaCl làm xúc tác (đảm bảo nồng độ
kiềm không đổi ) chọn các điều kiện tiến hành phản ứng nh sau:
Phenol : epoclohydrin : NaOH = 1:1:1 ( tỷ lệ phân tử nồng độ NaOH 10%).
Nhiệt độ phản ứng: 95%
Thời gian phản ứng: 2h
2.2.3. Phản ứng tạo thành nhựa epoxy bằng cách epoxy hoá các hợp chất không
no.

Epoxy hoá các hợp chất không no có thể theo hai cách:
Epoxy hoá các hợp chất không no bằng các peraxit hữu cơ nh: peraxetic,
erformic, perpropionic
~CH=CH~ RCOOOH

~HC

O

CH~

Cho axit hydro cloric tác dụng lên nối đôi, sau đó dùng kiềm khử HCl để
tạo thành vòng epoxy.
CH = CH + HOCl

CH CH
|
|
OH Cl

CH CH + NaOH

CH CH + NaCl + H2O

|
|
O
OH
Cl
Đối với trờng hợp dùng peroxit để epoxy hoá, ngời ta còn căn cứ vào trình
tự điều chế peroxit để phân chia ra phơng pháp 1 giai đoạn hay hai giai đoạn.
Phơng pháp 1 giai đoạn: điều chế peraxit và epoxy hoá đồng thời tức là
cho H2O2, axit hữu cơ và hợp chất không no vào cùng một giai đoạn phản ứng.
Theo phơng pháp này rút ngắn đợc thời gian phản ứng xuống 2,5-3 lần và giảm
lợng axit hữu cơ xuống 25-30 lần.

SVTH: Lê Quang Huy

10

Lớp: CNVLPolyme_ K45


GVHD: GS.TSKH Trần Vĩnh Diệu

Đồ án tốt nghiệp

Phơng pháp 2 giai đoạn: điều chế peraxit trớc từ H2O2 và axit hữu cơ rồi
dùng peraxit hữu cơ vừa nhận đợc để epoxy hoá. Phản ứng tiến hành ở nhiệt độ
25-60oC, trong các dung môi hữu cơ (benzene, toluene, clorofoc ) hay không
có dung môi, khi tiến hành quá trình epoxy hoá nh vậy lần lợt xảy ra ba phản
ứng sau:

Tạo thành peraxit
RCOOH + H2O2
RCOOOH + H2O
Mở nối đôi tạo thành vòng epoxy
CH = CH + ( RCOO)-OH+

[C+H CH] RCOO|
O H+
CH CH + RCOOH
O
Phá vòng epoxy dới tác dụng của axit hữu cơ
CH CH + RCOOH
O

CH CH
|
|
HO OCOR
Xúc tác tốt nhất cho quá trình epoxy hoá là nhựa trao đổi ion cationit: poly
sunfor styrene. chính những loại nhựa này là chất xúc tác có hiệu ứng cho quá
trình tạo thành peraxit hữu cơ và không làm đứt mạch polymer cũng nh mở vòng
epoxy. Sử dụng nhựa trao đổi ion nh vậy do không tạo thành muối nên dễ dàng
tách và rửa sạch sản phẩm epoxy hoá, không mang thêm độ ẩm vào môi trờng
phản ứng nên không ảnh hởng tới chất lợng sản phẩm, xúc tác dễ dàng tách ra
khỏi môi trờng phản ứng bằng cách lọc và có thể hoàn nguyên đợc.
Công thức chung của hợp chất epoxy hoá có dạng:
CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH CH2 CH2 CH = CH CH2 CH2 CH CH2
|
|
O

|
HO OCOR
CH CH2
Những chất sử dụng để epoxy hoá nh: polybutadien và đồng trùngOhợp của
butadiene với styrene, acrylonitril, metylmetacrylat polyeste tổng hợp không
no, polyolefin không no và một số sản phẩm lấy từ dầu mỏ. Sản phẩm epoxy hoá
cyclopentadien và dẫn xuất của chúng mang lại nhiều hứa hẹn vì có nhiều tính
chất hoá học và lý học tốt.
2.3. Các chất đóng rắn cho nhựa epoxy.
Nhựa epoxy chuyển sang trạng thái không nóng chảy, không hoà tan có
cấu trúc mạng lới không gian 3 chiều dới tác dụng của các chất đóng rắn. các
chất này phản ứng với các nhóm chức của nhựa epoxy, đặc biệt với nhóm epoxy.
SVTH: Lê Quang Huy

11

Lớp: CNVLPolyme_ K45


GVHD: GS.TSKH Trần Vĩnh Diệu

Đồ án tốt nghiệp

Vì chất đóng rắn tham ra vào cấu trúc mạng lới của polymer nên đóng rắn là phơng pháp quan trọng để biến tính vật liệu epoxy.
Chất đóng rắn cho nhựa epoxy gồm hai loại: xúc tác và khâu mạch (phân
loại này là tơng đối vì xúc tác cũng dãn đến khâu mạch). Chất đóng rắn loại
khâu mạch là chất đóng rắn đa chức và có khả năng phản ứng với nhóm epoxy,
hydroxyl của phân tử epoxy để chuyển sang mạng không gian. Chất đóng rắn
khâu mạch gồm có các hợp chất đa chức loại amin, axit phenol, tiol, izoxianat.
Chất đóng rắn loại xúc tác là chất có khả năng khơi mào phản ứng trùng hợp

nhóm epoxy, điển hình là các amin bậc 3, các axit lewis: BF 3, PF5 và xúc tác
phối trí. Đặc biệt có hợp chất đa chức có thể đóng rắn nhựa epoxy đồng thời
bằng phản ứng khâu mạch và trùng hợp.
2.3.1. Chất đóng rắn amin.

Do có nhiều u điểm, có ý nghĩa thực tiễn nên amin là chất đóng rắn phổ
biến nhất và ứng dụng rộng rãi nhất cho nhựa epoxy. Phản ứng đóng rắn nhựa
epoxy bàng amim có thể có hoặc không có xúc tác. Trong đa số trờng hợp đóng
rắn xẩy ra không có xúc tác nhờ nguyên tử Hydro linh động ở nhóm amin cộng
hợp vào Oxy epoxy, tạo thành nhóm Hydroxyl bậc 2:
~R-NH2 + CH CH-CH ~
2
2
O
~R-NH-CH2-CH-CH2~ + CH
OH

~R-NH-CH2-CH-CH2~
OH
2

O

CH-CH2~

R-NCH2 -CH-CH2~
CH2 OH
CH-OH

Tuỳ từng điều kiện, các amin bậc 3 có thể khởi đầu ~CH

trùng2 hợp nhựa epoxy:

R-CH-CH2 + NR3
R-CH-CH2-N+R3
O
O+
R-CH-CH2-N R3 + R-CH-CH2
R3N+-CH2-CH-O-CH2-CH-R
O
R
OOPhản ứng lặp lại nh vậy và sản phẩm có công thức tổng quát:
R3N+-CH2-CH-O-CH2-CH-O-CH2-CH-R
n
R
OR
SVTH: Lê Quang Huy

12

Lớp: CNVLPolyme_ K45


GVHD: GS.TSKH Trần Vĩnh Diệu

Đồ án tốt nghiệp

Các nhóm Hydroxyl bậc 2 ở nhiệt độ thờng không phản ứng với nhóm
epoxy nhng có thể xúc tiến đáng kể phản ứng giữa amin và nhóm epoxy.
Các chất đóng rắn amin mạch thẳng ,phổ biến nhất là hexametylen
diamin NH2(CH2)6NH2 và các sản phẩm ngung tụ giữa ammoniac và dicloetan có

công thức nh sau:
NH2(CH2CH2NH)nH
n = 1: etylendiamin(EDA)
n = 2: dietylentriamin (DETA)
n = 3: trietylentetramin (TETA)
Các polyamine mạch thẳng là những chất lỏng có độ nhớt thấp có thể
đóng rắn nhựa epoxy ở cả nhiệt độ thờng và nhiệt độ cao. Tổ hợp epoxy amin
thẳng có thời gian sống ngắn 1-2 h ở nhiệt độ thờng. Theo lý thuyết nhóm amin
phản ứng với epoxy theo tỷ lệ đơng lợng. Tuy nhiên trong thực tế hàm lợng amin
có thể thay đổi theo lợng tính toán theo lý thuyết và đợc tính theo công thức thực
nghiệm sau:
G=

E( M / n).K
43,05

Trong đó:
G: Lợng chất đóng rắn amin tính cho 100g nhựa
E: Hàm lợng nhóm epoxy trong nhựa (%)
n: Số nguyên tử H2 hoạt động của amin
K: Hệ số thực nghiệm lấy K = 1 1,2
43,05: Khối lợng phân tử nhóm epoxy
Các amin phân tử thấp thờng dễ hút ẩm, rất độc, dễ bay hơi, tạo muối
cacbamat với CO2 trong không khí ẩm, nên vật liệu thờng có tính chất cơ lý thấp,
dính bề mặt do không đợc đóng rắn triệt để.
Phản ứng tạo thành cacbamat:
H2O + CO2
H2CO3 + H2N

H2CO3

NHCOOH + H2O

NHCOOH + NH2
NH3+O-CONH
Để khắc phục những nhợc điểm này ngời ta thờng biến tính các amin
thẳng bằng cách xyanetyl hoá amin bậc 1 bằng acrylonitryl hoặc sử dụng chúng
dới dạng adduct.
Phản ứng xyanetyl hoá đợc biểu diễn nh sau:
H2N(CH2CHNH)2H + CH2= CH CN

SVTH: Lê Quang Huy

13

NC CH2CH2NH(CH2CH2NH)2H

Lớp: CNVLPolyme_ K45


GVHD: GS.TSKH Trần Vĩnh Diệu

Đồ án tốt nghiệp

Trong môi trờng ẩm để lợi dụng chính hơi ẩm làm xúc tác cho phản ứng
đóng rắn, thờng sử dụng adduct của amin với mono và di epoxy với xeton. Amin
phản ứng trứơc với xeton tạo ra hợp chất ketimin
R NH2 + O=C R

R N = C R + H2O

|
|
R
R
Khi trộn hợp với nhựa epoxy, ketimin không gây phản ứng đóng rắn. Khi
có hơi ẩm, nhóm C= N dễ bị thuỷ phân tạo ra xeton và amin ban đầu.
Amin này xẽ đóng rắn nhựa epoxy. Do đó ketimin còn đợc gọi là đóng rắn ẩn
(latent).
Một loại adduct khác nhận đợc khi cho nhựa epoxy phản ứng với lợng d
amin ở 75 -100oC nh:
CH2 CH CH2ORO CH2 CH CH2 + 2H2NCH2CH2NHCH2CH2NH2
O
O
[H2NCH2CH2NHCH2CH2NHCH2 CH CH2 O]2R
|
OH
Adduct của DETA với butylacrylat:
H2N(CH2)2NH(CH2)2NHCH2CH2COOC4H9
Adduct có u điểm hơn so với amin ban đầu: ít bay hơi, tỉ lệ adduct với nhựa
epoxy có thể dao động trong một khoảng nên thuận lợi hơn khi sử dụng, mặt
khác tính chất của vật liệu nhận đợc cũng cao hơn.
Polyamit diamin (amino polyamine) cũng là một adduct của amin nhận đợc từ phản ứng giữa diaxit béo và polyamine có khối lợng phân tử thấp, thí dụ:
adduct của diaxit linoleic và DETA, TETA đợc ứng dụng rộng rãi trong chế tạo
lớp phủ epoxy cho tầu biển.
Phản ứng:
H2NR1NH2 + HOOCR2COOH

H2NR1NHCOR2COOH + H2O

Tổng quát ta có: H(HNR1NHCOR2CO]nOH

Polyamit

Ngoài những loại nêu trên còn có những chất đóng rắn là dẫn xuất của
amin bậc1, bậc2, cũng đợc sử dụng phổ biến nh:

SVTH: Lê Quang Huy

14

Lớp: CNVLPolyme_ K45


GVHD: GS.TSKH Trần Vĩnh Diệu

H2N C = N CN

Đồ án tốt nghiệp

Dicyan diamit (DXDA)

|
NH2
H2N(CH2)3N(CH3)2
H2C
|
H2C

NH

N

Dietylenamino propylamin (DEPA)

CH2
|
n amino etyl piperazin (AEP)
CH2
CH2 CH2 NH2

Chất đóng rắn vòng no:
NH2

Cyclohexan diamin 1,2

NH2
CH3

|
C NH2 4(2-aminopropyl) 1 metyl cyclohexan-amin

H2N

H3C
|
CHđộ
Là những chất lỏng có
3 nhớt thấp, tác dụng với epoxy tạo thành nhựa
nhiệt rắn có nhiệt độ hoá thuỷ tinh cao Tg >1500C
ChấtNH

đóng
rắn amin thơm. Những amin thơm phổ biến nhất dùng cho đóng
2
rắn nhựa epoxy nh: m- phenylendiamin
NH2
H2N

CH2

O
||
H2N
S
SVTH: Lê Quang Huy
||
O

NH2 4,4- Diaminodiphenylen metan

NH2 4,4-Diaminodiphenyl sunfon
Lớp: CNVLPolyme_ K45
15


GVHD: GS.TSKH Trần Vĩnh Diệu

Đồ án tốt nghiệp

Amin thơm có khả năng phản ứng thấp hơn polyamine mạch thẳng. Quá
trình đóng rắn xẩy ra ở nhiệt độ cao (>1500C), trong khoảng thời gian dài. Có thể

tăng quá trình đóng rắn nếu cho thêm các chất xúc tác cho proton hoặc các axit
Lewis (BF3, SnCl4, TiCl4 ) nhựa nhận đợc sau khi đóng rắn có nhiệt độ hoá thuỷ
tinh cao và độ bền hoá chất rất cao.
2.3.2. Chất đóng rắn axit và anhydrit.

Nhựa đóng rắn bằng axit, anhydrite cho phép nhận đợc vật liệu có tính
chất cơ học, bền nhiệt, đặc biệt là tính cách điện cao hơn hầu hết các hệ epoxy
đóng rắn bằng amin. Tuy nhiên độ bền kiềm kém hơn so với trờng hợp đóng rắn
bằng amin. Tuỳ từng trờng hợp nhựa epoxy đóng rắn bằng axit, anhydrite có thể
sử dụng xúc tác hoặc không.
2.3.2.1. Đóng rắn khi không có xúc tác.
Khi đóng rắn nhựa epoxy bằng aixt cacboxylic không có xúc tác có thể
xẩy ra 4 phản ứng sau:
CH2 CH CH2 + RCOOH

R C O CH2 CH CH2
||
O

O
R C O CH2 CH CH2 + RCOOH
||
O

|
OH
R C O CH2 CH CH2 + H2O

|
OH

||
O

R C O CH2 CH CH2 + CH2 CH CH2
||
O

|
OH

|
OCOR
R C O CH2 CH CH2
||
O

O

|
O CH2CHCH2
|
OH

H2O + CH2 CH CH2

CH2 CH CH2

O
|

|
Anhydrit phản ứng với nhựa
khi không có xúc tác xảy ra theo hai
HOepoxyOH
giai đoạn: giai đoạn đầu nhóm OH của nhựa epoxy mở vòng anhydrit tạo este
CH2 CH CH2
axit. Phản ứng xảy ra nh sau:

O
O
C

C

O +
SVTH: Lê Quang Huy
C

O

CH2 CH CH2
16

OH

O
Lớp: CNVLPolyme_ K45
COOH

GVHD: GS.TSKH Trần Vĩnh Diệu

Đồ án tốt nghiệp

Sau đó nhóm cacboxyl mới sinh sẽ phản ứng với nhóm este tạo dieste:
CH2 CH CH2

CH2 CH CH2


O

C


O
C=O

O
COOH

+ CH2 CH CH2
O

C=O

O CH2 CH CH2

Nhóm OH mới tạo thành sẽ mở vòng anhydrite bắt đầu một chu kỳ
tiếp theo.

OH
2.3.2.2. Khi có xúc tác.
Phản ứng đóng rắn nhựa epoxy bằng anhydrit thờng đợc xúc tác để mở
vòng anhydrit nhờ amin bậc 3, hoặc axit Lewis. Khi có amin bậc 3, phản ứng
O
diễn ra nh sau:
O

C
C N+R3
O + R3N
C O
O

C
O
O

C N+R3

O

C N+R3

+ CH2 CH CH2
C O
O
C

O

O
O

C
O

C O CH2 CH CH2

O


OH

O

C N+R3
C O CH2 CH CH2

O

SVTH: Lê Quang Huy

17


O
C=O
Lớp: CNVLPolyme_ K45
C=O

O-


GVHD: GS.TSKH Trần Vĩnh Diệu

Đồ án tốt nghiệp

Các chất anhydrit thờng sử dụng:
CO

CO

CO
O

CH2

O

O

CO
CO
CO
Anhydrit phtalic(AP) CH
Anhyrit hecxan hydro phtalic(AHHP)
3
Anhydit metylendic(AMD)
CH-CO

CO

CO

CO

O
O
O
O
CH-CO
CO
CO
CO
Anhydrit
Maleic(AM) anhydrite có nhiệt
Trimelitic
Hexahydrophtalic
độ nóng chảy Pyromelitic
35 36 oC và hoà tan
COOH
vào nhựa epoxy ở nhiệt độ thờng. Khi sử dụng 0,5% xúc tác benzyldimetylamin,
thời gian đóng rắn cũng tơng tự nh chất đóng rắn AP. Lợng yêu cầu khoảng
80ptl/100ptl nhựa. Chất đóng rắn này cho nhiệt độ biến dạng cao hơn ít
nhiều(120oC) so với AP, nhng giá thành cao hơn.
Anhydrit maleic ít đợc sử dụng vì nhựa nhận đợc dòn hơn xong có thể
phối hợp với anhydrit pyromelitic.
Đối với nhựa epoxy trên cơ sở diphenylol propan, để nhận đợc nhựa sau
khi đóng rắn có nhiệt độ biến dạng nhiệt cao hơn sử dụng nhóm anhydrit có
nhiều nhóm chức hơn nh: pyromelitic và trimelitic để tăng mật độ liên kết

ngang. Nhiệt độ biến dạng nhiệt của nhựa đóng rắn bằng anhydrit pyromelitic
khoảng 200oC.
Metylendic anhydrit có một số u việt nhất định. Khi đóng rắn với nhựa
epoxy trên cơ sở diphenylol propan có nhiệt độ biến dạng nhiệt cao 202 oC và tổn
hao trọng lợng không đáng kể khi tăng nhiệt độ. Do ở thể lỏng nên dễ dàng trộn
hợp với nhựa. Hàm lợng khoảng 80 ptl/100 ptl nhựa, nhng thời gian đóng rắn dài
hơn.
2.3.3. Chất đóng rắn olygome.

Chất đóng rắn dạng này là các olygome đa chức nh nhựa phenolfocmaldehyt dạng novolac và rezolic, ure-focmaldehyt và melamin-focmaldehyt.
Nhựa epoxy đóng rắn bằng các loại chất đóng rắn này có nhiều tính chất tốt nh
SVTH: Lê Quang Huy

18

Lớp: CNVLPolyme_ K45


GVHD: GS.TSKH Trần Vĩnh Diệu

Đồ án tốt nghiệp

bền hoá học (đặc biệt đối với môi trờng kiềm ), bền nhiệt và có độ bền điện (điện
áp đánh thủng ) rất tốt nên đợc dùng phổ biến trong kỹ thuật điện. Đối với nhựa
phenol-focmaldehyt, quá trình đóng rắn xảy ra là do phản ứng đồng thời của
nhóm hydrophenol và metylol với nhóm epoxy và hydroxyl của nhựa epoxy ở
150-180oC.
2.3.4. Chất đóng rắn trùng hợp.

2.3.4.1. Trùng hợp cation.

Đợc khởi đầu bằng axit Lewis nh: BF3, SnCl4 nhng thờng sử dụng rộng
rãi các phức của BF3 nh: BF3O(C2H5).
Cơ chế phản ứng:

BF3 + O

F3B-O-CH2-C+H2
(I)

O F B--O-CH CH O+
3
2
2
(II)

Ngời ta giả định rằng, sự tạo thành ion cacboni có nhiều khả năng hơn và
là trung tâm hoạt động tham gia vào phản ứng trùng hợp:
F3B--O-CH2-C+H2 + O

Nhanh

Chậm F B3

F3B--O-CH2CH2O+

OCH2CH2OCH2C+H2
2.3.4.2. Trùng hợp anion.
Trùng hợp cation là quá trình dễ điều khiển hơn phản ứng đợc khởi đầu
bằng các alcogolat kim loại kiềm và amin bậc 3:
Đối với các alogolat kim loại kiềm:

RO-Me+ + O
~CH2O-Me+ + O
Đối với amin bậc 3:
R3N + CH2-CH~
O

ROCH2CH2O-Me+
~CH2O-....
O
Me+

~CH2OCH2CH2O- Me+

R3N+-CH2-CH~
O-

R3N+-CH2-CH~ + CH-CH~
OO

R3N+CH2CH~
OCH2CH~
O-

SVTH: Lê Quang Huy

19

Lớp: CNVLPolyme_ K45

GVHD: GS.TSKH Trần Vĩnh Diệu

Đồ án tốt nghiệp

Chơng 3: tính chất và ứng dụng của nhựa epoxy.
3.1. Tính chất của nhựa epoxy.
3.1.1. Tính chất hoá học của nhựa epoxy.
Nhựa epoxy có hai nhóm chức hoạt động: nhóm epoxy và nhóm hydroxyl.
Tuỳ thuộc khối lợng phân tử (M) mà nhóm chức nào chiếm u thế. Với những
epoxy có khối lợng phân tử thấp (M<1200) nhóm epoxy chiếm đa số, còn với
những epoxy có khối lợng phân tử lớn (M>300) nhóm hydroxyl là chủ yếu.
Tính phân cực và sức căng vòng tạo cho vòng oxyt etylen có hoạt tính
mạnh do đó nhóm epoxy có thể tham gia rất nhiều loại phản ứng.
3.1.2. Tính chất lý học của nhựa epoxy.
Nhựa epoxy khi cha đóng rắn là nhựa nhiệt dẻo, tuỳ thuộc khối lợng 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, hydrocacbon. Nhựa epoxy có
thể phối trộn tốt với các loại nhựa khác nh: ureformaldehyt, polyester,
nitroxenlulo hoặc các loại nhựa khác.
Nhựa epoxy có thể chuyển sang cấu trúc mạng lới không gian, có trọng lợng phân tử cao hơn và tính chất cơ lý tốt hơn khi tác dụng với các chất đóng
rắn. Phản ứng đóng rắn có thể xảy ra ở nhiệt độ thờng hoặc nhiệt độ cao. Nhựa
epoxy đã đóng rắn cứng và dòn, nhng độ bền của nhựa epoxy phụ thuộc vào
chiều dài, bản chất đoạn mạch polymer nằm giữa hai nhóm epoxy. Polyme có
mạch dài sẽ bền hơn so với polyme có mạch ngắn hơn cùng loại, tuy nhiên lại có
mật độ liên kết ngang (số liên kết ngang trên một đơn vị chiều dài) thấp hơn dẫn
đến có độ cứng thấp hơn, nhạy hơn đối với sự tấn công của dung môi và chịu
nhiệt kém hơn.
3.2. Các lĩnh vực ứng dụng chính của nhựa epoxy.
Nhựa epoxysau khi đóng rắn là một loại vật liệu tổng hợp (polymer nhiệt
rắn) có nhiều tính chất quí báu. nổi bật nhất là khả năng bám dính tốt vào hầu

hết các loại vật liệu, kể cả kim loại và chịu đợc tác dụng của nhiều loại hoá chất
(đặc biệt đối với kiềm), bền cơ học, bền nhiệt, cách điện tốt, chịu đợc hơi ẩm, độ
mài mòn nhỏ, khả năng đóng rắn tốt trong điều kiện êm dịu (nhiệt độ thấp, áp
suất thấp), độ co ngót thể tích sau khi đóng rắn nhỏ, phối trộn tốt với các loại
nhựa khác.
Vì vậy hiện nay nhựa epoxy đợc sử dụng rộng rãi vào các lĩnh vực kỹ
thuật hiện đại, đặc biệt trong công nghệ chế tạo vật liệu, linh kiện máy, màng
phủ chống ăn mòn, sơn, vecni, keo gián kết cấu, vật liệu polymer compozit.

SVTH: Lê Quang Huy

20

Lớp: CNVLPolyme_ K45


GVHD: GS.TSKH Trần Vĩnh Diệu

Đồ án tốt nghiệp

3.2.1. Màng phủ bảo vệ.

Màng phủ ăn mòn trên cơ sở nhựa epoxy đợc 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: cầu, cống, đập
Các thùng chứa bằng kim loại và bề mặt bê tông đã thờng xuyên đợc sơn
bằng sơn epoxy chống ăn mòn mà vẫn giữ đợc độ tinh khiết của các chất chứa
đựng trong đó nh: rợu vang, bia, chất tẩy rửa, dầu thô và các sản phẩm trung gian
chế biến từ chúng.
Hệ sơn epoxy giàu kẽm và epoxy nhựa than đá đã đợc dùng nhiều trong

công nghệ đóng tàu biển. Ngoài ra màng phủ epoxy cũng đợc dùng rộng rãi để
bảo vệ bề mặt ống thép dẫn dầu, khí lỏng, nớc muối, dung dịch kiềm sơn
epoxy dạng bột cũng đợc sử dụng để trang trí các dụng cụ nhà bếp, buồng tắm,
sơn ôtô, xe đạp, xe máy
3.2.2. Keo gián.

Keo gián epoxy đợc sử dụng trong nhiều các lĩnh vực, đặc biệt là trong
công nghiệp hàng không, vũ trụ, tự động hoá, điện, điện tử, các nghành kiến
trúc, nghệ thuật cũng cần dùng đến hệ keo này do những đặc tính nổi bật của nó.
Ngoài việc dùng chủ yếu để gắn kết kim loại, gốm xứ, gỗ, bê tông,chất dẻo
Keo gián epoxy còn đợc dùng trong nghành y tế để gắn xơng gãy, chữa
răng.
3.2.3. Vật liệu polyme compozit.
Vật liệu polymer composite trên cơ sở nhựa epoxy tăng cờng bằng sợi
thủy tinh đã đợc 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 và độ bền ăn
mòn cao hơn.
Những đờng ống chế tạo từ chất dẻo epoxy và vải thuỷ tinh không những
để bảo quản, vận chuyển dầu thô, nớc sinh hoạt, khí thiên nhiên mà còn dùng để
vận chuyển nớc thải, ống thoát khí độc, ống thoát khí trong nhiều nhà máy hoá
chất. Trong công nghiệp đóng tàu, đã sử dụng vật liệu composite trên cơ sở nhựa
epoxy và sợi thuỷ tinh để chế tạo vỏ bọc xuồng, ca nô Có độ bền cao, nhẹ, ít
bám bẩm.
Trong công nghiệp hàng không vũ trụ, vật liệu composite từ epoxy với các
chất gia cờng dạng sợi (cacbon, graphit, polyamit, Bo ) đã phát triển mạnh. Do
những u việt về độ bền giá thành rẻ, nhẹ so với kim loại mà vật liệu polyme
composite trong công nghiệp chế tạo máy bay, tàu vũ trụ đã đợc sử dụng nhiều

SVTH: Lê Quang Huy

21

Lớp: CNVLPolyme_ K45


GVHD: GS.TSKH Trần Vĩnh Diệu

Đồ án tốt nghiệp

để thay thế vật liệu kim loại, làm cho máy bay nhẹ hơn, bay cao hơn, xa hơn và
tiêu hao nguyên liệu ít hơn.
Trong 25 năm trở lại đây, sản lợng nhựa epoxy trên toàn thế giới tăng
nhanh (khoảng 30000tấn/năm) và trong thời gian gần đây đạt trên 1triệu
tấn/năm.
Khoảng 1/4 số lợng đó dợc sử dụng làm chất kết dính để sản xuất vật liệu
polymer compozit có độ bền cao. Hiện nay chất kết dính epoxy chiếm vị trí hàng
đầu trong ứng dụng để sản xuất vật liệu compozit có độ bền cao.
Phản ứng tổng hợp nhựa Epoxy ED-16.
Phản ứng xảy ra trong môi trờng kiềm, là hệ thống các phản ứng xảy ra
nối tiếp và song song. phản ứng xảy ra theo 2 giai đoạn:
Giai đoạn 1: nhóm hydroxyl của diphenylol propan kết hợp với nhóm
epoxy của epyclohydrin trong môi trờng kiềm, phản ứng toả nhiệt H=-17
kcal/mol.
CH3
|
2CH2 CH CH2Cl + HO
O

C
CH3

|
C

ClCH2 CH CH2O

OH

|
CH3
O CH2 CH CH2Cl + 2H2O

|
|
|
Giai đoạnOH
2: clohydringlycol tạo CH
thành chứa nhóm hydroxyl
ở vị trí so với
OH
3
nguyên tử clo. với cách bố trí các nhóm chức nh vậy, HCl dễ dàng tách ra và tạo
thành nhóm epoxy mới theo cơ chế thế nucleofin của halozen bằng Ion alcôglat.
CH3
ClCH2 CH CH2O

|
C

O CH2 CH CH2Cl

|
OH

|
CH3

|
OH

NaOH

CH3
CH2 CH CH2O
O
SVTH: Lê Quang Huy

|
C

O CH2 CH CH2 + 2NaCl

|
CH3

O
22

+ 2H2O

Lớp: CNVLPolyme_ K45

GVHD: GS.TSKH Trần Vĩnh Diệu

Đồ án tốt nghiệp

Glyxydylete diphenylol propan chứa nhóm epoxy phản ứng tiếp với nhóm
hydroxyl của diphenylol propan.

CH2 CH CH2ORO CH2 CH CH2 + HOROH
O
O
CH2 CH CH2ORO CH2 CH CH2 OROH
O
CH3

|
OH

|
R:

C
|
CH3

Hợp chất trung gian này tiếp tục phản ứng với nhau để tạo thành nhựa
Epoxy có công thức tổng quát nh sau:
CH2 CH CH2 [ORO CH2 CH CH2 ]nORO CH2 CH CH2
|

O
OH
Trong phân tử nhựa Epoxy ED-16 thì hàm lợng nhóm Epoxy dao động từ
O

14ữ16%, trọng lợng phân tử khoảng 550

SVTH: Lê Quang Huy

23

Lớp: CNVLPolyme_ K45


GVHD: GS.TSKH TrÇn VÜnh DiÖu

SVTH: Lª Quang Huy

§å ¸n tèt nghiÖp

24

Líp: CNVLPolyme_ K45


GVHD: GS.TSKH Trần Vĩnh Diệu

Đồ án tốt nghiệp

sơ đồ dây truyền công nghệ sản xuất nhụa epoxy

nuớc cấp
hơi nuớc

đến bơm
hút chân không

tù kho chúa

Bể chúa
tù A

Thuyết minh dây truyền sản xuất.

SVTH: Lê Quang Huy

25

Lớp: CNVLPolyme_ K45


GVHD: GS.TSKH Trần Vĩnh Diệu

Đồ án tốt nghiệp

Nguyên liệu đầu toluene, epyclohydrin, dung dịch NaOH 20% đi qua từ
thùng chứa 1,2 qua bơm 3 vào thùng lờng 4,5. Bisphenol A đựng trong thùng
thép kín. Rửa nồi phản ứng thật sạch. Đầu tiên cho 30% lợng epyclohydrin vào
nồi phản ứng 6, mở máy khuấy, van trên đờng chân không để hút Bisphenol A
vào nồi phản ứng 6. sau đó cho nốt lợng Bisphenol A và epyclohydrin vào. Mở
van hơi nớc gia nhiệt cho nồi phản ứng 30-35oC. Tiến hành cho kiềm trong

khoảng 8-10 giờ ở nhiệt độ 60-70oC. Trong suốt quá trình đa tụ, hỗn hợp đẳng
phí epyclohydrin nớc bay hơi và ngng tụ liên tục ở thiết bị làm lạnh 7 và
chuyển sang thùng phân tầng 8, tại đây hỗn hợp phân thành 2 lớp: lớp trên là nớc, lớp dới là epyclohydrin. Cho epyclohydrin hoàn nguyên liên tục từ thùng
phân tầng về nồi phản ứng còn H2O thải ra ngoài. Sau khi cho hết kiềm, đa tụ
thêm 2h để nâng cao hiệu suất phản ứng. Nếu epyclohydrin còn d tiến hành trng
epyclohydrin bay hơi và ngng tụ ở thiết bị làm lạnh 7. Tiến hành rửa nhựa dùng
toluen và nớc cho vào nồi phản ứng 6. Khuấy và ra nhiệt 30phút rồi để lắng 1h
rồi tháo lớp nớc dới. Lần rửa thứ 2 sục CO2 từ bu lông và nồi phản ứng 6 để trung
hoà NaOH d. Sau đó tiến hành trng cất nớc, mở máy khuấy và đun nóng dung
dịch, tăng dần áp suất để hỗn hợp đẳng phí nớc toluene không sôi quá mạnh.
Duy trì nhiệt độ nồi phản ứng 4 ở 84 90 0C. Toluen và nớc tháo ra ngoài. Khi
lấy mẫu thử chỉ còn toluene trong suốt và không phân lớp thì kết thúc giai đoạn
trng nớc. Sau đó dung dịch nhựa đợc chuyển qua thiết bị lọc 10 để tách muối và
tạp chất, sau đó dợc chuyển vào nồi sấy 11. Mở máy khuấy và tiến hành sấy ở
nhiệt độ không quá 1500C và áp suất 600mmHg.
Trong quá trình sấy toluene bốc hơi và ngung tụ ở thiết bị làm lạnh 7 rồi tháo
vào thùng chứa 12. Khi hàm lợng chất bốc < 1% thì kết thúc giai đoạn sấy. Sau
đó dung dịch nhựa đợc tháo vào thùng chứa nhựa có nắp đậy kín 14.

Phần II: tính toán.
chơng 1: tính toán kỹ thuật
1.1. Tính phối liệu và cân bằng vật chất.
1.1.1. Lựa chọn phơng pháp sản xuất nhựa ED-16.
Các phơng pháp sản xuất nhựa ED-16:
- Ngng tụ từ Epiclohydrin với Bis Phenol A.
- Phản ứng tạo thành Polyepoxy.

SVTH: Lê Quang Huy

26

Lớp: CNVLPolyme_ K45


GVHD: GS.TSKH Trần Vĩnh Diệu

Đồ án tốt nghiệp

- Epoxy hóa các hợp chất không no.
Nhng sản xuất nhựa ED-16 theo phơng pháp đa tụ từ Epiclohydrin với Bis
Phenol A cho hiệu suất cao, thiết bị đơn giản, nguyên liệu đầu để tổng hợp các
monome rất phong phú và phù hợp với điều kiện ở Việt Nam.
Sản xuất nhựa ED-16 theo đơn phối liệu sau:
Bảng 1.
TT Tên cấu tử
Nồng độ Liều lợng
Tính theo phân tử Tính theo phần trọng lợng
%
1 Bis phenol A 100
1
100
2 Epiclohydrin 100
2,31
93,4
3 NaOH
100
2,34
40,9
NaOH pha thành dung dịch nồng độ 20%.
1.1.2. Cân bằng vật chất.

Tính tổn hao qua các công đoạn (sự tổn hao này đợc rút ra từ thực tế sản
xuất).
Lờng
: 0,3%
Đa tụ
: 0,6%
Rửa lần 1 và lần 2 : 1%
Đóng hộp
: 0,2%
Chng cất nớc : 0,3%
Lọc
: 2%
Chng toluen
: 0,3%
Thời gian làm việc:
Tổng số ngày trong năm: 365 ngày
Nghỉ lễ, tết : 6 ngày
Nghỉ bảo dỡng: 19 ngày
Vậy số ngày làm việc trong 1 năm là: 340 ngày
Với năng suất 1200 tấn/năm thì năng suất thiết bị trong 1 ngày là 1200 tấn : 340
ngày = 3,5294 tấn = 3529,4 kg.
Qui cách nguyên liệu và sản phẩm
Nguyên liệu:
Bis phenol A:
+ Hàm ẩm không quá 3%.
+ Nhiệt độ bắt đầu nóng chảy không bé hơn 1370C.
+ Hàm lợng Phenol tính cho diphenylolpropan khô không vợt quá 0,5%.
+ Trung tính.
+ Hàm lợng muối amon không quá 0,04%.
SVTH: Lê Quang Huy

27

Lớp: CNVLPolyme_ K45