Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme compozit từ nhựa epoxy DER 331 và tro bay phế thải ứng dụng trong kỹ thuật điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

PHẠM THỊ HƯỜNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME COMPOZIT
TỪ NHỰA EPOXY DER 331 VÀ TRO BAY PHẾ THẢI
ỨNG DỤNG TRONG KỸ THUẬT ĐIỆN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC

Hà Nội – 2016
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

PHẠM THỊ HƯỜNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME COMPOZIT
TỪ NHỰA EPOXY DER 331 VÀ TRO BAY PHẾ THẢI
ỨNG DỤNG TRONG KỸ THUẬT ĐIỆN

Chuyên ngành: Vật liệu cao phân tử và tổ hợp
Mã số: 62440125

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS Bạch Trọng Phúc
2. PGS.TS Nguyễn Thanh Liêm

Hà Nội – 2016

LỜI CAM ĐOAN


Tôi xin cam đoan những kết quả thực nghiệm được trình bày trong luận án là do tôi
thực hiện dưới sự hướng dẫn của tập thể hướng dẫn khoa học. Các số liệu, kết quả
trình bày trong luận án được thực hiện tại Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Polyme Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và chưa được công bố trong bất kỳ công trình
nào của các nhóm nghiên cứu khác.
Hà Nội, ngày…….tháng……năm 2016
Tập thể hướng dẫn

PGS.TS Bạch Trọng Phúc

Nghiên cứu sinh

PGS.TS Nguyễn Thanh
Liêm

LỜI CẢM ƠN

Phạm Thị Hường


Với lòng biết ơn sâu sắc và chân thành tác giả xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS Bạch
Trọng Phúc và PGS.TS Nguyễn Thanh Liêm đã hướng dẫn, giúp đỡ tận tình và
động viên thực hiện thành công luận án tiến sĩ này.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn tới Ban Lãnh đạo nhà trường, Ban Lãnh đạo khoa
Khoa học Cơ bản và các bạn đồng nghiệp trong khoa - Trường Đại học Sư phạm Kỹ

thuật Nam Định luôn ủng hộ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong thời
gian đi học và hoàn thành luận án.
Xin cảm ơn rất nhiều tới các anh, các chị và các bạn sinh viên tại Trung tâm Nghiên
cứu Vật liệu Polyme đã chia sẻ những khó khăn và hỗ trợ tác giả trong suốt quá
trình thực hiện công trình khoa học này.
Cuối cùng, tác giả xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới bố mẹ, chị gái đã luôn ở bên cạnh,
cảm thông, chia sẻ và khuyến khích rất nhiều về công việc, tinh thần để tác giả tự
tin thực hiện tốt luận án tiến sĩ.
Tác giả luận án

Phạm Thị Hường

MỤC LỤC
Trang


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT ……………………………
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ………………………………………………..
DANH MỤC CÁC HÌNH………………………………………………………..
MỞ ĐẦU………………………………………………………………………….
1. TỔNG QUAN
1.1 Vật liệu compozit trên cơ sở nhựa nền polyme và chất độn hạt vô
cơ ……………………………………………………………………...
1.1.1. Giới thiệu về vật liệu compozit………………………………..
1.1.2. Vật liệu compozit trên cơ sở nhựa nền polyme và chất độn hạt
vô cơ ……………………………………………………...........
1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính năng của vật liệu polyme
compozit……………………………………………………….
1.2.Nhựa nền nhiệt rắn epoxy…………………………………………......
1.2.1. Phản ứng tổng hợp nhựa epoxy ………………………………...

1.2.2. Một số loại nhựa epoxy…………………………………………
1.2.3. Tính chất của nhựa epoxy………………………………………
1.2.4. Các chất đóng rắn và cơ chế đóng rắn nhựa epoxy……………..
1.2.5. Ứng dụng của nhựa epoxy……………………………………...
1.3. Tro bay và những ứng dụng thực tế trong khoa học, đời sống
1.3.1. Thành phần và đặc điểm cấu trúc của tro bay…………………..
1.3.2. Những ứng dụng thực tế trong khoa học, đời sống của tro bay..
1.3.2.1. Ứng dụng của tro bay trên thế giới……………………
1.3.2.2. Ứng dụng của tro bay tại Việt Nam…………………...
1.4. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng vật liệu polyme compozit trên
cơ sở nền polyme và tro bay phế thải trong và ngoài nước.......................
1.4.1. Tình hình nghiên cứu ứng dụng tro bay trong vật liệu polyme
compozit.....................................................................................
1.4.2. Các phương pháp xử lý, biến tính bề mặt tro bay.......................
1.4.2.1. Xử lý bề mặt tro bay bằng các hóa chất vô cơ ...............
1.4.2.2. Biến tính bề mặt tro bay bằng axit stearic......................
1.4.2.3. Biến tính bề mặt tro bay bằng các hợp chất silan……..
2. THỰC NGHIỆM...............................................................................................
2.1. Nguyên vật liệu, hóa chất…………………………………………......
2.1.1. Tro bay…………………………………………………………
2.1.2. Nhựa nền epoxy DER 331……………………………………..
2.1.3. Chất đóng rắn amin……………………………………………..
2.1.4. Các hóa chất dùng để xử lý biến tính tro bay…………………..
2.2. Các phương pháp xử lý, biến tính bề mặt tro bay…………………
2.2.1. Xử lý bề mặt tro bay bằng các hóa chất vô cơ………………….
2.2.2. Biến tính bề mặt tro bay bằng các hợp chất silan……………...
2.2.3. Biến tính bề mặt tro bay bằng axit stearic …………………….
2.3. Thiết bị và phương pháp xác định đặc tính vật liệu………………...
2.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)…………………………….
2.3.2. Phương pháp phổ huỳnh quang tia X (XRF)…………………...

1
3
3
3
6
7
9
9
10
12
13
17
18
18
21
21
25
27
27
31
31
32
33
38
38
38
38
38
39

40
40
40
40
41
41
41


2.3.3. Phương pháp xác định giản đồ phân bố và kích thước hạt……..
2.3.4. Phương pháp BET………………………………………………
2.3.5. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) ………………………
2.3.6. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) ……………………………
2.3.7. Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)………………
2.3.8. Phương pháp xác định góc tiếp xúc của hạt rắn………………...
2.3.9. Phương pháp xác định độ nhớt………………………………….
2.4. Phương pháp chế tạo mẫu vật liệu polyme compozit……………….
2.5. Các phương pháp xác định tính chất cơ học của vật liệu polyme

42
42
42
43
43
44
45
45
45

compozit……………………………………………………………….

2.5.1. Phương pháp xác định độ bền nén…………………………...
2.5.2. Phương pháp xác định độ bền uốn……………………………...
2.5.3. Phương pháp xác định độ bền kéo……………………………..
2.5.4. Phương pháp xác định độ bền va đập Izod…………………….
2.6. Phương pháp xác định tính chất điện của vật liệu polyme compozit
2.6.1. Phương pháp xác định điện trở suất bề mặt và điện trở suất

45
46
46
46
47
47

khối……………………………………………………………
2.6.2. Hằng số điện môi và hệ số tổn hao điện môi ………………….
2.6.3. Phương pháp xác định độ bền điện……………………………..
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN………………………………………………..
3.1. Khảo sát các đặc tính kỹ thuật của tro bay ban đầu……………….
3.2. Các đặc tính kỹ thuật của tro bay sau khi biến tính bằng các hóa

49
51
53
53
57

chất vô cơ………………………………………………………..........
3.2.1. Ảnh hưởng của xử lý kiềm đối với tro bay đến phân bố kích thước

57

và diện tích bề mặt của tro bay…………………………………
3.2.2. Ảnh hưởng của xử lý kiềm đối với tro bay đến thành phần hóa

60

học
3.3. Các đặc tính kỹ thuật của tro bay sau khi biến tính bằng axit

61

stearic…………………………………………………………............
3.3.1. Phân tích phổ hồng ngoại của tro bay biến tính bằng axit stearic
3.3.2. Góc tiếp xúc của tro bay biến tính bằng axit stearic……………
3.3.3. Xác định mức độ axit stearic hóa tro bay bằng phân tích nhiệt
3.4. Các đặc tính kỹ thuật của tro bay sau khi biến tính bằng các hợp

61
64
64
66

chất silan……………………………………………………………….
3.4.1. Góc tiếp xúc của tro bay biến tính bằng các hợp chất silan……
3.4.2. Phân tích phổ hồng ngoại của tro bay biến tính bằng hợp chất

67
68

silan……………………………………………………………
3.4.3. Xác định mức độ silan ghép trên bề mặt tro bay bằng phân tích

71

nhiệt…………………………………………………………..
3.5. Khảo sát các tính chất cơ học của vật liệu polyme compozit từ

73


nhựa epoxy DER 331 và tro bay …………………………………….
3.5.1. Khảo sát sự thay đổi độ nhớt, thời gian đóng rắn và hàm lượng

73

phần gel của hệ epoxy/tro bay khi thay đổi hàm lượng tro bay…
3.5.2. Khảo sát tính chất cơ học của vật liệu compozit epoxy/tro bay

74

theo hàm lượng tro bay………………………………………….
3.5.3. Khảo sát tính chất cơ học của vật liệu polyme compozit từ nhựa

77

epoxy và tro bay xử lý bằng dung dịch kiềm…………………..
3.5.4. Khảo sát tính chất cơ học của vật liệu polyme compozit từ nhựa

79

epoxy và tro bay biến tính bằng axit stearic……………………
3.5.5. Khảo sát tính chất cơ học của vật liệu polyme compozit từ nhựa

81

epoxy

và

tro

bay

đã

biến

tính

bằng

các

hợp

chất

silan……………………………………………………………..
3.6. Khảo sát ảnh hưởng của tro bay biến tính bề mặt đến cấu trúc

85

hình thái của vật liệu compozit epoxy DER 331/tro bay……………
3.7. Khảo sát ảnh hưởng của tro bay biến tính bề mặt đến độ bền nhiệt

86

của vật liệu compozit epoxy DER 331/tro bay………………...
3.8. Khảo sát các tính chất điện của vật liệu polyme compozit từ nhựa

91

epoxy DER 331 và tro bay……………………………………………
3.8.1. Điện trở suất…………………………………………………….
3.8.2. Hằng số điện môi và hệ số tổn hao điện môi…………………...
3.8.3. Độ bền điện……………………………………………….......
KẾT LUẬN............................................................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………..
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ……………………………...
PHỤ LỤC

91
96
99
103
105
115

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ABS
A-186

Acrylonitrile butadiene styrene
β -(3,4- Epoxycyclohexyl)

Acrylonitrin butadien styren
β -(3,4- Epoxycyclohexyl)

A-1100
AEAPS

ethyltrimethoxysilane
3- Aminopropyltriethoxy silane
N-(2-Aminoethyl)-3-

etyltrimetoxy silan
3- Aminopropyl trietoxy silan
N-(2-Aminoetyl)-3-Aminopropyl

Aminopropylsilantriol
γ- Aminopropyltrimethoxyl silane
Circulating fluidized bed
Diethylenetriamine
Diphenylolpropane
Epiclohydrin
Epoxide equivalent weight
Epoxy
Ethylene vinylacetat copolymer

Fly ash
3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane
3- Glycidoxypropyltriethoxysilane
High density polyethylene

silantriol
γ- Aminopropyl trimetoxyl silan
Lò hơi tầng sôi tuần hoàn
Dietylen triamin
Diphenylolpropan
Epiclohydrin
Đương lượng gam epoxy
Epoxy
Etylen vinylaxetat đồng trùng hợp
Tro bay
3- Glycidoxypropyltrimetoxysilan
3- Glycidoxypropyltrietoxysilan
Polyetylen tỉ trọng cao
Hàm lượng nhóm epoxy
Phổ hồng ngoại
Khối lượng phân tử
Polyetylen tỉ trọng thấp
Mất khi nung
Polyme compozit
Polyetylen
Polyetylen polyamin
Phần khối lượng
Polypropylen
Polyetylenterephtalat
Axít stearic

Kính hiển vi điện tử quét
Diện tích bề mặt
Trietylentetra amin
Phân tích nhiệt trọng lượng
Phổ nhiễu xạ tia X
Phổ huỳnh quang tia X

APTMS
CFB
DETA
DPP
ECH
EEW
EP
EVA
Fly ash
GF80
GF82
HDPE
HLE
IR
KLPT
LDPE
MKN
PC
PE
PEPA
PKL
PP
PET

SA
SEM
SSA
TETA
TGA
XRD
XRF

Infrared spectroscopy
Low density polyethylene
Polymer composite
Polyethylene
Polyethylene polyamine
Polypropylene
Polyethylenterephtalat
Stearic acid
Scanning Electron Microscopy
Surface Sphere Area
Triethylenetetramine
Thermal Gravimetric Analysis
X-ray diffraction
X-ray fluorescence


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

UFA
FAN
FAC
FASA

FAS
FAS1100
FAS186
FASGF80
FASGF82
EP/FA
EP/UFA
EP/FAN
EP/FAC

Tro bay chưa xử lý
Tro bay xử lý bằng dung dịch NaOH
Tro bay xử lý bằng dung dịch Ca(OH)2
Tro bay biến tính bằng axit stearic
Tro bay biến tính bằng silan
Tro bay biến tính bằng silan A1100
Tro bay biến tính bằng silan A186
Tro bay biến tính bằng silan GF80
Tro bay biến tính bằng silan GF82
Vật liệu compozit epoxy/tro bay
Vật liệu compozit epoxy/tro bay chưa xử lý
Vật liệu compozit epoxy/tro bay xử lý bằng dung dịch NaOH
Vật liệu compozit epoxy/tro bay xử lý bằng dung dịch Ca(OH) 2


EP/FASA
EP/FAS
EP/FAS1100
EP/FAS186
EP/FASGF80

EP/FASGF82
Tg
tanδ
εe
ρs
ρv
θ
Eđt

Vật liệu compozit epoxy/tro bay biến tính bằng axit stearic
Vật liệu compozit epoxy/tro bay biến tính bằng silan
Vật liệu compozit epoxy/tro bay biến tính bằng silan A1100
Vật liệu compozit epoxy/tro bay biến tính bằng silan A186
Vật liệu compozit epoxy/tro bay biến tính bằng silan GF80
Vật liệu compozit epoxy/tro bay biến tính bằng silan GF82
Nhiệt độ thủy tinh hóa
Tang góc tổn hao điện môi
Hằng số điện môi
Điện trở suất mặt
Điện trở suất khối
Góc tiếp xúc
Điện áp đánh thủng


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Ảnh hưởng của tỷ lệ ECH và DPP đến tính chất của nhựa epoxy……………
Bảng 1.2: Một số công ty sản xuất và tên thương mại của nhựa epoxy..........................
Bảng 1.3: Thành phần hóa học của tro bay tại hai nhà máy nhiệt điện khác nhau của

Trang

7
9
19

Malaysia ………………………………………………………………………..
Bảng 1.4: Thành phần hóa học của tro bay tại các nước khác nhau…………………….
Bảng 1.5: Nhu cầu về lượng tro bay sử dụng trong công nghiệp xi măng tại Ấn Độ .....
Bảng 1.6: Nhu cầu sử dụng tro bay trong công nghiệp xi măng tại Việt Nam…………
Bảng 1.7: Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay loại F đến tính chất của vật liệu compozit

20
22
25
28

nền PET………………………………………………………………………...
Bảng 1.8: Sự biến đổi thành phần hóa học chính của tro bay trước và sau xử lý ………
Bảng 2.1: Đặc tính kỹ thuật ban đầu của nhựa epoxy DER 331 ....................................
Bảng 3.1: Thành phần hóa học của tro bay ban đầu và tro bay đã xử lý………………
Bảng 3.2: Các pic đặc trưng của phổ hồng ngoại tro bay ban đầu và tro bay sau khi biến

32
38
60
63

tính bằng axit stearic 2%.................................................................................
Bảng 3.3: Góc tiếp xúc của tro bay ban đầu và tro bay biến tính bằng axit stearic 2% trong

64

các môi trường……………………………………………………………
Bảng 3.4: Góc tiếp xúc của tro bay ban đầu và tro bay biến tính bằng các hợp chất silan

67

khác nhau với cùng hàm lượng 2% trong các môi trường lỏng……………….
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến khối lượng riêng, độ nhớt, thời gian gel

74

hóa và hàm lượng phần gel của hệ epoxy DER 331/tro bay………………
Bảng 3.6: Đặc trưng TGA của EP/UFA, EP/FASGF80 2% và EP/FAS1100 2%...........
Bảng 3.7: So sánh hiệu quả của các phương pháp xử lý, biến tính bề mặt tro bay đến độ

90
90

bền cơ học của vật liệu compozit epoxy DER 331/tro bay 40PKL…………..
Bảng 3.8: Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến điện trở suất khối của vật liệu compozit

92

epoxy DER 331/tro bay …………………………………………….
Bảng 3.9: Hằng số điện môi của một số chất tại nhiệt độ phòng …………………………
Bảng 3.10: Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến hằng số điện môi và tổn hao điện môi

96
97

của vật liệu compozit nền epoxy DER 331…………………………………..
Bảng 3.11: Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến độ bền điện của các mẫu vật liệu

100

compozit epoxy DER 331/tro bay……………………………………………
Bảng 3.12: Ảnh hưởng của hàm lượng tác nhân biến tính đến độ bền điện của các mẫu vật

101

liệu compozit epoxy DER 331/tro bay…………………………………..
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Cấu trúc thành phần của vật liệu compozit……………………………………
Hình 1.2: Phân bố sản phẩm compozit ứng dụng trong các lĩnh vực tại Việt Nam - 2011
Hình 1.3: Một số sản phẩm ứng dụng của vật liệu compozit ……………………………
Hình 1.4: Sự liên hệ giữa góc tiếp xúc theta và năng lượng bề mặt theo công thức Young
Hình 1.5: Một số ứng dụng của epoxy…………………………………………………….
Hình 1.6: Màu sắc và hình thái cấu trúc của tro bay……………………………………..
Hình1.7: Sản lượng tiêu thụ tro bay qua các năm tại Israel……………………………….
Hình 1.8: Sản phẩm ứng dụng của tro bay trong xây dựng................................................
i

Trang
3
5
5
8
18
21
23

26


Hình 1.9: Một số sản phẩm ứng dụng tro bay trong vật liệu compozit…………………..
Hình 1.10: Độ bền va đập của mẫu compozit nylon 6/tro bay và ảnh SEM tro bay phân
tán trong nền nylon 6…………………………………………………………….
Hình 1.11: Ảnh SEM bề mặt hạt tro bay ban đầu và tro bay sau khi đã xử lý …………...
Hình 1.12: Cơ chế hình thành liên kết giữa tro bay và axit stearic………………………
Hình 1.13: Cơ chế biến tính bề mặt tro bay bằng hợp chất silan..........................................
Hình 1.14: Ảnh hưởng của việc xử lý tro bay bằng silan đến sự phân tán của tro bay trong
nhựa nền epoxy ………………………………………………………………..
Hình 1.15: Phản ứng hóa học của tro bay và silan Si69…………………………………..
Hình 2.1: Thiết bị đo nhiễu xạ tia X……………………………………………………….
Hình 2.2: Thiết bị phổ kế huỳnh quang tia X…………………………………………….
Hình 2.3: Thiết bị đo giản đồ phân bố kích thước hạt……………………………………
Hình 2.4: Thiết bị đo diện tích bề mặt hạt………………………………………………..
Hình 2.5: Thiết bị hiển vi điện tử SEM…………………………………………………….
Hình 2.6: Thiết bị đo phổ IR……………………………………………………………….
Hình 2.7: Phương pháp đo góc tiếp xúc Wilhelmy………………………………………
Hình 2.8: Thiết bị đo góc tiếp xúc…………………………………………………………
Hình 2.9: Thiết bị đo độ bền kéo............................................................................................
Hình 2.10: Thiết bị đo độ bền va đập.....................................................................................
Hình 2.11: Thiết bị đo điện trở suất khối và điện trở suất bề mặt.........................................
Hình 2.12: Sơ đồ mạch điện đo điện trở suất khối………………………………………
Hình 2.13: Sơ đồ mạch điện đo điện trở suất bề mặt……………………………………
Hình 2.14: Đồ thị vectơ dòng và áp của điện môi………………………………………..
Hình 2.15: Thiết bị đo điện dung và tổn hao điện môi…………………………………..
Hình 2.16: Hiện tượng đánh thủng điện môi……………………………………………..
Hình 2.17: Mẫu đo và thiết bị đo cường độ đánh thủng………………………………….
Hình 3.1: Cấu trúc hình thái hạt tro bay…………………………………………………..

Hình 3.2: Giản đồ phân bố kích thước hạt tro bay……………………………………….
Hình 3.3: Hình ảnh XRF xác định thành phần hóa học của tro bay………………………
Hình 3.4: Giản đồ XRD của tro bay Phả Lại ……………………………………………..

26
28
31
33
34
35

Hình 3.6: Giản đồ TGA/DTA/DrTGA của mẫu tro bay ban đầu………………………..
Hình 3.7: Giản đồ phân bố kích thước của tro bay ban đầu và tro bay đã xử lý kiềm………..
Hình 3.8: Ảnh SEM của tro bay đã xử lý kiềm…………………………………………….
Hình 3.9: Ảnh SEM của tro bay xử lý bằng dung dịch NaOH và Ca(OH)2 ………………
Hình 3.10: Phổ IR của axit stearic………………………………………………………….
Hình 3.11: Phổ IR của tro bay ban đầu và tro bay biến tính bằng axit stearic 2%.................
Hình 3.12: Giản đồ TGA/DTA/DrTGA của tro bay ban đầu và tro bay biến tính bằng axit

36
41
41
42
42
43
43
44
45
46
47

47
48
49
50
50
51
52
53
54
54
55
55
56
57
58
59
62
63
65

stearic 2%............................................................................................................
Hình 3.14: Phổ IR của hợp chất silan A1100……………………………………………...
Hình 3.14: Phổ IR của hợp chất silan GF80………………………………………………
Hình 3.15: Phổ IR của tro bay ban đầu và tro bay biến tính bằng silan 2%........................
Hình 3.16: Giản đồ TGA/ DTA/DrTGA của tro bay ban đầu và tro bay biến tính bằng

68
69
70
71

silan A1100 với hàm lượng 2%.....................................................................
Hình 3.17: Giản đồ TGA/DTA/DrTGA của tro bay ban đầu và tro bay biến tính bằng

72

silan GF80 với hàm lượng 2%..........................................................................
Hình 3.18: Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến độ bền kéo đứt của vật liệu compozit

75

Hình 3.5: Phổ IR của mẫu tro bay ban đầu…………………………………………

epoxy DER 331/tro bay………………………………………………………..
ii


Hình 3.19: Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến độ bền uốn và % biến dạng của vật liệu

75

compozit epoxy DER 331/tro bay…………………………………………….
Hình 3.20: Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến độ bền nén và độ bền va đập của vật

76

liệu compozit epoxy DER 331/tro bay ……………………………………….
Hình 3.21: Ảnh SEM bề mặt gẫy mẫu compozit epoxy DER 331/ tro bay…………………
Hình 3.22: Ảnh hưởng của xử lý tro bay bằng dung dịch kiềm đến độ bền va đập của vật liệu

77
78

compozit epoxy DER 331/tro bay 40PKL…………………………………….
Hình 3.23: Ảnh hưởng của xử lý tro bay bằng dung dịch kiềm đến độ bền kéo đứt, uốn, nén

78

của vật liệu compozit epoxy DER 331/tro bay 40PKL………………………
Hình 3.24: Ảnh hưởng của hàm lượng axit stearic đến độ bền uốn và modun uốn của vật liệu

79

compozit epoxy DER 331/tro bay 40PKL……………………………………
Hình 3.25: Ảnh hưởng của hàm lượng axit stearic đến độ bền kéo đứt và modun kéo của vật

80

liệu compozit epoxy DER 331/tro bay 40PKL……………………………….
Hình 3.26: Ảnh hưởng của hàm lượng axit stearic đến độ bền va đập và độ bền nén của vật

80

liệu compozit epoxy DER 331/tro bay 40PKL………………………………
Hình 3.27: Ảnh hưởng của loại silan đến độ bền nén, độ bền uốn và độ bền kéo đứt của vật

81

liệu compozit epoxy DER 331/tro bay 40PKL……………………………….
Hình 3.28: Ảnh hưởng của loại silan đến độ bền va đập của vật liệu compozit epoxy DER

82

331/tro bay 40PKL……………………………………………………………..
Hình 3.29: Ảnh hưởng của hàm lượng silan GF80 đến độ bền kéo đứt và modun kéo của vật

83

liệu com pozit epoxy DER 331/tro bay 40PKL……………………………….
Hình 3.30: Ảnh hưởng của hàm lượng silan GF80 đến độ bền uốn và modun uốn của vật liệu

83

compozit epoxy DER 331/tro bay 40PKL…………………………………….
Hình 3.31: Ảnh hưởng của hàm lượng silan GF80 đến độ bền nén và độ bền va đập của vật

84

liệu compozit epoxy DER 331/tro bay 40PKL………………………………..
Hình 3.32: Ảnh SEM bề mặt gẫy của vật liệu compozit epoxy DER 331 với tro bay biến

85

tính và chưa biến tính…………………………………………………………..
Hình 3.33: Giản đồ TGAvà DrTGA của nhựa nền epoxy DER 331 và mẫu compozit

87

epoxy DER 331/tro bay chưa biến tính với 40PKL…………………………..
Hình 3.34: Giản đồ TGA và DrTGA của mẫu compozit epoxy DER 331/tro bay chưa biến

88

tính (EP/UFA) và mẫu compozit epoxy DER 331/tro bay biến tính bằng axit stearic 2%
(EP/FASA2%) ……………………………………………………..
Hình 3.35: Giản đồ TGA của các mẫu compozit nền epoxy với tro bay biến tính silan 2%

89

và tro bay chưa biến tính với cùng hàm lượng 40PKL………………………..
Hình 3.36: Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến điện trở suất khối của vật liệu compozit

91

epoxy DER 331/tro bay……………………………………………………….
Hình 3.37: Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến điện trở suất mặt của vật liệu compozit

93

epoxy DER 331/tro bay……………………………………………………….
Hình 3.38: Ảnh hưởng của tro bay xử lý kiềm đến điện trở suất khối của vật liệu compozit

94

epoxy DER 331/tro bay 40PKL……………………………………………….
Hình 3.39: Ảnh hưởng của loại silan biến tính tro bay đến điện trở suất khối của vật liệu

94

iii

compozit epoxy DER 331/tro bay 40PKL…………………………………….
Hình 3.40: Ảnh hưởng của hàm lượng silan và hàm lượng axit stearic biến tính tro bay

95

đến điện trở suất khối của vật liệu compozit epoxy DER 331/tro bay 40PKL
Hình 3.41: Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay biến tính và chưa biến tính đến hằng số

98

điện môi của vật liệu compozit nền epoxy DER 331………………………….
Hình 3.42: Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay biến tính và chưa biến tính đến độ bền điện

99

của vật liệu compozit epoxy DER 331/tro bay…………………………………
Hình 3.44: Ảnh hưởng của loại silan biến tính tro bay đến độ bền điện của vật liệu

101

compozit nền epoxy DER331 với hàm lượng tro bay 40PKL………………..
Hình 3.45: Ảnh hưởng của tro bay xử lý bằng dung dịch kiềm đến độ bền điện của vật

103

liệu compozit nền epoxy DER331 với hàm lượng tro bay 40PKL……………
Hình 3.46: Ảnh hưởng của loại silan biến tính tro bay đến độ bền điện của vật liệu

104

compozit nền epoxy DER331 với hàm lượng tro bay 40PKL………………..

iv


MỞ ĐẦU
Tro bay được biết đến là sản phẩm phế thải từ các nhà máy nhiệt điện trong quá
trình đốt than nhiên liệu. Nó tồn tại ở trạng thái rắn và có kích thước hạt rất nhỏ, vì
thế nó có thể bay tự do trong không khí gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi
trường, ảnh hưởng xấu đến sức khỏe và đời sống sinh hoạt của nhân dân. Ngoài ra,
tro bay còn gây thiệt hại kinh tế đáng kể khi phải sử dụng một diện tích khá lớn ao
hồ, đất canh tác nông nghiệp để làm diện tích chứa lượng phế thải này.
Gần đây, Tổ chức Y tế Thế Giới (WHO) đã đưa ra báo cáo về tình trạng ô
nhiễm không khí dựa trên số liệu về mức độ ô nhiễm của 1600 thành phố trên khắp
19 quốc gia thì các nước Pakistan, Ấn Độ, Ai Cập, Quatar, Bangladesh được xếp
vào danh sách các nước có bầu không khí ô nhiễm nhất thế giới. Tình trạng này xảy
ra là do quá trình khai thác và sử dụng nguồn nguyên liệu cho các nhà máy nhiệt
điện, các công trình xây dựng, các nhà máy công nghiệp… [113]. Điều này cho thấy
ô nhiễm không khí đang là mối đe dọa ở rất nhiều các quốc gia, trong đó có cả Việt
Nam.
Do đó, việc đặt ra mục tiêu thu hồi và xử lý tro bay thế nào là một vấn đề cấp
thiết đối với tất cả các nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam.
Trong một vài năm trở lại đây, các nhà khoa học đã nghiên cứu về thành phần và
đặc tính kỹ thuật của tro bay và nhận thấy thành phần hóa học chính của tro bay
gồm nhiều oxit kim loại rất bền, có độ bền nhiệt cao, trong khi hạt tro bay có trọng
lượng nhẹ, kích thước nhỏ. Điều này rất phù hợp để lựa chọn tro bay làm phụ gia
cho bê tông hoặc làm chất độn gia cường cho các loại vật liệu khác.
Theo các số liệu thống kê trên thế giới và trong nước, hiện nay tro bay đã được

ứng dụng khá rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật như trong ngành xây
dựng, ngành giao thông vận tải, trong nông nghiệp và trong vật liệu polyme
compozit. Trong đó, tro bay ứng dụng nhiều nhất phải kể đến là trong lĩnh vực xây
dựng. Nhiều công trình xây dựng lớn đã thành công khi đưa tro bay vào bê tông để
cải thiện độ bền và kết cấu như bê tông tro bay ở thành phố Marina (Chicago), bê
tông tro bay ở tháp Sears –thành phố River (Chicago)…[112].

1


Hiện tại, ở nước ta cũng đang phát triển những nghiên cứu đưa tro bay vào ứng
dụng trong cầu đường, trong xây dựng thủy điện Sơn La, Bản Vẽ, Sông Tranh…[7]
và có thể phát triển ứng dụng tro bay vào một số sản phẩm như sơn, cao su, vật liệu
polyme compozit. Các nghiên cứu bước đầu đã giảm được giá thành sản phẩm,
nâng cao một số đặc tính kỹ thuật, từ đó đem lại những lợi ích kinh tế đáng kể…
Để phát triển và mở rộng tính ứng dụng của tro bay, tác giả tập trung vào nghiên
cứu tro bay ứng dụng trong công nghệ cao, đặc biệt là trong ngành kỹ thuật điện bởi
vật liệu compozit nền epoxy có tính cách điện tốt. Vì thế đề tài “Nghiên cứu chế tạo
vật liệu polyme compozit từ nhựa epoxy DER 331 và tro bay phế thải ứng dụng
trong kỹ thuật điện” đã được lựa chọn làm chủ đề cho luận án tiến sĩ.
Mục tiêu nghiên cứu của Luận án là đánh giá được khả năng gia cường của tro
bay tới tính chất cơ nhiệt, tính chất điện của vật liệu polyme compozit trên nền nhựa
epoxy DER 331, từ đó định hướng cho việc ứng dụng tro bay trong kỹ thuật điện.
Để thực hiện mục tiêu trên, luận án đã thực hiện các nội dung nghiên cứu chủ yếu
sau:
-

Khảo sát hàm lượng tro bay đưa vào vật liệu nền epoxy DER 331.

-

Nghiên cứu các phương pháp xử lý, biến tính bề mặt tro bay bằng các hóa
chất vô cơ, axit hữu cơ và các hợp chất silan.

-

Đánh giá khả năng gia cường của tro bay biến tính và không biến tính đến
tính chất cơ- nhiệt của vật liệu polyme compozit nền nhựa epoxy DER 331.

-

Nghiên cứu khả năng cách điện của vật liệu polyme compozit với tro bay
biến tính và không biến tính.

2


1. TỔNG QUAN
1.1. Vật liệu compozit trên cơ sở nhựa nền polyme và chất độn hạt vô cơ
1.1.1.

Giới thiệu
về vật liệu
compozit

Vật liệu compozit là vật liệu tổ hợp của hai hay nhiều vật liệu thành phần khác
nhau về hình dạng hoặc thành phần hóa học nhằm tạo nên một vật liệu mới có tính
năng vượt trội so với từng vật liệu thành phần. Trong đó, vật liệu compozit phổ biến
gồm hai thành phần chính là vật liệu gia cường và vật liệu nền. Vật liệu gia cường
(gián đoạn) phân bố trong thành phần vật liệu nền (liên tục) [2].

Sự tổ hợp hai hay nhiều vật liệu khác nhau trong compozit nhằm tạo nên một sản
phẩm với các tính chất tối ưu, bao gồm tính chất cơ học, tính chất hóa học và tính
chất vật lý như tính dẫn nhiệt (độ dẫn nhiệt, hệ số giãn nở nhiệt, nhiệt dung riêng,
nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ chảy mềm), tính chất điện (độ dẫn điện, tổn thất điện
môi…), tính chất quang học, tính cách âm…[4].
Tính chất của vật liệu compozit không bao hàm tất cả các tính chất của các pha
thành phần khi chúng đứng riêng rẽ mà thường lựa chọn trong đó những tính chất
tốt và phát huy thêm.

Hình 1.1: Cấu trúc thành phần của vật liệu compozit

Trong hai thành phần chính của vật liệu compozit thì vật liệu nền đóng vai trò
liên kết các vật liệu gia cường rời rạc tạo nên một sản phẩm liên tục. Dưới tác dụng
ngoại lực, vật liệu gia cường là thành phần chính chịu tải trọng vì nó thường có tính
chất cơ lý cao hơn vật liệu nền. Ngược lại, vật liệu nền đóng vai trò truyền ứng suất
sang vật liệu gia cường. Ngoài ra, vật liệu nền còn có tác dụng bảo vệ chất gia

3


cường dưới tác dụng của môi trường hay quyết định đến độ bền nhiệt và khả năng
gia công của vật liệu compozit.
Do vật liệu compozit có nhiều thành phần khác nhau tạo nên, vì thế lượng sản
phẩm tạo thành là rất đa dạng. Trong khoa học, để phân loại compozit thường căn
cứ vào hai đặc điểm sau:
-

Phân loại theo bản chất vật liệu nền.

-

Phân loại theo cấu trúc vật liệu gia cường.

Với cấu trúc vật liệu gia cường, compozit được phân thành 3 nhóm chính:
compozit gia cường sợi (compozit cốt sợi), compozit gia cường hạt (compozit cốt
hạt) và compozit cấu trúc. Compozit gia cường sợi có thể là sợi thủy tinh, sợi tự
nhiên…, sợi dài, sợi ngắn…còn compozit cốt hạt có thể có nhiều hình dạng khác
nhau: cốt dạng hình cầu, hình que, hình vẩy…hoặc kích cỡ hạt khác nhau như bột
gỗ, than đen, tro bay, talc, cao lanh, sắt, đồng, nhôm, vẩy mica…v.v [16].
Theo bản chất vật liệu nền, compozit cũng được chia thành 3 nhóm chính sau:
compozit nền polyme, compozit nền kim loại, compozit nền ceramic. Trong đó,
compozit nền polyme thường sử dụng rộng rãi hơn nhờ ưu điểm dễ gia công, tạo ra
những sản phẩm phức tạp và kích thước lớn. Compozit nền kim loại thì có ưu điểm
là khả năng chịu nhiệt cao hơn, không cháy và chống lại sự tấn công của các chất
lỏng hữu cơ tốt hơn. Đối với compozit nền ceramic thì ít được sử dụng do nhược
điểm giá thành khá cao [2].
Nhờ các tính chất ưu việt hơn so với các vật liệu truyền thống như gỗ, sắt,
thép…mà ngày nay vật liệu compozit được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực: từ
lĩnh vực giao thông, xây dựng, hàng không, trang trí nội ngoại thất đến lĩnh vực thể
thao và công nghiệp dân dụng.
Hiện nay trên thế giới, ngành hàng không vũ trụ sử dụng vật liệu compozit vào
chế tạo cánh máy bay, mũi máy bay và một số linh kiện, máy móc khác của các
hãng như Boeing 757, 676 Airbus 310…Theo thống kê của hãng máy bay Boeing,
chiếc Boeing Dreamliner 787 sử dụng đến 50% compozit trên toàn bộ trọng lượng.
Đó là do vật liệu compozit có tính ưu việt như giảm trọng lượng, tăng độ chịu ăn
mòn, giảm độ rung, giảm tiếng ồn và tiết kiệm nhiên liệu cho máy móc [111]. Vật
liệu compozit cũng được sử dụng để sản xuất các chi tiết, các bảng mạch, các linh
4

kiện trong ngành công nghiệp điện tử hoặc phục vụ cho ngành công nghiệp đóng
tàu, xuồng; các ngành dân dụng như y tế (hệ thống chân, tay giả, răng giả..)[111].

5


Tại Việt Nam, vật liệu compozit đã và đang được ứng dụng và phát triển ở hầu
hết các ngành, các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân như sử dụng vào việc chế tạo
các bồn chứa hóa chất, các linh kiện trong ô tô, xe lửa, vòm che máy bay quân sự,
các bộ phận cấy ghép trong cơ thể, các thiết bị của ngành giáo dục, giải phân cách
đường giao thông, hệ thống tàu xuồng, hệ thống máng trượt, máng hứng…[13].
Sản phẩm ứng dụng của vật liệu compozit trong các lĩnh vực khác nhau tại Việt
Nam được trình bày ở hình 1.2.

Hình 1.2: Phân bố sản phẩm compozit ứng dụng trong các lĩnh vực tại Việt Nam -2011
[110]

Trang trí nội ngoại thất

Hàng không

Công nghiệp và dân dụng
Thể thao
Hình 1.3: Một số sản phẩm ứng dụng của vật liệu compozit [110, 111]
6


1.1.2.

Vật

liệu

compozit
trên cơ sở
nhựa

nền

polyme và
chất

độn

hạt vô cơ
Nhựa nền:
Vật liệu compozit nền polyme có thể là các loại polyme nhiệt dẻo như
polypropylen, polyetylen, polyvinyl clorua, polyamit… hoặc nền là các polyme
nhiệt rắn như polyeste không no, vinyleste, phenolic, melamin, polyuretan, epoxy…
[11].
Với compozit có nền là nhựa nhiệt dẻo, sản phẩm thường có độ tin cậy cao bởi
mức độ ứng suất dư nảy sinh trong những giờ đầu tiên ngay sau khi tạo thành sản
phẩm rất thấp. Ưu điểm của nhựa nhiệt dẻo là khả năng thi công, tạo dáng sản phẩm
dễ thực hiện, có thể khắc phục những khuyết tật trong quá trình sản xuất và tận
dụng phế liệu khi gia công lại. Tuy nhiên, nhược điểm chính của nhựa nhiệt dẻo là
không chịu được nhiệt độ cao và thiết bị gia công sản phẩm thường đắt tiền. Trong
khi đó, nhựa nhiệt rắn có độ nhớt thấp, dễ hòa tan và đóng rắn khi gia nhiệt (có hoặc
không có xúc tác). Sản phẩm sau đóng rắn với cấu trúc không gian thường có tính
chất ưu việt hơn hẳn như độ bền nhiệt, tính chất cơ lý cao hơn so với nhựa nhiệt dẻo
[4].

Các tính chất của nhựa nền polyme như bản chất hóa học, độ bền, nhiệt độ thủy
tinh hóa và hệ số giãn nở nhiệt có ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất cơ học và tính
chất hóa học của sản phẩm. Do đó, nền polyme phải đáp ứng được các yêu cầu sau:
+ Khả năng thấm ướt tốt trên bề mặt chất gia cường để tạo sự tiếp xúc tối đa.
+ Khả năng làm tăng độ nhớt hoặc hóa rắn trong quá trình kết dính.
+ Khả năng biến dạng trong quá trình đóng rắn để giảm ứng suất nội xảy ra
do sự co ngót thể tích khi thay đổi nhiệt độ.
+ Chứa các nhóm chức hoạt động hóa học.
+ Phù hợp với điều kiện gia công thông thường.

7


+ Bền với môi trường sử dụng vật liệu compozit.
Gia cường:
Vật liệu compozit gia cường hạt là vật liệu được gia cường bởi các hạt có hình
dạng khác nhau như hình cầu, hình que, hình vẩy…Các hạt gia cường này có kích
cỡ khá đa dạng từ nm đến hàng chục µm. Cốt dạng hạt khá phong phú, trong đó
phải kể đến như bột gỗ, than đen, bột talc, cao lanh, vảy mica, đồng, nhôm và tro
bay [16].
Các hạt gia cường với kích cỡ micromet hoặc cỡ nanomet thường có độ cứng
cao hơn vật liệu nền. Một số vật liệu gia cường dạng hạt còn có thể cải thiện các
tính chất của vật liệu compozit như giảm co ngót, chống cháy, kháng mài mòn, chịu
nhiệt…v.v
Đối với nhựa nhiệt rắn, do có cấu trúc không gian khi đóng rắn nên phân tử
không có khả năng trượt với nhau, dẫn đến vật liệu compozit nền nhựa nhiệt rắn
thường cứng và giòn. Khi đưa chất độn dạng hạt vào nhựa nhiệt rắn thì ngoài tác
dụng làm giảm lượng nhựa sử dụng, nó còn làm giảm độ giòn, làm tăng chất lượng
bề mặt cũng như tăng độ cứng. Tuy nhiên, khả năng cải thiện tính chất cơ học của
vật liệu gia cường dạng hạt phụ thuộc rất nhiều vào khả năng kết dính của nó với

nhựa nền tại bề mặt ranh giới phân chia pha [2].
Sự có mặt của các vật liệu gia cường dạng hạt đặc biệt là các hạt vô cơ ảnh
hưởng đáng kể đến cấu trúc và tính chất của compozit. Ảnh hưởng đó được thể hiện
như sau:
- Làm thay đổi cấu trúc và khoảng cách giữa các nút mạng sau khi đóng rắn.
- Độn dạng hạt có thể hấp thụ nhiệt do quá trình đóng rắn tỏa ra, làm thay đổi
động học quá trình đóng rắn và tốc độ đóng rắn. Bề mặt chất độn còn hấp phụ và
thay đổi những mạch polyme đang phát triển [2].
- Làm biến đổi tính chất compozit do sự hấp phụ những thành phần có khối
lượng phân tử thấp như chất hóa dẻo.
1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính năng của vật liệu polyme compozit
Các yếu tố đó là:
- Bản chất của các vật liệu thành phần (vật liệu gia cường và vật liệu nền).
- Độ bền liên kết tại bề mặt tiếp xúc vật liệu nền/vật liệu gia cường.
- Hình dạng, kích thước của vật liệu gia cường.
8


Khi vật liệu compozit chịu tác dụng của ngoại lực, tải trọng tác dụng lên vật liệu
nền sẽ được truyền sang vật liệu gia cường qua bề mặt tiếp xúc. Nếu compozit yêu
cầu có độ bền và độ cứng cao thì vật liệu gia cường phải liên kết bền vững với vật
liệu nền. Tuy nhiên, một bề mặt tiếp xúc bền thì sẽ tạo compozit có độ cứng và độ
bền cao nhưng khả năng chống lại sự phát triển vết nứt kém do đặc tính giòn [2].
Khả năng kết dính giữa vật liệu nền và vật liệu gia cường tốt là nhờ tồn tại các
liên kết, tương tác tại bề mặt tiếp xúc. Muốn các liên kết này phát triển thì trước hết
phải có sự thấm ướt tốt vật liệu nền lên bề mặt vật liệu gia cường. Khả năng thấm
ướt được định nghĩa là mức độ phủ của chất lỏng lên một bề mặt rắn và thường
được đánh giá qua góc tiếp xúc θ. Góc tiếp xúc θ có mối tương quan với năng
lượng bề mặt của các pha theo công thức Young (hình 1.4) [106].

Hình 1.4: Sự liên hệ giữa góc tiếp xúc theta và năng lượng bề mặt theo công thức Young

γSV = γLV cos θ + γSL

Trong đó:
θ: góc tiếp xúc
γSV: Năng lượng bề mặt của chất rắn tiếp xúc chất khí, N.m -1
γLV: Năng lượng bề mặt của chất lỏng tiếp xúc chất khí, N.m -1
γSL: Năng lượng tại mặt tiếp giáp giữa chất rắn và chất lỏng, N.m -1
Nếu θ = 0: Chất lỏng thấm ướt hoàn toàn bề mặt vật liệu gia cường rắn
Nếu 0< θ< 900: Chất lỏng thấm ướt không hoàn toàn bề mặt vật liệu gia cường rắn
Nếu 900< θ < 1800: Chất lỏng không thấm ướt bề mặt vật liệu gia cường rắn
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bám dính, liên kết tại bề mặt tiếp xúc:
Trong quá trình gia công, cần điều chỉnh điều kiện gia công phù hợp để có sự
thấm ướt kết dính tốt giữa vật liệu nền và vật liệu gia cường. Các yếu tố giúp tạo
liên kết tốt tại bề mặt tiếp xúc [2]:
-

Góc tiếp xúc nhỏ giữa vật liệu nền và vật liệu gia cường
Sức căng bề mặt vật liệu nền lỏng càng thấp càng tốt
Độ nhớt vật liệu nền khi gia công thấp
Tăng áp suất để giúp vật liệu nền chảy tốt.
Độ nhớt sau gia công của vật liệu nền cao (làm nguội, đóng rắn)

9


Như vậy, để nâng cao tính chất của sản phẩm hay cụ thể là nâng cao được các
tính chất cơ học và độ bền nhiệt của vật liệu thì hạt vô cơ cần được xử lý hoặc biến
tính nhằm cải thiện khả năng kết dính với nhựa nền polyme tại bề mặt phân chia

pha. Phương pháp xử lý hoặc biến tính này có thể làm tăng diện tính bề mặt riêng
hoặc tăng hoạt tính bề mặt của độn vô cơ với nhựa nền hữu cơ.

1.2. Nhựa nền nhiệt rắn epoxy
1.2.1. Phản ứng tổng hợp nhựa epoxy
Nhựa epoxy là một loại nhựa nhiệt rắn và được tổng hợp bằng nhiều phương
pháp khác nhau, nhưng trong đó nhựa epoxy phổ biến và quan trọng nhất là nhựa
tạo thành từ phản ứng của diphenylolpropan (DPP) hay Bisphenol A và
epiclohydrin (ECH). Phản ứng tổng hợp nhựa epoxy xảy ra theo hai giai đoạn với
xúc tác kiềm [47].
Giai đoạn 1: nhóm epoxy của epiclohydrin tác dụng với hydro của Bisphenol A.
Đây là giai đoạn kết hợp, phản ứng tỏa nhiệt mạnh, xảy ra nhanh ở nhiệt độ 60
-70oC.

Giai đoạn 2: sản phẩm của giai đoạn 1 tạo ra có nhóm –OH bậc 2 ở vị trí α so
với nguyên tử clo. Ở vị trí này trong môi trường kiềm xảy ra phản ứng tách loại HCl
và tạo nhóm epoxy mới. Giai đoạn tách HCl phản ứng thu nhiệt (∆H = 28,09
kcal/mol), xảy ra chậm.

10


Sản phẩm epoxy trung gian tạo thành lại tiếp tục phản ứng với Bisphenol A khi
tỷ lệ mol epiclohydrin/Bisphenol A < 2 thì nhận được nhựa oligome có công thức
tổng quát như sau:

Khối lượng phân tử nhựa epoxy dao động trong khoảng từ 300 -18000 tùy thuộc
vào tỷ lệ mol epiclohydrin/Bisphenol A, nhiệt độ, thời gian phản ứng và nồng độ
NaOH đã sử dụng. Ảnh hưởng của tỉ lệ mol này đến đương lượng gam và nhiệt độ
chảy mềm của nhựa epoxy thể hiện ở bảng 1.1.

Bảng 1.1: Ảnh hưởng của tỷ lệ ECH và DPP đến tính chất của nhựa epoxy [47]

Tỉ lệ mol
ECH/DPP
1.57:1.0

Đương lượng gam
epoxy (EEW)
450 – 525

Điểm mềm hóa
(oC)
65 – 75

1.22:1.0

870 - 1025

95 – 105

1.15:1.0

1650 - 2050

125 – 135

1.11:1.0

2400 - 4000

145 – 155

1.2.2. Một số loại nhựa epoxy
- Nhựa epoxydian: được tổng hợp từ epiclohydrin và Bisphenol A

- Nhựa epoxy mạch vòng no: nhận được nhờ phản ứng epoxy hóa các hợp chất chứa
nối đôi bằng peraxit axetic như 3,4-epoxy 6-metylxyclohexyl-metyl-3,4-epoxy 6metyl xyclohexan cacboxylat(Unox Epoxy 201).

hay vinyl xyclohexan dioxit (Unox Epoxy 206)

11