Nhựa epoxy Vật liệu polime và composite

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
KHOA HÓA LÝ – KỸ THUẬT

Đề tài:

Nhựa nền – Nhựa nhiệt rắn - Nhựa epoxy


Nội dung

I. Nhựa nền

II. Nhựa epoxy

III. Ứng dụng và kết luận


I. Nhựa nền

-

Là chất kết dính, đóng vai trò chuyển ứng suất lên chất độn khi có ngoại lực tác dụng.

-

Phân loại:

Nhựa nền

Nhiệt rắn
Nhiệt rắn



PP



PE




Epoxy
…

Nhiệt dẻo



PS



PF



UF



…


I. Nhựa nền

1. Nhựa nhiệt rắn



Là loại polyme khi bị tác động của nhiệt hoặc các giải pháp xử lí hóa học trở nên cứng rắn (định hình sản
phẩm ) hay nói một cách khác dưới tác động của nhiệt, chất xúc tác hay chất đóng rắn và áp suất loại nhựa
này xảy ra phản ứng hóa học và tạo bên trong mạng lưới các liên kết ngang (khâu mạch) tạo thành cấu trúc
không gian ba chiều.



Các loại nhựa nhiệt rắn thông dụng: polyeste không no, epoxy, nhựa vinyleste,…


1. Nhựa nhiệt rắn
1.1. Nhựa polyeste không no (UPE)



Là loại nhựa phổ biến nhất, đặc biệt trong công nghiệp hàng hải (thân tàu, cánh buồm…)



Tính chất chung của nhựa UPE: cơ lý cao, dễ gia công ở điều kiện thường, giá thành thấp



Khi đã đóng rắn, polyester rất cứng và có khả năng kháng hoá chất. Quá trình đóng rắn hay tạo kết ngang được gọi là quá trình
Polymer hóa.



Có 2 loại polyester chính thường sử dụng cho vật liệu compzit:



Nhựa orthophthalic - tính kinh tế cao, được sử dụng rộng rãi.



Nhựa isophthalic có khả năng kháng nước rất cao -> là vật liệu quan trọng trong công nghiệp, đặc biệt là hàng hải.


1. Nhựa nhiệt rắn
1.2 Nhựa vinyleste



Giống nhựa polyester, nhưng vị trí nhóm phản ứng nằm ở cuối mạch phân tử do vinyl ester chỉ có kết đôi C=C ở hai
đầu mạch.



Bền nước và hoá chất hơn UPE do có ít nhóm ester hơn → được dùng nhiều trong sản xuất đường ống và các thùng

chứa hoá chất, tàu thuyền



Nhựa Vinylester đóng rắn bền hơn UPE đóng rắn → dùng làm lớp phủ cho composite nhựa UPE


II. Nhựa epoxy
2.1 Tổng quan



Là loại nhựa được xem là có tính năng cao nhất, là polyme mạch thẳng mà trong phân tử chứa nhứng nhóm epoxy
(oxit etylen) thu được do phản ứng đa ngưng tụ của một phenol lưỡng chức với epcichlorohydrin.



o
o
Gồm 2 thành phần: nhựa lỏng và chất đóng rắn (hoặc chất xúc tác), nhiệt độ đóng rắn từ 5 C đến 150 C tuỳ
thuộc chất đóng rắn, xúc tác.



Nhựa lỏng không màu → nâu, ở nhiệt độ thường có thể tồn tại nhiều năm trong bình chứa khô mà không phản
ứng với nhau.



Bền cơ học (cứng, dẻo dai), bền nhiệt tốt.



Bền hoá chất, cách điện tốt.


III. Nhựa epoxy
3.2 Phân loại

Nhựa Epoxy nền Bisphenol A

Nhựa Epoxy nền Bisphenol Nhựa Epoxy

F

Nhựa Epoxy nền Novolac


II. Nhựa epoxy

2.2.1 Nhựa Epoxy nền Bisphenol – A





Nhựa epoxy được sản xuất từ Bisphenol A và epicchlorohydrin.


Công thức hóa học:

Nhựa epoxy:
Bisphenol A:

Bisphenol A:

Epicchlorohydrin


II. Nhựa epoxy

2.2.1 Nhựa Epoxy nền Bisphenol – A

 Độ nhớt: 11000 – 16000 cps.
 Có đặc tính: độ cứng cao, chống được môi trường hóa chất và nhiệt độ.
 Có khả năng bám dính và thấm ướt tốt.
 Phản ứng với các amin mạch thẳng ( hay vòng), amid, amino,… để bổ sung thêm tính chất khác cho nhựa.


II. Nhựa epoxy

2.2.2 Nhựa Epoxy nền Bisphenol – F



Có cấu trúc tương tự nền bisphenol A, chỉ có nhóm metylen nối 2 vòng benzen thay cho nhóm isopropyliden trong
bisphenol A.
Có khả năng kết mạng cao hơn, làm cho màng phim của nhựa có nhiệt độ thủy tinh hóa, khả năng chịu nhiệt và khả năng

chống dung môi và hóa chất cao hơn.



Công thức hóa học:

Nhựa epoxy:


II. Nhựa epoxy

2.2.2 Nhựa Epoxy nền Bisphenol – F
Bisphenol F:


II. Nhựa epoxy

2.2.3 Nhựa Epoxy nền Novolac



Công thức hóa học:

Nhựa epoxy:

- Có độ nhớt cao: 30000 – 500000 cps.
- Chống hóa chất rất tốt do có cấu trúc chặt chẽ.


II. Nhựa epoxy
2.3 Tính chất vật lý



Tùy thuộc vào loại nhựa, tác nhân đóng rắn, chất pha loãng mà epoxy có thể có dạng cứng hoặc dạng mềm dẻo như cao
su tùy thuộc vào trọng lượng phân tử.

- M < 1000: trọng lượng phân tử thấp => tồn tại ở trạng thái lỏng nhớt
- M > 1000: trọng lượng phân tử cao => trạng thái rắn.



Ở điều kiện bình thường epoxy trong suốt không màu , không mùi , có vị hơi ngọt, gây dị ứng da.


II. Nhựa epoxy
Bảng các thông số vật lý quan trọng:

Các thông số

Gía trị

Tỷ trọng

1.2-1.3

Độ cứng Rockwell M

100-110

Độ bền kéo, lb/in

2

4-13000

Độ bền va đập

0.3-0.9

Độ dẫn nhiệt (cal cm-1 sec-1 oC)

5
4-5 x 10

Nhiệt độ phân hủy

o
o
3100 C – 3500 C


II. Nhựa epoxy
2.4 Tính chất hóa học



Tính kháng hóa chất, kháng mài mòn,… Tính chất này phụ thuộc vào mức độ đóng rắn và bản chất của chất đóng rắn.



Với tác nhân đóng rắn là anhydric acid thì Epoxy không bền trong kiềm và acid vô cơ.



Còn đóng rắn bằng amin thì ổn định trong kiềm và acid vô cơ, không bền trong acid hữu cơ.



Tính bám dính tốt cho các nguyên vật liệu như: kim loại, gỗ, bê tông, thủy tinh, gốm…



Độ co rút thấp trong quá trình đóng rắn cho kết quả chính xác về kích thước sản phẩm và sản xuất keo dán tính
năng cao.


II. Nhựa epoxy
2.4 Tính chất hóa học
2.4.1 Phản ứng đóng rắn
Để nhựa epoxy có tính cơ lý tốt, ta phải thực hiện phản ứng đóng rắn nhựa bằng cách chọn các chất đóng rắn phù
hợp.

Các yếu tố để chọn chất đóng rắn:



Tính gia công tốt trong hệ chưa đóng rắn: độ nhớt thấp, thời gian gel, nhiệt lượng của phản ứng và độ độc hại.



Thời gian và nhiệt độ đóng rắn.



Tính chất vật lý, điện và hóa học , cơ học của chất đóng rắn.



Giá cả.


II. Nhựa epoxy

2.4.1 Phản ứng đóng rắn
Chất đóng rắn chia làm 3 loại:



Chất đóng rắn loại amin: đóng rắn ở nhiệt độ thường.



Chất đóng rắn loại axit: đóng rắn ở nhiệt độ cao.



Chất đóng rắn loại khác: các hợp chất chứa 2 hay nhiều thành phần định chức như phenol formandehyt,…


2.4.1.1 Phản ứng đóng rắn ở nhiệt độ thường: amin, amid.

 Đặc điểm: độ nhớt thấp, giá rẻ, độ co rút bé.
 Các chất đóng rắn thường dùng:
o

DETA ( dietyl triamin): 5-8%

o

TETA ( trieytl tetraamin): 7-10%

o

PETA ( polyetylen polyamid): 10-20%

o

Versamit 125, 135: 40 -55%

 Phản ứng đóng rắn epoxy với diamin:


2.4.1.2 Phản ứng đóng rắn ở nhiệt độ cao: polyacid hay anhydric acid.

 Đặc điểm: độ nhớt thấp, thời gian gel dài, hoạt tính thấp ( nếu không có xúc tác)
 Các chất đóng rắn thường dùng: các anhydric của axit dicacboxilic, anhydric maleic, anhydric phetaleic,…
 Phản ứng đóng rắn epoxy với anhydric:


2.4.1.2 Phản ứng đóng rắn ở nhiệt độ cao: polyacid hay anhydric acid.

 Đặc điểm: độ nhớt thấp, thời gian gel dài, hoạt tính thấp ( nếu không có xúc tác)
 Các chất đóng rắn thường dùng: các anhydric của axit dicacboxilic, anhydric maleic, anhydric phetaleic,…
 Phản ứng đóng rắn epoxy với anhydric: ở nhiệt độ 180 - 220oC


2.4.1.3 Phản ứng đóng rắn với chất đóng rắn khác.

 Các chất đóng rắn thường dùng: nhựa PF, polyamin, …
 Phản ứng đóng rắn epoxy với nhựa PF: ở 170 -205oC trong 20 -30’


II. Nhựa epoxy
2.5 Sản xuất nhựa epoxy

Nhựa epxoy thường được điều chế bằng phương pháp ngưng tụ ancol đa chức ( hay dùng bisphenol A ) với
epiclohydrin có kiềm xúc tác.
Polyme có mạch thẳng với 2 nhóm epoxy ở 2 đầu mạch, còn ở giữa mạch và nhóm hydroxyl. Sản phẩm thu được từ
nhớt đến lỏng do tỉ lệ 2 chất trên quyết định.



Nhựa epoxy phân tử cao M= 370-600 dvC. Tỉ lệ mol cấu tử: Dian – Epi-NaOH: 1-2-2.



Nhựa epoxy phân tử cao M= 1500– 3000 dvC được điều chế bằng cách làm nóng chảy nhựa epoxy phân tử thấp với
o
dian ở 200 C trong 1,5 – 2h.

Quy trình sản xuất nhựa epoxy


III. Ứng dụng và kết luận

Keo dán epoxy AB

Sơn sàn công nghiệp epoxy

Nhựa đường epoxy Asphalt

Băng dán Wrap seal