Tổng hợp biến tính epoxy phân tán trong nước dùng gia cường bê tông và sơn nước

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN VĂN TỰU

TỔNG HP BIẾN TÍNH EPOXY
PHÂN TÁN TRONG NƯỚC DÙNG GIA CƯỜNG
BÊ TÔNG VÀ SƠN NƯỚC
Chuyên ngành

: Công nghệ vật liệu cao phân tử và tổ hợp

Mã số ngành

: 60.52.94

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 naêm 2007


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học:

GS. TS NGUYỄN HỮU NIẾU

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA,

ngày

tháng

năm 2007


PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

ÇÇÇÇÇ

[œ\

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TP. HCM, ngày

tháng 07 năm 2007

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên

: TRẦN VĂN TỰU
Ngày, tháng, năm sinh : 20/10/1977
Chuyên ngành
: Vật liệu cao phân tử và tổ hợp

Gới tính : Nam
Nơi sinh : Bình Định
MSHV : 00303067

I. TÊN ĐỀ TÀI:
TỔNG HP BIẾN TÍNH EPOXY PHÂN TÁN TRONG NƯỚC DÙNG GIA
CƯỜNG BÊ TÔNG VÀ SƠN NƯỚC
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày ký quyết định giao đề tài): ........................
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ..............................................................
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị): ............
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM NGÀNH

BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

(Học hàm, học vị, họ tên và chữ ký)
Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
Ngày

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

tháng

năm 2007

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH


LỜI CẢM ƠN
Con xin chân thành cảm ơn Ba, Mẹ và những người thân đã tạo điều
kiện cho con được học tập và làm việc.
Em xin chân thành cảm ơn Thầy GS.TS Nguyễn Hữu Niếu đã tận tình
hướng dẫn và truyền đạt những kiến thức khoa học quý báu cũng như những
kinh nghiệm thực tế trong quá trình thực hiện luận văn này
Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong Khoa Công nghệ Vật
liệu đặc biệt là Bộ môn Polymer và Trung tâm Nghiên cứu vật liệu Polymer
đã đóng góp ý kiến và giúp đỡ em trong quá trình thực hiện luận văn này
Anh xin cảm ơn em Trần Thế Đạt đã giúp đỡ anh rất nhiều trong thời
gian thực hiện luận văn này.
Anh xin cảm ơn Vợ anh rất nhiều trong thời gian qua đã chia sẽ và ủng
hộ anh trong học tập và công việc.
Chân thành cảm ơn bạn bè đồng nghiệp và các em sinh viên Bộ môn
Polymer đã động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 6 năm 2007
TRẦN VĂN TỰU


TÓM TẮT LUẬN VĂN CAO HỌC

Ngày nay, nhựa epoxy được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lónh vực khác
nhau từ những ngành công nghệ cao như chế tạo các polyme cảm quang, polyme y
sinh đến các sản công nghiệp thông thường như kéo dán, sơn, composite, sàn chống
thấm, phụ gia gia cường cho vật liệu xây dựng,… Việc ứng dụng và khai thác hiệu
quả hết đặc tính của họ nhựa này là mối quan tâm của rất nhiều nhà khoa học, viện
nghiên cứu, cũng như các nhà sản xuất chế tạo trong vài thập niên gần đây. Hướng
nghiên cứu ứng dụng các loại sản phẩm biến tính họ nhựa epoxy này trong thời gian
gần đây đã đạt được nhiền thành tựu như chế tạo epoxy y sinh, epoxy chống cháy,
epoxy nanocomposite, epoxy nhũ tương, epoxy cảm quang, …
Hướng nghiên cứu ứng dụng epoxy nhũ tương trong thời gian qua là hướng
nghiên cứu mạnh mẽ nhất. Đã có rất nhiều phát minh đã được công bố trong hai
thập kỷ gần đây, đặc biệt là những phát minh của các hãng sản xuất hoá chất nổi
tiếng như Exxon Mobil, Shell Chemical. Dow Chemical, Du Pont Specialty
Chemicals, SCM Corporation,… Việc tạo ra dòng sản phẩm này nhằm mục đích hạn
chế tối đa việc sử dụng dung môi hữu cơ, tăng tính thân thiện với môi trường cùa họ
nhựa epoxy, cũng như giảm giá thành sản phẩm.
Trong phạm vi đề tài này, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu qui trình biến tính
epoxy bằng phản ứng ghép epoxy với acrylat theo cơ chế phản ứng cộng để tạo ra
sản phẩm epoxy tự nhũ hóa trong môi trường nước và nghiên cứu ứng dụng sản
phẩm này để chế tạo sơn nước và gia cường bê tông.
Qua các nghiên cứu, chúng tôi rút ra một số kết luận về các thông số tối ưu của
quá trình tổng hợp epoxy –acrylat nhũ tương. Tìm ra các yếu tố ảnh hưởng đến quá
trình phản ứng. Đồng thời, đánh giá được khả năng ứng dụng của epoxy – acrylat
nhũ tương.


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN
TÓM TẮT LUẬN VĂN

DANH SÁCH HÌNH VẼ ...............................................................................i
DANH SÁCH BẢNG BIỂU ....................................................................... iii

PHẦN LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 1 : NHỰA EPOXY .......................................................................... 1
1.

Giới thiệu về nhựa epoxy ................................................................. 1
1.1.

Epoxy Bis Phenol A .......................................................................... 2

1.2.

Epoxy Novolac ................................................................................. 3

2.

Tính chất nhựa epoxy ....................................................................... 4
2.1.

Lý tính 4

2.2.

Hoá tính ............................................................................................ 5

3.

4.

Đóng rắn nhựa epoxy........................................................................ 7
3.1.

Đóng rắn bằng amin ......................................................................... 7

3.2.

Đóng rắn bằng anhydrit .................................................................... 9

3.3.

Đóng rắn bằng tác nhân khác ......................................................... 11
ng dụng nhựa epoxy ..................................................................... 12


4.1.

Keo dán .......................................................................................... 12

4.2.

Compound đúc và tẩm .................................................................... 13

4.3.

Sơn .................................................................................................. 13

CHƯƠNG 2 : PHẢN ỨNG TRÙNG HP MẠCH ......................................... 14
1.

Trùng hợp mạch ............................................................................. 14
1.1.

Trùng hợp gốc tự do ........................................................................ 14

1.2.

Các phương pháp tiến hành phản ứng trùng hợp ............................. 20

2.

Đồng trùng hợp ............................................................................... 23
2.1.

Cơ chế phản ứng ............................................................................. 23

2.2.

Động học quá trình đồng trùng hợp ................................................ 25

CHƯƠNG 3 : BIẾN TÍNH EPOXY PHÂN TÁN TRONG NƯỚC ................. 29
1.

Các phương pháp phân tán epoxy vào nước.................................... 29

2.

Phản ứng ghép prepolyme lên epoxy ............................................. 30
2.1.

Tổng hợp prepolyme....................................................................... 34

2.2.

Ghép prepolyme lên epoxy bằng phản ứng cộng ........................... 39

2.3.

Phân tán hệ nhựa epoxy – acrylat vào nước ................................... 41

3.

Những ứng dụng của hệ nhũ tương epoxy ghép .............................. 43
3.1.

Sơn nước epoxy .............................................................................. 44

3.2.

Gia cường tính chất bê tông ............................................................ 45

CHƯƠNG 4 : HỆ NHŨ TƯƠNG .................................................................... 46
1.

Khái quát về hệ phân tán ................................................................ 46
1.1.

Đặc điểm hệ phân tán cao .............................................................. 46

1.2.

Các nguyên tác phân loại hệ phân tán ............................................ 46


2.

Cơ chế hình thành hệ phân tán ....................................................... 48
2.1.

Các hiện tượng bề mặt .................................................................... 48

2.2.

Sự bền vững của hệ phân tán .......................................................... 50

2.3.

Hệ nhũ tương .................................................................................. 52

PHẦN THỰC NGHIỆM
CHƯƠNG 5 : NGUYÊN LIỆU HÓA CHẤT
1.

Nhựa epoxy DER-662..................................................................... 56

2.

Monome ......................................................................................... 56
2.1.

Methacrylic acid (MAA)................................................................. 56

2.2.

Methyl Methacrylic (MMA) ........................................................... 57

2.3.

Styren Monome (SM) ..................................................................... 58

3.

Dung môi ........................................................................................ 58
3.1.

Butyl Cellosolve ............................................................................. 58

3.2.

N-butanol ........................................................................................ 59

4.

Các hóa chất khác ........................................................................... 60
4.1.

Chất khơi mào Benzoyl Peroxid ..................................................... 60

4.2.

Chất xúc tác – phân tán DMAE ...................................................... 60

4.3.

Chất đóng rắn DETA ...................................................................... 61

CHƯƠNG 6 : PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM .......................................... 63
1.

Phương pháp thực ngiệm................................................................. 63
1.1.

Xác định chỉ số acid ........................................................................ 63


1.2.

Xác định phổ hồng ngoại ................................................................ 64

1.3.

Xác định độ nhớt sản phẩm............................................................. 64

1.4.

Xác định khối lượng phân tử ........................................................... 65

1.5.

Phân tích nhiệt vi sai (DSC)............................................................ 65

1.6.

Xác định không bay hơi NV% ........................................................ 65

1.7.

Xác định kích thước hạt nhũ ........................................................... 65

2.

Thiết bị – dụng cụ nghiên cứu ........................................................ 66
2.1.

Thiết bị đo phổ hồng ngoại ............................................................. 66

2.2.

Thiết bị đo độ nhớt.......................................................................... 66

2.3.

Thiết bị đo sác ký gel...................................................................... 66

2.4.

Thiết bị đo TGA/DSC ..................................................................... 66

2.5.

Thiết bị sấy mẫu ............................................................................. 67

2.6.

Thiết bị đo kích thước hạt ............................................................... 67

2.7.

Máy đo chỉ số pH ............................................................................ 68

2.8.

Thiết bị dùng trong quá trình tổng hợp nhựa ................................... 68

CHƯƠNG 7 : QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM ................................................ 69
1.

Mục đích nghiên cứu....................................................................... 69

2.

Nộu dung nghiên cứu ...................................................................... 69
2.1.

Khảo sát quy trình tổng hợp prepolyme .......................................... 71

2.2.

Khảo sát quy trình ghép prepolyme lên epoxy ............................... 77

2.3.

Khảo sát quy trình phân tán epoxy –acrylat vào nước .................... 81

2.4.

Đánh giá khả năng ứng dụng của nhựa .......................................... 83

CHƯƠNG 8 : KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN..................................................... 84


Khảo sát qui trình tổng hợp prepolyme .................................... 84

1.
1.1.

Khảo ảnh hưởng của tỉ lệ cấu tử monome ................................ 84

1.2.

Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình phản ứng ....... 84

1.3.

Khảo sát hàm lượng xúc tác .................................................... 87

1.4.

Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng ............................ 91

1.5.

Tính ổn định của phản ứng tạo prepolyme ở điều kiện tối ưu . 91

1.6.

Khối lượng phân tử trung bình cảu các prepolyme .................. 92

1.7.

Đánh giá tính chất của prepolyme bằng TGA ......................... 97
Khảo sát gia đoạn ghép acrylat lên epoxy ............................... 98

2.
2.1.

Đánh giá ảnh hưởng của phản ứng mở vòng epoxy ................. 98

2.2.

nh hưởng của hàm lượng DMAE ......................................... 106

2.3.

Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng .......................... 108

2.4.

Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ epoxy:prepolyme..................... 110

2.5.

Phân tích độ bền nhiệt của epoxy –acrylat bằng TGA .......... 114
Khảo sát quá trình nhũ hóa .................................................... 115

3.
3.1.

Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng DMAE........................... 115

3.2.

Kích thước hạt nhũ ................................................................. 116

4.

Khảo sát thời gian sống của hệ nhũ tương ............................. 120

5.

Khảo sát quá trình đóng rắn nhựa .......................................... 121

6.

Khảo sát khả ứng dụng .......................................................... 123
6.1.

Khả năng gia cường bê tông .................................................. 123

6.2.

Khảo sát khả năng dùng làm sơn nước .................................. 124


CHƯƠNG 9 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................ 125
1.

Kết luận ................................................................................. 125

2.

Kiến nghị ............................................................................... 126

TÀI LIỆU THAM KHẢO


Tổng hợp biến tính epoxy phân tán trong nước dùng gia cường bê tông & sơn nước

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 – hằng số đồng trùng hợp của một số monome phổ biến .............................. 26
Bảng 8.1 – Sự thay đổi độ nhớt theo thời gian với tỷ lệ cấu tử monome khác nhau .... 84
Bảng 8.2 – Độ nhớt của prepolymû những nhiệt độ phản ứng khác nhau .................. 85
Bảng 8.3 – Sự thay đổi NV% của prepolyme ở nhiệt độ phản ứng khác nhau............. 86
Bảng 8.4 – Sự thay đổi độ nhớt theo thời gian ở hàm lượng xúc tác khác nhau ........... 88
Bảng 8.5 – Sự thay đổi NV% theo thời gian ở hàm lượng xúc tác khác nhau .............. 89
Bảng 8.6 – Độ nhớt của prepolyme ............................................................................. 91
Bảng 8.7 – Khối lượng phân tử trung bình số của prepolyme ...................................... 93
Bảng 8.8 – Thông số của prepolyme ............................................................................ 96
Bảng 8.9 – Tỉ lệ khối lượng của epoxy:prepolyme và tỉ lệ đương lượng của nhóm

epoxy:acid tham gia phản ứng ghép ............................................................................. 98
Bảng 8.10 – Chỉ số acid trước và sau phản ứng theo các tỉ lệ epoxy:acid khác nhau .. 98
Bảng 8.11 – Chỉ số acid trước và sau phản ứng với hàm lượng nước khác nhau ........ 105
Bảng 8.12 – Sự thay đổi độ nhớt với hàm lượng xúc tác khác nhau ........................... 107
Bảng 8.13 – Sự thay đổi độ nhớt theo thời gian phản ứng .......................................... 109
Bảng 8.14 – Chỉ số acid trước và sau phản ứng ở các tỉ lệ epoxy:prepolyme ........... 110
Bảng 8.15 – Khả năng ổn định của hệ nhũ ................................................................. 112
Bảng 8.16 – Sự ổn định của hệ nhũ ở các hàm lượng amin nhũ hóa khác nhau......... 115
Bảng 8.17 – Phân bố kíhc thước hạt nhũ ................................................................... 118
Bảng 8.18 – Lượng nước tách ra khi bảo quảnở 52oC ................................................ 120
Trang i 


Tổng hợp biến tính epoxy phân tán trong nước dùng gia cường bê tông & sơn nước
Bảng 8.19 – Tính chất màng sơn tạo từ hệ nhũ tương ................................................ 124

Trang ii 


Tổng hợp biến tính epoxy phân tán trong nước dùng gia cường bê tông & sơn nước

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 4.1 –Góc thấm ướt rắn-khí ................................................................................... 49
Hình 4.2 – Một số trường hợp dính ướt khôgn hòan toàn của giọt chất lỏng ................ 50
Hình 6.1 – Thiết bị đo quang phổ FTIR........................................................................ 66
Hình 6.2 – Nhớt kết Brookfield .................................................................................... 66
Hình 6.3 – Thiết bị phân tích nhiệt TGA/DSC ............................................................. 67
Hình 6.4 – Thiết bị sấy mẫu ......................................................................................... 67
Hình 6.5 – Thiết bị đo kích thước hạt ........................................................................... 67
Hình 6.6 – Máy đo chỉ số pH ........................................................................................ 68

Hình 7.1 – Sơ đồ qui trình thực nghiệm ........................................................................ 70
Hình 7.2 – Sơ đồ khảo sát qui trình tổng hợp prepolyme ............................................. 71
Hình 7.3 – Sơ đồ khảo sát qui trình ghép acrylat lên epoxy......................................... 77
Hình 7.4 – Sơ đồ khảo sát qui trình nhũ hoá epoxy – acrylat....................................... 81
Hình 7.5 – Sơ đồ thự nghiệm ứng dụng nhũ tương epoxy – acrylat ............................. 83
Hình 8.1 - Sự thay đổi độ nhớt theo thời gian ở nhựng nhiệtđộ phản ứng káhc nhau .. 85
Hình 8.2 – Sự thay đổi NV% của prepolyme ở nhiệt đội phản ứng káhc nhau ........... 86
Hình 8.3 – Sự thay đổi độ nhớt hỗn hợp phản ứng ở hàm lượng xúc tác khác nhau ..... 89
Hình 8.4 – Sự thay đổi của NV% ở hàm lượng xúc tác khác nhau ............................... 90
Hình 8.5 – S9ộ nhớt của các mẫu prepolyme ............................................................... 92
Hình 8.6 – Khối lượng phân tử trung bình số của preolyme ......................................... 93
Hình 8.7 – Phổ GPC của prepolyme với hàm lượng xúc tác 3% .................................. 94
Trang iii 


Tổng hợp biến tính epoxy phân tán trong nước dùng gia cường bê tông & sơn nước
Hình 8.8 – Phổ GPC của prepolyme với hàmlượng xúc tác 2% ................................... 95
Hình 8.9 – Sản phẩm dung dịch prepolyme ................................................................. 97
Hình 8.10 – Giãn đồ TGA của mẫu prepolyme ............................................................ 97
Hình 8.11 – Chỉ số acid trước và sau phản ứng ở các tỉ lệ epoxy:acid khác nhau ........ 99
Hình 8.12 – Phổ hồng ngoại của mẫu tỉ lệ 1:0.5......................................................... 100
Hình 8.13 - Phổ hồng ngoại của mẫu tỉ lệ 1:1 ............................................................ 101
Hình 8.14 - Phổ hồng ngoại của mẫu tỉ lệ 1:2 ............................................................ 102
Hình 8.15 - Phổ hồng ngoại của mẫu tỉ lệ 1:3 ............................................................ 103
Hình 8.16 – Chỉ số acid trước và sau phản ứng với hàm lượng nước khác nhau ........ 105
Hình 8.17 – Sự thay đổi độ nhớt của sản phẩm với hàm lượng xúc tác khác nhau .... 107
Hình 8.18 – Sự thay đổi độ nhớt theo thời gian phản ứng .......................................... 109
Hình 8.19 – Chỉ số acid trước và sau phản ứng ở các tỉ lệ epoxy:prepolyme ............ 111
Hình 8.20 – Sản phẩm epoxy – acrylat ...................................................................... 114
Hình 8.21 – Giãn đồ TGA của mẫu epoxy – acrylat .................................................. 114

Hình 8.22 – Kích thước hạt nhũ của sản phẩm nhũ thu được ..................................... 117
Hình 8.23 – Sản phẩm nhũ hóa .................................................................................. 119
Hình 8.24 – Lượng nước tách ra khi bảo quản ............................................................ 120
Hình 8.25 – Giãn đồ TGA của sản phẩm nhũ ............................................................. 121
Hình 8.26 – DSC của mẫu đóng rắn với tỷ lệ đương lượng DETA:Epoxy là 1.2 ....... 122
Hình 8.27 - DSC của mẫu đóng rắn với tỷ lệ đương lượng DETA:Epoxy là 1 ........... 122
Hình 8.28 - DSC của mẫu đóng rắn với tỷ lệ đương lượng DETA:Epoxy là 0.6 ........ 123
Trang iv 


PHẦN
LÝ
THUYẾT


CHƯƠNG 1 : NHỰA EPOXY
[2, 8, 9, 28, 29, 33]
1.

GIỚI THIỆU VỀ EPOXY [8, 9, 33]
Nhựa epoxy là hợp chất cao phân tử trong mạch có chứa nhóm chức epoxy.

Nhóm chức này có thể nằm ở đầu mạch, giữa mạch hay trong cấu trúc vòng. Nhựa
epoxy là nhựa nhiệt dẻo trong những điều kiện xác định và có mặt chất đóng rắn nó sẽ
chuyển sang trạng thái không nóng chảy, không hòa tan. Công thức tổng quát của nhựa

epoxy như sau:
So với các loại nhựa truyền thống khác thì nhựa epoxy được phát hiện và ứng
dụng vào trong công nghiệp khá muộn. Nhưng cho tới ngày nay nhựa epoxy là một đối
tượng được rất nhiều ngành công nghiệp quan tâm bởi nó có khả năng ứng dụng rất

rộng. Tính năng sản phẩm sau khi đóng rắn đạt được rất cao, đặc biệt khả năng bám
dính rất tốt với nhiều loại vật liệu, độ bền nhiệt cao, cách điện tốt và chịu được môi
trường (đặc biệt là môi trường kiềm).
Ngoài việc sử dụng một mình nhựa epoxy có thể tham gia nhiều phản ứng biến
đổi hóa học và phối hợp được với nhiều polyme khác như: ure formandehit, phenol
formaldehid, polyvinylclorua, polyvinylacetat, alkyd.... Chính nhờ quá trình kết hợp
này ta có thể tạo ra được nhiều sản phẩm có giá trị, cải thiện được nhiều tính năng của
nhựa ban đầu của nhựa epoxy.
Nhựa epoxy có nhiều loại khác nhau, chúng có cấu trúc mạch chính và số lượng
nhóm epoxy trong mạch phân tử khác nhau nhưng phổ biến nhất là epoxydian và
epoxy novolac.
Luận văn cao học  ­ Trần Văn Tựu 

Trang 1 


Chương 1 : Nhựa epoxy  

1.1.

Epoxy Bis-Phenol A

Epoxy Bis – Phenol A hay còn gọi là epoxydian là sản phẩm của quá trình ngưng
tụ giữa epiclohydrin (ECH) và bisphenol A (BPA) trong môi trường NaOH. Phương
trình phản ứng như sau:

Tiếp tục ngưng tụ thu được sản phẩm có công thức :

Trọng lượng phân tử của nhựa epoxy tổng hợp được vào khoảng 300 đến 800 đvc.
Trọng lượng phân tử phụ thuộc vào các yếu tố sau: tỷ lệ mol ECH/BPA, nhiệt độ, thời

gian phản ứng và hàm lượng NaOH sử dụng.
Ngoài ra người ta có thể tổng hợp nhựa epoxy có phân tử lượng cao qua phản ứng
ngưng tụ epoxy trọng lượng phân tử thấp với BPA theo phản ứng :

Luận văn cao học - Trần Văn Tựu  

Trang 2 


Chương 1 : Nhựa epoxy  

1.2.

Epoxy Novolac

Epoxy novolac là sản phẩm phản ứng giữa epiclohydrin và nhựa novolac trong
môi trường xúc tác bazơ (NaOH). Phương trình phản ứng :

Nhựa epoxy novolac sử dụng trong thực tế có 3 đến 6 nhóm epoxy trong mạch
phân tử và giá trị n trong công thức tổng quát trên là 1 đến 6.
Theo lý thuyết tất cả các nhóm hydroxyl của nhóm phenol trong phân tử nhựa
novolac phải phản ứng hết với ECH. Tuy nhiên điều này không thực hiện được do hiệu

Luận văn cao học - Trần Văn Tựu  

Trang 3 


Chương 1 : Nhựa epoxy  
ứng không gian che chắn làm giảm hiệu suất phản ứng. Nhóm hydroxyl không phản

ứng sẽ làm giảm khả năng ổn định nhiệt của nhựa.

2.

TÍNH CHẤT NHỰA EPOXY [2, 8, 28, 33]
2.1.

Lý tính

Nhựa epoxy là loại nhựa nhiệt dẻo khi chưa đóng rắn, có màu từ vàng sáng đến
trong suốt và có trạng thái vật lý tùy thuộc vào trọng lượng phân tử: dạng lỏng (M
<150), đặc (150 < M < 800) và dạng rắn (M >1000).
Epoxy tan tốt trong dung các môi hữu cơ: kêton, este, hydrocacbon, dioxan … tùy
thuộc vào trọng lượng phân tử mà nó có thể tan trong một số dung môi khác như: ancol
(butanol, pentanol…), hydrocacbon thơm (benzen, toluen, xylen…).
Sản phẩm đóng rắn của nhựa epoxy có đặc tính là ít bọt và ít lỗi. Trong quá trình
đóng rắn chuyển từ trạng thái nóng chảy–hoà tan sang trạng thái không nóng chảy–
không hoà tan và không tạo ra một sản phẩm phụ nào.
Epoxy novolac có cấu trúc khác biệt so với nhựa epoxydian là không còn liên kết
este trên mạch phân tử và có số nhóm epoxy nhiều hơn, độ đa chức cao hơn. Vì vậy
epoxy novolac có tính chất khác biệt so với nhựa epoxy thường:
™

Mật độ liên kết ngang sau khi đóng rắn chặt chẽ hơn, chịu nhiệt cao

hơn. Với những chất đóng rắn chịu nhiệt, sản phẩm có thể bền nhiệt đến 4000C
hoặc cao hơn. Độ chức của nhựa epoxy novolac càng cao thì sự ổn định nhiệt
càng cao.
™

Epoxy novolac có thể duy trì tính chất điện, cơ lý ngay cả ở nhiệt

độ cao. Khả năng chịu môi trường tốt, bám dính tốt ở nhiệt độ cao.

Luận văn cao học - Trần Văn Tựu  

Trang 4 


Chương 1 : Nhựa epoxy  

2.2.

Hoá tính
2.2.1.

Tính chất chung

Tính chất hóa học của nhựa epoxy phụ thuộc vào một số nhóm hydroxyl và
nhóm epoxy có mạch phân tử.
Khi n<3 (M<1200), nhóm epoxy trong phân tử nhựa chiếm đa số nên nhựa
thể hiện rõ tính chất của nhóm epoxy.
Khi n>10 (M≥3000), số nhóm hydroxyl chiếm đa số nên nhựa thể hiện rõ
tích chất của nhóm hydroxyl.
Khi 3Riêng đối với nhựa epoxy novolac, cấu trúc mạch chính là các nhân thơm
nên trơ về mặt hóa học, do đó tính chất hóa học của epoxy novolac chỉ thể hiện ở
tính chất của nhóm epoxy.
2.2.2.

Khả năng phản ứng của nhóm epoxy

Phản ứng đặc trưng của nhóm epoxy là phản ứng cộng mở vòng epoxy. Tác
nhân mở vòng là tác nhân ái nhân và tác nhân ái điện tử.
a.

Với tác nhân ái nhân HB (Nucleophile)

Phản ứng xảy ra theo cơ chế SN2, tác nhân ái nhân sẽ tấn công lên carbon có
ít nhóm thế hơn của vòng. Phản ứng dễ dàng xảy ra khi có mặt chất cho proton H+

Luận văn cao học - Trần Văn Tựu  

Trang 5 


Chương 1 : Nhựa epoxy  
để thực hiện solvat electrofin oxy của vòng epoxy.
b.

Tác nhân ái điện tử X (Electrophile)

Phản ứng xảy ra theo cơ chế SN2 bắt đầu sự tạo thành anion epoxy (alkoxit
anion). Khi có mặt xúc tác cho proton H+ như: rượu, acid, phenol... phản ứng xảy
ra rất nhanh và chúng được dùng làm chất xúc tác cho các phản ứng đóng rắn
epoxy.

Sau đó anion epoxy tiếp tục phản ứng.
2.2.3.

Khả năng phản ứng của nhóm hydroxyl

Nhóm hydroxyl trong nhựa có hoạt tính yếu hơn epoxy, nên khả năng phản
ứng thường xảy ra ở nhiệt độ cao trừ phản ứng với gốc xianat. Tùy thuộc vào tác
nhân và điều kiện phản ứng mà nhóm hydroxyl có thể tham gia các phản ứng như:
ete hóa, este hóa … với các cơ chế khác nhau.
a.

Với tác nhân ái nhân (Nucleophile)

Phản ứng xảy ra có hoặc không có mặt của xúc tác nhưng phải tiến hành ở
nhiệt độ cao. Tác nhân phản ứng là acid hữu cơ:
Khi không có xúc tác :

Luận văn cao học - Trần Văn Tựu  

Trang 6 


Chương 1 : Nhựa epoxy  
Khi có mặt acid xúc tác vô cơ mạnh :

b.

Với tác nhân ái điện tử (Electrophile)

Phản ứng xảy ra khi có mặt của proton H+:

3.

ĐÓNG RẮN NHỰA EPOXY [8, 9, 28, 33]
Để chuyển hóa nhựa epoxy từ dạng nhiệt dẻo sang nhiệt rắn, phải tiến hành quáù

trình đóng rắn. Những tác nhân đóng rắn thường chứa hai hay nhiều nhóm chức có
nguyên tử hydro linh động như: –NH2, –NH–, –COOH....

3.1.

Đóng rắn bằng amin

Luận văn cao học - Trần Văn Tựu  

Trang 7 


Chương 1 : Nhựa epoxy  
Với amin bậc 1

Với amin bậc 2

Ngay ở giai đoạn đầu amin đã tác dụng với nhóm epoxy của nhựa và chuyển nhựa
sang trạng thái không nóng chảy không hoà tan. Ngoài ra ở nhiệt độ cao nhóm rượu
bậc hai còn tác dụng với nhóm epoxy, nhưng phản ứng giữa nhóm epoxy và amin xảy
ra nhanh hơn.
Với amin bậc 3

Amin mạch thẳng: Tác nhân đóng rắn amin mạch thẳng thường được sử dụng nhất
là dietylen triamin (DETA) và trietylen tetraamin (TETA). Epoxy đóng rắn với DETA
được ứng dụng trong lónh vực điện, keo dán, sơn.
Luận văn cao học - Trần Văn Tựu  

Trang 8 


Chương 1 : Nhựa epoxy  

Amin voøng:
™ MPD (m–Phenylen diamin): Tác nhân đóng rắn loại này được dùng với
epoxy lỏng cùng với độn sợi thuỷ tinh để chế tạo sản phẩm dạng tấm hoặc
ứng dụng trong đổ khuôn. Sản phẩm đóng rắn từ MPD có độ kháng môi
trường và nhiệt cao.

™ DDM (4,4’–Diamino diphenyl metan): Những sản phẩm nhựa epoxy đóng
rắn bằng DDM thường được ứng dụng cho những sản phẩm cách điện do
tính cách điện của chúng rất tốt và tính chất này có khả năng duy trì ở nơi

có độ ẩm cao.
™ DDS (4,4’–Diamino diphenyl sulphon): Tác nhân đóng rắn DDS cho sản

phẩm có nhiệt độ biến dạng nhiệt cao so với các tác nhân khác.

3.2.

Đóng rắn bằng anhydrid

Các anhydrit được sử dụng để đóng rắn cho epoxy rất đa dạng, chúng có thể được
sử dụng riêng lẻ hoặc phối trộn với nhau để cùng đóng rắn cho epoxy.
Luận văn cao học - Trần Văn Tựu  

Trang 9