Chất dẻo trên cơ sở polymer trùng ngưng epoxy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.
HCM
KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

TIỂU LUẬN
MÔN: KỸ THUẬT SẢN XUẤT CÁC
CHẤT CAO PHÂN TỬ
ĐỀ TÀI: CHẤT DẺO TRÊN CƠ SỞ
POLYMER TRÙNG NGƯNG: EPOXY

GVHD: Cô Nguyễn Thị Lê Thanh
Sinh viên thực hiện: Nhóm 3

1


TP. Hồ Chí Minh, năm 2020

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH - BẢNG...................................................4
LỜI MỞ ĐẦU.....................................................................5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHỰA EPOXY..........................6
1.1...........................................Lịch sử và giới thiệu về nhựa epoxy
6
1.1.1. Lịch sử........................................................................................................................6
1.1.2.Giới thiệu...................................................................................................................6
1.2...................................................................................Phân loại.
7
1.2.1.Bisphenol A diglycidyl ether.......................................................................7
1.2.2.Epoxy glycidylamine........................................................................................8

1.2.3.Dạng Aliphatic epoxy.......................................................................................8
CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CỦA NHỰA EPOXY........................10
2.1. Tính chất vật lý....................................................................10
2.2. Tính chất hóa học................................................................10
2.3. Tính chất của nhựa epoxy trên nền bisphenol-A..................11
CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP NHỰA EPOXY VÀ ỨNG DỤNG.........13
3.1. Nguyên liệu điều chế...........................................................13
3.1.1. Epiclohydrin.........................................................................................................13
3.1.2. Diphenylol propan..........................................................................................14
3.2. Điều chế nhựa epoxy...........................................................15
3.2.1. Phản ứng tạo nhựa diepoxy....................................................................15
3.2.2. Phản ứng tạo nhựa polyepoxy..............................................................17
3.2.3. Sản phẩm epoxy hố các hợp chất khơng no...........................19
3.3. Tiến hành thí nghiệm điều chế Epoxy..................................19
3.3.1. Chuẩn bị nguyên liệu...................................................................................19
3.3.2. Chuẩn bị thiết bị phản ứng......................................................................20
3.3.3. Ngưng tụ tạo nhựa.........................................................................................20
3.3.4. Chưng tách epiclohydrin............................................................................20
3.3.5. Rửa nhựa...............................................................................................................21
3.3.6. Chưng tách nước..............................................................................................21
2


3.3.7. Lọc nhựa.................................................................................................................21
3.3.8. Chưng tách toluen..........................................................................................21
3.4. Ứng dụng.............................................................................22
3.4.1. Sơn và lớp phủ...................................................................................................22
3.4.2. Chất kết dính......................................................................................................22
3.4.3. Vật liệu cách điện...........................................................................................22
3.4.4. Ngành công nghiệp hàng không vũ trụ..........................................22

3.4.5. Vật liệu điện tử..................................................................................................23
3.4.6. Vật liệu trong xây dựng - Composite...............................................23
KẾT LUẬN.......................................................................24
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................25

3


DANHMỤC HÌNH - BẢNG
Hình 1: Cấu trúc khơng gian nhóm epoxide…………………….
…………...7
Hình

2:

Sản

phẩm

của

bisphenol-A

và

epiclohydrin……………………...…7
Hình 3: Tổng hợp bisphenol-A-diglycidyl ete có khối lượng
phân tử lớn…..8
Hình

4:

Cấu

trúc

epoxy

glycidylamine………………………………….…...9
Hình 5: Cơng thức cấu tạo của 3,4-Epoxycyclohexylmetyl-3',
4'-epoxycyclohexan
cacboxyl…………………………………………………...9
Hình 6: Cơng thức cấu tạo của
Epiclohydrin………………………………..13

4


LỜI MỞ ĐẦU
Ngày này cùng với sự phát triển của cơng nghệ hiện đại,
cơng nghệ 4.0 thì ngành cơng nghệ hóa học ngày càng phát
triển và nghiên cứu ứng dụng vào thực tế nhiều sản phẩm
mang tính chất đặc biệt. Và ngành khoa học nghiên cứu về các
hợp chất cao phân tử cũng khơng nằm ngồi xu hướng phát
triển đó. Các loại sản phẩm ứng dụng hợp chất cao phân tử
đặc biệt là polymer đang được ứng dụng mạnh mẽ đem lại giá
trị hơn so với các hợp chất thông thường. Các polymer cao
phân tử mang nhiều tính chất nổi bật về cả hóa học và vật lý
như: bền hóa chất, thời tiết, chống mài mịn, cách âm, cách
nhiệt...và đó là xu hướng phát triển của ngành sản xuất vật

liệu polymer cao phân tử.
Một trong những sản phẩm phổ biến đang được ứng dụng
nhiều trong vật liệu polymer là nhựa epoxy. Epoxy là tên gọi
chung cho các loại nhựa tổng hợp có chứa nhóm epoxy trong
phân tử được xem như monomer khơng chứa liên kết ngang
và oligomer có chứa nhóm epoxy. Epoxy có thể xem vừa là
nhựa nhiệt dẻo chưa qua biến tính vừa là nhựa nhiệt rắn.
Epoxy được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như làm lớp
phủ, chất kết dính, là thành phần trong composite, polymer
chữa bệnh, Nói chung, epoxit được biết đến với khả năng bám
dính tuyệt vời, khả năng chịu hóa chất và nhiệt, các đặc tính
cơ học tốt đến xuất sắc và cách điện rất tốt.
5


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHỰA EPOXY
1.1.Lịch sử và giới thiệu về nhựa epoxy
1.1.1.Lịch sử
Sự ngưng tụ của epoxit và amin lần đầu tiên được báo cáo
và được cấp bằng sáng chế bởi Paul Schlack của Đức vào năm
1934[6]. Các công bố về việc phát hiện ra nhựa epoxy gốc
bisphenol-A bao gồm Pierre Castan vào 1943[7]. Công việc
của Castan đã được cấp phép bởi Ciba, Ltd của Thụy Sĩ, đã trở
thành một trong ba nhà sản xuất nhựa epoxy lớn trên toàn thế
giới. Hoạt động kinh doanh epoxy của Ciba được tách ra thành
Vantico vào cuối những năm 1990, sau đó được bán vào năm
2003 và trở thành đơn vị kinh doanh Vật liệu nâng cao của
Huntsman Corporation của Hoa Kỳ. Năm 1946, Sylvan
Greenlee, làm việc cho Công ty Devoe & Raynolds, đã cấp
bằng sáng chế nhựa có nguồn gốc từ bisphenol – A và

epichlorohydrin.[8] Devoe & Raynolds, hoạt động trong những
ngày đầu của ngành nhựa epoxy, đã được bán cho Shell
Chemical; các bộ phận tham gia vào công việc này cuối cùng
6


đã được bán ra, và thông qua một loạt các giao dịch công ty
khác hiện là một phần của Hexion Inc.[9]
1.1.2.Giới thiệu
Nhựa Epoxy (polyepoxide) là từ dùng để chỉ các hợp chất có
nhóm epoxide (nhóm oxyrene).
Nhựa epoxy có thể phản ứng (liên kết chéo) với chính chúng
thơng qua phản ứng đồng phân tử có xúc tác hoặc với một
loạt các chất đồng phản ứng bao gồm các amin đa chức, axit
(anhydrit axit), phenol, rượu và thiols (thường được gọi là
mercaptan). Các chất đồng phản ứng này thường được gọi là
chất làm cứng hoặc chất kết dính, và phản ứng liên kết ngang
thường được gọi là đóng rắn.
Phản ứng của polyepoxit với chính chúng hoặc với chất làm
cứng đa chức năng tạo thành polyme nhiệt rắn, thường có các
đặc tính cơ học thuận lợi và độ bền nhiệt và hóa học cao.
Epoxy có nhiều ứng dụng, bao gồm lớp phủ kim loại, sử dụng
trong điện tử/linh kiện điện/đèn LED, chất cách điện có độ
căng cao, sản xuất chổi sơn, vật liệu nhựa gia cố bằng sợi và
chất kết dính cho kết cấu và các mục đích khác.

Hình 1: Cấu trúc khơng gian nhóm epoxide.
1.2.Phân loại.
Phân loại nhựa epoxy: có nhiều cách để phân loại epoxy
khác nhau dựa trên nhiều đặc điểm nhưng chủ yếu là phân

7


loại theo hợp chất chứa một hay nhiều nhóm epoxide được sử
dụng nhiều nhất.
+ Diepoxy là loại epoxy chứa 2 nhóm oxyrene ở đầu mạch
như nhựa điều chế từ bisphenol-A và epiclohydrin.

Hình 2: Sản phẩm của bisphenol-A và epiclohydrin.
+ Polyepoxy có chứa lớn hơn hoặc bằng 3 nhóm oxyrene
trong mạch như sản phẩm từ phelol formandehyde đa tụ với
epiclohydrin.
+ Loại nhựa thu được tử phản ứng epoxy hóa các hợp chất
không no mang nhiều ưu điểm vượt trội.[1]
Như vậy, nhựa epoxy sẽ có 3 loại đặc trưng dựa trên phân
loại của chính nó.
1.2.1.Bisphenol A diglycidyl ether
Sản phẩm của phản ứng trùng ngưng giữa epichlorohydrin
(ECH) với bisphenol A. Đây là sản phẩm nhựa epoxy được sử
dụng rộng rãi nhất hiện nay. Các ete diglycidyl có trọng lượng
phân tử cao hơn (n ≥ 1) được tạo thành do phản ứng của ete
bisphenol A được tạo thành với bisphenol A khác, đây được gọi
là quá trình tiền trùng hợp. Sản phẩm bao gồm một vài đơn vị
lặp lại (n = 1 - 2) là chất lỏng trong, nhớt; đây được gọi là
nhựa epoxy lỏng. Sản phẩm bao gồm nhiều đơn vị lặp lại hơn
(n = 2 - 30) ở nhiệt độ phòng là chất rắn không màu, tương
ứng được gọi là nhựa epoxy rắn.[2]
8

Hình 3: Tổng hợp bisphenol-A-diglycidyl ete có khối lượng
phân tử lớn.
1.2.2.Epoxy glycidylamine
Là nhựa epoxit có chức năng cao hơn được hình thành khi
các amin thơm phản ứng với epichlorohydrin. Các loại công
nghiệp quan trọng là triglycidyl–p-aminophenol (chức năng 3)
và N, N, N′, N′-tetraglycidyl-bis-(4-aminophenyl)-methane. Các
loại nhựa có độ nhớt thấp đến trung bình ở nhiệt độ phịng,
điều này làm cho chúng dễ dàng xử lý hơn so với nhựa EPN
hoặc ECN. Điều này cùng với khả năng phản ứng cao, cộng với
khả năng chịu nhiệt độ cao và các đặc tính cơ học của mạng
đóng rắn.[3]

Hình 4: Cấu trúc epoxy glycidylamine
1.2.3.Dạng Aliphatic epoxy
Có hai loại nhựa epoxy béo phổ biến: loại thu được bằng
cách epoxy hóa các liên kết đơi (epoxit xycloaliphatic và dầu
thực vật đã được epoxit hóa) và loại được tạo thành bằng
phản ứng với epichlorohydrin (glycidyl ete và este). Các epoxit
xycloaliphatic chứa một hoặc nhiều vòng béo trong phân tử có
9


chứa vịng oxiran (ví dụ: 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3', 4'epoxycyclohexane carboxylate). Chúng được tạo ra bởi phản
ứng của một anken mạch vòng với một peracid [4].

Hình 5: Cơng thức cấu tạo của 3,4-Epoxycyclohexylmetyl-3',
4'-epoxycyclohexan cacboxyl.
Các epoxit xycloaliphatic được đặc trưng bởi cấu trúc béo,
hàm lượng oxiran cao và khơng có clo, dẫn đến độ nhớt thấp

và (một khi đã đóng rắn) chịu được thời tiết tốt, hằng số điện
môi thấp và Tg cao. Tuy nhiên, nhựa epoxy béo polyme hóa
rất chậm ở nhiệt độ phịng, vì vậy nhiệt độ cao hơn và chất
xúc tiến thích hợp thường được u cầu. Bởi vì epoxit béo có
mật độ điện tử thấp hơn chất thơm, epoxit xycloaliphatic phản
ứng với nucleophile ít hơn so với nhựa epoxy gốc bisphenol A
(có nhóm ete thơm). Điều này có nghĩa là các chất làm cứng
nucleophilic thông thường như các amin hầu như khơng thích
hợp cho liên kết chéo. Do đó, các epoxit xycloaliphatic thường
được đồng hóa bằng nhiệt hoặc bắt đầu bằng tia cực tím trong
một phản ứng điện phân hoặc cation. Do hằng số điện mơi
thấp và khơng có clo, các epoxit xycloaliphatic thường được sử
dụng để bao bọc các hệ thống điện tử, chẳng hạn như vi mạch
hoặc đèn LED. Chúng cũng được sử dụng cho sơn và vecni
được xử lý bằng bức xạ và giá thành cao.[5]

10


CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT CỦA NHỰA EPOXY
2.1. Tính chất vật lý
Nhựa epoxy là loại nhựa nhiệt rắn, có màu từ vàng sáng đến
trong suốt, ở dạng lỏng (M<450), đặc (450(M>1000) tùy thuộc khối lượng phân tử của nhựa.
Tan tốt trong các dung môi hữu cơ như: xeton, axetat,
hydrocacbon clo, không tan trong các dung môi hydrocacbon
mạch thẳng: ete dầu mỏ, xăng…
Nhựa ở dạng lỏng và dễ dàng chuyển sang trạng thái đóng
rắn, tạo mạng lưới khơng gian ba chiều khơng nóng chảy,
khơng hịa tan khi sử dụng các chất đóng rắn có kèm theo

hiện tượng co rút.
Tùy thuộc vào loại nhựa, tác nhân đóng rắn, chất pha lỗng
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, kháng được tia UV có vị hơi ngọt, gây dị ứng da.
Nhựa Epoxy khi khô không bị co lại nên đây là một loại chất
kết dính cực tốt. Với độ kết dính lớn giúp vật liệu bám dính cực
tốt lên các loại bề mặt khơng đồng nhất như kim loại, nhựa, bê
tơng, kính, đồ gỗ…
Epoxy có khả năng đóng rắn ở trong mơi trường nước, có kết
cấu cho hút chân khơng, gắn liên kết các vật liệu khác nhau.
[10,13]

11


2.2. Tính chất hóa học
Tính chất hóa học nổi bật của Epoxy là tính kháng hóa chất,
kháng mài mịn. Tính chất này phụ thuộc vào mức độ đóng
rắn và bản chất của chất đóng rắn.
Gốc nhựa Epoxy khơng có nhóm ester vì vậy có tính chất kết
dính và khả năng kháng nước tuyệt vời.
Ngồi ra, do có hai vịng benzen bền vững ở vị trí trung tâm
nên nhựa Epoxy chịu ứng suất cơ và nhiệt tốt hơn mạch thẳng,
Epoxy rất cứng, dai, kháng nhiệt.
Một trong những ưu điểm nổi bật của Epoxy là tính co rút

thấp trong khi đóng rắn, lực kết dính, tính chất cơ lý tuyệt vời
của Epoxy giúp vật liệu bám dính cực tốt lên các bề mặt
khơng đồng nhất như: kim loại, nhựa, bê tơng, kính, gỗ…
• Với tác nhân đóng rắn là anhydric acid thì Epoxy khơng
bền trong kiềm và acid vơ cơ.
• Cịn đóng rắn bằng amin thì ổn định trong kiềm và acid vơ
cơ, khơng bền trong acid hữu cơ.
2.3. Tính chất của nhựa epoxy trên nền bisphenol-A
 Các nhóm epoxy ở cả hai đầu của phân tử và các nhóm
hydroxyl ở điểm giữa của phân tử có tính phản ứng cao
 Độ bám dính nổi bật của nhựa epoxy phần lớn là do các
nhóm hydroxyl thứ cấp nằm dọc theo chuỗi phân tử; các
nhóm epoxy thường được dùng trong q trình lưu hóa (làm
cứng)
 Phần lớn mạch xương sống nhựa epoxy chứa các vịng
thơm, cung cấp mức độ chịu nhiệt và hóa chất cao.
 Các chuỗi aliphatic giữa các liên kết ether tạo ra tính kháng
hóa học và tính linh hoạt.
 Phân tử epoxy có thể có trọng lượng phân tử và hóa học
khác nhau. Nhựa có thể là chất lỏng có độ nhớt thấp hoặc
12


chất rắn cứng. Độ nhớt thấp có thể thu được ở 100% chất
rắn, dẫn đến sự thâm nhập và làm ướt tốt.
 Một lượng lớn các cấu trúc polyme có thể thu được tùy
thuộc vào phản ứng trùng hợp và các chất đóng rắn có liên
quan.


Khơng có phân tử nhỏ như nước được giải phóng trong q
trình đóng rắn. Do đó, epoxy biểu hiện co rút thấp, cung cấp
một mức độ chịu áp lực nội rất thấp khi được hóa rắn. [13]

 Trong phân tử khơng chứa nhóm ester mà chỉ có nhóm ete
và các liên kết giữa các carbon, như vậy nó lại càng tăng
khả năng chống hóa chất cho nhựa này.
 Các nhóm hydroxyl và các nhóm epoxy đầu mạch giúp nhựa
có khả năng thấm ướt và bám dính tốt cũng như có thể
tương tác và phản ứng với các loại nhựa khác.
 Nhóm epoxy có thể phản ứng với các nhóm amine, thiols,
methylol, các acid carboxylic và cả các nhóm cyanate và
ester isocyanate. Vì vậy, nó có thể phản ứng với các amine
mạch thẳng và amine mạch vòng, các amine, các loại nhựa
amino, polyester, carboxylated acrylic… Các phản ứng này
khơng làm mất đi các nhóm chức của nhựa epoxy ban đầu
mà chỉ gắn thêm các loại nhóm chức mới vào mạch nhựa,
nhờ đó ta có thể bổ sung thêm các tính chất khác cho nhựa.
 Sự có mặt của nhóm Bisphenol A đã cung cấp cho loại nhựa
này các đặc tính như độ cứng cao, chống được mơi trường
hóa chất và nhiệt độ. [11]
 Cấu trúc hóa học của epoxy resins cho chúng có tính kháng
hóa chất cao, chống lại một số điều kiện ăn mịn, tính chất
này có được từ tính chất vịng thơm của các backbone và
bền hóa học tốt của các liên kết ether phenolic.

13


 Epoxy resins có tính bám dính tốt cho một loạt các nguyên

vật liệu, bao gồm các kim loại, gỗ, bê tông, thuỷ tinh, gốm
và nhiều chất dẻo. Điều này là do sự hiện diện của polar
hydroxyl và nhóm ethertrong resin.
 Độ co rút thấp trong q trình đóng rắn cho kết quả tốt
trong tính chính xác kích thước trong kết cấu sản phẩm và
cho phép sản xuất keo dán tính năng cao. [12]
 Tính chất cơ lý tốt như toughness, độ mềm dẻo và kháng
mài mịn có thể có được.

CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP NHỰA EPOXY VÀ ỨNG
DỤNG
3.1. Nguyên liệu điều chế
Nhựa diepoxy ED-5 được tổng hợp từ 2 nguyên liệu chính là
epiclohydrin và diphenylol propan (Bisphenol-A) với xúc tác
NaOH.
3.1.1. Epiclohydrin
a) Giới thiệu

Hình 6: Cơng thức cấu tạo của Epiclohydrin.

14


- Tính chất: Epiclohydrin là chất lỏng, khơng màu, khơng tan
trong nước, tan trong dung môi hữu cơ (benzen, toluen, xylen,
acetone…) rất độc, có mùi nặng.[15]
+ Nhiệt độ sơi ts = 1150C
+ Khối lượng riêng ở 200C là 1,175 - 1,18 g/cm3.
b)

Điều chế: Có 2 phương pháp chính để điều chế

epiclohydrin. [17]
- Từ glycerin

2

- Từ Propylen

3.1.2. Diphenylol propan
a) Giới thiệu
- Cịn có tên gọi khác là 2,2-bis (phydroxy phenyl) propane,
tên thương mại là Bisphenol-A (Dian).
+ CTCT:

15


+ Tính chất:
• Cấu trúc tinh thể màu trắng có thể gây bỏng da, không
tan trong nước, tan trong dung mơi hữu cơ.
• Điểm chảy mp = 153°C
• Khối lượng riêng 1,2g/cm³
• Áp suất bốc hơi 0,2 mmHg (ở 170°C) [15]
b) Điều chế
- Phương pháp được sử dụng chủ yếu là cho phenol tác dụng
với acetone trong môi trường axit mạnh

+ Nồng độ axit là yếu tố quyết định đến hiệu suất phản
ứng, có thể dùng dung dịch H2SO4 hoặc hơi HCl.

- Ngồi ra người ta cịn thu được Bisphenol-A từ phản ứng
thủy phân polycacbonat phế thải trong môi trường kiềm,
nhưng để làm nguyên liệu sản xuất nhựa epoxy thì bisphenolA thu được phải qua công đoạn tái chế phức tạp mới có thể sử
dụng. [17]

16


3.2. Điều chế nhựa epoxy
3.2.1. Phản ứng tạo nhựa diepoxy

Diepoxy lại có thể tác dụng với epiclohydrin hay Dian tạo
thành hợp chất có khối lượng phân tử cao hơn:

- Phụ thuộc vào tỷ lệ nguyên liệu mà sản phẩm thu được là
khác nhau, có trạng thái từ lỏng nhớt đến rắn, có khối lượng
phân tử, đương lượng epoxy khác nhau. Nếu tỷ lệ Epiclohydrin:
Dian càng lớn thì khối lượng phân tử nhựa epoxy càng bé. [14]
- Như vậy, nhựa epoxy là một hỗn hợp đồng đẳng polymer,
khối lượng phân tử của từng thành phần trong phân tử là:

17


Do đó, khối lượng phân tử trung bình của nhựa là 340 + 284n
Xúc tác sử dụng là NaOH (20 - 50%) được cho vào hỗn hợp
một cách từ từ. Trong q trình phản ứng, người ta có thể
thêm vào các đồng dung môi (etanol, acetone…) để việc tách
nước được dễ dàng hơn và giới hạn các sản phẩm phụ khơng
mong muốn làm giảm nhóm epoxy và ảnh hưởng tính chất sản

phẩm.[15]
Các phản ứng phụ có thể xảy ra
- Thủy phân epiclohydrin thành glycerin

- Thủy phân nhóm epoxy cuối mạch [15]

- Trùng hợp nhóm epoxy với nhóm hydroxyl gây gel hóa:
18


- Sự tấn công bất thường của phenol vào C trung tâm
epiclohydrin dẫn đến khó tách HCl

- Sự tăng lên của nhóm –Cl trong sản phẩm (1000 - 2000
ppm) [16]

3.2.2. Phản ứng tạo nhựa polyepoxy
- Là loại nhựa chứa nhiều hơn 2 nhóm epoxy trong mỗi phân
tử.
- Nhựa polytriglycidyl cyanuarat, điều chế từ epiclohydrin và
axit cyanuric.

19


+ Sản phẩm này sau khi đóng rắn sẽ có tính kháng nhiệt
tốt hơn, tổn hao điện mơi ở nhiệt độ cao bé hơn nhựa diepoxy.
Tuy nhiên nhựa này ít được sản xuất do khó khăn về nguyên
liệu.
- Nhựa polyepoxy từ Bisphenol-F

+ Điều chế Bisphenol-F

+ Ngưng tụ nhựa

- Nhựa đi từ phenol-formaldehyde: bao gồm cả 2 dạng
novolac và rezolic, chúng được xử lý bằng epiclohydrin trong
môi trường kiềm (70-100°C) để tạo polyepoxy.
+ Sản phẩm từ Novolac:

+ Sản phẩm từ Rezolic:

20


+ Nhựa polyepoxy đi từ Novolac được dùng phổ biến hơn.
Sản phẩm sau khi đóng rắn thường rất cứng và kém đàn hồi,
nhưng lượng liên kết ngang lớn nên chúng có độ chịu nhiệt rất
cao.
3.2.3. Sản phẩm epoxy hố các hợp chất không no
- Sử dụng các peraxit hữu cơ như peracetic, perbenzoic để
epoxy hố.
+ Nhựa peraxit có độ nhớt thấp và màu nhạt hơn diepoxy
hay polyepoxy. Chúng có sự thay đổi các tính chất như tốc độ
đóng rắn, tính đàn hồi, nhiệt độ chảy.
- Cho axit hypocloric tác dụng với hợp chất khơng no, sau đó
dùng kiềm khử HCl để tạo vịng epoxy.

 Nhựa epoxy ngun chất khơng có tính chất gì đặc biệt,
hơn nữa khơng bao giờ chỉ dùng riêng mình nó mà thường
phải kết hợp với chất biến tính hay chất đóng rắn gây ra phản

ứng trùng hợp, khi đó mới tạo nên những tính chất q, đặc
biệt là tính kết dính.[14]
3.3. Tiến hành thí nghiệm điều chế Epoxy
3.3.1. Chuẩn bị nguyên liệu
Bảng 1: Bảng đơn phối liệu để tổng hợp Epoxy.
21


Nồng độ

Tỷ lệ

Tỷ lệ phần khối lượng

%
mol
Bisphenol-A
100
1
100
Epiclohydrin
100
2
81,14
NaOH
100
2
35,09
- Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ tương đối cao, tốc độ phản ứng
tạo nhựa phụ thuộc tốc độ cho xúc tác. Tỷ lệ giữa

epiclohydrin/Dian càng cao thì độ nhớt và khối lượng phân
tử càng thấp, hàm lượng nhóm epoxy tăng. Q trình sản
xuất cịn sử dụng toluen làm dung mơi hồ tan nhựa để tách
nước, dùng CO2 trung hoà xúc tác NaOH dư sau khi rửa lần
1.
- Tiêu chuẩn của nguyên liệu:
+ Epiclohydrin:
• Hàm lượng epiclohydrin ≥ 97%
• Phần có t°s từ 88-115°C ≤ 16%
• Phần có t°s khoảng 116-117°C ≥ 80%
• Phần có t°s lớn hơn 117°C ≤ 4%
+ Bisphenol-A:
• Bột trắng đồng nhất, trong cùng một mẻ nguyên liệu không được dùng
Dian có nhiều màu khác nhau.
• Hàm lượng ẩm ≤ 3%
• Hàm lượng phenol trong Dian ≤ 0,5%
• Lượng muối ăn mòn ≤ 0,04%
+ NaOH: Hàm lượng ≥ 92%
+ Toluen:
• Khơng chứa cặn trong dung dịch
• Tỷ trọng ở 20°C là 0,85-0,86 g/cm³
• Nhiệt độ sơi 109-111,2°C

22


3.3.2. Chuẩn bị thiết bị phản ứng
- Trước khi nạp liệu yêu cầu thiết bị phải sạch, làm nguội xuống 35°C, đóng
kín tất cả các cửa trên nắp thiết bị. Sau 3 - 4 lần phản ứng mới rửa nồi phản
ứng bằng hơi nước.

3.3.3. Ngưng tụ tạo nhựa
- Ở nhiệt độ thường, cho epiclohydrin vào nồi phản ứng, sau đó cho
bisphenol-A vào và khuấy đều với tốc độ 300 vòng/phút, tạo huyền phù đồng
nhất. Tiếp theo cho 65% lượng NaOH vào, nâng nhiệt lên 60 - 65°C trong 1
giờ. Tiếp tục cho 22% NaOH vào, gia nhiệt đến 70°C và duy trì trong 2 giờ.
Cuối cùng cho hết 13% NaOH còn lại và nâng nhiệt khoảng 70 - 75°C.
- Trong q trình đa tụ, hỗn hợp đẳng phí epiclohydrin-nước bay hơi được
ngưng tụ liên tục ở thiết bị ngưng tụ và thu lại ở thiết bị phân tầng, tại đây hỗn
hợp phân thành hai lớp, nước ở trên và epiclohydrin ở dưới.
3.3.4. Chưng tách epiclohydrin
- Khi phản ứng đa tụ kết thúc, làm lạnh hỗn hợp xuống 35-40°C và tiến
hành chưng cất tách epiclohydrin khơng phản ứng. Q trình chưng cất tiến
hành ở áp suất chân không, nhiệt độ tăng dần lên khoảng 70°C theo độ tăng áp
suất, nhiệt độ tăng đến 115°C thì duy trì trong khoảng 1 giờ, áp suất hơi ≤ 1at.
Ngưng tụ epiclohydrin và chuyển sang bộ phận phân tách, khi quan sát qua
kính khơng thấy epiclohydrin nhỏ giọt nữa thì quá trình kết thúc.
3.3.5. Rửa nhựa
- Tiến hành rửa nhựa để tách muối NaCl và NaOH dư, rửa rừ 2 - 5 lần bằng
nước ấm 50 - 60°C. Nếu chỉ rửa bằng nước thì muối và nước hấp thụ trong
nhựa khơng thể hồ tan, do đó phải kết hợp rửa bằng nước và toluen.
+ Rửa lần 1: Khuấy trộn cho nhựa tan trong toluen trong khoảng 1 - 1,5
giờ, để lắng rồi tách lớp nước ra. Sau khi rửa lần 1, tiến hành khử HCl trong
dung dịch. Sử dụng NaOH để trung hoà HCl. Khi tính tốn lượng NaOH cần
phải xác định rõ hàm lượng nhóm epoxy để biết lượng Clo hữu cơ chứa trong
nhựa.
+ Rửa lần 2: cũng tương tự như rửa lần 1, nhưng người ta cịn sục khí
CO2 vào dung dịch nhựa để trung hoà NaOH dư.
23

3.3.6. Chưng tách nước
- Tiến hành sau khi rửa nhựa, chưng ở nhiệt độ 75 - 85°C và áp suất chân
khơng 600 - 650mmHg. Hỗn hợp đẳng phí nước - toluen bốc lên được làm
lạnh sẽ phân lớp, tách nước ra và thu toluen.
3.3.7. Lọc nhựa
- Khi lượng nước tách ra gần hết thì muối trong nhựa bắt đầu kết tinh. Cho
dung dịch nhựa qua lưới lọc, các muối kết tinh, tạp chất cơ học, tạp chất không
tan trong toluen sẽ bị giữ lại trên lưới. Sau khi lọc tiến hành sấy nhựa ở 75 85°C.
3.3.8. Chưng tách toluen
- Sau khi lọc, dung dịch nhựa thu được có hàm lượng toluen rất cao, tiến
hành chưng tách ở 115 - 125°C, đến khi hàm lượng chất bốc ≤ 1% thì xem như
kết thúc.
3.3.9. Lọc sản phẩm
- Sau khi chưng tách toluen, lọc nhựa một lần nữa kết hợp gia nhiệt ở 40 45°C với lưới có kích thước lỗ lớn hơn. Sản phẩm sau đó mang đi đóng thùng.
3.4. Ứng dụng
Nhựa epoxy được sử dụng rộng rãi để phủ và đóng gói các thành phần
mạch điện và thiết bị điện tử, trong đó chúng dùng để cách ly một thiết bị khỏi
tác động mơi trường bất lợi của khí quyển, độ ẩm, rò rỉ dòng điện, vi sinh vật,
vi sinh, sốc cơ học và rung động.
Trong một ứng dụng gần đây, được gọi là bao bì vi điện tử, chúng cung cấp
cách điện cần thiết giữa các phần tử điện dễ vỡ, đóng gói chặt chẽ với độ bám
dính tốt cho cả chất nền và các phần tử. Chính ứng dụng này hiện đang yêu
cầu những thay đổi về tính chất điện của epoxies trong q trình đóng rắn và
sau bảo dưỡng phải được hiểu ở cấp độ cơ bản, và bất kỳ tác động nào của lão
hóa đối với các tính chất này đều được nghiên cứu chi tiết về quy trình loại bỏ
các hiệu ứng này có thể được phát triển
3.4.1. Sơn và lớp phủ
Nhựa epoxy được sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng về lớp phủ chống ăn
mịn vì các các đặc tính thú vị của chúng như dễ gia cơng, dộ an tồn cao,
24

kháng dung mơi và hóa chất tốt, độ bám dính tốt trên nhiều vật liệu nền. trong
một số ứng dụng như lon và hộp kim loại thường được phủ nhựa epoxy để
chống gỉ và đặc biệt là khi đóng gói thực phẩm có tính axit như cà chưa.[18]
3.4.2. Chất kết dính
Thường được sử dụng một chất lớp kết dính trong việc chế tạo máy bay, ô
tô, xe đạp, thuyền, ván trượt tuyết và các ứng dụng khi cần độ liên kết cao.
Khi được sử dụng trong các ứng dụng về đơng lạnh… [19]
3.4.3. Vật liệu cách điện
Epoxy có điện suất cao, nên nó được ứng dụng rộng trong các thiết bị điện
tử với mục đích cách điện, Epoxy bao phủ hoặc mạ cho điện trở, cuộn cảm…
Một số nước còn sử dụng Epoxy thay cho ceramic trong một vài ứng dụng
cách điện, máy biến áp cỡ lớn, tấm cách điện cao áp.
3.4.4. Ngành công nghiệp hàng không vũ trụ
Nhựa epoxy đã được sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng kết cấu thấp trong
ngành công nghiệp hàng không vũ trụ vì tính chất kết dính cao và chi phí thấp.
Nhựa epoxy được gia cố bằng sợi thủy tinh, carbon hoặc boron cường độ cao
có tiềm năng lớn về sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ.[20]
3.4.5. Vật liệu điện tử
Nhựa epoxy với tính chất cách điện tuyệt vời, bảo vệ cách thành phần điện
khỏi bị bụi bẩm và hơi ẩm được sử dụng nhiều trong động cơ, máy phát điện,
máy biến thứ, thiết bị đóng cắt, ơng lót cách điện. ngồi ra vật liệu epoxy tổng
hợp có chứa hạt độn, như silica nung chảy, bột thủy tinh, silica khoáng đã
được sử dụng làm vật liệu nên trong các ứng dụng packaging trong điện tử.
[21]
3.4.6. Vật liệu trong xây dựng - Composite
Trong xây dựng, epoxy được sử dụng rất nhiều nhằm mục đích tạo
composite vì composite tạo ra từ chất nền epoxy có độ chịu ứng suất và cường
độ rất cao.

Epoxy lỏng được gia công bằng phương pháp đúc chuyển nhựa, sản phẩm
đặc trưng là cánh quạt công nghiệp, thanh dầm đở….

25