Khóa luận tốt nghiệp: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số hợp phần đến phản ứng và tính chất của màng phủ khâu mạch bằng tia tử ngoại trên cơ sở nhựa epoxy diacrylat

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:59

Thêm vào BST

Báo xấu

45
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng của một số hợp phần trong hệ khâu mạch quang theo cơ chế trùng hợp gốc đến phản ứng và tính chất màng phủ khâu mạch là một đóng góp theo hướng nêu trên. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số hợp phần đến phản ứng và tính chất của màng phủ khâu mạch bằng tia tử ngoại trên cơ sở nhựa epoxy diacrylat

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC  NGUYỄN THỊ NGỌC NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ HỢP PHẦN ĐẾNPHẢN ỨNG VÀ TÍNH CHẤT CỦA MÀNG PHỦ KHÂU MẠCH BẰNG TIA TỬ NGOẠI TRÊN CƠ SỞ NHỰA EPOXY DIACRYLAT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Hà Nội - 2018
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC  NGUYỄN THỊ NGỌC NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ HỢP PHẦN ĐẾNPHẢN ỨNG VÀ TÍNH CHẤT CỦA MÀNG PHỦ KHÂU MẠCH BẰNG TIA TỬ NGOẠI TRÊN CƠ SỞ NHỰA EPOXY DIACRYLAT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa hữu cơ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học GS.TS. Lê Xuân Hiền Hà Nội - 2018
LỜI CẢM ƠN Em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS. TS. Lê Xuân Hiền đã tận tình hƣớng dẫn trong suốt quá trình thực hiện khóa luận. Em chân thành cảm ơn các anh, chị tại Phòng Vật liệu cao su và dầu nhựa thiên nhiên, Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tận tình giúp đỡ em trong suốt quá trình làm việc tại Viện. Em chân thành cảm ơn các Thầy, Cô trong khoa Hóa học, Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội 2 đã tận tình truyền đạt kiến thức, không chỉ là nền tảng cho quá trình thực hiện khóa luận mà còn là hành trang quí báu để em bƣớc vào đời một cách vững chắc và tự tin. Hà Nội, tháng 5 năm 2018
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của tôi, dƣới sự hƣớng dẫn của GS. TS. Lê Xuân Hiền. Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong khóa luận này là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất cứ công trình nghiên cứu nào trƣớc đây. Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trƣớc Hội đồng. Hà Nội, tháng 5 năm 2018 Sinh viên Nguyễn Thị Ngọc
DANH MỤC KÍ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT CBN : Cao su butađien nitril CSTNL : Cao su thiên nhiên lỏng CSTNLA : Cao su thiên nhiên lỏng acrylat hóa CSTNLE : Cao su thiên nhiên lỏng epoxy hóa DVE : Dầu ve epoxy hóa EĐ : Nhựa epoxy biến tính dầu đậu EDA : Nhựa Bisphenol – A – diglyxydyl ete diacrylat EDGA : Etyl đietylen glycol acrylat HDDA : Hexandiol diacrylat TAS : Muối triarylsulfonium
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN ........................................................................... 2 1.1. Nhu cầu và xu thế phát triển vật liệu bảo vệ, trang trí hữu cơ ............... 2 1.1.1. Nhu cầu ........................................................................................... 2 1.1.2. Xu thế phát triển .............................................................................. 4 1.2. Thành phần chính của hệ khâu mạch quang .......................................... 6 1.2.1. Chất khơi mào quang ...................................................................... 6 1.2.2. Các monome, oligome hoặc polyme được sử dụng trong hệ khâu mạch quang ...................................................................................... 8 1.2.2.1. Các hợp chất chứa nhóm acrylat .............................................. 8 1.2.2.2. Các hợp chất chứa nhóm epoxy ............................................. 11 1.2.3. Chất độn, bột màu ......................................................................... 16 1.2.4. Các phụ gia ................................................................................... 16 1.3. Nguyên lí, cơ chế của phản ứng khâu mạch quang ............................. 16 1.3.1. Nguyên lí ....................................................................................... 17 1.3.2. Cơ chế ........................................................................................... 17 1.3.2.1. Khâu mạch quang theo cơ chế cation .................................... 17 1.3.2.2. Khâu mạch quang theo cơ chế gốc ........................................ 18 1.4. Ảnh hƣởng của một số yếu tố đến phản ứng khâu mạch quang .......... 22 1.4.1. Ảnh hưởng của chất khơi mào ...................................................... 22 1.4.1.1. Bản chất của chất khơi mào ................................................... 22 1.4.1.2. Nồng độ của chất khơi mào ................................................... 23 1.4.2. Ảnh hưởng của monome, oligome................................................. 24 1.4.2.1. Bản chất của monome, oligome ............................................. 24 1.4.2.2. Nồng độ của monome, oligome ............................................. 25 1.4.3. Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng chiếu ..................................... 26 1.4.4. Ảnh hưởng của thời gian chiếu sáng ............................................ 26 1.4.5. Ảnh hưởng của chiều dày màng .................................................... 27 1.5. Xu thế nghiên cứu và phát triển vật liệu bảo vệ, trang trí hữu cơ khâu mạch bằng phƣơng pháp quang hóa ................................................... 28
CHƢƠNG 2 - THỰC NGHIỆM ..................................................................... 29 2.1. Nguyên liệu, hóa chất........................................................................... 29 2.2. Chế tạo mẫu.......................................................................................... 29 2.3. Khâu mạch quang ................................................................................. 30 2.4. Phƣơng pháp phân tích, đánh giá lớp phủ............................................ 30 2.4.1. Phân tích hồng ngoại .................................................................... 31 2.4.2. Xác định phần gel, độ trương ....................................................... 32 2.4.3. Xác định các tính năng cơ lý ......................................................... 32 2.4.4. Độ bóng ......................................................................................... 33 CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................ 34 3.1. Nghiên cứu ảnh hƣởng của hàm lƣợng chất khơi mào đến phản ứng và tính chất của hệ khâu mạch quang hóa ........................................... 34 3.1.1. Nghiên cứu biến đổi các nhóm định chức trong hệ khâu mạch quang EDA/HDDA/I-819 bằng phổ hồng ngoại.................................... 34 3.1.2. Ảnh hưởng tỉ lệ chất khơi mào quang I-819 đến biến đổi nhóm acrylat............................................................................................ 36 3.1.3.Nghiên cứu một số tính chất của hệ khâu mạch quang EDA/HDDA/I-819 = 50/50/1 .................................................................. 38 3.2. Nghiên cứu ảnh hƣởng của hàm lƣợng nhựa epoxy biến tính dầu đậu đến phản ứng và tính chất của hệ khâu mạch quang hóa ..................... 40 3.2.1. Nghiên cứu biến đổi các nhóm định chức trong hệ khâu mạch quang EĐ/EDA/HDDA/I-819 bằng phổ hồng ngoại ............................. 40 3.2.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ EĐ/EDA đến biến đổi nhóm acrylat............. 42 3.2.3. Nghiên cứu một số tính chất của hệ khâu mạch quang EĐ/EDA/HDDA/I-819............................................................................. 43 KẾT LUẬN ..................................................................................................... 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 48 PHỤ LỤC
MỞ ĐẦU Ăn mòn kim loại và suy giảm vật liệu luôn thu hút sự quan tâm và nỗ lực phòng chống của tất cả các quốc gia trên thế giới vì tổn thất về kinh tế do chúng gây nên là rất lớn và không ngừng tăng lên. Điều này đặc biệt quan trọng với Việt Nam, một nƣớc ở trong điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm. Nghiên cứu tạo ra những vật liệu bảo vệ mới, hiệu quả hơn nhằm giảm đến mức thấp nhất ăn mòn kim loại và suy giảm vật liệu là mục tiêu của nhiều công trình khoa học. Trong đó, vật liệu khâu mạch quang hóa trên cơ sở các hợp chất acrylat, epoxy và dẫn xuất dầu thực vật với nhiều ƣu điểm nổi bật nhƣ chất lƣợng và hiệu quả cao, thân thiện môi trƣờng đã và đang đƣợc tập trung nghiên cứu, phát triển. Đây cũng chính là một trong các hƣớng nghiên cứu chủ yếu của Phòng Vật liệu cao su và dầu nhựa thiên nhiên, Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam trong nhiều năm nay. Khóa luận “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số hợp phần đến phản ứng và tính chất của màng phủ khâu mạch bằng tia tử ngoại trên cơ sở nhựa epoxy diacrylat” với mục tiêu nghiên cứu ảnh hƣởng của hàm lƣợng của một số hợp phần trong hệ khâu mạch quang theo cơ chế trùng hợp gốc đến phản ứng và tính chất màng phủ khâu mạch là một đóng góp theo hƣớng nêu trên. 1
CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN 1.1. Nhu cầu và xu thế phát triển vật liệu bảo vệ, trang trí hữu cơ 1.1.1. Nhu cầu Vật liệu bảo vệ, trang trí hữu cơ (véc ni, sơn, vật liệu bảo vệ polime composit) có ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực đời sống với sản lƣợng hàng năm khoảng 30 triệu tấn (70% sản xuất ở các nƣớc phát triển: Bắc Mỹ 28%, Tây Âu 27%, Nhật Bản 9%). Tăng trƣởng trung bình hàng năm tăng khoảng 3,4%. Giữa phát triển kinh tế và nhu cầu đối với vật liệu bảo vệ, trang trí hữu cơ có mối quan hệ chặt chẽ. Các kết quả nghiên cứu cho thấy có mối quan hệ phụ thuộc giữa tổng sản phẩm quốc nội và tiêu thụ véc ni, sơn ở từng nƣớc, từng khu vực và trên toàn thế giới trong giai đoạn 2005-2009 [1]. Giá trị tổng sản phẩm quốc nội (nghìn tỷ USD) và tiêu thụ véc ni,sơn (tỷ USD) trên thế giới đƣợc trình bày trong bảng 1.1; 1.2; 1.3. Bảng1. 1. Tổng sản phẩm quốc nội và tiêu thụ véc ni, sơn trên thế giới giai đoạn 2005 – 2009 Tổng sản phẩm quốc nội Tiêu thụ véc ni, sơn Năm (nghìn tỷ USD) (tỷ USD) 2005 53,2 79 2006 55,9 84 2007 58,8 89 2008 60,7 93 2009 59,9 86 2
Bảng 1.2. Tổng sản phẩm quốc nội và tiêu thụ véc ni, sơn ở các khu vực trên thế giới năm 2008 Tổng sản phẩm quốc Tiêu thụ Khu vực nội của khu vực véc ni, sơn (nghìn tỷ USD) (triệu tấn) Châu Âu 16,617 6,395 Bắc Mỹ 15,916 6,304 Châu Á - Thái Bình Dƣơng 23,543 10,612 Châu Mỹ Latinh 6,177 - Nƣớc Nga 2,225 0,952 Phần còn lại của thế giới 6,172 1,315 Bảng 1.3. Tổng sản phẩm quốc nội và tiêu thụ véc ni, sơn ở các khu vực trên thế giới năm 2009. Tổng sản phẩm quốc Tiêu thụ Khu vực nội của khu vực véc ni, sơn (nghìn tỷ USD) (triệu tấn) Châu Âu 13,220 6,032 Bắc Mỹ 12,762 5,580 Châu Á - Thái Bình Dƣơng 18,445 10,703 Tiêu thụ véc ni, sơn trên đầu ngƣời trên thế giới khoảng 4-5 lít/năm, ở các nƣớc phát triển khoảng 12-18 lít/năm. Véc ni và sơn sử dụng ở các nƣớc phát triển không chỉ nhiều hơn về lƣợng mà còn có chất lƣợng cao hơn ở những nƣớc đang và chậm phát triển. Sản lƣợng sơn sản xuất tại Việt Nam tăng liên tục trong những năm 2000-2006, từ 54393 tấn năm 2000 đạt đến 220254 tấn năm 2006 và giảm trong thời gian 2006-2009, còn 203200 tấn năm 2009 [1]. 3
1.1.2. Xu thế phát triển Nhu cầu nâng cao hiệu quả sản xuất cũng nhƣ các yêu cầu bảo vệ môi trƣờng đã và đang là những yếu tố chính, quyết định xu thế phát triển của vật liệu bảo vệ, trang trí hữu cơ. Các vấn đề này đƣợc thúc đẩy mạnh mẽ theo cả hai hƣớng: Vật liệu và phƣơng pháp gia công.  Nâng cao chất lƣợng và hiệu quả, tính thân thiện môi trƣờng của vật liệu bảo vệ, trang trí hữu cơ Đƣợc thực hiện theo các hƣớng chính sau đây: + Phát triển các chất tạo màng chất lƣợng cao, thân thiện môi trƣờng. + Phát triển các monome hiệu quả cao, thân thiện môi trƣờng hoặc cho phép giải quyết các vấn đề môi trƣờng. + Sử dụng các phụ gia nano để chế tạo các vật liệu bảo vệ, trang trí có chất lƣợng đƣợc nâng cao một cách căn bản hay có các tính chất đặc thù mới. + Sử dụng các tác nhân khâu mạch có khả năng phản ứng để giảm phát thải fomandehyt, dung môi, amin. + Phát triển các chất tạo màng lai tạo để đáp ứng các nhu cầu đa dạng của thực tiễn. + Hoàn thiện các quá trình nhũ hóa để giảm mức độ sử dụng chất hoạt động bề mặt. + Phát triển các vật liệu hữu cơ mới có chức năng đặc thù (bền cháy, có hoạt tính sinh học, v.v..).  Ứng dụng và phát triển các phƣơng pháp gia công hiệu quả, thân thiện môi trƣờng. Các phƣơng pháp gia công, tạo màng vật liệu bảo vệ, trang trí tiên tiến nhƣ: Điện di, tĩnh điện, đóng rắn bằng tia tử ngoại đang đƣợc tiếp tục nâng cao, mở rộng ứng dụng. Hiện nay véc ni, sơn dùng nhiều dung môi hữu cơ vẫn còn chiếm trên 50% tổng sản lƣợng véc ni, sơn trên thế giới với mức độ giảm hằng 4
năm 3%. Trong các véc ni và sơn tiên tiến, véc ni và sơn pha loãng bằng nƣớc có tỷ phần lớn nhất, khoảng 20-27%. Véc ni và sơn đóng rắn bằng tia tử ngoại tuy mới chiếm tỷ phần khoảng 4% nhƣng thuộc loại véc ni và sơn tiên tiến, có tốc độ tăng trƣởng nhanh, đạt đến 6%/năm với những ƣu thế nổi bật nhƣ: Năng suất và chất lƣợng cao, tiêu tốn ít năng lƣợng, hàm gốc cao hoặc không có dung môi, là hệ một thành phần, v.v,… Bảng 1.4. Tiêu thụ véc ni và sơn ở Mỹ Trong tổng số tiêu thụ (%) Chủng loại 1994 1999 Véc ni và sơn dung môi hữu cơ 33,4 18,0 Véc ni và sơn nƣớc 50,5 62,0 Véc ni và sơn hàm gốc cao 9,5 10,5 Véc ni và sơn khâu mạch quang hóa 0,6 0,8 Phƣơng pháp này đang thu hút sự quan tâm của những nhà nghiên cứu và sản xuất. Bảng 1.5. Ứng dụng của các hệ đóng rắn bằng tia tử ngoại  Nghệ thuật tạo hình  Hoàn thiện gỗ và chất độn Xử lí bề mặt  Lớp phủ trên kim loại  Lớp phủ trên chất dẻo  Véc ni cho giấy  Cảm quang âm  Chất chống thấm ( bao gói) Điện tử  Lớp phủ bảo vệ (sợi quang)  Cấu hình (đĩa video)  Đóng gói 5
 Mực đóng rắn bằng tia tử ngoại Nhựa có bột màu  Vât liệu cho nha khoa  Vật liệu composit Chất kết dính  Vật liệu ép, cán, keo dán Đây là hƣớng nghiên cứu đã và đang đƣợc thực hiện ở Viện kỹ thuật nhiệt đới – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam nhiều năm nay. 1.2. Thành phần chính của hệ khâu mạch quang Hệ khâu mạch quang gồm 3 thành phần chính Chất khơi mào quang : Là chất có khả năng hấp thụ tốt ánh sáng tới, khi phân quang tạo thành các phần tử hoạt tính (gốc hoặc cation) khơi mào cho phản ứng trùng hợp. Oligome hoặc polyme: Là những hợp chất có nhóm chức đầu mạch hoặc trên mạch hoạt tính. Các hợp chất này tạo mạng lƣới không gian ba chiều khi trùng hợp. Monome: Dùng để chỉnh độ nhớt của nhựa (polyme hoặc oligome), có một hay nhiều nhóm chức hoạt tính, sau khi trùng hợp sẽ nhập vào mạng lƣới polyme. Hệ khâu mạch quang đƣợc pha loãng bằng monome nên không cần sử dụng dung môi hữu cơ. Ngoài ra tùy theo mục đích sử dụng, ngƣời ta thƣờng đƣa vào hệ khâu mạch một số phụ gia khác để cải thiện tính chất cuối cùng của vật liệu nhƣ: các chất ổn định, các chất độn, bột màu,… 1.2.1. Chất khơi mào quang Trong quá trình khâu mạch quang, chất khơi mào đóng vai trò quan trọng và cần phải thỏa mãn hai nguyên tắc sau [18]: Chất khơi mào phải hấp thụ mạnh tia tử ngoại đƣợc phát ra bởi nguồn sáng có bƣớc sóng từ 250 - 400 nm và tạo ra trạng thái kích thích mà thời gian sống của nó cần phải rất ngắn để không bị khử hoạt tính do oxy có trong môi trƣờng có không khí. 6
Chất khơi mào quang phải phân quang với một hiệu suất lƣợng tử lớn và tạo ra các gốc tự do có hoạt tính lớn đối với các nhóm định chức trong hệ và khơi mào cho quá trình trùng hợp.  Một số chất khơi mào thƣờng gặp + α – Hydroxylankylphenylcetone: Irgacure 184 (CIBA) (1 – Hydroxy – xyclohexyl)- phenyl methanone C O OH + α –aminomor pholinocetone: Irgacure 369 (CIBA) 2- benzyl -2-dimetyl amino - 1- (4-morpholin -4-yl-phenyl)-butan-1-one H2C CH3 O N C C N CH3 O C2H5 + Dimethoxyphenylacetophenone: Irgacure 651(CIBA) 2,2 - Dimethoxy - 1,2 - diphenyl - ethanone OCH3 C C O OCH3 + Bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phenylphosphineoxide:Irgacure 819 CH3 H3C O O O H3C P CH3 CH3 H3C 7
+ Benzophenone (Aldrich): Diphenyl – methanone C O + Muối triarylsulfonium (TAS) SbF6- SbF6- S S S 1.2.2. Các monome, oligome hoặc polyme được sử dụng trong hệ khâu mạch quang Monome, oligome hoặc polyme đƣợc sử dụng trong hệ khâu mạch quang thƣờng là các hợp chất chứa nhóm acrylat và các hợp chất chứa nhóm epoxy. 1.2.2.1. Các hợp chất chứa nhóm acrylat  Khái niệm Các hợp chất chứa nhóm acrylat là các hợp chất có trong phân tử một hay nhiều nhóm acrylat có công thức hóa học chung nhƣ sau: R2 O R2: H, CH3 R1 C C C OR3 R1, R3: gốc cacbuahiđro H  Tính chất Từ công thức hóa học trên có thể thấy các hợp chất này đều có liên kết đôi acrylat. R1 là gốc hidrocacbon có thể có thêm nhóm định chức nhƣ hiđroxyl, epoxy, acrylat,… Là các olefin thế không đối xứng, các liên kết đôi acrylat có hoạt tính hóa học rất cao, khi tham gia phản ứng trùng hợp theo cơ chế gốc tạo ra hợp chất có chứa mạch ( C – C ) bền về mặt hóa học. 8
Các hợp chất có nhóm acrylat rất đa dạng về thành phần, cấu trúc hóa học tùy theo phƣơng pháp và nguyên liệu tổng hợp. Các hợp chất acrylat có phản ứng đặc trƣng của nhóm cabonyl, phản ứng đặc trƣng của liên kết đôi và các phản ứng đặc trƣng của nhóm định chức khác có trong gốc R nhƣ: hidroxyl, epoxy,… Trong đó phản ứng của liên kết đôi acrylat là phản ứng quan trọng nhất và sẽ đƣợc trình bày trong tổng quan này. Công thức cấu tạo của một số monome acrylat STT Monome Công thức cấu tạo O Metyl acrylat O 1 O Etyl acrylat O O Metyl metacrylat O O 2 Etyl metacrylat O O 1,4-butylen O O dimetarylat O Hecxandiol O O diacrylat O O 3 O Trimethylolpropan O O e triacrylate O O O 9
 Các phƣơng pháp tổng hợp [16] + Tổng hợp bằng phản ứng este hóa nH2C CR COOH + R'(OH)n H2C CR COO R' + H2O n R: H, CH3 + Tổng hợp từ axetylen, oxit cacbon và rƣợu. Quá trình phản ứng xảy ra ở áp suất thấp, xúc tác là Ni(CO)4. HC CH + CO + ROH Ni(CO)4 CH2=CHCOOR (R: H, CH3) + Tổng hợp bằng phản ứng thủy phân và este hóa etylen xyanohydrin. Phản ứng xảy ra ở pha lỏng, ở nhiệt độ khoảng 150oC, với tỉ lệ mol xyanohydrin:rƣợu:axit=1:2:2. OH - CH2 - CH2 - CN H2SO4 CH2 = CHCONH2.H2SO4 ROH CH2=CHCOOR+ NH4SO4 R: các gốc hiđrocacbon + Tổng hợp bằng phƣơng phản ứng ngƣng tụ keten với fomandehit. Quá trình tổng hợp theo sơ đồ phản ứng sau: CH2 CH2 ROH O C CH2 + HCHO CH2=CHCOOR + H2O O C O R: các gốc hiđrocacbon + Tổng hợp nhờ phản ứng mở vòng epoxy của hợp chất epoxy bằng axit acrylic hay axit metacrylic.Phản ứng xảy ra nhƣ sau: R1 CH CH2 + HO C CR= CH2 R1 CH H2C O C CR = CH2 O O OH O R: H, CH3 10
 Phản ứng tạo nhựa epoxy điacrylat: CH3 CH3 H2C CH CH2 O C O CH2 CH CH2 O C O CH2 CH CH2 O CH3 OH CH3 O n +2CH2CHCOOH OH CH3 CH3 HO H2C CH CH2 O C O CH2 CH CH2 O C O CH2 CH CH2 CH3 OH CH3 n CH2 CH C O O C CH CH2 O O 1.2.2.2. Các hợp chất chứa nhóm epoxy  Khái niệm Các hợp chất chứa nhóm epoxy là các hợp chất có trong phân tử một hay nhiều nhóm epoxy có công thức hóa học chung nhƣ sau: O R1: Gốc hidrocacbon hoặc hidro H H C C R2: gốc hidrocacbon R1 R2 Do có vòng 3 cạnh, có sức căng lớn lại có nguyên tử oxi vẫn còn cặp điện tử chƣa tham gia liên kết nên nhóm epoxy có hoạt tính hóa học cao, dễ mở vòng trong các phản ứng biến đổi tạo sản phẩm có liên kết C – O – C là hợp chất ete bền vững.  Nguồn gốc Các hợp chất chứa nhóm epoxy có thể có trong các loại thực vật trong tự nhiên (dầu hạt cây đen, dầu vernonia,...) hay tổng hợp. + Giới thiệu chung Dầu thực vật là tên thƣờng dùng để gọi nhiều chất lỏng nhớt đƣợc tách ra từ các loài thực vật khác nhau. Dầu có thể có ở quả và hạt, ở lá, cành, vỏ, rễ,… của cây có dầu và tập trung chủ yếu ở quả và hạt [2]. 11
+ Tính chất  Tính chất vật lý Các loại dầu thực vật đều có tính nhớt. Nhiệt độ tăng làm giảm tính nhớt của dầu. Các loại dầu có nhóm hiđroxyl nhƣ dầu thầu dầu có độ nhớt cao. Dầu thực vật thƣờng không tan trong nƣớc, trong cồn mà tan trong các dung môi hữu cơ nhƣ: Benzen, xăng, CS2, CCl4, v.v,…  Tính chất hóa học Tính chất hóa học của dầu thực vật phụ thuộc vào bản chất hóa học của các thành phần chính trong dầu. Tính chất hóa học của dầu béo đƣợc quyết định bởi cấu tạo của các triglyxerit. Cấu tạo hóa học của các triglyxerit lại phụ thuộc chủ yếu vào cấu tạo của các axit béo có trong thành phần của chúng. Là este của glyxerin và các axit béo, các triglyxerit đều có nhóm este. Ngoài ra, tùy theo cấu tạo hóa học của gốc axít béo có trong phân tử triglyxerit có thể có thêm liên kết đôi và một số nhóm định chức khác nhƣ: nhóm hiđroxyl, nhóm epoxy,…[2]. Mỗi loại dầu thực vật đều có thể tham gia các phản ứng hóa học đặc trƣng cho nhóm định chức có trong phân tử của chúng.  Các hợp chất epoxy tổng hợp Các hợp chất chứa nhóm epoxy rất đa dạng về thành phần, cấu trúc hóa học tùy theo phƣơng pháp và nguyên liệu tổng hợp. Thành phần và cấu trúc hóa học lại quyết định hoạt tính hóa học, khả năng biến đổi và đóng rắn cũng nhƣ tính chất của chúng. Ngƣời ta có thể tổng hợp các hợp chất có nhóm epoxy bằng nhiều phƣơng pháp, trong đó có 3 phƣơng pháp chính: 12
+ Phƣơng pháp epiclohiđrin  Phản ứng với bisphenol A HO OH + 2 H2C CH CH2Cl + 2NaOH O H2C CH CH2 O O CH2 CH CH2 + 2NaCl + 2H2O O O  Phản ứng với aminophenol NH2 OH + 3 H2C CH CH2Cl + 3NaOH O H2C CH CH2 N O CH2 CH CH2 + 3NaCl + 3H2O O H2C CH CH2 O O + Epoxy hóa liên kết đôi Phƣơng pháp hay đƣợc sử dụng và có ý nghĩa thực tiễn nhất là phƣơng pháp peraxit. Quá trình phản ứng xảy ra nhƣ sau: O R1 CH CH R2 + HOO C R3 R1 CH CH R2 + R3COOH O R1, R2, R3: các gốc hiđrocacbon + Tổng hợp nhựa epoxy biến tính dầu thực vật Thƣờng có 3 phƣơng pháp đƣợc sử dụng để biến tính nhựa epoxy bằng dầu thực vật triglyxerit: bằng axit béo của dầu, bằng nhựa ankyt hay trực tiếp bằng dầu thực vật. Trong đó, chỉ có phƣơng pháp biến tính trực tiếp tạo đƣợc sản phẩm còn nhiều nhóm epoxy, có thể dùng cho các biến đổi tiếp theo. Biến đổi và khâu mạch nhựa epoxy biến tính dầu thực vật là một hƣớng nghiên cứu trọng yếu của phòng Vật liệu cao su và dầu nhựa thiên 13