Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Chế tạo và khảo sát một số tính chất của chất tạo màng, trên cơ sở nhựa epoxy thu được từ quá trình tái chế polycarbonate phế thải

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:68

Thêm vào BST

Báo xấu

93
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn nhằm khảo sát tìm ra quy trình khép kín và điều kiện phản ứng tối ưu để tổng hợp nhựa epoxy từ polycarbonate phế thải, góp phần giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường do rác thải của ngành công nghiệp điện tử gây ra; chế tạo và khảo sát một số tính chất của chất tạo màng trên cơ sở nhựa epoxy thu được từ quá trình tái chế.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Chế tạo và khảo sát một số tính chất của chất tạo màng, trên cơ sở nhựa epoxy thu được từ quá trình tái chế polycarbonate phế thải

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------- NGUYỄN DUY TOÀN CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT TẠO MÀNG, TRÊN CƠ SỞ NHỰA EPOXY THU ĐƯỢC TỪ QUÁ TRÌNH TÁI CHẾ POLYCARBONATE PHẾ THẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2011
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- NGUYỄN DUY TOÀN CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT TẠO MÀNG, TRÊN CƠ SỞ NHỰA EPOXY THU ĐƯỢC TỪ QUÁ TRÌNH TÁI CHẾ POLYCARBONATE PHẾ THẢI Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý Mã số: 604431 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. TRẦN THỊ THANH VÂN Hà Nội - 2011 2
MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, cuộc sống của con người ngày càng được trợ giúp nhiều hơn bởi các thiết bị hiện đại, đặc biệt là các thiết bị điện, điện tử, viễn thông. Sự phát triển bùng nổ của những ngành này trong những năm gần đây đã tạo ra lượng phế thải điện tử khổng lồ, gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy việc xử lý loại rác thải này đang là yêu cầu cấp thiết của xã hội. Nhờ có những tính năng ưu việt như độ bền cơ lý cao, chịu nhiệt, trơ về mặt hóa học... trong khoảng 60 năm qua polycarbonate (PC) đã được đưa vào sử dụng với lượng ngày càng lớn trong kỹ thuật và dân dụng, đặc biệt là trong ngành công nghệ số. Ứng dụng chính của PC trong ngành công nghiệp này là sản xuất đĩa CD, vỏ máy vi tính và vỏ điện thoại di động. Mỗi năm có hàng nghìn tấn đĩa CD được sản xuất. Lượng PC phế thải cũng ngày càng tăng cao. Đây là loại chất thải khó phân hủy và không thân thiện với môi trường, vì vậy đòi hỏi phải có các giải pháp tái chế hợp lý và hiệu quả. Trên thế giới hiện nay đã có nhiều hướng nghiên cứu về vấn đề này như gia công lại PC cũ, nhiệt phân để thu nhiên liệu dạng khí hoặc lỏng, thủy phân trong môi trường kiềm ở nhiệt độ cao và áp suất cao để thu hồi bisphenol A và các sản phẩm khác... Nhưng quá trình tái chế thông thường phải tách loại các dung môi như toluen hay xylen nên thường gây ô nhiễm môi trường. Trong nội dung bản luận văn này, chúng tôi tiến hành tái chế polycarbonate bằng phương pháp hóa học tạo ra nguyên liệu đầu để tổng hợp nhựa epoxy. Sản phẩm thu được sau phản ứng là epoxy đã hòa tan trong dung môi toluene. Điểm mới của luận án là dung dịch epoxy sản phẩm không cần tách loại dung môi mà được sử dụng trực tiếp làm lớp phủ bảo vệ chịu hóa chất. Như vậy sẽ hạn chế được sự ô nhiễm do dung môi gây ra và tiết kiệm được chi phí. Mục đích của đề tài Khảo sát tìm ra quy trình khép kín và điều kiện phản ứng tối ưu để tổng hợp nhựa epoxy từ polycarbonate phế thải, góp phần giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường do rác thải của ngành công nghiệp điện tử gây ra. 3
Chế tạo và khảo sát một số tính chất của chất tạo màng trên cơ sở nhựa epoxy thu được từ quá trình tái chế. Nội dung nghiên cứu - Thủy phân polycarbonate phế thải trong môi trường kiềm thu lấy sản phẩm Bisphenol A. Khảo sát cấu trúc sản phẩm bằng phân tích nhiệt, phổ hồng ngoại, phổ cộng hưởng từ hạt nhân. Khảo sát ảnh hưởng dung môi đến hiệu suất phản ứng. - Tổng hợp nhựa epoxy từ bisphenol A và epiclohidrin trong môi trường kiềm. Khảo sát chỉ số epoxy, đo khối lượng phân tử của nhựa epoxy sản phẩm. Khảo sát cấu trúc sản phẩm bằng phổ hồng ngoại và phổ cộng hưởng từ hạt nhân. - Chế tạo màng epoxy và màng epoxy – alkyd trên cơ sở nhựa epoxy thu được từ quá trình tái chế. - Xác định các tính năng cơ lý, thử nghiệm độ bền hóa chất, độ bền khí hậu của màng phủ. 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Polycarbonate 1.1.1. Tính chất và ứng dụng Polycarbonate (PC) là tên chung của của một nhóm nhựa nhiệt dẻo (thermoplastics). Tên gọi polycarbonate là do trong phân tử polyme các monome được liên kết với nhau bằng nhóm cacbonat (-O-CO-O-) tạo thành một mạch phân tử dài. Polycarbonate phổ biến nhất là loại được làm từ Bisphenol A. Nhóm cacbonat Hình 1.1: Một đoạn mạch polycarbonate Polycarbonate do nhà hoá học người Đức, Eihorn tìm ra lần đầu tiên vào năm 1898. Trong khi điều chế hợp chất cacbonat vòng từ phản ứng của Hiđroquinon với Photgen, Eihorn đã thấy chất rắn không tan, khó nóng chảy. Năm 1902, Bischoff và Hedenstom đã xác định được sự liên kết mạch có nhóm cacbonat của hợp chất cao phân tử polycarbonate. Đến năm 1953, phòng thí nghiệm của công ty Bayer đã sản xuất được nhựa nhiệt dẻo polycarbonate. Năm 1957, cả hai công ty Bayer và General Electric đã độc lập phát triển các ứng dụng của polycarbonate và sản xuất polycarbonate với số lượng lớn. Đến mùa hè năm 1960, cả hai công ty đều bắt đầu sản xuất polycarbonate thương mại. Nhựa polycarbonate bền nhiệt, tính chất cơ lý cao, bền hoá học (bảng 1.1) nên được sử dụng rộng rãi trong đời sống như làm vỏ điện thoại di động, vỏ máy vi tính, dụng cụ thể thao, đồ điện, đĩa CD, DVD, đồ dùng gia đình, kính chống đạn, vât liệu chống cháy, cách nhiệt cách âm. Trong kỹ thuật hạt nhân được dùng làm vách che trong lò phản ứng hạt nhân. Nhờ có khả năng cho ánh sáng truyền 5
qua tốt nên polycarbonate còn được sử dụng làm nhà kính trồng cây trong nông nghiệp do có độ trong suốt cao, chiết suất 1,585  0,001, ánh sáng truyền qua 90%  1% nên Polycarbonate được sử dụng làm kính chắn, thay thế kính trong các công trình xây dựng, làm tấm lợp lấy sáng, làm đồ trang trí, v.v… Bảng 1.1: Một số thông số của Polycarbonate Polycarbonate Khối lượng riêng: 1220 kg/m3 Mođun đàn hồi (E) 2000-2200 MPa Độ bền kéo đứt (σt) 60-65 MPa Độ dãn dài khi đứt 80-150% Nhiệt độ nóng chảy 270-300°C Hệ số truyền nhiệt (λ) 0.21 W/m.K Hệ số nở dài (α) 6.5 10 -5 /K Nhiệt dung riêng (c) 1.3 kJ/kg.K Nhiệt độ sử dụng từ -100oC đến +235oC Tính chất của polycarbonate là tổ hợp tính chất của các cấu tử có mặt trong vật liệu. Tính chất của cấu tử polyme trong vật liệu polycarbonate phụ thuộc vào khoảng thời gian, tốc độ và tần số của sự biến dạng hay tải trọng tác dụng lên và được biểu diễn qua cơ tính: Modun xé rách và hệ số Poison đặc trưng cho khả năng chịu biến dạng của vật liệu. Độ bền kéo và độ bền nén cho biết khả năng chịu tải của vật liệu. Hệ số giãn nở nhiệt đặc trưng cho sự thay đổi kích thước dưới tác dụng của nhiệt độ và tải trọng. Ngoài các yêu cầu về tính 6
chất cơ lý còn phải biết các thông số như độ dẫn điện, độ thấm chất lỏng hoặc khí, hệ số khuyếc tán…. Tính chất nổi bật của vật liệu polycarbonate so với các vật liệu khác là nhẹ, bền, chịu môi trường, dễ lắp ráp. Không giống như hầu hết các nhựa nhiệt dẻo, polycarbonate có thể trải qua biến dạng dẻo lớn mà không bị nứt gãy. Vì vậy chúng được gia công và tạo thành các tấm kim loại kỹ thuật sử dụng ở nhiệt độ phòng, ví dụ như làm các đường cong trên phanh xe. Thậm chí để làm những góc uốn cong sắc nét với bán kính hẹp cũng không cần gia nhiệt. Tính chất cơ lý của vật liệu polycarbonate phụ thuộc các yếu tố sau: + Tính chất cơ lý của sợi tăng cường. + Sự thay đổi hàm lượng sợi – nhựa. + Khả năng kết hợp giữa pha nhựa và sợi . + Các khuyết tật và tính không liên tục của nhựa nền. Polycarbonate còn được sử dụng rộng rãi nhờ khả năng tương thích với nhiều loại polyme làm tăng khả năng chịu va đập. Blend của polycarbonate và polybutadien có cơ tính cao trong khoảng nhiệt độ rất rộng. Blend có ý nghĩa quan trọng nhất là của Polycarbonate với ABS (Acrylonitrin Butadien Styren) vì PC/ABS có nhiệt độ nóng chảy cao, độ dai rất cao ở nhiệt độ thấp và khả năng tránh bị rạn nứt cao hơn hẳn so với polycarbonate nguyên chất. 1.1.2. Tổng hợp polycarbonate Polycarbonate được sản xuất từ nguyên liệu đầu là Bisphenol A và Photgen: 7
Trong môi trường kiềm, quá trình tổng hợp polycarbonate xảy ra theo các bước sau: Bước 1: Đầu tiên kiềm phản ứng với Bisphenol A, giải phóng một phân tử nước và tạo thành muối. Phản ứng xảy ra tương tự với nhóm OH- còn lại của phân tử Bisphenol A. Sản phẩm muối này tác dụng với Photgen. Sự chuyển dịch electron để tái tạo nhóm cacbonyl làm tách ion Cl- và tạo phân tử chloroformate. Bước 2: Phân tử chloroformate tạo thành bị tấn công tiếp bởi phân tử Bisphenol A khác giống như Photgen. Phân tử Bisphenol A thứ hai tấn công giống như phân tử đầu. 8
Phân tử sẽ dịch chuyển electron, tái tạo lại nhóm cacbonyl. Bước 3: Như vậy, sau bước này ta thấy phân tử muối mới lớn hơn sẽ tiếp tục phản ứng với phân tử Photgen khác. Cứ như vậy, ta sẽ thu được phân tử polycarbonate. Gần đây các nhà khoa học người Nhật mới công bố tổng hợp thành công polycarbonate từ Bisphenol A và CO2, điều này đã làm giảm ô nhiễm môi trường do sử dụng Photgen. 1.2. Bisphenol A 1.2.1. Tính chất và ứng dụng Công thức cấu tạo của Bisphenol A (hình 1.2): 9
Hình 1.2: Công thức cấu tạo phân tử Bisphenol A trong mặt phẳng và trong không gian Tài liệu tổng hợp Bisphenol A được công bố chính thức đầu tiên là của Thomas Zincke thuộc đại học Marburg, Đức. Năm 1905, Zincke đã đưa ra phương pháp tổng hợp Bisphenol A từ phenol và axeton. Zincke đã chỉ ra các tính chất vật lý cơ bản của Bisphenol A (cấu trúc phân tử, nhiệt độ nóng chảy, tính tan trong các dung môi khác nhau như trong bảng 2). Tuy nhiên, Zincke không đưa ra ứng dụng cũng như công dụng nào của Bisphenol A hay các vật liệu mà ông đã tổng hợp được. Đến năm 1953, tiến sĩ Hermann Schnell thuộc hãng Bayer của Đức và tiến sĩ Dan Fox của General Electric của Mỹ đã độc lập phát triển sản xuất vật liệu nhựa mới polycarbonate sử dụng nguyên liệu là Bisphenol A. Quá trình sản xuất ở quy mô công nghiệp được bắt đầu năm 1957 ở Mỹ và 1958 ở châu Âu. Cùng thời gian đó, nhựa epoxy cũng được phát triển nhờ những ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Chính nhờ sự phát triển mạnh mẽ của polycarbonate và nhựa epoxy nên Bisphenol A cũng được sản xuất với số lượng lớn từ những năm 50 của thế kỷ XX và ngày càng phát triển[10,14]. 10
Bisphenol A là một hoá chất công nghiệp quan trọng được sử dụng chủ yếu để sản xuất polycarbonate và nhựa epoxy. Năm 1980, sản lượng Bisphenol A trên toàn thế giới đạt 1 triệu tấn/năm và tới năm 2009 đã đạt hơn 2,2 triệu tấn năm. Năm 2007 chỉ tính riêng nước Mỹ đã tiêu thụ hết 1.088.000 tấn Bisphenol A, trong đó 74% được sử dụng để sản xuất nhựa polycarbonate và 20% cho nhựa epoxy[8]. Ngoài ra Bisphenol A còn được sử dụng làm chất cháy chậm, sản xuất nhựa polyeste không no, nhựa polysunfo, các polyeteimit và polyacrylat. Trong đó polycarbonate và nhựa epoxy được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Polycarbonate được sử dụng làm kính chắn, dụng cụ y tế, chai nhựa, các sản phẩm cộng nghệ số (như đĩa CD, DVD, V.V…), vỏ điện thoại di động, vật liệu điện, vỏ máy vi tính và các vật dụng khác. Nhựa epoxy được sử dụng làm sàn công nghiệp, keo dán, chất bảo vệ bề mặt v.v...[10]. Bảng 1.2: Một số thông số vật lý của Bisphenol A Bisphenol A CAS No 80-05-7 4,4’-(1-metyletyliden) bisphenol Danh pháp 4,4’-Isopropylidendiphenol Công thức phân tử C15H16O2 Khối lượng phân tử 228,29 g/mol Nhiệt độ nóng chảy 155 – 161oC Nhiệt độ sôi 220oC (493 K) ở 4 mmHg Khối lượng riêng 1,195 g/ml ở 25oC Chất rắn màu trắng. Tính chất vật lý Dạng tinh thể hình lăng trụ khi kết tinh trong axit axetic loãng và hình kim khi kết tinh từ nước. 11
1.2.2. Độc tính của bisphenol A Bisphenol A là một chất tương đối độc, ảnh hưởng trực tiếp đến cơ thể con người như hấp thụ qua da hoặc qua đường hô hấp. Bisphenol A gây mất cân bằng nội tiết tố và có ảnh hưởng xấu đối với hoạt động sinh sản của cả nam và nữ, làm thay đổi chức năng hệ miễn dịch, gây rối loạn hành vi và bất thường về khả năng nhận thức. Về lâu dài, nó sẽ làm tổn thương não bộ, gây ra căn bệnh Alzheimer và một số bệnh ung thư. Trẻ nhỏ sớm tiếp xúc với Bisphenol A sẽ bị tổn thương vĩnh viễn, liên minh châu Âu (EU) đã cấm sử dụng chai sữa cho trẻ em làm từ polycarbonate – một trong những sản phẩm có chứa Bisphenol A từ tháng 06 năm 2011 [12]. 1.2.3. Phương pháp tổng hợp Phương pháp phổ biến nhất để tổng hợp Bisphenol A là phản ứng giữa phenol và axeton với xúc tác là axit HCl: Sơ đồ 1.1: Phản ứng tổng hợp bisphenol A 1.3. Nhựa epoxy 1.3.1. Cấu tạo, tính chất của nhựa epoxy Nhựa epoxy là một polyme mạch thẳng mà trong phân tử chứa những nhóm epoxy (oxietilen) thu được do phản ứng đa ngưng tụ của một phenol lưỡng chức (điển hình nhất là điphenolpropan – Bisphenol A) với epiclohidrin[5]. Công thức cấu tạo tổng quát của nhựa epoxy từ bisphenol A như sau: 12
Hình 1.3: Cấu tạo nhựa epoxy Hình 1.4: Câu trúc không gian phân tử nhựa epoxy Trong công thức trên n có thể nhận giá trị từ 0 ÷ 20, tuỳ thuộc vào điều kiện phản ứng. Sản phẩm nhựa thương mại đầu tiên từ epiclohidrin được sản xuất ở Mỹ năm 1927. Ngày nay, hầu hết epoxy thông thường được sản xuất từ epiclohidrin và bisphenol A. Vào năm 1936, Pierre Castan của Thuỵ Sĩ và S.O. Greenlee của Mỹ là những người đầu tiên sản xuất các sản phẩm nhựa epoxy từ bisphenol A. 13
Ưu điểm của keo epoxy: - Nhờ những nhóm hiđroxyl màng keo epoxy có tính kết dính rất cao, ngay cả với những bề mặt nhẵn của kim loại, thủy tinh, gốm sứ, chất dẻo. - Nhựa epoxy đã đóng rắn có độ bền rất cao vì tính kết dính nội cao. - Khi đóng rắn, không tách ra các sản phẩm phụ (nước, dung môi,v.v…) nên là loại keo rất thích hợp cho các bề mặt không có tính hấp phụ như kim loại, thuỷ tinh, v.v… mà không cần nén. - Keo có độ co ngót rất nhỏ vì vậy nếu đưa keo epoxy vào công thức pha chế chất độn thì hầu như không cần tính đến độ co ngót. - Độ lão hóa của keo rất nhỏ, giữ được hình dạng khi chịu tải trọng lâu dài. - Độ chịu ẩm và dung môi cao, khá chịu nhiệt và tính cách điện cao. - Có thể điều chỉnh được tính năng trong phạm vi rộng bằng cách thêm chất độn, thay đổi hàm lượng chất đóng rắn và các chất phụ gia biến tính. Nhờ có những ưu điểm trên nên trong khoảng 40 năm trở lại đây, nhựa epoxy đã trở thành cơ sở cho những loại keo chất lượng. Giá thành tương đối cao của chúng đã được bù lại bằng những tính chất quý giá. Trong mạch, ngoài liên kết C-C, còn có cả những liên kết ete. Những hóm hidroxyl và epoxy sắp xếp dọc theo mạch với khoảng cách tối ưu để các chất đóng rắn dễ dàng khâu các đại phân tử mạch thẳng để biến nhựa thành nhiệt rắn, nhưng đồng thời cũng đủ xa nhau để nhựa đã đóng rắn có tính đàn hồi do sự linh động của các phân tử. Nhóm hidroxyl của phenol bị ete hóa khiến nhựa không có màu và không bị thay đổi màu khi bảo quản[8,9]. 1.3.2. Phân loại nhựa epoxy Trên cơ sở nhựa epoxy, người ta chế biến thành 2 loại keo: keo đóng rắn lạnh và keo đóng rắn nóng, khác nhau về cơ chế đóng rắn, tính chất và kỹ thuật sử dụng. 14
Keo đóng rắn lạnh dùng chất đóng rắn là các amin béo khác nhau thông dụng nhất là hexametilendiamin và polietilenpoliamin. Bản chất của chất đóng rắn cũng như tỷ lệ của chúng có ảnh hưởng đến tính chất của keo. Thời gian sống (thời gian kể từ lúc pha trộn chất dóng rắn tới khi keo rắn lại) của keo dao động từ vài phút đến vài giờ tùy loại amin sử dụng. Sự có mặt của oxy cũng không tham gia vào quá trình đóng rắn. Keo đóng rắn nóng có độ bền cao hơn, chịu nhiệt tốt hơn keo đóng rắn lạnh và có thể dùng để dán các kết cấu chịu lực bằng kim loại và vật liệu phi kim loại. Chất đóng rắn thường dùng là anhidrit của axit dicacboxylic, dixiandiamit, ure, diure… Xúc tác cho quá trình đóng rắn có thể là kiềm, axit photphoric, muối nhôm, kẽm, chì… của axit hữu cơ và các chất khác. Cơ chế đóng rắn nóng của nhựa epoxy khác với cơ chế đóng rắn lạnh. Không phải nhóm epoxy như trong trường hợp trước mà là những nhóm OH- tham gia vào việc tạo nên những cầu nối ngang giữa những đại phân tử. Để tăng tốc độ đóng rắn, ngoài nhiệt độ, người ta thêm các amin bậc ba. Những loại keo này để dán nhôm, thép, thuỷ tinh hữu cơ, gốm, sứ, gỗ, chất dẻo (nhiệt độ dán khoảng 150oC). Ta cũng có thể duy trì một tải trọng ép trên mối dán tới khi hoàn thành quá trình. Keo từ nhựa epoxy biến tính: Để tăng cường tính đàn hồi, tính chịu nhiệt và một số tính năng kỹ thuật khác, người ta biến tính nhựa epoxy bằng nhựa phenol formaldehit, poliamit, peclovinil, alkyd…và một số hợp chất cơ kim. Keo epoxyphenol được dùng dưới dạng màng dán ép, đơn giản quá trình dán và được bán ra thị trường với những tên thương mại khác nhau. Phối hợp với polyme cơ kim (thí dụ poliorganosiloxan) sẽ thu được keo đóng rắn bằng diamin ở nhiệt độ cao, để dán kim loại và giữ nguyên được tính năng trong khoảng nhiệt độ từ 60 đến 150oC. 15
Để đóng rắn keo epoxy, phải dùng các xúc tác như amin, axit cacboxylic hai chức và anhydrit của nó. Khi có mặt của các chất đóng rắn trên, thường xảy ra quá trình mở vòng epoxy hoặc este hoá các nhóm hydroxyl. Độ cứng, độ bền cơ học của mối dán phụ thuộc rất nhiều vào loại chất đóng rắn và hàm lượng của nó. Nếu hàm lượng đóng rắn lớn thì quá trình đóng rắn xảy ra rất nhanh, nhưng mối dán lại giòn. Mặt khác, khi dùng các chất đóng rắn khác nhau thì sau khi keo đã tạo thành mạng không gian, trong bản thân nó cũng tồn tại những nhóm có cực khác nhau. Các nhóm này gây ra sự tương tác khác nhau đối với vật liệu đem dán. Như vậy rõ ràng là tuỳ đối tượng dán, mục đích dùng keo epoxy (làm keo dán hay làm chất tạo màng) mà người ta phải chọn chất đóng rắn một cách thích hợp[5,11,16] 1.3.3. Tổng hợp nhựa epoxy Nhựa epoxy thường được điều chế bằng phương pháp ngưng tụ ancol đa chức (hay dùng là bisphenol) với epiclohidrin có kiềm xúc tác. Sản phẩm tạo ra là polyme có mạch thẳng với nhóm epoxy ở hai đầu mạch, còn ở giữa mạch là nhóm hydroxyl. Phản ứng xảy ra trong môi trường kiểm, các bước phản ứng như sau: Bước 1: Đầu tiên NaOH phản ứng với phân tử bisphenol A: 16
Bước 2: Muối tạo thành tác dụng với phân tử epiclohidrin: Bước 3: Tiếp theo, phản ứng xảy ra tùy thuộc vào tỷ lệ thành phần của epiclohidrin và bisphenol A ban đầu và thu được sản phẩm là polyme có độ dài mạch khác nhau. Nếu tỷ lệ về số mol của epiclohidrin và bisphenol A là 2:1 thì ta thu được sản phẩm: 17
Tuy nhiên, khi thêm tăng dần tỷ lệ Bisphenol A ta thu được sản phẩm polyme mạch dài hơn. 18
Tổng quát, mạch sản phẩm có công thức như sau: CH3 CH3 CH2 CH CH2 O C O CH2 CH CH2 O C O CH2 CH CH2 O CH3 OH CH3 O n Trong đó n có thể nhận giá trị từ 0 đến 20. Tính chất hóa học của nhựa epoxy - Nhựa epoxy có hai nhóm chức hoạt động: nhóm epoxy và nhóm hydroxyl. Tùy thuộc khối lượng phân tử (M) mà nhóm chức chiếm ưu thế. Với nhựa epoxy có khối lượng phân tử thấp (M < 1200) nhóm epoxy chiếm đa số, còn những epoxy có khối lượng phân tử lớn (M > 3000), nhóm hydroxyl là chủ yếu. - Tính phân cực và sức căng vòng tạo cho vòng oxytetylen có hoạt tính mạnh. Do đó nhóm epoxy có thể tham gia phản ứng với nhiều tác nhân khác[16] 1.3.4. Các chất đóng rắn cho nhựa epoxy Nhựa epoxy chỉ được sử dụng có hiệu quả sau khi đã chuyển sang trạng thái rắn, nghĩa là hình thành các liên kết ngang giữa các phân tử nhờ phản ứng với tác nhân đóng rắn, tạo cấu trúc không gian 3 chiều, không nóng chảy, không hòa tan [1,3]. Cấu trúc nhựa epoxy, chất đóng rắn và điều kiện phản ứng có ảnh hưởng quyết định đến nhiệt độ thủy tinh hóa Tg, độ bền môi trường, tính chất cơ lý của nhựa epoxy. Việc lựa chọn sử dụng chất đóng rắn tùy thuộc vào mục đích sử dụng và công nghệ gia công. Chất đóng rắn nhựa epoxy chia thành 2 loại: Xúc tác hay khâu mạch. - Chất đóng rắn xúc tác là chất có tác dụng khơi mào phản ứng trùng hợp hay nhóm epoxy, bao gồm amin bậc 3, axit lewis, BF3, BF5. - Chất đóng rắn khâu mạch tham gia trực tiếp vào hệ thống các liên kết ngang là hợp chất đa chức có khả năng phản ứng với nhóm epoxy, nhóm hydroxyl 19
của phân tử epoxy để chuyển các oligome epoxy thành polyme không gian. Chất đóng rắn khâu mạch có thể mang tính chất axit hoặc bazơ. Các tác nhân đóng rắn bazơ gồm amin bậc 1, bậc 2; mạch thẳng, thơm, vòng béo hoặc dị vòng [1,3,8]. Chất đóng rắn mạch thẳng: Phổ biến nhất là hecxanmetylendiamin: H2N(CH2)6NH2 và các sản phẩm ngưng tụ giữa ammoniac và dicloetan có công thức tổng quát H2N(CH2 - CH2 - NH)nH. Ví dụ: n=1 Etylendiamin (EDA) n=2 Dietylentriamin (DETA) n=3 Trietylentramin(TETA) Cơ chế đóng rắn epoxy bằng điamin như sau: Sơ đồ 1.2: Cơ chế đóng rắn epoxy bằng amin 20