Nghiên cứu chế tạo chất tạo màng mới đóng rắn trong điều kiện độ ẩm cao phục vụ các công trình ngầm

- Luận văn Thạc sỹ Khoa học 2010 1 Nguyễn Đức Anh Khoa học Kỹ thuật Vật liệu Phi kim MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA Error! Bookmark not defined.
- NHỰA EPOXY I.1.1 Tổng hợp nhựa epoxy I.1.2.
- Phân loại nhựa epoxy I.1.3.
- Các thông số quan trọng của nhựa epoxy I.1.4.
- Tính chất hoá học của nhựa epoxy.
- Ứng dụng của nhựa epoxy I.2.
- CHẤT ĐÓNG RẮN CHO NHỰA EPOXY I.2.1.
- Chất đóng rắn amin I.2.2.
- Chất đóng rắn dạng axit và anhydrit axit I.2.3.
- Chất đóng rắn xúc tác I.3 SỬ DỤNG XETIMIN LÀM CHẤT ĐÓNG RẮN CHO NHỰA EPOXY I.3.1.
- Phản ứng đóng rắn của xetimin I.3.3.Phản ứng tổng hợp xetimin I.3.4.
- Biến tính xetimin Luận văn Thạc sỹ Khoa học 2010 2 Nguyễn Đức Anh Khoa học Kỹ thuật Vật liệu Phi kim I.3.6.
- Ứng dụng xetimin trong màng phủ Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU II.1.
- TỔNG HỢP XETIMIN III.3 QUÁ TRÌNH TẠO MẪU SƠN EPOXY II.3.1 Quy trình chế tạo sơn II.3.2 Quá trình tạo mẫu sơn II.4.
- Phổ hồng ngoại II.5 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT CỦA NHỰA EPOXY VÀ MÀNG PHỦ II.5.1 Phương pháp khảo sát quá trình đóng rắn của tổ hợp nhựa Epoxy-xetimin 48 II.5.2 Phương pháp xác tính chất vật lý và cơ lý của màng sơn a.
- PHẢN ỨNG TỔNG HỢP XETIMIN III.1.1 Ảnh hưởng của bản chất xúc tác tới hiệu suất phản ứng III.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của xúc tác axit mạnh đến hiệu suất tổng hợp xetimin Luận văn Thạc sỹ Khoa học 2010 3 Nguyễn Đức Anh Khoa học Kỹ thuật Vật liệu Phi kim III.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác HCl đến hiệu suất tổng hợp xetimin III.1.4.
- Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tới hiệu suất tổng hợp xetimin III.1.5 Ảnh hưởng của dung môi tới hiệu suất phản ứng tổng hợp xetimin III.1.6 Một thông số hóa lý và cấu trúc của xetimin III.2 BIẾN TÍNH XETIMIN BẰNG HỢP CHẤT HỮU CƠ M.
- KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH ĐÓNG RẮN NHỰA EPOXY BẰNG XETIMIN.66 III.3.1 Khảo sát tỷ lệ chất đóng rắn thích hợp cho nhựa epoxy.
- III.3.2 Khảo sát ảnh hưởng bản chất chất đóng rắn tới mức độ đóng rắn của nhựa epoxy.
- III.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của độ ẩm tới mức độ đóng rắn của tổ hợp nhựa epoxy III.3.4 Tính chất cơ lý của màng phủ trên cơ sở nhựa epoxy với các chất đóng rắn ở độ ẩm tương đối khác nhau tại nhiệt độ phòng III.3.5 Khả năng bảo vệ của màng phủ nhựa epoxy với các chất đóng rắn trong các môi trường ăn mòn khác nhau III.4.NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ SƠN EPOXY SỬ DỤNG CHẤT ĐÓNG RẮN XETIMIN III.4.1.
- Hệ sơn epoxy sử dụng chất đóng rắn xetimin III.4.2 Thử nghiệm mẫu sơn tại hiện trường KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO Luận văn Thạc sỹ Khoa học 2010 4 Nguyễn Đức Anh Khoa học Kỹ thuật Vật liệu Phi kim LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan những kết quả thực nghiệm được trình bày trong luận văn là trung thực, do tôi và các cộng sự thực hiện.
- Các kết quả nêu trong luận văn chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác.
- Tác giả Nguyễn Đức Anh Luận văn Thạc sỹ Khoa học 2010 6 Nguyễn Đức Anh Khoa học Kỹ thuật Vật liệu Phi kim DANH MỤC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT STT Tên Viết tắt 1 Giao thông Vận tải GTVT 2 Khoa học KH 3 Công nghệ CN 4 Dietylen triamin DETA 5 Trietylen tetraamin TETA 6 Phenol-fomandehit PF 7 Hàm lượng nhóm epoxy HLE 8 Metylizobutylxeton MIBK 9 Metyletylxeton MEK 10 Di-Glyxidyl ete of Bis Phenol A DGEBA 11 Dioctyl Phtalat DOP Luận văn Thạc sỹ Khoa học 2010 7 Nguyễn Đức Anh Khoa học Kỹ thuật Vật liệu Phi kim DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ STT Hình vẽ Tên hình vẽ 1 Thị trường sử dụng nhựa epoxy của Mỹ năm 2000 2 Tỷ lệ sử dụng nhựa epoxy trong các loại sơn 3 Ảnh hưởng của xúc tác đến hiệu suất phản ứng tổng hợp xetimin 4 Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác HCl tới hiệu suất phản ứng tổng hợp xetimin 5 Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác tới hiệu suất tổng hợp xetimin sau 6h phản ứng 6 Ảnh hưởng của thời gian tới hiệu suất tổng hợp xetimin 7 Phổ hồng ngoại DETA 8 Phổ hồng ngoại xetimin 9 Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa : chất đóng rắn tới mức độ đóng rắn của tổ hợp 10 Ảnh hưởng của bản chất chất đóng rắn tới quá trình đóng rắn nhựa epoxy 11 Ảnh hưởng của độ ẩm tới quá trình đóng rắn nhựa epoxy 12 Độ bền của màng phủ nhựa epoxy trong các môi trường ăn mòn khác nhau 13 Các mẫu sơn epoxy sau khi tiến hành thử nghiệm mù muối 960h 14,15,16 Quá trình thi công màng sơn epoxy tại hiện trường Luận văn Thạc sỹ Khoa học 2010 8 Nguyễn Đức Anh Khoa học Kỹ thuật Vật liệu Phi kim DANH MỤC BẢNG BIỂU STT Bảng Tên bảng 1 Tóm tắt tính chất và ứng dụng của một số chất đóng rắn cho nhựa epoxy 2 Ảnh hưởng của bản chất xúc tác tới hiệu xuất xetimin 3 Thông số hóa lý của sản phẩm xetimin đã tổng hợp 4 Thông số hóa lý của xetimin biến tính 5 Tính chất cơ lý của màng phủ tổ hợp nhựa epoxy 828 với các chất đóng rắn sau 25 ngày 6 Thành phần các mẫu sơn epoxy 7 Tính chất vật lý của các mẫu sơn epoxy 8 Tính chất cơ lý của các màng sơn epoxy 9 Kết quả thử nghiệm mù muối của các mẫu sơn epoxy 10 Thử nghiệm sơn epoxy đóng rắn bằng xetimin Luận văn Thạc sỹ Khoa học 2010 9 Nguyễn Đức Anh Khoa học Kỹ thuật Vật liệu Phi kim MỞ ĐẦU Nhựa epoxy là một trong những loại nhựa quan trọng nhất để sản xuất sơn chống ăn mòn do chúng có một loạt tính chất hiếm và quý báu.
- Có độ nhớt thấp, đặc biệt khi kết hợp với chất pha loãng, chất hóa dẻo và chất đóng rắn.
- Có khả năng đóng rắn ở nhiệt độ phòng, thậm chí ở nhiệt độ thấp khi có mặt xúc tác.
- Độ co ngót trong quá trình đóng rắn thấp do đó đảm bảo ứng suất nội tại trong màng phủ nhỏ.
- Màng phủ epoxy có độ bám dính rất tốt lên các vật liệu khác nhau với độ bền cơ lý cao.
- Màng phủ epoxy đóng rắn ở nhiệt độ phòng có ý nghĩa rất to lớn trong công nghiệp.
- Để thực hiện đóng rắn nhựa epoxy ở nhiệt độ phòng thường sử dụng chất đóng rắn polyamin mạch thẳng và polyamit.
- Tuy nhiên, khi đóng rắn trong điều kiện độ ẩm cao, việc sử dụng chất đóng rắn trên không mang lại kết quả tốt do polyamin rất nhạy cảm với môi trường ẩm, đặc biệt khi có CO2, các nhóm amin bị chuyển hoá thành muối cacbamat amin không tan, làm màng sơn bị mờ đục và có độ bám dính kém trên bề mặt ẩm ướt Do đó việc chế tạo ra tổ hợp nhựa epoxy đóng rắn ở nhiệt độ phòng trong môi trường độ ẩm cao, đặc biệt ở nước ta – với khí hậu nhiệt đới nóng và ẩm – là việc làm hết sức cần thiết, cấp bách và có ý nghĩa thực tế to lớn.
- Xetimin là chất đóng rắn ẩn có khả năng đóng rắn trong môi trường ẩm cao, khắc phục được nhược điểm của polyamin, tuy nhiên vấn đề sản xuất chất đóng rắn xetimin tại Việt Nam chưa được Luận văn Thạc sỹ Khoa học 2010 10 Nguyễn Đức Anh Khoa học Kỹ thuật Vật liệu Phi kim nghiên cứu kỹ lưỡng và triển khai sản xuất nên không thể chủ động trong các tình huống cấp thiết.
- Chính vì vậy, đề tài của luận văn là “ Nghiên cứu tổng hợp chất tạo màng mới đóng rắn trong điều kiện độ ẩm cao phục vụ các công trình ngầm” nhằm giải quyết vấn đề cấp bách nêu trên.
- Luận văn Thạc sỹ Khoa học 2010 11 Nguyễn Đức Anh Khoa học Kỹ thuật Vật liệu Phi kim Chương 1 TỔNG QUAN I.1.
- NHỰA EPOXY Những công trình nghiên cứu đầu tiên về epoxy được biết đến từ những năm đầu của thế kỷ 20.
- Năm 1934, H.Schlack tổng hợp được các polyamin khối lượng phân tử cao bởi phản ứng của các amin với hợp chất epoxy có chứa hơn một nhóm epoxy.
- Đó là cơ sở cho công nghệ sản xuất nhựa epoxy.
- Năm 1938, Pierre Castan (Thụy Sĩ) tổng hợp được nhựa epoxy và đưa vào ứng dụng trong công nghiệp.
- Sản lượng nhựa epoxy sử dụng trên toàn thế giới đã tăng lên tới khoảng trên 1triệu tấn/năm trong những năm gần đây.
- Trong đó chiếm trên 90% là nhựa epoxy- dian.
- Các loại nhựa epoxy hiện nay đang được dùng phổ biến trên thế giới và đang phát triển ở nước ta.
- Nhựa epoxy thường sử dụng dưới dạng các vật liệu cách điện, bọc phủ, keo dán kết cấu, chất tạo màng trong sơn, vật liệu compozit… trong nhiều ngành kỹ thuật quan trọng như điện và điện tử, chế tạo máy, đóng tàu, chế tạo ôtô, công nghiệp hàng không vũ trụ… Nhựa epoxy sau khi đóng rắn có nhiều đặc tính tốt nổi bật như: khả năng bám dính tốt với nhiều loại vật liệu, bền hoá học, bền cơ học, bền nhiệt và cách điện cao.
- Tính chất của sản phẩm epoxy phụ thuộc vào việc sử dụng chất đóng rắn thích hợp, do đó việc lựa chọn chất đóng rắn cho nhựa epoxy cần phải giải quyết tuỳ theo từng trường hợp cụ thể.
- Tổng hợp nhựa epoxy: Nhựa epoxy-dian được tạo thành từ phản ứng ngưng tụ dị thể giữa epyclohydrin (EP) và diphenylol propan (bis phenol A) sử dụng xúc tác kiềm theo hai giai đoạn nối tiếp nhau, tạo ra các oligome có độ trùng hợp n = 2, 3, 4.
- Phương trình phản ứng tổng hợp nhựa epoxy-dian có dạng như sau : Luận văn Thạc sỹ Khoa học 2010 12 Nguyễn Đức Anh Khoa học Kỹ thuật Vật liệu Phi kim CH CH2OCH2ClHOCCH3CH3OHClCH2CHCH2OCCH3CH3OHOCH2CHCH2ClOHCH2CHOCH2ClCH2CHOCH2OCCH3CH3OCH CH2OCH2 HClNaOHNaOH Tuỳ thuộc tỷ lệ đương lượng giữa epiclohydrin và bis phenol, các điều kiện phản ứng như nhiệt độ, thời gian, nồng độ xúc tác kiềm, nhựa epoxy thu được có khối lượng phân tử khác nhau.
- Phân loại nhựa epoxy: Nhựa epoxy là các olygome, polyme trong phân tử có chứa ít nhất 2 nhóm epoxy.
- Phân loại theo đặc điểm cấu trúc phân tử nhựa epoxy chia làm 2 loại: epoxy thẳng và epoxy vòng.
- Nhựa epoxy thẳng chia làm 2 loại.
- Nhựa epoxy có nhóm epoxy ở đầu mạch, tổng hợp từ epyclohydrin và chất cho proton (glyxidyl.
- Nhựa epoxy có nhóm epoxy ở trong mạch, được tổng hợp bằng cách oxy hoá các hợp chất không no.
- Nhựa epoxy mạch vòng thu được bằng phản ứng oxy hoá nối đôi trong vòng.
- Luận văn Thạc sỹ Khoa học 2010 13 Nguyễn Đức Anh Khoa học Kỹ thuật Vật liệu Phi kim + Phân loại theo số lượng nhóm epoxy trong mạch có thể chia thành epoxy-dian và polyepoxy.
- Epoxy-dian là epoxy 2 chức, trong phân tử chỉ chứa 2 nhóm epoxy.
- Polyepoxy là nhựa epoxy đa chức, trong phân tử chứa nhiều hơn 2 nhóm epoxy.
- Ví dụ như nhựa epoxy novolac thường có chứa 2 đến 5 nhóm epoxy trong mạch .
- Các thông số quan trọng của nhựa epoxy.
- Hàm lượng nhóm epoxy (HLE.
- Trọng lượng nhóm epoxy có trong 100g nhựa.
- Quan hệ giữa các thông số: DLE= 100GTE HLE = 100.43DLE Khối lượng phân tử nhóm epoxy I.1.4.
- Trạng thái vật lý Nhựa epoxy khi chưa đóng rắn là loại nhựa nhiệt dẻo không màu hoặc có màu vàng sáng.
- tuỳ vào khối lượng phân tử mà có thể tồn tại ở các dạng : Lỏng : Khối lượng phân tử M nhỏ hơn 450 Đặc : khối lượng phân tử M từ 450 đến 800 Rắn : Khối lượng phân tử M lớn hơn 800 Luận văn Thạc sỹ Khoa học 2010 14 Nguyễn Đức Anh Khoa học Kỹ thuật Vật liệu Phi kim Nhựa epoxy tan tốt trong các dung môi hữu cơ như : xeton, hydrocacbon clo hoá, dioxan, axetat… nhưng không tan trong các hydrocacbon mạch thẳng (xăng, white spirit…) Là phân tử có cực nên nhựa epoxy có khả năng phối trộn tốt với các loại nhựa khác như phenol – fomandehyt, polyeste, polysunfit… Nhựa epoxy chuyển sang trạng thái không gian ba chiều sau khi tác dụng với các chất đóng rắn như : Polyamin mạch thẳng, polyamin thơm, polyamit, các anhydrit axit… Sau khi đóng rắn, nhựa epoxy có các đặc tính quý báu như khả năng bám dính tốt với nhiều loại vật liệu, bền hoá học, bền cơ học, khả năng cách điện tốt, bền nhiệt, ít co ngót I.1.5.
- Nhựa epoxy có hai nhóm chức hoạt động là nhóm epoxy và nhóm hydroxyl.
- Tuỳ khối lượng phân tử mà nhóm chức nào sẽ chiếm ưu thế.
- Nhựa epoxy có khối lượng phân tử thấp ( M3000) nhóm hydroxyl chiếm ưu thế.
- Đối với các tác nhân electrophil, phản ứng xảy ra khi có mặt xúc tác proton, nhóm hydroxyl hoạt động kém hơn nhóm epoxy nên phản ứng phải tiến hành trong điều kiện nhiệt độ cao hoặc có xúc tác.
- Phản ứng với tác nhân nucleophil trong môi trường axit hoặc kiềm.
- Tiến hành với các xúc tác axit hoặc kiềm, tạo ra các hợp chất dạng β-hydroxyl.
- Xúc tác axit : Xảy ra qua giai đoạn trung gian tạo ion oxoni, sau đó tiếp tục phản ứng theo 2 khả năng tạo ra hỗn hợp sản phẩm : CH CH2OHClCH CH2OHCl Luận văn Thạc sỹ Khoa học 2010 15 Nguyễn Đức Anh Khoa học Kỹ thuật Vật liệu Phi kim - Xúc tác bazơ : phản ứng xảy ra theo cơ chế thế SN2, tác nhân nucleophil ưu tiên tấn công vào vị trí nguyên tử cacbon ít bị cản trở không gian và thiếu điện tử hơn.
- Phản ứng với các hợp chất nitơ và photpho: Các amin bậc 3( R3N), photphin bậc 3 (R3P) là những tác nhân nucleophil có khả năng mở vòng epoxy.
- Phản ứng sắp xếp lại mạch phân tử : Nhóm epoxy có khả năng sắp xếp lại nội phân tử tạo ra các hợp chất cacbonyl hoặc anlyl ancol.
- Phản ứng này được khơi mào bởi các axit Lewis (các muối kim loại chuyển tiếp như ZnCl2, SnCl2, TiCl4…) hoặc các axit Bronsted (H2SO4, HCl, HF, HI…) [5,8,9].
- Ứng dụng của nhựa epoxy Nhựa epoxy có độ cứng, tuổi thọ, độ bền hoá học, cơ học cao, khả năng chịu nhiệt độ cao tốt hơn nhiều loại nhựa nhiệt rắn khác nên được ứng dụng trong các loại sơn, màng phủ chất lượng cao, keo dán, lót trong các loại bể chứa, tàu thuyền, làm bảng điện… [2,9,23] Nhựa Epoxy sử dụng trong thương mại thường được chia thành 2 loại chính là màng phủ bảo vệ và các lĩnh vực cấu trúc.
- Luận văn Thạc sỹ Khoa học 2010 16 Nguyễn Đức Anh Khoa học Kỹ thuật Vật liệu Phi kim Hình 1: Thị trường sử dụng nhựa epoxy của Mỹ năm 2000 Tại Mỹ nhựa epoxy được sử dụng nhiều nhất cho công nghiệp chế tạo màng phủ bảo vệ, sau đó là cho các loại compozit cấu trúc.
- Màng phủ Epoxy chủ yếu dựa trên DGEBA hoặc biến đổi DGEBA.
- Các màng chống ăn mòn và hóa chất nhận được bằng cách đóng rắn tại nhiệt độ môi trường hoặc là nhiệt độ cao.
- Trong khi đó tại châu Á, nhựa epoxy được sử dụng nhiều để sản xuất vật liệu cách điện như dây dẫn hay vỏ bọc.
- Màng phủ Epoxy là sự lựa chọn ưu thế cho mạ điện catot làm sơn lót ôtô, màng phủ bảo vệ tàu thủy và các công trình công nghiệp, và màng phủ bên trong các thùng chứa bằng kim loại.
- Màng phủ nhựa epoxy là cơ sở cho nhiều hệ sơn khác nhau, trong đó quan trọng nhất là sơn dung môi, chiếm 30% thị trường năm 2001, sơn nước 24%, sơn bột 42%.
- Ngoài ra còn đang phát triển hệ sơn mới đóng rắn nhờ phóng xạ.
- Luận văn Thạc sỹ Khoa học 2010 17 Nguyễn Đức Anh Khoa học Kỹ thuật Vật liệu Phi kim Hình 2 : Tỷ lệ sử dụng nhựa epoxy cho các hệ sơn.
- CHẤT ĐÓNG RẮN CHO NHỰA EPOXY Nhựa epoxy chỉ có thể sử dụng sau khi chuyển thành trạng thái không nóng chảy, không hoà tan trong các dung môi.
- Có nghĩa là đã hình thành các liên kết ngang giữa các mạch phân tử tạo mạng lưới không gian ba chiều dưới tác dụng với các tác nhân đóng rắn.
- Chất đóng rắn được đưa vào nhựa epoxy ở các điều kiện phản ứng nhất định làm thay đổi cấu trúc phân tử dẫn đến sự thay đổi các tính chất của vật liệu sau khi đóng rắn.
- Do đó, quá trình đóng rắn là một phương pháp để biến tính vật liệu epoxy.
- Việc lựa chọn chất đóng rắn tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng và công nghệ gia công .
- Chất đóng rắn nhựa epoxy có thể chia làm 2 loại: Chất đóng rắn khâu mạch và chất đóng rắn xúc tác.
- Chất đóng rắn xúc tác là chất có tác dụng xúc tác cho phản ứng trùng hợp nhóm epoxy, bao gồm có các amin bậc 3, các axit Lewis như BF3, PF5, và xúc tác phối trí.
- Chất đóng rắn khâu mạch tham gia trực tiếp vào hệ thống mạch đại phân tử, tạo các liên kết ngang.
- Là các hợp chất đa chức có khả năng phản ứng với nhóm epoxy,

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt