Đồ án Công Nghệ I

Từ đó kiến nghị lựa chọn loại vật liệu phù hợp, sử dụng các loại keo Epoxy có thể dán trên bề mặt có độ ẩm cao, dễ kiểm soát chất lượng (vì khí hậu Việt Nam thường có độ ẩm rất cao), keo có độ nhớt thấp. [13] + Theo bài báo “Người Việt chế tạo tàu ngầm” (tác giả Đình Sơn), kỹ sư Phan Bội Trân, người từng làm việc nhiều năm cho hãng Comex của Pháp (chuyên đóng tàu ngầm và các thiết bị lặn) và các hãng chế tạo composite ở Châu Âu. Năm 2006, ông trở về nước và chế tạo thành công tàu ngầm mini với toàn bộ phần vỏ làm bằng composite trên nền epoxy.[12] Nhờ phần vỏ bằng composite nên tàu nhẹ hơn, di chuyển nhanh hơn, đặc biệt không phản xạ tia điện từ; hơn nữa nền nhựa epoxy có khả năng bền nước rất tốt. [12]

doc32 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 29/04/2014 | Lượt xem: 2726 | Lượt tải: 7download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đồ án Công Nghệ I, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
MỤC LỤC TRANG MỤC LỤC 1 MỞ ĐẦU 3 Chương 1. LÝ THUYẾT TỔNG HỢP EPOXY 7 1.1. Tính chất chung của Epoxy 7 1.2. Nguyên liệu điều chế 8 1.2.1. Epiclohydrin 8 1.2.2. Diphenylol propan 9 1.3. Điều chế nhựa 10 1.3.1. Phản ứng tạo nhựa diepoxy 10 1.3.2. Phản ứng tạo nhựa polyepoxy 12 1.3.3. Sản phẩm epoxy hoá các hợp chất không no 14 1.4. Biến tính nhựa epoxy 14 1.4.1. Sử dụng axit béo của dầu thực vật 14 1.4.2. Đồng trùng hợp với hợp chất vinyl 15 1.5. Đóng rắn nhựa epoxy 16 1.5.1. Lý thuyết đóng rắn 16 1.5.2. Tác nhân đóng rắn axit 17 1.5.3. Tác nhân đóng rắn bazơ 19 Chương 2. QUY TRÌNH SẢN XUẤT EPOXY ED–5 22 2.1. Chuẩn bị nguyên liệu 22 2.2. Chuẩn bị thiết bị phản ứng 23 2.3. Ngưng tụ tạo nhựa 23 2.4. Chưng tách epiclohydrin 23 2.5. Rửa nhựa 23 2.6. Chưng tách nước 24 2.7. Lọc nhựa 24 2.8. Chưng tách toluen 24 2.9. Lọc sản phẩm 24 THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 25 Chương 3. ỨNG DỤNG 26 3.1. Tình hình chung 26 3.1.1. Sơn – Lớp phủ 26 3.1.2. Keo dán 27 3.1.3. Vật liệu cách điện 27 3.1.4. Ứng dụng trong xây dựng – Vật liệu composite 28 3.2. Tình hình ở Việt Nam 29 KẾT LUẬN 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 MỞ ĐẦU Ngày nay, cùng với nền khoa học hiện đại, công nghệLuận Văn - Đề Án - Tiểu Luận Công Nghệ hóa họcLuận Văn - Đề Án - Tiểu Luận Hóa Học không ngừng phát triển và chiếm vị trí quan trọng trong nhiều lĩnh vực. Khoa học nghiên cứu và sản xuất hợp chất cao phân tử là một trong những công nghệ điển hình, đặc trưng bởi tốc độ phát triển và phạm vi ứng dụng của chúng. Các ngành công nghiệp lớn như cao su, chất dẻo, sợi hóa học, màng, sơn và keo, vật liệu cách điệnLuận Văn - Đề Án - Tiểu Luận Điên Tử và giấy, v.v hoàn toàn có mặt các vật liệu cao phân tử hay Polymer. Có thể nói các vật liệu cao phân tử hầu như được sử dụng trong mọi ngành kinh tếLuận Văn - Đề Án - Tiểu Luận Kinh Tế quốc dân. Sản phẩm Polyme có những tính chất đặc biệt so với các vật liệu khác như tỷ trọng thấp, tính cách điện, cách nhiệtLuận Văn - Đề Án - Tiểu Luận Nhiệt Lạnh, cách âm cao, khả năng chống ăn mòn, dễ gia công, dễ tạo hình và nhuộm màu tốt, v.v… Tuy nhiên vẫn còn nhiều nhược điểm như độ bền nhiệt thấp, hệ số giãn nở nhiệt cao, dễ chảy và phân hủy theo thời gian, v.v. Khoa học công nghệ càng phát triển tương ứng với càng nhiều nghiên cứu mới Luận Văn - Đề Án - Tiểu Luận Đầu Tưcho thấy có thể khắc phục được những nhược điểm trên và tạo ra các sản phẩm có tính chất đặc biệt tốt hơn. Hiện nay hầu hết các nước phát triển và đang phát triển đều sử dụng phổ biến vật liệu Polymer, các nước công nghiệp hiện đại thường có những ứng dụng tiên tiến và hiện đại hơn rất nhiều trong lĩnh vực vũ trụ, hàng không, hàng hải, quân sự và dân dụng. Một trong những sản phẩm của công nghệ Polymer thường được quan tâm là epoxy. Epoxy là tên gọi chung cho tất cả các loại nhựa tổng hợp có chứa nhóm epoxy trong cấu trúc phân tử, chúng được xem như là monomer không có liên kết ngang hay oligomer có chứa nhóm epoxy. Nhựa epoxy là sản phẩm ngưng tụ của epiclohydrin với ancol đa chức hay phenol đa chức, nhựa có khối lượng phân tử rất cao, epoxy đóng rắn chứa rất ít hoặc không có nhóm epoxy. Ngày nay, thuật ngữ epoxy còn được dùng để chỉ một số dạng nhựa nhiệt dẻo chưa qua biến tính hoặc đóng rắn và cả nhựa nhiệt rắn. Theo các tài liệu, bản quyền đầu tiên cho việc tổng hợp epoxy đã xuất hiện từ những năm 90 của thế kỷ 19. Tuy nhiên, phải đến cuối những năm 1930, Pierre Castan (người Thụy Sĩ) và Sylvan Greenlee (người Mỹ) mới được công khai cấp bằng sáng chế khi tổng hợp thành công mẻ nhựa đầu tiên từ Bisphenol-A với epiclohydrin một cách đồng thời, độc lập. Sản phẩm này đặc trưng bởi các nhóm epoxide cuối mạch, chúng đước giới thiệu trên thị trường và đưa vào sản xuất thương mại vào năm 1947. [1] Epoxy đã phát triển rộng khắp như một hệ quả của Thế chiến II, trước đó chỉ sử dụng cho các mục đích quân sự. Sự linh động của epoxy mang lại năng suất sử dụng cao dưới tác động nhiệt độ hay môi trường ăn mòn. Nếu như so sánh với các dạng nhựa nhiệt rắn khác thì epoxy là một hệ thống cực kỳ phức tạp.[2] Một trong những ứng dụng lớn nhất của epoxy là lớp phủ, ngoài ra còn có các lĩnh vực khác như keo dán, composite, vật liệu cách điện. Những năm cuối 1940, hai hãng lớn của Mỹ là Shell Chemical Co. và Union Carbide Corp. bắt đầu nghiên cứu về epoxy trên cơ sở Bisphenol-A. Nhiều dạng epoxy mới đã được phát triển liên tục trong suốt 20 năm (từ 1950 đến 1970) với ít nhất 25 loại khác nhau khả dụng vào cuối thập niên 60. Chúng đều là các epoxy đa chức sử dụng cho các ứng dụng chịu nhiệt độ cao. [1] Năm 1960, nhựa epoxy đa chức được phát triển với nhiệt độ gia công cao hơn. Sau đó, CIBA Products Co. đã sản xuất và đưa vào thị trường nhựa epoxy-novolac từ o-cresol. Từ những năm 1970, đột phá của công nghiệp sơn phủ hệ nước trên cơ sở epoxy đã thiết lập vị trí thống lĩnh thị trường epoxy trên thế giới: sơn tĩnh điện cho sản xuất ô tô, sơn nội thất, lớp phủ bảo vệ trong công nghiệp. Vào thập niên 80 của thế kỷ 20, ngành công nghiệp điện tử ở Nhật đã sử dụng loại epoxy có độ tinh khiết cao để chế tạo các chi tiết phức tạp. Người ta luôn hướng đến việc tiếp tục thu nhỏ kích thước thiết bị trong công nghiệp máy tính, thiết bị điện tử và các thiết bị thông tin liên lạc hiện đại. Điều này đã dẫn đến sự ra đời và ứng dụng hệ thống epoxy hỗn hợp với hằng số điện môi thấp hơn (Dk), nhiệt độ hóa thủy tinh cao hơn (Tg), gia tăng nhiệt độ phân hủy nhiệt (Td). Từ 1990, các vật liệu chống bức xạ được phát triển từ epoxy–acrylate và các epoxy vòng béo. [5] Năm 1999, Công ty DOW Chemical đã giới thiệu một loại epoxy nhiệt dẻo mới, BLOX*, sử dụng cho các ứng dụng keo dán, lớp phủ, tấm chắn khí ở áp suất cao…[5] Dow Chemical Co. là nhà cung cấp nhựa epoxy và các sản phẩm nguyên liệu liên quan hàng đầu thế giới với hơn 10 nhà máy sản xuất trên toàn thế giới, khu vực Châu Á có các nhà máy ở Zhangjiagang, tỉnh Giang Tô (Trung Quốc); Gumi (Hàn Quốc) và Kinu Ura (Nhật Bản). Trung Quốc là thị trường phát triển sản phẩm nhựa epoxy nhanh nhất thế giới, cũng như các thị trường Châu Á khác, Trung Quốc đóng một vai trò quan trọng đối với Dow và các khách hàng. Để đảm bảo phát triển liên tục ở khu vực Châu Á, Dow dự định xây dựngLuận Văn - Đề Án - Tiểu Luận Xây Dựng nhà máy epoxy lỏng (LER) công suất 100.000 tấn/ năm và nhà máy epiclohydrin (ECH) 150.000 tấn/ năm ở Trung Quốc sử dụng công nghệ chuyển hóa glycerin, một công nghệ độc quyền của Dow. Glyxerin là sản phẩm tái sinh từLuận Văn - Đề Án - Tiểu Luận Sinh Học quá trình sản xuất nhiên liệu diesel sinh học. Công ty Cardolite (Mỹ) hiện đã giới thiệu sản phẩm sơn epoxy dựa trên các tác nhân đóng rắn phenalkamin. Chúng là những hợp chất thơm chứa nhóm amin và có mạch dài. [14] Ngoài việc cung cấp thời gian đóng rắn nhanh, các phenalkamin giúp cho sơn epoxy có khả năng đóng rắn ở nhiệt độ thấp (<400F hoặc 50C), chịu được độ ẩm tốt hơn, kháng hoá chất tốt và cải thiện tính mềm dẻo. Phenalkamin được sản xuất từ vỏ cây điều, là chất lỏng nhớt có màu nâu hoặc nâu đỏ. Royce International Corp. và Cardolite Corp. là hai hãng sản xuất phenalkamin lớn và chủ yếu trên thế giới hiện nay. [14] Ở Việt Nam trong vài năm qua, nhu cầu sử dụng sơn bột Epoxy cũng đã tăng lên rất mạnh trong các ngành công nghiệp sản xuất ô tô, xe máy để sơn các chi tiết máy, trong kết cấu xây dựng dân dụng và công nghiệp. Tuy nhiên, lượng sơn bột này trong nước chưa sản xuất được mà phải nhập khẩu. Thị trường sơn Việt Nam dần quen thuộc với nhiều thương hiệu nổi tiếng như Dupont, ICI, Jotun, Nippon phục vụ nhu cầu sử dụng epoxy trong nước. Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều nhà sản xuất và phân phối các loại sản phẩm Epoxy có uy tín tại thị trường Việt NamThư Viện Điện Tử Trực Tuyến Việt Nam như Dow, Epotec, Kuddo, KumHo. Quá trình và thiết bị dùng để sản xuất nhựa epoxy không quá phức tạp, tuy nhiên nguồn nguyên liệu sản xuất còn đắt và hiếm, do phải nhập khẩu từ nước ngoài, do vậy giá thành sản phẩm epoxy còn cao. Tuy vậy, nhiều lĩnh vực trong nước vẫn đòi hỏi các tính năng sử dụng của epoxy nên chúng vẫn được ứng dụng rất rộng rãi, ví dụ sửa chữa, dặm vá cấu trúc bê tông, sửa chữa các bề mặt chịu cường độ cao, không thấm nước, kháng hoá chất; dùng làm sơn phủ, keo dán (ứng dụng trong ngành hàng hải, hàng không thay cho hàn kim loại). Sự ra đời và hoạt động của cụm công nghiệp lọc hoá dầu Dung Quất có thể sẽ giải quyết phần nào vấn đề này, hy vọng sẽ có hướng đi mới cho việc sản xuất nhựa epoxy hoặc cung cấp nguyên liệu sản xuất ngay trong nước. Khi đó, sẽ có nhiều điều kiện sử dụng hơn, nhu cầu sử dụng được đáp ứng rộng hơn, giá thành sản phẩm hạ. Từ những lợi ích và hạn chế của nhựa epoxy đã nêu trên, em chọn đề tài TÌM HIỂU TỔNG QUAN VỀ NHỰA EPOXY ED-5 để có thể hiểu rõ phần nào quá trình sản xuất và ứng dụng của epoxy. Việc nắm bắt tính chất và đặc điểm của epoxy để cải thiện các nhược điểm của chúng nhằm tạo ra hiệu quả sử dụng tối ưu là điều rất cần thiết.Trích từ: Chương 1 LÝ THUYẾT TỔNG HỢP EPOXY 1.1. Tính chất chung của Epoxy Về phương diện hoá học, nhựa epoxy có thể chứa một hoặc nhiều nhóm epoxy ở vị trí cuối mạch hay lặp đi lặp lại trong cấu trúc phân tử. Nhựa epoxy có thể được chia làm 3 loại chính: +Diepoxy: chứa 2 nhóm epoxy ở 2 đầu mạch, điển hình như sản phẩm ngưng tụ của Bisphenol—A và epiclohydrin. +Polyepoxy: chứa nhiều nhóm epoxy trong cấu trúc mạch (≥3), ví dụ như sản phẩm điều chế từ nhựa phenol formandehyde đa tụ với epiclohydrin + Loại nhựa thu được từ phương pháp epoxy hoá các hợp chất không no, đây là phương pháp có giá trị lý thuyết lẫn thực tế. Nó cho phép biến đổi những polymer rẻ, dễ kiếm thành nhựa epoxy mang nhiều đặc tính kỹ thuật tốt. Trong 3 nhóm trên, thông dụng hơn cả là nhóm diepoxy với 2 sản phẩm điển hình ED-5 và ED-6. Chúng có quy trình sản xuất giống nhau, hai loại trên được phân biệt dựa trên các yêu cầu sản phẩm như hàm lượng chất bốc, độ nhớt, tỷ trọng, hàm lượng nhóm epoxy… Từ những điều kiện phản ứng khác nhau sẽ tạo ra sản phẩm nhựa khác nhau. Nhìn chung, các yêu cầu kỹ thuật của ED-6 cao hơn ED-5. Tuỳ thuộc vào khối lượng phân tử mà nhựa epoxy có thể là chất lỏng nhớt hay chất rắn (giòn) có nhiệt độ nóng chảy Tm thấp. Nhựa epoxy ngoài việc sử dụng một mình có thể được biến tính với nhiều nhựa khác như ure fomaldehyde, phenol fomaldehyde, polyamin, polyeste và đồng trùng hợp với vinylaxetat. Hầu hết các loại nhựa epoxy có ưu điểm là tính chất cơ lý cao sau khi đóng rắn, độ co ngót thấp, khả năng cách điện cao, bám dính tốt, chịu hoá chất. Tuy nhiên, tuỳ vào phương pháp điều chế và cấu tạo mà mỗi loại epoxy khác nhau mang các tính chất khác nhau. Nhựa epoxy chưa đóng rắn đi từ diphenylol propane là nhựa nhiệt dẻo, có màu từ vàng đến nâu, từ trạng thái lỏng nhớt đến rắn (giòn), hoà tan tốt trong keton, ete, MEK… Nhựa thấp phân tử tan được trong rượu và hydrocacbon thơm. Khối lượng phân tử càng cao thì hàm lượng nhóm epoxy càng thấp làm cho nhựa càng mềm dẻo và co dãn hơn. Đối với polyepoxy, số nhóm epoxy tỷ lệ với số nhóm hydroxyl trong nhựa phenol formaldehyde ban đầu, do đó khi khối lượng phân tử tăng thì hàm lượng nhóm epoxy cũng tăng, nhựa khi đóng rắn sẽ tạo mạng lưới không gian dày đặc nên cứng hơn. Để tăng độ co dãn cho nhựa người ta thêm vào cá chất hoá dẻo như polyamid, polysunfit… Nhựa epoxy ED-5 ở dạng lỏng, hàm lượng nhóm epoxy khoảng 19-20%, khối lượng phân tử trung bình 360-430, mức độ đa tụ từ 0,18-0,31; hàm lượng chất bốc không quá 2%. Thời gian đóng rắn với hexametylen diamin ở 120°C ≤ 10 phút. Độ nhớt ở 40°C xác định theo phương pháp thả bi rơi ≤ 4500Cp. 1.2. 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. 1.2.1. Epiclohydrin 1.2.1.1. Giới thiệu. - CTCT: hay - Tính chất: Epiclohydrin là chất lỏng, không màu, không tan trong nước, tan trong dung môi hữu cơ (benzen, toluen, xylen, acetone…), rất độc, có mùi nặng. [5] + Nhiệt độ sôi ts = 1150C + Khối lượng riêng ở 200C là 1,175 - 1,18 g/cm3. 1.2.1.2. Điều chế: Có 2 phương pháp chính để điều chế epiclohydrin. [7] - Từ glycerin 2 HClO - Từ propylen 1.2.2. Diphenylol propan [5], [7] 1.2.2.1. Giới thiệu: - Còn có tên gọi khác là 2,2-bis(phydroxy phenyl) propane, tên thương mại là Bisphenol-A (Dian). + CTCT + Tính chất: • Cấu trúc tinh thể màu trắng có thể gây bỏng da, không tan trong nước, tan trong dung môi hữu cơ. • Điểm chảy mp = 153°C • Khối lượng riêng 1,2g/cm³ • Áp suất bốc hơi 0,2 mmHg (ở 170°C) 1.2.2.2. 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. - Ngoài ra người ta còn 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 bisphenol-A thu được phải qua công đoạn tái chế phức tạp mới có thể sử dụng. 1.3. Điều chế nhựa epoxy + NaOH 100°C HCl (diepoxy) 1.3.1. Phản ứng tạo nhựa diepoxy. [4] 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. - Như vậy, nhựa epoxy là một hỗn hợp đồng đẳng polymer, khối lượng phân tử của từng thành phần trong phân tử là: M = 57 M = 283 M = 284 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 quá trình phản ứng, người ta có thể thêm vào các đồng dung môi (như etanol, acétone,…) để việc tách nước được dễ dàng hơn và giới hạn các sản phẩm phụ không mong muốn làm giảm nhóm epoxy và ảnh hưởng tính chất sản phẩm. [5] Các phản ứng phụ có thể xảy ra. [5],[6] + Thủy phân epiclohydrin thành glycerin +Thủy phân nhóm epoxy cuối mạch + Trùng hợp nhóm epoxy với nhóm hydroxyl gây gel hóa: + 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) 1.3.2. 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. + Sản phẩm này sau khi đóng rắn sẽ có tính kháng nhiệt tốt hơn, tổn hao điện môi 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 C H 2 - C H - C H 2 – O O C H 2 n O – C H 2 - C H - C H 2 O - 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: + 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. 1.3.3. Sản phẩm epoxy hoá các hợp chất không no - Sử dụng các peraxit hữu cơ như peracetic, perbenzoic để epoxy hoá + 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 không no, sau đó dùng kiềm khử HCl để tạo vòng epoxy. H2O ðNhựa epoxy nguyên chất không có tính chất gì đặc biệt, hơn nữa không 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 quý, đặc biệt là tính kết dính. [4] 1.4. Biến tính nhựa epoxy. [6],[7] 1.4.1. Sử dụng axit béo của dầu thực vật - Thực chất là phản ứng este hóa epoxy H2O + Đồng thời este hóa cả nhóm hydroxyl của nhựa ban đầu H2O + Trong công nghiệp thường tiến hành este hóa ở nhiệt độ 220-260°C, phản ứng sử dụng xúc tác, Dung dịch nhựa thường bị đục khi bảo quản. - Axit béo được lấy từ dầu lanh, dầu trẩu, dầu thầu dầu và được khử nước, axit béo có số nối đôi càng nhiều thì quá trình este hóa diễn ra càng nhanh. 1.4.2. Đồng trùng hợp với hợp chất vinyl - Có thể dùng vinyl clorua, vinyl acetate, este của axit acrylic và meta acrylat, hoặc epoxy đồng trùng hợp với acrylonitryl xt peroxit xt Peroxit * Ngoài ra, người ta còn biến tính epoxy bằng cách đồng trùng hợp với styren, cao su butadien nitryl, phối trộn với chất hóa dẻo như polyamid, đa tụ với hợp chất silic hữu cơ. 1.5. Đóng rắn nhựa epoxy 1.5.1. Lý thuyết đóng rắn - Nhựa epoxy không thể chuyển sang trạng thái không nóng chảy, không hòa tan nếu như không có mặt tác nhân đóng rắn, trong công nghiệp sản xuất và sử dụng epoxy, các thuật ngữ chất làm cứng, chất hoạt hoá hay chất xúc tác đều là những ứng dụng khác nhau của tác nhân đóng rắn. [1] - Sự chuyển đổi của epoxy từ trạng thái nhựa dẻo sang nhựa nhiệt rắn cứng, bền chắc có thể xảy ra thông qua các quá trình đóng rắn đa dạng và phức tạp. Đối với epoxy thương mại, sự mở rộng hơn về thành phần hoá học của nhựa dẫn đến sự phất triển tương đương của nguyên liệu phản ứng hay xúc tác sử dụng với nó. Sự đóng rắn thường do phản ứng cộng mở vòng hình thành nên mạng lưới liên kết ngang. [2] - Trong quá trình đóng rắn, ta có thể sử dụng cả nhóm epoxy cuối mạch hay các hydroxyl bậc 2 trên mạch chính để tạo liên kết ngang, sự đóng rắn nhựa có thể trải qua 3 phản ứng chủ yếu sau: [3] + Các nhóm epoxy sắp xếp lại và định hướng các liên kết giữa chúng với nhau + Các hydroxyl của aromatic/aliphatic liên kết với các nhóm epoxy +Tác nhân đóng rắn hình thành liên kết ngang với các gốc trong mạch đại phân tử.[3] - Nhựa epoxy và tác nhân đóng rắn được kết hợp với nhau theo một tỷ lệ nhất định, đây là yếu tố quan trọng vì nó đảm bảo cho phản ứng xảy ra hoàn toàn. Nếu tỷ lệ không đúng thì nhựa chưa phản ứng hết hoặc chất đóng rắn còn dư. Để đảm bảo tỷ lệ phối trộn chính xác, nhà sản xuất thường công thức hoá các thành phần và đưa ra một tỷ lệ trộn đơn giản bằng cách đo khối lượng hay thể tích của của chúng. [11] - Ví dụ về tính toán tỷ lệ đơn giản cho một hệ đóng rắn epoxy. [1] • Nhựa DGEBA (diglycidyl ete of Bisphenol-A) • Amin curative: Trietylen tetramine (TETA) • Khối lượng phân tử amin là 146 + Có 6 hydro của amin có chức năng phản ứng với 1 nhóm epoxy, vì vậy tương đương 24,3(g) TETA sử dụng cho mỗi đương lượng epoxy. + Nếu DGEBA có khối lượng phân tử 190 thì 24,3(g) TETA cho mỗi 190(g) DGEBA ó 12,8% khối lượng TETA so với DGEBA. [1] - Khuyết điểm lớn nhất của nhựa epoxy là yêu cầu thời gian đóng rắn dài. [3] (Ωcm.10-10) (°C) Lượng chất đóng rắn (%nhựa) - Thực nghiệm đã xác định chính xác tỷ lệ hợp lý của hệ đóng rắn nhựa có những đặc tính tối ưu. Lượng TETA tối ưu khoảng 12,5% nhựa, gần đúng với số liệu tính toán trên lý thuyết. Tuy nhiên, không hiếm gặp trường hợp có mức chênh lệch từ 80-110% so với lý thuyết. [1] Biểu đồ: Ảnh hưởng của nồng độ DETA và TETA đến chênh lệch nhiệt độ của DGEBA (Nguồn Handbook of Epoxy Resin, Lee and Neville, 1967) [1] - Tác nhân đóng rắn epoxy được chia thành 2 nhóm chính: [1] + Nhóm axit + Nhóm bazơ 1.5.2. Tác nhân đóng rắn axit [1] 1.5.2.1. Axit Lewis - Chứa các orbital trống ở vỏ ngoài nguyên tử, chúng là các hợp chất halogen kim loại như ZnCl2, AlCl3, FeCl3 hoặc chứa BF3 (ví dụ BF3-etylamin, BF3-etherate) -Axit triflic và các muối của nó đã và đang được dùng làm xúc tác cho lớp phủ, dietylamoni triflat có thể dùng chung với polyol, phenolic cho hiệu quả đóng rắn tốt hơn. 1.5.2.2. Phenol - Phenol hiếm khi được sử dụng làm tác nhân đóng rắn đơn lẻ, thực ra chúng đóng vai trò nhiều hơn trong việc đẩy nhanh tốc độ đóng rắn cho các tác nhân đóng rắn chính 1.5.2.3. Axit hữu cơ - Tương tự như phenol, các axit hữu cơ cũng đóng vai trò đồng xúc tác. Nhiệt độ ảnh hưởng không nhỏ đến tiến trình phản ứng, nếu nhiệt độ thấp sẽ tạo sản phẩm dạng ete, nhiệt độ cao sẽ tạo este. Xét về yếu tố không gian, vị trí vòng oxirane hay nhóm carboxyl cũng có tác động đến sản phẩm. - Axit hữu cơ thường được sử dụng là: axit béo dime hoá/trime hoá; phtalic; axit oxalic, maleic; polyeste với carboxy cuối mạch. 1.5.2.4. Các anhydric cyclic H2O - Sự mở vòng xảy ra do các hydro linh động của nhóm hydroxyl, nước hay bazơ Lewis - Các anhydric là tác nhân đóng rắn lớn thứ hai cho epoxy, Đặc biệt phù hợp trong lĩnh vực vật liệu cách điện. Anhydric dạng lỏng dễ dàng hoà tan trong nhựa, anhydric rắn cần gia nhiệt và tỷ lệ phối trộn thích hợp. - Các anhydric thường gặp sử dụng cho đóng rắn epoxy: + Phtalic anhydric: giá cả rẻ, hiệu suất sử dụng lớn. Nó thường dùng trong các tấm laminat, sản phẩm đúc, lớp phủ. + Hexahydro phtalic anhydric: + Dodecenylsuccinic anhydric: + Pyromellitic dianhydric: + Trimellitic anhydric: + Benzophenol tetracarboxylic anhydric 1.5.3. Tác nhân đóng rắn bazơ. [1] 1.5.3.1. Bazơ Lewis + – - Chứa một electron độc thân bên ngoài orbital, các dạng chính của bazơ Lewis sử dụng cho epoxy là các amin bậc 3, chúng xúc tác cho epoxy khi có mặt nhóm hydroxyl trong phân tử. + Amin bậc 3 đóng vai trò đồng xúc tác, xúc tiến cho các tác nhân đóng rắn như anhydric axit và amin thơm. Lượng sử dụng thường không quá 1,5%nhựa. - Muối amin bậc 3 giúp cải thiện tính kháng ẩm, dán kim loại tốt, kháng hoá chất, tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng sẽ làm giảm các tính chất này. 1.5.3.2. Amin béo - Các amin béo bậc 1 - Các amin béo bậc 2 Amin béo là nhóm tác nhân đóng rắn epoxy lớn nhất, nó được sử dụng với vai trò chất pha loãng, điều chỉnh hay hoạt hoá quá trình, amin béo là chất hoạt động bề mặt, đặc trưng bởi thời gian sống ngắn, toả nhiệt cao, có tính độc nên có thể gây ra các triệu chứng hô hấp. 1.5.3.3. Các phức amin - Việc thêm vào các phức amin sẽ làm giảm độ bay hơi, tăng tỷ lệ phối trộn, thay đổi tốc độ phản ứng. Dạng phức cổ điển nhất là sản phẩm của DETA và DGEBA, nó tạo nên thời gian đóng rắn ngắn bởi nó phản ứng cục bộ với các hydroxyl. 1.5.3.4. Polyamin. [4] - Thường dùng dietylen triamin, hexaetylen triamin, phenylen diamin… Phản ứng không chỉ làm tăng độ dài mạch mà còn gây ra sự khâu mạch. * Ngoài hai tác nhân đóng rắn axit và bazơ, người ta còn sử dụng các hợp chất khác chứa hydro như polyamit, phenol formaldehyde, các chất chứa nhóm -OH, -COOH, -NH2… - Cả nhựa epoxy lỏng và tác nhân đóng rắn đều có độ nhớt thấp nên thuận lợi cho quá trình gia công, epoxy đóng rắn dễ dàng ở nhiệt độ phòng hoặc trong khoảng 5-150°C tuỳ vào điều kiện và chất đóng rắn sử dụng. [11] - Nhựa epoxy cũng như hầu hết các hợp chất cao phân tử khác thường kém bền với thời tiết (lão hoá sớm), nguyên do epoxy vốn không bền với tia UV, nó khiến sản phẩm bị hoá phấn hoặc ngả vàng, rạn nứt. Hơn nữa epoxy có tính dòn, độ cứng cao nhưng kém đàn hồi nên chịu dãn nở nhiệt kém. Tuy nhiên, ta vẫn hay gặp nhiều loại vật liệu cao phân tử dùng rất tốt ngoài trời, bởi chúng được thêm vào các phụ gia cao cấp. Đối với epoxy cũng vậy, muốn dùng được cho cấu kiện ngoài trời thì phải tạo được 2 yếu tố: cải thiện khả năng chịu tia UV và độ đàn hồi tốt, bền lâu. [9] Chương 2 QUY TRÌNH SẢN XUẤT EPOXY ED-5 2.1. Chuẩn bị nguyên liệu. [6] - Nguyên liệu thường dùng là epiclohydrin và bisphenol-A, xúc tác NaOH. Bằng thực nghiệm, người ta đưa ra đơn phối liệu như sau Nồng độ % Tỷ lệ mol Tỷ lệ phần khối lượng 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. Quá trình sản xuất còn sử dụng toluen làm dung môi hoà 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: • Không chứa cặn trong dung dịch • Tỷ trọng ở 20°C là 0,85-0,86 g/cm³ • Nhiệt độ sôi 109-111,2°C 2.2. Chuẩn bị thiết bị phản ứng. [6] - 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. 2.3. 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 quá 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. 2.4. 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 không phản ứng. Quá 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 không thấy epiclohydrin nhỏ giọt nữa thì quá trình kết thúc. 2.5. 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 không thể hoà 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 toán 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 còn sục khí CO2 vào dung dịch nhựa để trung hoà NaOH dư. 2.6. Chưng tách nước. - Tiến hành sau khi rửa nhựa, chưng ở nhiệt độ 75-85°C và áp suất chân không 600-650mmHg. Hỗn hợp đẳng phí nước-toluen bốc lên được làm lạnh sẽ phân lớp, tách nước ra và thu toluen. 2.7. 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. 2.8. 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. 2.9. 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. THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ - Epiclohydrin trong thùng chứa (3) được cho vào thiết bị phản ứng (7). Bisphenol-A chứa trong thùng (1), mở van chân không để hút bisphenol-A vào nồi (7). Sau khi bisphenol-A vào hết thì bật cánh khuấy với tốc độ 300 vòng/phút đến khi tạo huyền phù đồng nhất, đồng thời gia nhiệt hỗn hợp phản ứng đến 60-65°C, sau đó bơm 65% lượng NaOH từ thùng chứa (4) vào, duy trì nhiệt độ trong 1 giờ. Cho tiếp 22% lượng NaOH vào, gia nhiệt đến 65-70°C. Phản ứng xảy ra mãnh liệt. Sau 2 giờ, rót 13% NaOH còn lại vào nồi, duy trì 45 phút ở khoảng nhiệt độ 70-75°C. Kết thúc thời gian thu được hỗn hợp nhựa. Trong suốt quá trình đa tụ, hỗn hợp đẳng phí epiclohydrin-nước bay hơi sẽ ngưng tụ ở thiết bị ngưng tụ (8), dịch ngưng vào thiết bị phân tầng (9), nước được tách ra và epiclohydrin hồi lưu về thiết bị phản ứng (7). Khi phản ứng đa tụ kết thúc, cho nước lạnh vào vỏ áo thiết bị phản ứng, làm lạnh hỗn hợp xuống 35-40°C và chưng cất epiclohydrin dư. Sau khi tách epiclohydrin, thực hiện rửa nhựa để tách NaCl và NaOH, khi rửa nhựa lần 1, nước rửa chứa trong thùng (5) và toluen chứa trong thùng (2) được bơm vào nồi (7), khuấy trong 30 phút, để lắng và tách lớp nước ra. Rửa lần 2, bơm CO2 thêm vào để trung hoà NaOH dư. Sau khi rửa, tháo nhựa ra cho qua thiết bị lọc (11) và cho vào thùng chứa (12). Bơm răng khía (13) sẽ chuyển nhựa vào thiết bị sấy toluen (14). Cho hơi nước vào đun nóng hỗn hợp đến 115-125°C, hơi toluen ngưng tụ ở thiết bị (15), hỗn hợp toluen-nước sẽ phân lớp ở thiết bị phân tách toluen (16), tách riêng để thu toluen. Nhựa đã tách toluen được cho qua thiết bị lọc (11) và cho vào thùng chứa sản phẩm (17). Từ đó mang đi đóng gói và lưu kho. Chương 3 ỨNG DỤNG 3.1. Tình hình chung [1] - Epoxy được ứng dụng trong 5 lĩnh vực chính: sơn phủ, keo dán, composite, vật liệu cách điện, lĩnh vực xây dựng. 3.1.1. Sơn - Lớp phủ: - Tổng lượng epoxy bán ra thị trường trên toàn thế giới năm 1994 vào khoảng 200 triệu tấn, trong đó, hơn nửa số lượng sử dụng làm sơn, lớp phủ [1] - Đối với ứng dụng lớp phủ, người ta thường sử dụng hai dòng sản phẩm: epoxy gốc nước và epoxy gốc dung môi, tuỳ vào nguồn gốc sản xuất hay thành phần hoá học mà mỗi sản phẩm có đặc điểm khác nhau. Nhưng nhìn chung, chúng đều mang các tính chất: chịu va đập, chịu mào mòn, chịu uốn, nén, không sinh bụi và chống bám bụi, dễ vệ sinh. Do đó, hệ thống phủ nay hoạt động khá tốt trong môi trường làm việc yêu cầu vệ sinh cao và chịu cường độ như nhà xưởng công nghiệp, nhà máy sản xuất-lắp ráp ô tô, nhà máy hoá chất, dược phẩm, thực phẩm, bệnh viện. [10] - Hạn chế của việc kiểm soát ô nhiễm môi trườngđã thúc đẩy sự phát triển của các hệ thống sơn nước, sơn rắn hay sơn không dùng dung môi. Khi đó, nhựa epoxy gốc và chất đóng rắn được phối trộn thành sơn dạng bột và sử dụng bằng cách phun hoặc áp dụng kỹ thuật tầng sôi, điều này đã được chú trọng phát triển bởi 2 yếu tố thân thiện với môi trường: về cơ bản không có khí thải khi gia nhiệt đóng rắn và bột sơn được thu hồi khá dễ dàng để tái chế. Những loại sơn mới như vậy hoàn toàn thích ứng với các công nghệ phun sơn mới, kỹ thuật đóng rắn cũng phát triển theo nhanh chóng, điển hình như phương pháp đóng rắn sử dụng năng lượng bức xạ tử ngoại. [1] - Với tính kết dính và khả năng kháng nước tuyệt vời, epoxy rất lý tưởng để sử dụng trong ngành đóng tàu, hàng hải, dùng làm lớp lót chính cho tàu chất lượng cao hoặc phủ bên ngoài vỏ tàu (gel-coat) thay cho polyeste dễ bị thuỷ phân. Do epoxy khi đóng rắn không có nhóm este nên kháng nước tôt, hơn nữa, do chứa 2 vòng thơm ở vị trí trung tâm nên nhựa epoxy chịu ứng suất cơ và nhiệt cao hơn.[11] 3.1.2. Keo dán. [1] - Theo một thống kê, năm 1980 đã sản xuất được 8 triệu tấn sản phẩm keo epoxy, lượng sản phẩm tăng lên 18 triệu tấn năm 1994. Nhờ khả năng đóng rắn không bay hơi, độ co ngót rất thấp, độ bền kéo cực kỳ tốt làm cho epoxy trở thành loại keo dán hàng đầu, nó được sử dụng nhiều nhất trong các chi tiết máy bay.[1] + Năm 1978, quân đội Hoa Kỳ đã tiến hành một chuyên đề nhằm xác định rằng keo epoxy có thay thế được kỹ thuật tán đinh truyền thống hay không trong việc lắp ráp máy bay. Toàn bộ cấu trúc thân máy bay với kích thước 5,5x13m được gắn kết băng keo epoxy với độ bám dính cực đại đã trải qua khâu kiểm tra hoàn hảo. Từ đó, chương trình được phê chuẩn cho công nghệ thiết kế máy bay mới với việc dùng nhiều keo dán hơn trong các cấu trúc cơ bản. [1] Trong công nghiệp tự động hoá, một vài hệ số kỹ thuật được nâng cao khi thay thế phương pháp hàn, tán đinh bằng liên kết keo. Các chi tiết sử dụng keo trên xe hơi, xe tải hay xe buýt giảm được tiếng ồn và loại trừ được những chất liệu độc hại nếu dùng kỹ thuật hàn ( như chì). Kỹ thuật dán keo hoàn toàn đáp ứng được các hỏng hóc, yêu cầu an toàn và giảm trọng lượng nên tăng được hiệu quả sử dụng nhiên liệu. [1] 3.1.3. Vật liệu cách điện. [1] - Với điện trở suất cao, hệ số tổn thất tương đối thấp, cho phép mở rộng phạm vi sử dụng của epoxy trong công nghiệp điện, điện tử. Epoxy dùng phủ và mạ cho điện trở, bộ ngắt mạch, cuộn cảm… Ở Châu Âu, chất liệu epoxy thậm chí còn vượt trội chất liệu sứ trong các máy biến áp cỡ lớn, bộ chuyển mạch và tấm cách điện cao áp.[1] - Tại Mỹ, epoxy được dùng làm vật liệu cách điện sử dụng trong thanh cái thay cho vật liệu Mylar (thương hiệu của Dupont Corp, – bản chất polyester). Đặc tính của sản phẩm Epoxy Class B là độ bền cách điện rất cao (điện áp lên tới 11kV), được kết dính với thanh cái thông qua quá trình nhúng nóng. Công nghệ sản xuất thanh cái này chỉ mới xuất hiện ở các nước tiên tiến, nhưng triển vọng phát triển là rất lớn. Người ta tiến hành các thử nghiệm trên thanh cái Epoxy, đem so sánh với vật liệu Mylar như sau: + Test lão hoá (thời gian sống) với điều kiện 900VAC, 160C, 1200 giờ (10 tuần, mỗi tuần 120 giờ liên tục). Điều kiện tương đương với thanh cái hoạt động liên tục 50 năm tại điện áp bình thường (toàn tải, nhiệt độ môi trường tối đa) PVC chịu được 72 giờ (~ 3 năm) Mylar chịu được 540 giờ (~ 22,5 năm) Epoxy chịu được 1200 giờ (~ 50 năm) + Khả năng chịu nước: Ngâm thanh cái Epoxy 1000 giờ trong nước, lấy ra, test khả năng cách điện và chịu điện áp cao, vẫn hoạt động tốt, đối với hệ Mylar không có tính năng này. + Test chịu va đập: PVC 30 (pound/inch²) Mylar 40 (pound/inch²) Epoxy 150 (pound/inch²) (Nguồn: Dựa trên tài liệu tổng hợp từ tài liệu của các hãng sản xuất: GE Spectra – Technical data, SIEMENS Sentron USA, Epoxy technical sheet – HENKEL). 3.1.4. Ứng dụng trong xây dựng - Vật liệu composite - Ngành xây dựng sử dụng nhiều ứng dụng epoxy: keo dán, composite, lớp phủ và đặc biệt là kết cấu đúc dùng cho những vị trí chịu cường độ cao, ứng suất lớn. + Đúc chuyển nhựa là phương pháp hữu dụng để đúc epoxy dạng lỏng. Một số sản phẩm đặc trưng của phương pháp này như cánh quạt helit, cánh quạt công nghiệp, thanh dầm đỡ.[1] + Sản phẩm đúc và các chất bao phủ epoxy đã được phát triển dựa trên khái niệm hệ thống phân tán đồng thời. Ví dụ hệ thống dựa trên cơ sở epoxy và poly (n-butylacrylate). Ưu điểm lớn nhất của phương pháp này là sản phẩm đúc cải thiện được khả năng chống nứt.[1] Ứng dụng tiêu biểu cho kết cấu đúc này như giá đỡ cho khớp quay của giàn khoan thăm dò dầu khí, bơm chịu axit, vỏ bọc cho tàu biển,…[1] - Nhờ đặc tính đàn nhớt cao, epoxy có thể kết hợp với nhiều loại sợi, từ sợi thiên nhiên đến sợi tổng hợp, đôi khi cũng có thể gặp epoxy kết hợp với trấu, bột gỗ, rơm rạ… - Trong xây dựng hạ tầng, ngoài việc sử dụng keo dán, lớp phủ, người ta còn dung composite epoxy với cùng mục đích bảo vệ và tạo mặt bằng chịu cường độ, hoá chất. Ví dụ sàn epoxy – sợi thuỷ tinh dùng trong bể bơi, nhà máy hoá chất, xưởng giấy, bể chứa nước thải. Sử dụng epoxy loại không dung môi, mặt nền tạo ra có độ căng giãn cao, chịu nến, chịu va đập, chịu nước rất tốt và có thể ngâm nước trong thời gian dài. - Composite epoxy cao cấp được dùng nhiều trong các phương tiện giao thông.[8] + Các bộ phận bằng composite epoxy – sợi carbon trong thân máy bay AV–8B. + Composite sợi thuỷ tinh–epoxy gia công thành thân tàu đánh cá, guông quay trong thiết bị xử lý nước thải. + Composite sợi Kevlar/epoxy làm các bộ phận của xe trượt tuyết, mái chèo cho thuyền đua.[8] 3.2. Tình hình ở Việt Nam. - Ở Việt Nam, cùng với sự phát triển của Công nghiệp hoá – Hiện đại hoá, nhiều lĩnh vực trong công nghiệp – xây dựng – đời sống cũng phát triển theo hướng mở rộng hơn, theo đó, nhu cầu sử dụng các sản phẩm epoxy nói riêng và polymer nói chung luôn không ngừng lớn mạnh. Đối với sản phẩm từ epoxy, quy mô và nhu cầu sử dụng ở Việt Nam càng ngày càng nhiều hơn. - Sản phẩm từ epoxy có thể gặp ở rất nhiều lĩnh vực của xã hội, chúng được dùng làm sơn dân dụng, sơn công nghiệp, lớp bọc công nghiệp, phủ nền, sản phẩm đúc, vật liệu xây dựng, vv… Một số ví dụ thực tế như sau: + Sàn công nghiệp nền epoxy tại Nhà máy nhiệt điện Uông Bí – Quảng Ninh, Nhà máy Dược Nam Hà – Nam Định, Chi nhánh Công ty TNHH Siemens – Bình Dương, Nhà máy thực phẩm Orion Vina; nền phủ epoxy tại Bệnh viện Nhi Đồng 2 theo Dự án vì Cộng Đồng… + Công trình cầu đầu tiên tại Việt Nam được tăng cường khả năng chịu lực sử dụng sợi carbon (dạng tấm)/keo epoxy là cầu Trần Thị Lý (TP. Đà Nẵng). Sau đó phương pháp này còn được áp dụng cho cầu Lồi – Nghệ An (sử dụng sợi thuỷ tinh), cầu Ô Sông – Quãng Ngãi; cầu Văn Thánh, cầu Trà Nóc – TP.HCM. Các loại sợi gia cường và keo epoxy không khó tìm và rất nhiều hãng có khả năng cung cấp tại Việt Nam với giá cả cạnh tranh. Tuy nhiên, các keo epoxy sử dụng tại Việt Nam hầu hết có độ nhớt cao, khó đồng nhất và phụ thuộc trình độ thao tác của công nhân, keo yêu cầu độ ẩm bề mặt bê tông phải thấp.[13] Ví dụ: keo Epoxy của hãng Sika yêu cầu độ ẩm ≤ 4%, hãng Fischer yêu cầu ≤ 10%. Từ đó kiến nghị lựa chọn loại vật liệu phù hợp, sử dụng các loại keo Epoxy có thể dán trên bề mặt có độ ẩm cao, dễ kiểm soát chất lượng (vì khí hậu Việt Nam thường có độ ẩm rất cao), keo có độ nhớt thấp. [13] + Theo bài báo “Người Việt chế tạo tàu ngầm” (tác giả Đình Sơn), kỹ sư Phan Bội Trân, người từng làm việc nhiều năm cho hãng Comex của Pháp (chuyên đóng tàu ngầm và các thiết bị lặn) và các hãng chế tạo composite ở Châu Âu. Năm 2006, ông trở về nước và chế tạo thành công tàu ngầm mini với toàn bộ phần vỏ làm bằng composite trên nền epoxy.[12] Nhờ phần vỏ bằng composite nên tàu nhẹ hơn, di chuyển nhanh hơn, đặc biệt không phản xạ tia điện từ; hơn nữa nền nhựa epoxy có khả năng bền nước rất tốt. [12] - Qua một vài ví dụ tiêu biểu trên, có thể thấy quy mô sử dụng epoxy là không nhỏ, hầu hết các sản phẩm epoxy đều là hàng ngoại nhập, do trong nước chưa hề có cơ sở sản xuất epoxy nào theo quy mô công nghiệp, sản phẩm nhập ngoại từ các hãng sản xuất lớn trên thế giới như 4Oranges, ALEX, DULUX, JOTUN… và các quốc gia Hoa Kỳ, Ý, Trung Quốc, Thái Lan… - Cùng với sự phát triển của quy mô và nhu cầu sử dụng là sự ra đời ngày càng nhiều của các đơn vị phân phối sản phẩm và thi công công trình epoxy, ví dụ Công ty TNHH Asia Paint Việt Nam, Công ty TNHH Epoxy Á Đông, Công ty Cổ Phần Sơn Tổng hợp Hà Nội SMI, Công ty Cổ Phần Dinh Việt JSC – TP.HCM… Các đơn vị này chịu trách nhiệm nhập khẩu, phân phối và thi công rất nhiều sản phẩm và công trình epoxy, họ có thể nhập khẩu thành phẩm để sử dụng ngay hoặc mua về bán thành phẩm, sau đó phối trộn theo đơn của nhà sản xuất hoặc tuỳ theo điều kiện sử dụng mà pha chế, phối trộn composite với các vật liệu và tỷ lệ khác nhau. KẾT LUẬN Trên đây là toàn bộ nội dung phần thuyết minh Đồ án Công nghệ I em đã thực hiện trong thời gian qua. Trong quá trình tra cứu, tìm hiểu và thu thập tài liệu để thực hiện đồ án, em đã hiểu được một số kiến thức cơ bản về nhựa Epoxy nói chung, nắm được các tính chất và ứng dụng rộng rãi của epoxy. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều nhầm lẫn và sai sót do hiểu biết hạn chế trong việc tổng hợp tài liệu tham khảo. Em xin cảm ơn sự hướng dẫn từ cô Đoàn Thị Thu Loan đã giúp em sửa chữa nhiều chi tiết sai sót, từ đó nhận biết đúng nhiều kiến thức về nhựa epoxy, tạo điều kiện nghiên cứu sâu hơn về loại sản phẩm này. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Sydney H.Goodman, Handbook of Thermoset Plastics (2nd Edition), Raytheon Systems Co., El Segundo, California. [2]. Ken L.Forsdyke and Trevor F.Starr, Thermoset Resin (2002), Rapra Technology Limited, UK. [3]. M.Sc. Doan, Thi Thu Loan, Investigation on jute fibres and their composites based on polypropylene and epoxy matrices (2006). [4]. PGS.TS Thái Doãn Tĩnh, Hoá học các hợp chất cao phân tử, NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội. [5]. Phan Thế Anh, Giáo trình Kỹ thuật sản xuất nhựa (2012), Khoa Hóa, Đại học Bách Khoa, ĐHĐN. [6]. Nguyễn Thị Thanh Uyên, Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa Epoxy ED–5, năng suất 500 tấn/năm” (2007), 02H4, Đại học Bách Khoa, ĐHĐN. [7]. Hoàng Văn Đoàn, Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa Epoxy ED–5, năng suất 7000 tấn/năm” (2005), 00H4, Đại học Bách Khoa, ĐHĐN. [8]. TS. Đoàn Thị Thu Loan, Giáo trình vật liệu composite (2010), Đại học Bách Khoa, ĐHĐN. [9]. [10]. [11]. [12]. Báo THANH NIÊN – Số 288(6140), Người Việt chế tạo tàu ngầm, Chủ nhật 14–10–2012. [13]. [14].

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docdacn1_2913.doc