Nhựa epoxy là loại nhựa tương đối mới, được nhiều ngành trong công nghiệp chú ý đến. Do trong nhựa có nhóm epoxy cho nên người ta gọi nhựa đó là nhựa epoxy. Nhựa epoxy trong những điều kiện xác định có chất đóng rắn, có khả năng chuyển sang trạng thái nóng chảy và không tan.
Oxit etylen là hợp chất epoxy đơn giản nhất, có khả năng phản ứng lớn. Vào năm 1860, Buoc - xơ mới nhận ra khả năng dễ trùng hợp tạo thành hợp chất cao phân tử của nó. Đến năm 1936, nó mới được đưa vào trong sản xuất.
Năm 1948 trong công nghiệp đã dùng nhiều loại nhựa epoxy. Điều chế từ epiclohidrin ngưng tụ với 4,4 dioxidifenil propan có dung dịch NaOH, các sản phẩm tạo ra, sau khi đóng rắn, có nhiều tính chất lý và hóa quí, bám dính rất tốt với nhiều loại vật liệu, tính điện môi tốt, khi đóng rắn độ co không lớn, chịu tác dụng của các dung môi và kiềm.
Ngoài việc sử dụng một mình,nhựa epoxy còn dễ biến tính nhiều loại nhựa khác. Gần đây, người ta đã dùng nhựa epoxy từ polibutadien phân tử thấp chứa cả nhóm epoxy và nối đôi, do vậy mà nó có khả năng đóng rắn khi có amin, anhidric của acid hai gốc hay peroxyt. Cũng có thể điều chế nhựa epoxy từ epiclohydrin với rezorain, fenol ftalein và với các hợp chất khác.
1.2.2. Định nghĩa
Nhựa epoxy có thể được định nghĩa là bất kỳ hệ thống polymer, trong đó các oxirane hoặc vòng epoxide tham gia trong tổng hợp Binder, hoặc hay lĩnh vực biến đổi (đóng răn).
Epoxy resins đã trở thành loại thương mại có sẵn ở Úc từ năm 1950s, và từ thời điểm đó đã được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp. Trong thực tế, phần lớn các epoxies (khoảng 85 % vào cuối năm 1970) được dựa trên những sản phẩm condensation của bisphenol A (diphenylol propan) và epichlorohydrin, và có sẵn trong một loạt các trọng lượng phân tử khác nhau. Resins trọng lượng phân tử thấp là chất lỏng; cao là rắn.
Trong ngành công nghiệp nhựa, epoxy resins được phân loại như thermosetting resins, và chúng được sử dụng trong ngành công nghiệp sơn như chất
tạo màng có khả năng biến đổi. Epoxy resins được chuyển thành trạng thái thermoset bằng phản ứng hóa học giữa các resin và chất đóng rắn (curing agent). Tùy thuộc vào chất đóng rắn phản ứng có thể diễn ra ở nhiệt độ cao hoặc ở nhiệt độ phòng.
Resins đã đóng rắn không tan trong solvents và không thể chảy khi gia nhiệt.
1.2.3. Phân loại nhựa epoxy
1.2.3.1. Nhựa Epoxy nền Bisphenol-A
Nhựa epoxy nền Bisphenol A là nhựa epoxy được sản xuất từ Bisphenol A và epichlorohydrin.
Sự có mặt của nhóm Bisphenol A đã cung cấp cho loại nhựa này các đặc tính như độ cứng cao, chống được môi trường hóa chất và nhiệt độ. Trong phân tử không chứa nhóm ester mà chỉ có nhóm ete và các liên kết giữa các carbon, như vậy nó lại càng tăng khả năng chống hóa chất cho nhựa này. Ngoài ra, các nhóm hydroxyl và các nhóm epoxy dầu mạch giúp nhựa có khả năng thấm ướt và bám dính tốt cũng như có thể tương tác và phản ứng với các loại nhựa khác.
Nhóm epoxy có thể phản ứng với các nhóm amine, thiols, methylol, các acid carboxylic và cả các nhóm cyanate và ester isocyanate. Vì vậy, nó có thể phản ứng với Bisphenol A Epichlorohydrin các amine mạch thắng và amine mạch vòng, các amide, các loại nhựa amino, polyester,carboxylated acrylic... Các phản ứng này không làm mất đi các nhóm chức của nhựa epoxy ban đầu mà chỉ gắn thêm các loại nhóm chức mới vào mạch nhựa, nhờ đó ta có thể bổ sung thêm các tính chất khác cho nhựa.
1.2.3.2. Nhựa Epoxy nền Bisphenol-F Công thức hóa học:
Nhựa epoxy nền Bisphenol F có cấu trúc tương tự nhựa epoxy nền Bisphenol A, tuy
chỉ có nhóm methylene nối hai vòng benzen thay cho nhóm isopropylidene trong Bisphenol A, điều này làm giảm sự thủy tinh hóa trong quá trình lưu trữ và cung cấp độ nhớt thấp hơn cho nhựa nền Bisphenol F.
Nhựa epoxy nền Bisphenol F khối lượng phân tử thấp có độ nhớt từ 3000 – 8000 cps thấp hơn so với nhựa epoxy nền Bisphenol A khối lượng phân tử thấp độ nhớt từ 11000 -16000 cps. Với cầu nối methylene giữa hai nhóm phenolic thay cho nhóm isopropylene trong nhựa epoxy nền Bisphenol A, nhựa epoxy nền Bisphenol F có khả năng kết mạng cao hơn, làm cho màng phim của nhựa này có nhiệt độ thủy tinh hóa, khả năng chịu nhiệt và khả năng chống dung môi và hóa chất cao hơn.
1.2.3.3. Nhựa Epoxy nền Novolac
Nhựa epoxy nền novolac có khả năng chống hóa chất rất tốt vì nó có cấu trúc rất chặt chẽ. Khi ở nhiệt độ cao 500°F (260°C) và áp suất 10.000psi (69Mpa) nhựa này vẫn có khả năng chống hóa chất tốt.
Nhựa epoxy nền novolac có độ nhớt khá cao (30.000 - 500.000 cps). Trong công nghiệp sơn, nhựa epoxy nền novolac thường được dùng làm sơn bột (powder coating).
Khi được đóng rắn bởi các amin béo, nhựa này có khả năng chịu được hầu hết các loại dung môi như: ketone, chlorinated hydrocarbon, acid vô cơ (HCl, HP,H2SO4), dung dịch kiềm... ngay cả khi phải ngâm trong các dung dịch này hàng tháng. Ngoài ra, nó có thể chịu được nhiệt độ cao, trong môi trường khô hoặc ẩm ướt, môi trường kiềm hoặc acid và chịu mài mòn cao.
Ngày này, người ta thường sử dụng Epoxy đi từ nền Bisphenol A do nó có nhiều tính chất ưu việt thỏa mãn nhiều yêu cầu khi sử dụng.
1.2.4. Tính chất đặc trưng 1.2.4.1. Tính chất vật lý
Tùy thuộc vào loại nhựa, tác nhân đóng rắn, chất pha loãng mà epoxy có thể có dạng cứng hoặc dạng mềm dẻo như cao su tùy thuộc vào trọng lượng phân tử.
M< 1000: trọng lượng phân tử thấp > tồn tại ở trạng thái lỏng nhớt M> 1000: trọng lượng phân tử cao o trạng thái rắn.
Ở điều kiện bình thường epoxy trong suốt không màu, không mùi, có vị hơi ngọt, gây dị ứng da.
Các thông số vật lý quan trọng
Một vài tính chất vật lý chung về Epoxy không có độn được tóm tắt trong bảng sau:
Các thông số Gia trị
Tỷ trọng 1,2-1,3
Độ cứng RockwellM 100-11- Độ bền kéo, Ib/in2 4-13000 Độ giản dài lúc đứt, % 3-5
Module Young, IB/in2 2-5⨯105 Độ bền va đập 0,3-0,9 Độ dẫn nhiệt (cal cm-1sec -10 C) 4-5⨯105
Nhiệt độ phân hủy 3100C-3500C
1.2.4.2. Tính chất hóa học
Tính chất hóa học nổi bật của Epoxy là tính kháng hóa chất, kháng mài mòn,...Tính chất này phụ thuộc vào mức độ đóng rắn và bản chất của chất đóng rắn.
Với tác nhân đóng rắn là anhydric acid thì Epoxy không bền trong kiềm và acid vô cơ.
Còn đóng rắn bằng amin thì ổn định trong kiềm và acid vô cơ, không bền trong acid hữu cơ.
Các tính chất chính của epoxy resin (Epoxy di từnền Bisphenol A) dựa trên sựlựa chọn của epoxy resins từ một loạt các chất dẻo và resins sẵn có hiện nay. Các tính chất quan trọng được liệt kê dưới đây.
Cấu trúc hóa học của epoxy resins cho chúng có tính kháng hóa chất cao, chống lại một số điều kiện ăn mòn, tính chất này có được từ tính chất vòng thơm của các backbone và bền hóa học tốt của các liên kết ether phenolic.
Epoxy resins có tính bám dính tốt cho một loạt các nguyên vật liệu, bao gồm các kim loại, gỗ, bê tông, thuỷ tinh, gốm và nhiều chất dẻo. Điều này là do sự hiện diện của polar hydroxyl và nhóm ethertrong resin.
Độ co rút thấp trong quá trình đóng rắn cho kết quả tốt trong tính chính xác kích thước trong kết cấu sản phẩm và cho phép sản xuất keo dán tính năng cao. Tính chất cơ lý tốt như toughness, độ mềm dẻo và kháng mài mòn có thể có được.
Mặc dù có sự hạn chế về nhiệt độ sử dụng, epoxy resins thường tốt hơn so với hầu hết các nhựa nhiệt dẻo ở nhiệt độ cao.
1.2.5. Ưu nhược điểm của nhựa Epoxy 1.2.5.1. Ưu điểm của nhựa epoxy
Nhiều người lần đầu tiên tiếp xúc với nhựa epoxy đã tự hỏi bản thân nó thực sự là gì. Cách tốt nhất để trả lời câu hỏi này là liệt kê các tính chất đặc biệt của nhựa thông. Các tính chất được trình bày dưới đây đề cập đến trạng thái rắn sau khi trộn và đóng rắn. Có thể mất đến một tuần để đạt được trạng thái này, tùy thuộc vào sản phẩm và nhà sản xuất. Bạn thường có thể tìm thấy chi tiết chính xác về thời gian đóng rắn trên hướng dẫn đóng gói của các thành phần của bạn. Đôi khi có vẻ như nhựa đã được đóng rắn hoàn toàn, nhưng trong nhiều trường hợp, quá trình biến đổi hóa học diễn ra lâu hơn dự kiến.
Các đặc tính tích cực sau đây áp dụng cho hầu hết mọi sản phẩm sau khi epoxy được đóng rắn hoàn toàn:
• Khả năng chống mài mòn rất cao
• Sức mạnh vật liệu cao
• Chống va đập (không vỡ hoặc vụn)
• Thường là độ co rút thấp trong quá trình chuyển đổi từ chất lỏng sang chất rắn
• Giá trị mật độ khoảng 1,2 gam (mỗi cm khối)
• Khả năng chống tia cực tím tốt với các sản phẩm chất lượng cao tương ứng
• Bám dính tốt trên hầu hết mọi vật liệu (ví dụ trên gỗ)
• Nhiệt độ lệch nhiệt cao
• Hoạt động như một chất cách điện
• Khả năng chống lại axit cao
• Với việc chuẩn bị bề mặt cẩn thận: hầu như không có bất kỳ vết nứt nào của nhựa epoxy
• Chống chịu thời tiết tốt ở các khu vực ngoài trời
1.2.5.2. Độ bền của nhựa epoxy
Bề mặt được làm từ nhựa tổng hợp cao cấp, được xử lý hoàn toàn, siêu bền và chống mài mòn. Vật liệu có thể chịu tải trọng cơ học rất cao mà không bị biến dạng.
Hơn nữa, nó có khả năng chống axit và không dễ bị ăn mòn. Do đó, nhựa epoxy chất lượng cao cũng được sử dụng làm lớp phủ chống cắt cho mặt bàn bếp.
1.2.5.3. Nhược điểm của nhựa epoxy
Mặc dù các đặc tính tích cực của nhựa epoxy lớn hơn các nhược điểm của chúng, nhưng cũng có một số mặt tiêu cực nhất định của vật liệu này:
• Nhựa epoxy không hoàn toàn chịu được axit ở nồng độ cao
• Ở một số người, nguyên liệu thô có thể gây dị ứng hoặc phát ban da sau khi tiếp xúc với da
• Một số sản phẩm không sáng hoàn toàn dưới tia UV và có thể có màu vàng
• Epoxy đã đóng rắn rất khó loại bỏ
CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ 1.3. TÍNH CHẤT HOÁ LÝ CỦA CÁC NGUYÊN LIỆU
1.3.1. Nhựa Epoxy
Nhựa Epoxy được sử dụng là nhựa Epoxy resin
Khối lượng riêng: 1,21 kg/l = 1210 kg/m3
Màu sắc: Không màu, màu vàng nhạt
Độ nhớt: 25℃: 40 – 60 mPas
Thời gian đóng rắn: 26 phút
Thời gian gel hóa: 18 – 25 phút
Khả năng chống ăn mòn cao: Nhựa epoxy được đánh giá cao trong việc ngăn ngừa sự ăn mòn từ môi trường, chống lại sự ăn mòn từ axit, thậm chí là axit đậm đặc
Khả năng chịu nhiệt độ cao
Độ bền cơ học, độ đàn hồi và độ cứng cao
Độ dẫn điện, dẫn nhiệt thấp 1.3.2. Chất đóng rắn
Chất đóng rắn được sử dụng là EpoxyMount (Epoxy Mounting Resin)
EpoxyMount (Epoxy Mounting Resin) là dòng chất đông cứng mẫu hệ Epoxy sử dụng cho quá trình đúc mẫu nguội. Bộ chất này bao gồm hai thành phần chính là nhựa Epoxy (Epoxy Resin) và chất đóng rắn (Hardener), đông cứng mẫu trong 2 giờ ở nhiệt độ phòng nhưng vẫn duy trì được các đặc tính tốt ở các chất làm đông cứng như: độ bám dính mẫu, độ cứng cao, độ co rút tối thiểu
EpoxyMount được sử dụng để đông cứng các mẫu không chịu được nhiệt độ và áp suất cao trong quá trình nén nhiệt hoặc phải chuẩn bị khuôn cho một lượng lớn mẫu cùng lúc
Loại chất làm đông cứng này thường được lựa chọn tốt cho các mẫu khó bám dính, do độ dính cao và dĩ nhiên là các mẫu cần sự rõ ràng khi phân tích do độ trong suốt cao
Đặc điểm chất đông cứng cho đúc mẫu nguội Epoxymount – Thời gian đúc nguội: 2 giờ ở nhiệt độ phòng
– Tỷ lệ phối trộn: 10:3
– Độ nhớt hỗn hợp: 350 – 500 cP
– Nhiệt độ sinh ra trong quá trình đúc nguội mẫu: 66°C (150°F)
– Nhiệt độ: 38oC tăng nhiệt độ để tăng thời gian đông đặc tối thiểu 45 phút – Độ cứng: 87 shore D
Hướng dẫn sử dụng Epoxy Resin và chất đóng rắn EpoxyMount
- Làm sạch mẫu bằng xà phòng hoặc cồn isopropyl hoặc các chất làm sạch khác. Làm khô mẫu hoàn toàn để tăng độ bám dính của dung dịch ở mức tối đa
- Canh thể tích epoxy cần phối trộn theo đúng dung tích ghi trên chai vào ly nhựa
- Phối trộn dung dịch và khuấy đều trong 2 – 3 phút cho đến khi hỗn hợp đồng nhất. khuấy nhẹ tránh tạo bọt khí để quá trình phân tích đạt hiệu quả tốt nhất
- Nếu sử dụng máy hút chân không. đạt cốc dung dịch đã phối trộn vào máy trong 3 – 5 phút ở 25-30 INGH. sau đó, nhả chân không từ từ
- Để dung dịch đông cứng đạt hiệu quả tốt nhất đặt áp suất trong máy hút chân không ở 25-30 PSI