Nghiên Cứu và Phân Tích Cấu Trúc, Tính Chất Nhựa Epoxy Biến Tính Từ Dầu Hạt Cây Đen

Chuyên khảo phân tích Nghiên cứu và phân tích cấu trúc tính chất của sản phẩm khâu mạch nhựa epoxy, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu

• Tác giả: Phạm Thị Khánh Chi
• Người hướng dẫn: TS. Đàm Xuân Thắng
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Hóa học
• Đề tài: Nghiên Cứu và Phân Tích Cấu Trúc, Tính Chất của Sản Phẩm Khâu Mạch Nhựa Epoxy Biến Tính Từ Dầu Hạt Cây Đen Bằng Polyisoxyanat
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Tính cấp thiết của đề tài luận văn
• 0.2. Mục đích nghiên cứu
• 0.3. Đối tượng nghiên cứu
• 0.4. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài
• 0.5. Phương pháp tiến hành nghiên cứu
• 0.6. Lịch sử nghiên cứu, phát triển các hợp chất epoxy
• 0.6.1. Lịch sử nghiên cứu, phát triển
• 0.7. Phân loại hợp chất epoxy
• 0.7.1. Hợp chất epoxy có trong tự nhiên
• 0.7.2. Hợp chất epoxy tổng hợp
• 0.8. Một số phương pháp tổng hợp các hợp chất epoxy
• 0.8.1. Từ epiclorohydrin
• 0.8.2. Epoxy hoá anken
• 0.9. Giới thiệu về nhựa epoxy biến tính dầu thực vật
• 0.10. Tính chất hoá học của nhựa epoxy
• 0.11. Cấu tạo hoá học của nhựa epoxy
• 0.12. Khâu mạch các hợp chất epoxy bằng các isoxyanat đa chức
• 0.12.1. Khâu mạch nhựa epoxy
• 0.12.2. Khâu mạch nhựa epoxy biến tính dầu thực vật
• 0.13. Nguyên liệu, hóa chất
• 0.14. Tạo mẫu nghiên cứu
• 0.14.1. Tạo hệ khâu mạch nhựa epoxy biến tính dầu hạt cây đen bằng polyisoxyanat ở nhiệt độ thường
• 0.14.2. Tạo hệ khâu mạch nhựa epoxy biến tính dầu hạt cây đen bằng polyisoxyanat ở nhiệt độ cao
• 0.15. Phương pháp phân tích, thử nghiệm
• 0.15.1. Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại
• 0.15.2. Phân tích nhiệt
• 0.15.3. Xác định phần gel, độ trương
• 0.15.4. Xác định các tính chất cơ lý
• 1. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 1.1. Nghiên cứu phản ứng khâu mạch nhựa epoxy biến tính dầu hạt cây đen bằng polyisoxyanat ở nhiệt độ thường
• 1.1.1. Nghiên cứu phổ hồng ngoại trong quá trình khâu mạch
• 1.1.2. Nghiên cứu biến đổi các nhóm định chức trong quá trình khâu mạch
• 1.1.3. Phân tích một số tính chất của sản phẩm quá trình khâu mạch
• 1.2. Nghiên cứu phản ứng khâu mạch nhựa epoxy biến tính dầu hạt cây đen bằng polyisoxyanat ở nhiệt độ cao
• 1.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tới phản ứng khâu mạch nhựa epoxy biến tính dầu hạt cây đen bằng polyisoxyanat
• 1.2.2. Phân tích ảnh hưởng của tỷ lệ các hợp phần tới phản ứng khâu mạch nhựa epoxy biến tính dầu hạt cây đen ở nhiệt độ cao
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Nhựa Epoxy Biến Tính Dầu Hạt Cây Đen

Nghiên cứu về nhựa epoxy biến tính từ nguồn dầu hạt cây đen đang thu hút sự quan tâm lớn. Các vật liệu bảo vệ và trang trí hiệu suất cao dựa trên nhựa epoxy biến tính từ dầu thực vật trở thành hướng đi tiềm năng, đặc biệt trong bối cảnh nền kinh tế đang chịu nhiều tổn thất do ăn mòn kim loại và suy giảm chất lượng vật liệu. Nhựa epoxy, với cấu trúc mạch hydrocarbon đa dạng và các nhóm chức epoxy, hydroxyl, có khả năng biến đổi hóa học linh hoạt thông qua các phản ứng thế, cộng hợp, trùng hợp. Dầu thực vật, đặc biệt là loại triglyxerit với các nhóm este, liên kết đôi, và đôi khi nhóm hydroxyl hoặc epoxy, cũng là các trung tâm hoạt động hóa học đa dạng. Màng phủ được tạo ra từ nhựa epoxy biến tính dầu thực vật hướng đến việc kết hợp những ưu điểm của nhựa epoxy (tính phân cực, khả năng bám dính, chịu lực, chịu mài mòn, chịu nhiệt) và cải thiện tính mềm dẻo, độ bám dính, tốc độ đóng rắn và tính thân thiện với môi trường. Theo Phạm Thị Khánh Chi (2018), mục tiêu là tạo ra các vật liệu đa dạng, phù hợp cho việc bảo vệ và trang trí các bề mặt kim loại, chi tiết thiết bị, máy móc, bảng mạch điện tử, đồ gỗ, gốm sứ.

1.1. Tầm quan trọng của Nghiên Cứu Vật Liệu Epoxy Nguồn Gốc Sinh Học

Việc nghiên cứu vật liệu epoxy nguồn gốc sinh học như nhựa epoxy biến tính dầu hạt cây đen có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm sự phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu hóa thạch. Điều này phù hợp với xu hướng phát triển bền vững và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Dầu hạt cây đen là một nguồn nguyên liệu tiềm năng, có khả năng tái sinh, góp phần giải quyết các vấn đề kinh tế, xã hội và môi trường.

1.2. Ứng dụng tiềm năng của Nhựa Epoxy Biến Tính Dầu Hạt Cây Đen

Ứng dụng nhựa epoxy biến tính từ dầu hạt cây đen vào các sản phẩm sơn phủ, vật liệu composite, keo dán, hay vật liệu kết cấu. Nhờ đó, giúp mang lại những tính năng ưu việt, đáp ứng nhu cầu đa dạng trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật và đời sống. Nhựa epoxy biến tính còn có thể được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô, hàng không, và xây dựng, giúp tạo ra các sản phẩm nhẹ, bền và chịu được các điều kiện khắc nghiệt.

II. Thách Thức và Hướng Giải Quyết Nghiên Cứu Epoxy Dầu Cây Đen

Mặc dù nhựa epoxy biến tính dầu thực vật đã được nghiên cứu rộng rãi, nhưng việc nghiên cứu về phản ứng khâu mạch nhựa epoxy biến tính dầu hạt cây đen còn hạn chế. Các loại nhựa như dầu trẩu, dầu đậu nành, dầu hạt cao su, dầu lanh đã được nghiên cứu, nhưng dầu hạt cây đen, với các nhóm hydroxyl hoặc epoxy trong phân tử dầu, tạo ra những thách thức riêng. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích cấu trúc và tính chất của sản phẩm khâu mạch nhựa epoxy biến tính dầu hạt cây đen, nhằm góp phần giải quyết yêu cầu bảo vệ, chống ăn mòn cho vật liệu, thiết bị, công trình. Đồng thời, nó khai thác và sử dụng hiệu quả nguồn dầu thực vật tái sinh, giải quyết các vấn đề kinh tế, xã hội, môi trường và phát triển bền vững. Nghiên cứu còn giúp hiểu rõ hơn quy luật ảnh hưởng của cấu trúc hóa học, hàm lượng nhóm epoxy, tỉ lệ các hợp phần đến phản ứng khâu mạch và cung cấp luận cứ khoa học cho việc sử dụng dầu hạt cây đen.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến Quá Trình Khâu Mạch Nhựa Epoxy

Quá trình khâu mạch nhựa epoxy chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm: bản chất hóa học và hàm lượng nhóm epoxy, loại và hàm lượng tác nhân khâu mạch (ví dụ: polyisoxyanat), nhiệt độ và thời gian phản ứng. Cần phải tối ưu hóa các yếu tố này để đạt được sản phẩm khâu mạch có tính chất mong muốn.

2.2. Vấn đề về Tính Chất của Nhựa Epoxy Biến Tính Dầu Hạt Cây Đen

Việc biến tính nhựa epoxy bằng dầu hạt cây đen có thể ảnh hưởng đến các tính chất cơ học, nhiệt, và hóa học của vật liệu. Cần phải đánh giá và điều chỉnh quá trình biến tính để đảm bảo rằng vật liệu cuối cùng đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cụ thể. Ví dụ, cần xem xét độ bền nhiệt, độ bền kéo, độ cứng, và khả năng chống chịu hóa chất.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Phản Ứng Khâu Mạch Epoxy Biến Tính

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp tiếp cận đa ngành, kết hợp các phương pháp tổng hợp, phân tích và thử nghiệm. Quá trình tạo mẫu nghiên cứu phản ứng khâu mạch được thực hiện cẩn thận. Các phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm bao gồm phân tích hóa học, hóa lý, phân tích nhiệt (TGA), và phương pháp xác định tính chất của sản phẩm khâu mạch. Các phương pháp này cho phép đánh giá ảnh hưởng của bản chất hóa học, hàm lượng nhóm epoxy đến quá trình khâu mạch, cấu trúc và tính chất sản phẩm. Điều kiện khâu mạch (bản chất và hàm lượng polyisoxyanat, nhiệt độ và thời gian phản ứng) cũng được nghiên cứu để xác định điều kiện tối ưu và tính chất sản phẩm khâu mạch. Phân tích phổ hồng ngoại được sử dụng để xác định cấu trúc, thành phần của vật liệu.

3.1. Sử dụng Phổ Hồng Ngoại để Phân Tích Cấu Trúc Nhựa Epoxy

Phân tích phổ hồng ngoại (FTIR) là một công cụ quan trọng để xác định các nhóm chức có trong nhựa epoxy và dầu hạt cây đen. Thông qua việc phân tích các peak hấp thụ đặc trưng, có thể theo dõi sự thay đổi của các nhóm chức trong quá trình khâu mạch và đánh giá mức độ phản ứng.

3.2. Phân Tích Nhiệt TGA trong Đánh Giá Độ Bền Nhiệt Epoxy

Phân tích nhiệt (TGA) được sử dụng để đánh giá độ bền nhiệt của nhựa epoxy biến tính. Bằng cách đo sự thay đổi khối lượng của mẫu theo nhiệt độ, có thể xác định nhiệt độ phân hủy và đánh giá khả năng chịu nhiệt của vật liệu.

3.3. Phương pháp Xác Định Phần Gel và Độ Trương của Vật Liệu

Xác định phần gel và độ trương là các phương pháp quan trọng để đánh giá mức độ khâu mạch của nhựa epoxy biến tính. Phần gel cho biết lượng vật liệu không tan sau khi khâu mạch, trong khi độ trương thể hiện khả năng hấp thụ dung môi của vật liệu.

IV. Ứng Dụng Thực Tế và Triển Vọng Vật Liệu Epoxy Biến Tính

Kết quả nghiên cứu này mở ra nhiều ứng dụng thực tế cho màng phủ khâu mạch trên cơ sở nhựa epoxy biến tính dầu hạt cây đen. Chúng có thể được sử dụng làm vật liệu bảo vệ, trang trí chất lượng cao cho nhiều bề mặt và vật liệu khác nhau. Nghiên cứu cũng cung cấp thông tin quan trọng về ảnh hưởng của hàm lượng nhóm epoxy, tỉ lệ các hợp phần, và điều kiện khâu mạch đến tính chất của sản phẩm cuối cùng. Điều này giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất và tạo ra các vật liệu có tính chất đáp ứng yêu cầu cụ thể. Hơn nữa, việc sử dụng dầu hạt cây đen làm nguồn nguyên liệu tái sinh giúp giảm sự phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu hóa thạch và góp phần vào sự phát triển bền vững. Các nghiên cứu của Viện Kỹ thuật nhiệt đới đã và đang ứng dụng có kết quả tốt nhiều loại sơn bảo vệ chống ăn mòn, vật liệu bảo vệ polyme compozit, sơn cách điện cấp F,. trên cơ sở nhựa epoxy.

4.1. Vật liệu Composite Trên Nền Nhựa Epoxy và Ứng Dụng

Vật liệu composite trên nền nhựa epoxy biến tính có tiềm năng lớn trong nhiều lĩnh vực, bao gồm hàng không vũ trụ, ô tô, xây dựng và năng lượng tái tạo. Chúng có thể được sử dụng để tạo ra các cấu trúc nhẹ, bền và chịu được các điều kiện khắc nghiệt.

4.2. Tiềm Năng Phát Triển Sơn và Vecni Từ Nhựa Epoxy Biến Tính

Nhựa epoxy biến tính dầu hạt cây đen có thể được sử dụng để sản xuất sơn và vecni chất lượng cao với độ bền, độ bám dính và khả năng chống chịu hóa chất tốt. Điều này mở ra cơ hội phát triển các sản phẩm sơn phủ thân thiện với môi trường.

4.3. Nghiên cứu ứng dụng trong keo dán và vật liệu kết cấu

Việc sử dụng nhựa epoxy biến tính dầu hạt cây đen còn tiềm năng ứng dụng trong sản xuất keo dán và vật liệu kết cấu, tận dụng ưu điểm về độ bám dính và khả năng liên kết của vật liệu này. Điều này có thể mở ra nhiều ứng dụng mới trong ngành công nghiệp xây dựng và sản xuất.

V. Kết Luận và Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Vật Liệu Epoxy

Nghiên cứu về nhựa epoxy biến tính dầu hạt cây đen cho thấy tiềm năng lớn trong việc tạo ra các vật liệu hiệu suất cao, thân thiện với môi trường. Việc tối ưu hóa quá trình khâu mạch, cấu trúc hóa học và hàm lượng dầu hạt cây đen sẽ mở ra nhiều ứng dụng mới trong các ngành công nghiệp khác nhau. Cần tiếp tục nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến tính chất của vật liệu, cũng như khám phá các phương pháp biến tính và khâu mạch mới để cải thiện hiệu suất và độ bền của sản phẩm. Các nghiên cứu cần tập trung vào tính chất cơ lý, độ bền nhiệt, khả năng kháng hóa chất, cũng như tính thân thiện với môi trường của các vật liệu mới.

5.1. Hướng Nghiên Cứu Mở Rộng về Khả Năng Tái Chế Vật Liệu Epoxy

Nghiên cứu về khả năng tái chế vật liệu epoxy biến tính là một hướng đi quan trọng trong bối cảnh quan tâm đến môi trường. Cần tìm kiếm các phương pháp phân hủy hoặc tái sử dụng nhựa epoxy để giảm thiểu lượng chất thải và tạo ra các sản phẩm mới.

5.2. Nghiên cứu Ảnh Hưởng Của Các Chất Phụ Gia Đến Tính Chất Vật Liệu

Việc sử dụng các chất phụ gia có thể cải thiện đáng kể tính chất của vật liệu epoxy biến tính. Cần nghiên cứu ảnh hưởng của các loại phụ gia khác nhau (ví dụ: chất độn, chất ổn định, chất chống cháy) đến độ bền, độ cứng, khả năng chống chịu hóa chất, và các tính chất khác của vật liệu.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh hiện nay, quá trình ăn mòn kim loại và sự già hóa vật liệu phi kim loại gây ra tổn thất kinh tế lớn do điều kiện khí hậu và môi trường công nghiệp khắc nghiệt. Theo ước tính, việc bảo vệ vật liệu bằng các lớp phủ chất lượng cao có thể giảm thiểu đáng kể các thiệt hại này. Nhựa epoxy biến tính dầu thực vật, đặc biệt là dầu hạt cây đen, được xem là vật liệu tiềm năng trong lĩnh vực này nhờ khả năng kết hợp tính năng ưu việt của nhựa epoxy và các đặc tính hóa học của dầu thực vật. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích cấu trúc và tính chất cơ lý của sản phẩm khâu mạch nhựa epoxy biến tính dầu hạt cây đen bằng polyisoxyanat, nhằm đánh giá khả năng ứng dụng làm vật liệu bảo vệ và trang trí chất lượng cao. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi các hệ khâu mạch với tỷ lệ thành phần và điều kiện nhiệt độ khác nhau, tập trung vào phản ứng khâu mạch ở nhiệt độ thường và nhiệt độ cao từ 100°C đến 180°C. Ý nghĩa của nghiên cứu không chỉ góp phần phát triển vật liệu bảo vệ chống ăn mòn mà còn thúc đẩy khai thác hiệu quả nguồn nguyên liệu dầu thực vật tái sinh, góp phần phát triển bền vững kinh tế và môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết phản ứng khâu mạch nhựa epoxy và mô hình tương tác hóa học giữa nhóm epoxy, hydroxyl với polyisoxyanat. Nhựa epoxy có cấu trúc gồm mạch hydrocacbon, nhóm epoxy và các nhóm định chức khác như hydroxyl, liên kết đôi. Phản ứng mở vòng epoxy và phản ứng với nhóm hydroxyl tạo thành mạng lưới ba chiều là cơ sở cho quá trình khâu mạch. Polyisoxyanat, với các nhóm isoxyanat đa chức, phản ứng nhanh với các nhóm hydro linh động như hydroxyl để tạo liên kết uretan, góp phần tăng cường tính cơ lý của vật liệu. Các khái niệm chính bao gồm: nhóm epoxy, nhóm hydroxyl, nhóm isoxyanat, phản ứng khâu mạch, và tính chất cơ lý của màng phủ như độ cứng, độ bền va đập, độ bám dính.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các mẫu nhựa epoxy biến tính dầu hạt cây đen (DHCĐE) và polyisoxyanat (PI) thương mại, được tổng hợp và xử lý tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới. Cỡ mẫu gồm 13 hệ khâu mạch với tỷ lệ PI/DHCĐE khác nhau, được tạo màng dày 20-25 µm. Phương pháp chọn mẫu dựa trên tỷ lệ khối lượng các hợp phần và điều kiện nhiệt độ khâu mạch từ 26°C đến 180°C nhằm khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố này đến phản ứng và tính chất sản phẩm. Phân tích phổ hồng ngoại FT-IR được sử dụng để xác định biến đổi các nhóm định chức trong quá trình khâu mạch. Phân tích nhiệt DSC và TGA đánh giá tính ổn định nhiệt và quá trình phân hủy của sản phẩm. Các tính chất cơ lý như độ cứng tương đối, độ bền va đập, độ bám dính, độ uốn và độ bóng được đo theo tiêu chuẩn ISO và ASTM. Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng 150 giờ phản ứng ở nhiệt độ thường và 150 phút ở nhiệt độ cao, đảm bảo thu thập dữ liệu đầy đủ cho phân tích động học và tính chất vật liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Phản ứng khâu mạch ở nhiệt độ thường:

   • Hàm lượng nhóm isoxyanat giảm gần như hoàn toàn sau 60-120 giờ tùy tỷ lệ PI/DHCĐE, với tỷ lệ 30/70 chuyển hóa nhanh nhất.
   • Nhóm hydroxyl chuyển hóa từ 43% đến 74% khi tăng hàm lượng PI từ 30% đến 60%.
   • Hàm lượng nhóm epoxy hầu như không thay đổi trong suốt quá trình phản ứng, cho thấy nhóm epoxy ít tham gia phản ứng ở nhiệt độ thường.
   • Độ cứng tương đối của màng tăng theo thời gian và tỷ lệ PI, đạt giá trị cao nhất 0,54 ở tỷ lệ 60/40.
   • Phân tích nhiệt TGA cho thấy sản phẩm ổn định đến 280°C, phân hủy chính từ 280°C đến 500°C với tổn thất khối lượng 75% tại 800°C.

2. Phản ứng khâu mạch ở nhiệt độ cao (100°C - 180°C):

   • Nhóm hydroxyl giảm nhanh hơn với độ chuyển hóa 50-63% trong 10-30 phút đầu, tăng theo nhiệt độ.
   • Nhóm isoxyanat chuyển hóa gần như hoàn toàn sau 20-40 phút ở 160°C và 180°C, nhanh hơn nhiều so với nhiệt độ thấp.
   • Nhóm amit tăng nhanh trong 30 phút đầu, đạt ổn định sau 90 phút.
   • Nhóm epoxy giảm theo hai giai đoạn, giảm nhanh từ 20-60 phút và ổn định sau đó, với hiệu suất chuyển hóa cao nhất 72% ở 180°C.
   • Độ cứng tương đối của màng tăng nhanh theo nhiệt độ và thời gian phản ứng.

3. Ảnh hưởng tỷ lệ thành phần:

   • Tỷ lệ PI/DHCĐE ảnh hưởng rõ rệt đến tốc độ phản ứng và tính chất cơ lý. Tỷ lệ 60/40 cho sản phẩm có tính chất tốt nhất về độ cứng, độ bền va đập và độ bám dính.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy phản ứng khâu mạch chủ yếu diễn ra giữa nhóm hydroxyl của nhựa epoxy biến tính dầu hạt cây đen và nhóm isoxyanat của polyisoxyanat, tạo thành liên kết uretan và nhóm amit, làm giảm hàm lượng nhóm hydroxyl và isoxyanat đồng thời tăng nhóm amit. Nhóm epoxy ít tham gia phản ứng ở nhiệt độ thường nhưng chuyển hóa đáng kể ở nhiệt độ cao, góp phần tạo mạng lưới polyme ba chiều chắc chắn hơn. So sánh với các nghiên cứu trước đây về nhựa epoxy biến tính dầu thực vật khác như dầu đậu hay dầu trẩu, sản phẩm từ dầu hạt cây đen có tính chất cơ lý tương đương hoặc vượt trội nhờ hàm lượng nhóm epoxy cao (2,51 mol/kg) và cấu trúc hóa học đặc thù của dầu. Phân tích phổ hồng ngoại và phân tích nhiệt cung cấp bằng chứng rõ ràng về sự biến đổi các nhóm định chức và tính ổn định nhiệt của sản phẩm. Các biểu đồ biến đổi hàm lượng nhóm isoxyanat, hydroxyl, amit và epoxy theo thời gian và nhiệt độ minh họa rõ ràng động học phản ứng khâu mạch, hỗ trợ việc tối ưu hóa điều kiện phản ứng. Kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển vật liệu màng phủ bảo vệ chất lượng cao, thân thiện môi trường và có khả năng ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu tỷ lệ thành phần: Khuyến nghị sử dụng tỷ lệ khối lượng PI/DHCĐE khoảng 60/40 để đạt được tính chất cơ lý tối ưu như độ cứng tương đối 0,54, độ bền va đập 200 kG.cm và độ bám dính điểm 1. Thời gian phản ứng nên duy trì khoảng 150 giờ ở nhiệt độ thường hoặc 150 phút ở nhiệt độ cao (160°C - 180°C).

2. Kiểm soát nhiệt độ khâu mạch: Đề xuất áp dụng nhiệt độ khâu mạch từ 160°C đến 180°C để tăng hiệu suất chuyển hóa nhóm epoxy lên đến 72%, rút ngắn thời gian đóng rắn và nâng cao chất lượng sản phẩm.

3. Ứng dụng trong sản xuất màng phủ bảo vệ: Khuyến khích các doanh nghiệp sản xuất vật liệu bảo vệ kim loại và phi kim loại áp dụng nhựa epoxy biến tính dầu hạt cây đen khâu mạch bằng polyisoxyanat để tăng độ bền, khả năng chống ăn mòn và thân thiện môi trường.

4. Nghiên cứu mở rộng: Đề xuất tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng của các loại polyisoxyanat khác nhau và điều kiện môi trường (độ ẩm, ánh sáng) đến tính ổn định và tuổi thọ của màng phủ nhằm hoàn thiện sản phẩm cho các ứng dụng đa dạng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và giảng viên ngành Hóa học và Vật liệu: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và dữ liệu thực nghiệm chi tiết về phản ứng khâu mạch nhựa epoxy biến tính dầu thực vật, hỗ trợ nghiên cứu phát triển vật liệu mới.

2. Doanh nghiệp sản xuất vật liệu phủ và bảo vệ: Các công ty sản xuất sơn, véc ni, vật liệu compozit có thể ứng dụng kết quả để cải tiến sản phẩm, nâng cao chất lượng và tính năng sử dụng.

3. Chuyên gia phát triển sản phẩm thân thiện môi trường: Nghiên cứu về nhựa epoxy biến tính dầu thực vật giúp phát triển vật liệu bền vững, giảm thiểu sử dụng nguyên liệu hóa dầu truyền thống.

4. Sinh viên cao học và nghiên cứu sinh: Tài liệu tham khảo hữu ích cho các đề tài liên quan đến hóa học polymer, vật liệu tổng hợp và công nghệ bảo vệ bề mặt.

Câu hỏi thường gặp

1. Nhựa epoxy biến tính dầu hạt cây đen có ưu điểm gì so với nhựa epoxy truyền thống?
   Nhựa epoxy biến tính dầu hạt cây đen giữ được tính phân cực, khả năng bám dính tốt của nhựa epoxy đồng thời tăng tính mềm dẻo và thân thiện môi trường nhờ các nhóm định chức tự nhiên trong dầu thực vật.

2. Phản ứng khâu mạch bằng polyisoxyanat diễn ra như thế nào?
   Polyisoxyanat phản ứng nhanh với nhóm hydroxyl của nhựa epoxy tạo liên kết uretan và nhóm amit, hình thành mạng lưới ba chiều giúp tăng độ cứng và độ bền của vật liệu.

3. Nhiệt độ khâu mạch ảnh hưởng ra sao đến sản phẩm?
   Nhiệt độ cao (160°C - 180°C) làm tăng tốc độ phản ứng, nâng cao hiệu suất chuyển hóa nhóm epoxy và cải thiện tính chất cơ lý của màng phủ, đồng thời rút ngắn thời gian đóng rắn.

4. Tỷ lệ thành phần PI/DHCĐE tối ưu là bao nhiêu?
   Tỷ lệ 60/40 (PI/DHCĐE) được xác định là tối ưu, cho sản phẩm có độ cứng tương đối cao nhất 0,54, độ bền va đập 200 kG.cm và độ bám dính tốt.

5. Ứng dụng thực tế của sản phẩm này là gì?
   Sản phẩm thích hợp làm màng phủ bảo vệ chống ăn mòn cho kim loại, vật liệu phi kim loại, chi tiết máy móc, bảng mạch điện tử và đồ gỗ, góp phần nâng cao tuổi thọ và tính thẩm mỹ.

Kết luận

• Luận văn đã nghiên cứu thành công phản ứng khâu mạch nhựa epoxy biến tính dầu hạt cây đen bằng polyisoxyanat, phân tích chi tiết biến đổi các nhóm định chức và tính chất cơ lý của sản phẩm.
• Tỷ lệ khối lượng PI/DHCĐE 60/40 và nhiệt độ khâu mạch 160°C - 180°C được xác định là điều kiện tối ưu cho sản phẩm có tính chất cơ lý tốt nhất.
• Sản phẩm có khả năng ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực vật liệu bảo vệ, góp phần phát triển vật liệu thân thiện môi trường và bền vững.
• Kết quả nghiên cứu cung cấp luận cứ khoa học quan trọng cho việc khai thác và sử dụng dầu hạt cây đen trong công nghiệp polymer.
• Đề xuất tiếp tục nghiên cứu mở rộng về các loại polyisoxyanat và điều kiện môi trường để hoàn thiện sản phẩm, hướng tới ứng dụng thực tiễn hiệu quả.

Quý độc giả và các nhà nghiên cứu được khuyến khích áp dụng và phát triển thêm dựa trên kết quả này nhằm thúc đẩy sự phát triển của ngành vật liệu polymer tại Việt Nam và quốc tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC LUẬN VĂN THẠC SỸ HÓA HỌC PHẠM THỊ KHÁNH CHI NGHIÊN CỨU VÀ PHÂN TÍCH CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT CỦA SẢN PHẨM KHÂU MẠCH NHỰA EXPOXY BIẾN TÍNH DẦU HẠT CÂY ĐEN BẰNG POLYISOXYANAT HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.ĐÀM XUÂN THẮNG THÁI NGUYÊN 2018 LỜI CẢM ƠN Với tấm lòng trân trọng và biết ơn sâu sắc em chân thành cảm ơn TS. Đàm Xuân Thắng đã dành nhiều thời gian, tận tình hướng dẫn nghiên cứu và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Em trân trọng cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong Khoa Hóa học, trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên, Tập thể cán bộ Phòng Vật liệu cao su và dầu nhựa thiên nhiên - Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Ban giám hiệu Trường THCS Võ Thị Sáu, Lê Chân, Hải Phòng cũng các anh chị học viên cao học K10B, bạn bè và người thân đã luôn động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn. Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn này bằng tất cả năng lực và sự nhiệt tình của mình, tuy nhiên không thể trách khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được những sự đóng góp quí báu của quí thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn! Học viên Phạm Thị Khánh Chi LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận văn “Nghiên cứu và phân tích cấu trúc, tính chất của sản phẩm khâu mạch nhựa epoxy biến tính từ dầu hạt cây đen bằng polyisoxianat” là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Đàm Xuân Thắng. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác. Tác giả luận văn Phạm Thị Khánh Chi i MỤC LỤC MỞ ĐẦU . Tính cấp thiết của đề tài luận văn . Mục đích nghiên cứu . Đối tượng nghiên cứu. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài . Phương pháp tiến hành nghiên cứu . Lịch sử nghiên cứu, phát triển các hợp chất epoxy . Lịch sử nghiên cứu, phát triển . Phân loại hợp chất epoxy . Một số phương pháp tổng hợp các hợp chất epoxy . Epoxy hoá anken . Giới thiệu về nhựa epoxy biến tính dầu thực vật .Tính chất hoá học của nhựa epoxy . Cấu tạo hoá học của nhựa epoxy . Tính chất hoá học của nhựa epoxy . Khâu mạch các hợp chất epoxy bằng các isoxyanat đa chức. Khâu mạch nhựa epoxy . Khâu mạch nhựa epoxy biến tính dầu thực vật . Nguyên liệu, hóa chất . Tạo mẫu nghiên cứu . Tạo hệ khâu mạch nhựa epoxy biến tính dầu hạt cây đen bằng polyisoxyanat ở nhiệt độ thường. Tạo hệ khâu mạch nhựa epoxy biến tính dầu hạt cây đen bằng polyisoxyanat ở nhiệt độ cao . Phương pháp phân tích, thử nghiệm . Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại . Phân tích nhiệt. Xác định phần gel, độ trương . Xác định các tính chất cơ lý . KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Nghiên cứu phản ứng khâu mạch nhựa epoxy biến tính dầu hạt cây đen bằng polyisoxyanat ở nhiệt độ thường . Nghiên cứu phổ hồng ngoại trong quá trình khâu mạch . Nghiên cứu biến đổi các nhóm định chức trong quá trình khâu mạch . Phân tích một số tính chất của sản phẩm quá trình khâu mạch . Nghiên cứu phản ứng khâu mạch nhựa epoxy biến tính dầu hạt cây đen bằng polyisoxyanat ở nhiệt độ cao . Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tới phản ứng khâu mạch nhựa epoxy biến tính dầu hạt cây đen bằng polyisoxyanat . Phân tích ảnh hưởng của tỷ lệ các hợp phần tới phản ứng khâu mạch nhựa epoxy biến tính dầu hạt cây đen ở nhiệt độ cao . 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO . 56 iv BẢNG CHỮ VIẾT TẮT DGEBA : Diglyxydyl ete bisphenol A DHCĐ : Dầu hạt cây đen DHCĐE : Dầu hạt cây đen epoxy hóa DĐE : Dầu đậu epoxy hóa TGA : Phân tích nhiệt khối lượng v DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 3. Phổ hồng ngoại của DHCĐE (a), PI (b), màng trên cơ sở PI và DHCĐE trước (c) và sau 160 giờ khâu mạch ở nhiệt 26 độ thường (d). Biến đổi hàm lượng nhóm isoxyanat trong quá trình 28 phản ứng của hệ PI/DHCĐE ở nhiệt độ thường. Biến đổi hàm lượng nhóm hydroxyl trong quá trình 29 phản ứng của hệ PI/DHCĐE ở nhiệt độ thường. Biến đổi tỷ số mật độ quang của nhóm amit trong quá 30 trình phản ứng của hệ PI/DHCĐE ở nhiệt độ thường. Biến đổi hàm lượng nhóm epoxy trong quá trình phản 31 ứng của hệ PI/DHCĐE ở nhiệt độ thường. Biến đổi độ cứng tương đối trong quá trình phản ứng 32 của hệ PI/DHCĐE ở nhiệt độ thường. Giản đồ phân tích nhiệt TGA và DTG của hệ PI/DHCĐE 33 = 60/40 ở nhiệt độ thường. Phổ hồng ngoại của DHCĐE (a), PI (b), màng trên cơ sở PI và DHCĐE trước (c) và sau 150 phút khâu mạch (d) 35 ở 1600C. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến biến đổi hàm lượng nhóm hydroxyl trong quá trình phản ứng của hệ PI/DHCĐE 37 = 40/60. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến biến đổi hàm lượng nhóm isoxyanat trong quá trình phản ứng của hệ PI/DHCĐE 38 = 40/60. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến biến đổi hàm lượng nhóm amit trong quá trình phản ứng của hệ PI/DHCĐE = 39 40/60. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến biến đổi hàm lượng nhóm epoxy trong quá trình phản ứng của hệ PI/DHCĐE = 40 40/60. Biến đổi độ cứng tương đối của màng trong quá trình 41 phản ứng của hệ PI/DHCĐE = 40/60. Biến đổi hàm lượng nhóm isoxyanat trong quá trình 44 phản ứng của hệ PI/DHCĐE ở 160oC. Biến đổi hàm lượng nhóm hydroxyl trong quá trình 45 phản ứng của hệ PI/DHCĐE ở 160oC. Biến đổi tỷ số mật độ quang của nhóm amit trong quá 46 trình phản ứng của hệ PI/DHCĐE ở 160oC. Biến đổi hàm lượng nhóm epoxy trong quá trình phản 47 ứng của hệ PI/DHCĐE ở 160oC. Biến đổi độ cứng tương đối trong quá trình phản ứng 48 của màng phủ trên cơ sở PI/DHCĐE ở 160oC. vii DANH MỤC BẢNG, BIỂU Trang Bảng 1. Hàm lượng nhóm epoxy của một số nhựa biến tính. Tỷ lệ khối lượng các hợp phần của hệ PI/EDHCĐ ở 20 nhiệt độ thường Bảng 2. Tỷ lệ khối lượng các hợp phần của hệ PI/DHCĐE ở 21 các nhiệt độ khác nhau Bảng 2. Tỷ lệ khối lượng các hợp phần của hệ PI/DHCĐE 21 Bảng 3. Biến đổi các hấp thụ đặc trưng cho các nhóm định chức của hệ khâu mạch PI/ DHCĐE trên phổ hồng 27 ngoại trong quá trình khâu mạch ở nhiệt độ thường. Một số tính chất của sản phẩm khâu mạch trên cơ sở 34 PI/DHCĐE ở nhiệt độ thường. Biến đổi các hấp thụ đặc trưng cho các nhóm định chức của hệ khâu mạch PI/DHCĐE trên phổ hồng 36 ngoại trong quá trình khâu mạch ở 160oC. Một số tính chất của sản phẩm khâu mạch trên cơ sở 42 PI/EDV ở nhiệt độ cao. Một số tính chất của sản phẩm khâu mạch trên cơ sở 50 PI/DHCĐE ở 160oC. Tính cấp thiết của đề tài luận văn Quá trình ăn mòn kim loại, già hóa vật liệu phi kim loại và suy giảm chất lượng thiết bị, công trình do điều kiện khí hậu, điều kiện công nghiệp khắc nghiệt gây nên những tổn thất to lớn cho nền kinh tế. Tuy nhiên, những tổn thất này có thể loại trừ bằng các phương pháp bảo vệ thích hợp. Trong đó vật liệu bảo vệ, trang trí chất lượng cao trên cơ sở nhựa epoxy biến tính dầu thực vật đang là hướng nghiên cứu, phát triển rất được quan tâm, chú ý [2, 4, 24]. Nhựa epoxy chứa mạch hidrocacbon đa dạng và phần nhóm chức epoxy, hiđroxyl khá phân cực đồng thời có khả năng biến đổi hóa học qua các phản ứng thế, cộng hợp, trùng hợp để tạo ra vật liệu màng phủ đa dạng hơn về tính chất và tính năng sử dụng. Mặt khác, dầu thực vật loại triglyxerit với các nhóm este, liên kết đôi và trong một số loại dầu chứa nhóm hiđroxyl và epoxy cũng là những trung tâm hoạt động hóa học đa dạng. Màng phủ trên cơ sở nhựa epoxy biến tính dầu thực vật nhằm kết hợp những tính chất nổi trội, những tính năng quý của nhựa epoxy như tính phân cực, khả năng bám dính tốt trên kim loại, khả năng chịu lực, chịu mài mòn, chịu nhiệt,. mà còn được cải thiện thêm tính mềm dẻo, độ bám dính, tốc độ đóng răn và mức độ thân thiện môi trường,. tạo ra những vật liệu đa dạng và có nhiều tính năng phong phú, thích hợp cho bảo vệ, trang trí các bề mặt bằng kim loại, chi tiết thiết bị, máy móc, bảng mạch điện tử, đồ gỗ, gốm, sứ,. Nhựa epoxy biến tính dầu thực vật được tổng hợp bằng phản ứng trao đổi este của một số dầu thực vật triglixerit và nhựa epoxy đian, thu được sản phẩm biến tính có hàm lượng nhóm epoxy 2,0 – 2,2 mol epoxy/kg của nhựa epoxy và dầu là sản phẩm có chất lượng cao, kết hợp được các tính năng ưu việt của dầu và nhựa epoxy [19, 23]. Nhờ có hàm lượng nhóm epoxy cao nên nhựa epoxy biến tính dầu thực vật bằng phương pháp này có thể đóng rắn bằng nhiều tác 2 nhân khác nhau tạo nên các sản phẩm đa dạng, chất lượng cao, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và đối tượng sử dụng khác nhau [24]. Các nghiên cứu về phản ứng khâu mạch nhựa epoxy biến tính dầu trẩu, dầu đậu nành, dầu hạt cao su, dầu lanh, … đã được công bố trên các tạp chí khoa học chuyên ngành. Tuy nhiên, hầu như chưa có công bố về về nghiên cứu phản ứng khâu mạch nhựa epoxy biến tính dầu ve, dầu hạt cây đen, … là các loại nhựa ngoài nhóm hyđroxyl, epoxy của nhựa epoxy đian còn có trong phân tử các nhóm hyđroxyl hoặc nhóm epoxy của dầu. Điều này sẽ ảnh hưởng đến phản ứng khâu mạch của chúng bằng các tác nhân khác nhau cũng như tính chất của sản phẩm khâu mạch Việc nghiên cứu và phân tích cấu trúc, tính chất của sản phẩm khâu mạch nhựa epoxy biến tính dầu hạt cây đen không chỉ góp phần thiết thực cho việc giải quyết yêu cầu bảo vệ, chống ăn mòn cho vật liệu, thiết bị, công trình đồng thời góp phần khai thác, sử dụng có hiệu quả dầu thực vật, nguồn nguyên liệu dồi dào có khả năng tái sinh ở nước ta, góp phần giải quyết nhiều vấn đề kinh tế, xã hội, môi trường và phát triển bền vững của đất nước mà còn cho phép hiểu thêm quy luật ảnh hưởng của cấu trúc hóa học, hàm lượng nhóm epoxy, tỉ lệ các hợp phần đến phản ứng khâu mạch và cung cấp thêm luận cứ khoa học cho việc sử dụng dầu hạt cây đen.