Nghiên cứu hệ nhựa epoxy đóng rắn bằng TETA biến tính dầu đậu nành epoxy hóa - ĐH SPKT TPHCM

Khóa luận nghiên cứu vật liệu nhựa epoxy đóng rắn bằng triethylene tetramine và dầu đậu nành epoxy hóa, ứng dụng trong công nghiệp.

• Tác giả: Trần Thị Băng Huyền
• Người hướng dẫn: PGS. TS Huỳnh Đại Phú
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Vật Liệu
• Đề tài: Nghiên Cứu Vật Liệu Nhựa Epoxy Từ Dầu Đậu Nành Và Triethylene Tetramine
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT
• 1.1. Tổng quan về dầu thực vật
• 1.1.1. Sơ lược chung về dầu thực vật
• 1.1.2. Phân loại
• 1.1.3. Dầu đậu nành
• 1.1.3.1. Tính chất vật lý
• 1.1.3.2. Tính chất hóa học
• 1.1.4. Một số ứng dụng của dầu đậu nành
• 1.2. Tổng quan về dầu đậu nành epoxy hóa
• 1.2.1. Giới thiệu
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu vật liệu nhựa epoxy từ dầu đậu nành

Nghiên cứu về vật liệu nhựa epoxy từ dầu đậu nành và triethylene tetramine đang thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học. Dầu đậu nành, với tính chất thân thiện với môi trường, được xem là nguồn nguyên liệu tiềm năng cho việc sản xuất nhựa epoxy. Nhựa epoxy có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và dân dụng, nhưng vẫn tồn tại một số nhược điểm như tính giòn. Việc nghiên cứu và phát triển nhựa epoxy từ dầu đậu nành không chỉ giúp cải thiện tính chất của nhựa mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

1.1. Lý do chọn nghiên cứu vật liệu nhựa epoxy

Nhu cầu sử dụng vật liệu nhựa epoxy ngày càng tăng trong các ngành công nghiệp. Việc sử dụng dầu đậu nành làm nguyên liệu chính giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tạo ra sản phẩm có khả năng phân hủy sinh học.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu vật liệu nhựa epoxy

Mục tiêu chính của nghiên cứu là khảo sát các tính chất của nhựa epoxy được sản xuất từ dầu đậu nành và triethylene tetramine. Điều này bao gồm việc đánh giá thời gian gel, nhiệt độ gel, và độ bền kéo của sản phẩm.

II. Thách thức trong nghiên cứu vật liệu nhựa epoxy từ dầu đậu nành

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc phát triển vật liệu nhựa epoxy từ dầu đậu nành cũng gặp phải một số thách thức. Tính giòn của nhựa epoxy là một trong những vấn đề lớn nhất. Ngoài ra, việc tối ưu hóa quy trình sản xuất cũng là một thách thức không nhỏ. Cần có các nghiên cứu sâu hơn để cải thiện tính chất của nhựa và mở rộng ứng dụng của nó.

2.1. Tính giòn của nhựa epoxy

Tính giòn của nhựa epoxy làm hạn chế khả năng sử dụng trong nhiều ứng dụng. Việc nghiên cứu các phương pháp biến tính nhựa bằng dầu đậu nành là cần thiết để cải thiện tính chất này.

2.2. Quy trình sản xuất nhựa epoxy

Quy trình sản xuất nhựa epoxy từ dầu đậu nành và triethylene tetramine cần được tối ưu hóa để đạt được hiệu suất cao nhất. Các yếu tố như nhiệt độ, thời gian phản ứng và tỷ lệ nguyên liệu cần được nghiên cứu kỹ lưỡng.

III. Phương pháp nghiên cứu vật liệu nhựa epoxy từ dầu đậu nành

Nghiên cứu sử dụng nhiều phương pháp khác nhau để khảo sát tính chất của vật liệu nhựa epoxy. Các phương pháp này bao gồm xác định thời gian gel, nhiệt độ gel, và độ bền kéo. Việc áp dụng các phương pháp này giúp đánh giá chính xác hơn về chất lượng của nhựa epoxy được sản xuất.

3.1. Phương pháp xác định thời gian gel

Thời gian gel là một trong những chỉ số quan trọng trong quá trình sản xuất nhựa epoxy. Phương pháp xác định thời gian gel giúp đánh giá khả năng đóng rắn của nhựa.

3.2. Phương pháp đánh giá độ bền kéo

Độ bền kéo là một trong những tính chất cơ bản của vật liệu nhựa epoxy. Phương pháp này giúp xác định khả năng chịu lực của nhựa trong các ứng dụng thực tế.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn của nhựa epoxy

Kết quả nghiên cứu cho thấy nhựa epoxy từ dầu đậu nành có nhiều tính chất ưu việt. Đặc biệt, độ bền kéo và thời gian gel của nhựa được cải thiện đáng kể khi sử dụng triethylene tetramine. Những kết quả này mở ra nhiều cơ hội ứng dụng cho vật liệu nhựa epoxy trong các lĩnh vực khác nhau.

4.1. Đánh giá tính chất của nhựa epoxy

Các thí nghiệm cho thấy nhựa epoxy từ dầu đậu nành có độ bền kéo cao hơn so với nhựa epoxy truyền thống. Điều này cho thấy tiềm năng lớn trong việc ứng dụng nhựa trong công nghiệp.

4.2. Ứng dụng thực tiễn của nhựa epoxy

Nhựa epoxy từ dầu đậu nành có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như xây dựng, chế tạo linh kiện điện tử, và sản xuất đồ nội thất. Điều này không chỉ giúp cải thiện chất lượng sản phẩm mà còn bảo vệ môi trường.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu vật liệu nhựa epoxy

Nghiên cứu về vật liệu nhựa epoxy từ dầu đậu nành và triethylene tetramine đã mở ra nhiều hướng đi mới trong ngành công nghiệp vật liệu. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều sản phẩm thân thiện với môi trường và có tính ứng dụng cao.

5.1. Tương lai của nhựa epoxy từ dầu đậu nành

Với sự phát triển của công nghệ, việc sản xuất nhựa epoxy từ dầu đậu nành sẽ ngày càng trở nên phổ biến. Điều này không chỉ giúp cải thiện tính chất của nhựa mà còn giảm thiểu tác động đến môi trường.

5.2. Khuyến nghị cho nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các phương pháp biến tính nhựa và tối ưu hóa quy trình sản xuất. Điều này sẽ giúp nâng cao chất lượng và khả năng ứng dụng của vật liệu nhựa epoxy trong tương lai.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu thế phát triển của khoa học vật liệu hiện đại, việc nghiên cứu và ứng dụng các polyme có nguồn gốc từ tài nguyên tái tạo, có khả năng phân hủy sinh học đang thu hút sự quan tâm lớn nhằm thay thế dần các vật liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ truyền thống. Dầu thực vật là nguồn nguyên liệu tự nhiên dồi dào, giá thành thấp, thân thiện với môi trường và có cấu trúc hóa học thuận lợi để chuyển hóa thành các monomer hoặc phụ gia polymer chức năng phục vụ cho công nghiệp chế tạo keo dán, màng phủ, chất dẻo hóa và vật liệu composite.

Nhựa epoxy (đặc biệt là dòng diglycidyl ether của bisphenol A) là loại nhựa nhiệt rắn được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật và đời sống nhờ độ bám dính cao, độ bền cơ học tốt, khả năng kháng hóa chất và độ co ngót thấp khi đóng rắn. Tuy nhiên, mạng lưới không gian ba chiều dày đặc khiến nhựa epoxy sau khi đóng rắn thường có độ giòn cao, khả năng chịu va đập hạn chế. Để cải thiện độ dẻo dai và giảm tính giòn, các chất biến tính dạng dầu thực vật epoxy hóa như dầu lanh epoxy hóa, dầu đậu nành epoxy hóa (ESO) được đưa vào hệ nhựa. Tại Việt Nam, các công trình sử dụng dầu lanh đã được thực hiện, trong khi nghiên cứu biến tính nhựa epoxy bằng dầu đậu nành epoxy hóa kết hợp hệ đóng rắn amine mạch thẳng vẫn còn hạn chế. Khóa luận tốt nghiệp "Nghiên cứu vật liệu hệ nhựa epoxy đóng rắn bằng Triethylene tetramine biến tính dầu đậu nành epoxy hóa" được thực hiện nhằm giải quyết bài toán biến tính giảm độ giòn và nâng cao hàm lượng nguồn gốc sinh học cho hệ nhựa epoxy thương phẩm.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài bao gồm:

1. Đánh giá và kiểm tra thông số kỹ thuật nguyên liệu đầu vào: xác định chỉ số phần trăm oxirane oxygen của dầu đậu nành epoxy hóa (ESO) và chỉ số amine tổng của chất đóng rắn Triethylene tetramine (TETA).
2. Thiết lập đơn pha chế cho hệ ba cấu tử gồm nhựa epoxy D.E.R 331, dầu đậu nành epoxy hóa (ESO) và chất đóng rắn Triethylene tetramine (TETA) với các tỷ lệ phần trăm khối lượng ESO/epoxy D.E.R 331 khác nhau.
3. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ phối trộn ESO/epoxy D.E.R 331 đến thời gian gel và nhiệt độ đỉnh gel trong quá trình đóng rắn của hệ vật liệu.
4. Xác định hàm lượng đóng rắn (độ gel/mức độ nối mạng) của các mẫu polymer sau phản ứng bằng phương pháp trích ly dung môi Soxhlet.
5. Đánh giá tính chất cơ lý của hệ vật liệu sau đóng rắn thông qua phép đo độ bền kéo và độ bền uốn theo các tiêu chuẩn kỹ thuật tương ứng.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Nhựa epoxy D.E.R 331 (Dow Chemical), Dầu đậu nành epoxy hóa (Epoxidized Soybean Oil - ESO), và Chất đóng rắn amine mạch thẳng Triethylene tetramine (TETA).
• Phạm vi nghiên cứu: Thực nghiệm phối trộn và khảo sát động học đóng rắn, mức độ tạo mạng và cơ tính ở quy mô phòng thí nghiệm tại Bộ môn Công nghệ Vật liệu (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh) phối hợp cùng Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Polyme và Phòng thí nghiệm B2 (Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP. Hồ Chí Minh), hoàn thành vào tháng 08 năm 2020.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thực nghiệm

Cơ sở lý thuyết và hóa học hệ vật liệu

• Dầu thực vật và dầu đậu nành epoxy hóa (ESO): Dầu đậu nành là triglyceride chứa các acid béo không no như acid oleic (C18:1, chiếm khoảng 26%), acid linoleic (C18:2, chiếm khoảng 52%), acid linolenic (C18:3, chiếm khoảng 7%) và các acid béo no (palmitic 11%, stearic 4%). Phản ứng epoxid hóa (theo cơ chế Prileshjew) sử dụng peroxyacid hữu cơ (tạo tại chỗ từ acid formic và dung dịch $H_2O_2$) để chuyển hóa các liên kết đôi $C=C$ không no trên mạch béo thành các vòng oxirane ba cạnh hoạt động.
• Nhựa epoxy D.E.R 331: Là oligomer diglycidyl ether của bisphenol A (DGEBA) có hai nhóm chức epoxy ở hai đầu mạch và các nhóm hydroxyl (-OH) phân bố dọc mạch phân tử, có đương lượng epoxy danh định 182 – 192 g/mol đương lượng, độ nhớt 11.000 – 14.000 mPa.s ở 25°C.
• Chất đóng rắn Triethylene tetramine (TETA): Là một aliphatic polyamine mạch thẳng có công thức phân tử $[C_6H_{18}N_4]$, mang 4 nguyên tử nitơ và 6 nguyên tử hydro linh động (gồm 2 nhóm amine bậc một $-NH_2$ ở hai đầu và 2 nhóm amine bậc hai $-NH-$ ở giữa mạch), có khối lượng phân tử 146,24 g/mol và đương lượng amine lý thuyết là $146/6 \approx 24,33$ g/mol đương lượng.
• Cơ chế phản ứng đóng rắn: Nguyên tử carbon của vòng oxirane bị tấn công ái nhân bởi cặp điện tử tự do trên nguyên tử nitơ của phân tử TETA. Hydro linh động của nhóm amine chuyển vị sang nguyên tử oxy mang điện tích âm, dẫn đến phản ứng mở vòng epoxy tạo thành liên kết cộng hóa trị $C-N$ và hình thành nhóm hydroxyl $-OH$. Quá trình tiếp diễn đa hướng giữa các nhóm amine đa chức và các phân tử epoxy tạo nên cấu trúc lưới không gian ba chiều (thermoset network).

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

• Phương pháp chuẩn độ chỉ số phần trăm oxirane oxygen: Thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM D1652-97. Mẫu ESO được hòa tan trong dung môi chloroform, chuẩn độ mở vòng epoxy bằng dung dịch acid hydrobromic sinh ra từ phản ứng giữa acid perchloric/acid axetic hoặc chuẩn độ bằng dung dịch chuẩn HCl 0,1N trong môi trường acid axetic băng với chất chỉ thị crystal violet (chuyển màu từ tím sang xanh tím).
• Phương pháp đo thời gian gel và nhiệt độ gel: Thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM D2471. Hỗn hợp phản ứng được khuấy đồng nhất trong 3 phút, theo dõi nhiệt độ tỏa ra bằng nhiệt kế định vị tại tâm khối mẫu và xác định thời điểm chuyển pha từ lỏng nhớt sang gel đàn hồi bằng que thử tiêu chuẩn sau mỗi chu kỳ 30 giây ở nhiệt độ phòng.
• Phương pháp xác định hàm lượng đóng rắn: Sử dụng hệ thống trích ly Soxhlet liên tục. Mẫu đóng rắn (khoảng 0,5 g) được sấy loại ẩm, bọc trong túi lọc và trích ly phần monomer/oligomer chưa phản ứng bằng dung môi acetone sôi ở nhiệt độ bể điều nhiệt 75°C trong 8 giờ liên tục, sau đó sấy khô ở 80°C trong 30 phút để xác định tỷ lệ phần trăm khối lượng polymer không tan còn lại.
• Phương pháp đo cơ tính kéo: Thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM D638-00 (mẫu hình quả tạ Loại I, chiều rộng phần hẹp 13 mm, chiều dài phần hẹp 57 mm, khoảng cách ngàm kẹp 115 mm) trên thiết bị thử nghiệm cơ lý vạn năng M350-10CT với vận tốc kéo 5 mm/phút tại nhiệt độ phòng (sử dụng 4 mẫu thử cho mỗi tỷ lệ để lấy giá trị trung bình).
• Phương pháp đo cơ tính uốn: Thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM D790-00 (phương pháp uốn 3 điểm trên mẫu dạng thanh) trên thiết bị M350-10CT với vận tốc gia tải 2 mm/phút.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về lý thuyết

Chương này hệ thống hóa toàn diện các luận điểm khoa học về dầu thực vật, dầu đậu nành, quy trình epoxid hóa và các đặc tính kỹ thuật của dầu đậu nành epoxy hóa thương phẩm (như Vikoflex® 7170 của Arkema và sản phẩm của Hallstar). Tác giả phân tích chi tiết lịch sử phát triển của nhựa epoxy từ các phát minh của Pierre Castan và Sylvan Greenlee (1936–1943), phân loại hợp chất epoxy tự nhiên và tổng hợp, cấu trúc hóa học và các phản ứng tổng hợp epoxy bisphenol A, bisphenol F, epoxy novolac. Đồng thời, chương 1 làm rõ tính chất hóa lý, quy trình tổng hợp nhựa D.E.R 331, cấu tạo phân tử và phương thức điều chế chất đóng rắn TETA, cơ chế phản ứng mở vòng epoxy bởi nhóm amine bậc một và bậc hai, cùng các yếu tố công nghệ chi phối quá trình đóng rắn bao gồm độ ẩm môi trường, nhiệt độ phản ứng và tỷ lệ đương lượng phản ứng giữa nhóm amine và nhóm oxirane.

Chương 2: Thực nghiệm

Chương 2 trình bày chi tiết danh mục nguyên vật liệu, hóa chất tinh khiết và thiết bị phân tích sử dụng trong nghiên cứu (cân kỹ thuật sai số 0,01 g, tủ sấy, máy khuấy cơ, máy khuấy từ gia nhiệt, bộ chiết Soxhlet và máy đo cơ tính M350-10CT). Quy trình thực nghiệm tổng quát được chuẩn hóa từ khâu kiểm tra thông số nguyên liệu đầu vào đến việc thành lập đơn pha chế hệ ba cấu tử. Tác giả tính toán tỷ lệ đương lượng lý thuyết $T = \text{Đương lượng TETA} / \text{Đương lượng D.E.R 331} = (146/6) / 188 \approx 0,13$, cố định lượng TETA ở mức 13% khối lượng so với nền nhựa epoxy D.E.R 331, và xây dựng 4 công thức phối trộn với các tỷ lệ phần trăm khối lượng ESO/epoxy D.E.R 331 lần lượt là 40/60, 30/70, 25/75 và 20/80 (tương ứng với 10/90, 20/80, 25/75, 30/70, 40/60 trong các phép thử). Các bước thực hiện phép đo chuẩn độ oxirane, xác định thời gian gel, nhiệt độ gel, chiết tách mạng polymer và gia công mẫu đo kéo, đo uốn theo các tiêu chuẩn ASTM (D1652, D2471, D638, D790) được mô tả chi tiết kèm các phương trình toán học xử lý số liệu.

Chương 3: Kết quả và bàn luận

Chương 3 tập trung phân tích các số liệu thực nghiệm thu được từ quá trình kiểm tra nguyên liệu và khảo sát hệ vật liệu đóng rắn:

• Đánh giá chất đóng rắn TETA: Ngoại quan chất lỏng trong suốt, không màu, chưa bị oxy hóa tạo muối carbamate; chỉ số amine tổng đo được qua 3 lần thử nghiệm đạt giá trị trung bình là 1412 mg KOH/g (lần 1: 1415, lần 2: 1409, lần 3: 1411), hoàn toàn phù hợp với dải tiêu chuẩn kỹ thuật của nhà sản xuất (1410 – 1480 mg KOH/g).
• Đánh giá dầu đậu nành epoxy hóa (ESO): Chất lỏng màu vàng sáng, nhớt; chỉ số % oxirane oxygen trung bình đạt 6,34% (lần 1: 6,37%, lần 2: 6,24%, lần 3: 6,40%), nằm trong giới hạn cho phép của nguyên liệu thương phẩm ($< 7,0%$).
• Động học gel hóa của hệ nhựa: Khảo sát 4 tỷ lệ khối lượng ESO/epoxy D.E.R 331 (40/60, 30/70, 25/75, 20/80) cho thấy thời gian gel dao động trong khoảng từ 13,67 đến 25,30 phút, và nhiệt độ đỉnh gel dao động từ 61°C đến 89°C. Mẫu có tỷ lệ ESO/epoxy 20/80 đạt thời gian gel ngắn nhất (13,67 phút) và nhiệt độ tỏa nhiệt cao nhất (89°C). Ngược lại, mẫu có tỷ lệ 40/60 có thời gian gel kéo dài nhất (25,30 phút) và nhiệt độ đỉnh gel thấp nhất (61°C).
• Phân tích cơ chế: Thời gian gel tỷ lệ thuận với hàm lượng ESO, trong khi nhiệt độ đỉnh gel tỷ lệ nghịch với hàm lượng ESO. Tác giả luận giải rằng khi tăng hàm lượng ESO (thay thế một phần D.E.R 331), sự hiện diện của các phân tử triglyceride béo có khối lượng phân tử lớn, cấu trúc không gian cồng kềnh đã tạo ra hiệu ứng cản trở lập thể, làm giảm khả năng tiếp xúc và xác suất va chạm hiệu quả giữa các nhóm epoxy nội mạch với nhóm amine của TETA. Đồng thời, mật độ nhóm phản ứng hoạt tính trên một đơn vị thể tích giảm làm giảm tốc độ tỏa nhiệt và hạ thấp nhiệt độ gel của hệ.
• Đánh giá hàm lượng đóng rắn và tính chất cơ lý: Phân tích ảnh hưởng của các tỷ lệ ESO đến tỷ lệ chuyển hóa nối mạng qua phương pháp trích ly Soxhlet, cùng sự thay đổi của các chỉ tiêu độ bền kéo đứt, độ biến dạng khi đứt, module đàn hồi kéo, độ bền uốn và module uốn khi biến tính nền nhựa epoxy cứng bằng dầu thực vật dẻo.

Chương 4: Kết luận và kiến nghị

Chương này tổng kết các kết quả đạt được về quy trình biến tính, quy luật biến thiên của các thông số công nghệ đóng rắn và cơ lý tính theo tỷ lệ ESO; đồng thời đưa ra các đề xuất kỹ thuật nhằm tối ưu hóa đơn công thức cho các ứng dụng thực tế.

Kết quả và đóng góp

Số liệu thực nghiệm tổng hợp

Thông số khảo sát	Mẫu 1 (Tỷ lệ 40/60)	Mẫu 2 (Tỷ lệ 30/70)	Mẫu 3 (Tỷ lệ 25/75)	Mẫu 4 (Tỷ lệ 20/80)
Khối lượng ESO (g)	40	30	25	20
Khối lượng Epoxy D.E.R 331 (g)	60	70	75	80
Khối lượng chất đóng rắn TETA (g)	13	13	13	13
Thời gian gel (phút)	25,30	—	—	13,67
Nhiệt độ gel (°C)	61	—	—	89
Chênh lệch thời gian gel cực đại	11,63 phút (giữa tỷ lệ 20/80 và 40/60)
Chênh lệch nhiệt độ đỉnh gel cực đại	28°C (giữa tỷ lệ 20/80 và 40/60)

Chỉ tiêu nguyên liệu kiểm tra	Giá trị thực nghiệm trung bình	Tiêu chuẩn kỹ thuật nhà sản xuất
Chỉ số amine tổng của TETA (mg KOH/g)	1412 (1415; 1409; 1411)	1410 – 1480
Chỉ số % Oxirane Oxygen của ESO (%)	6,34 (6,37; 6,24; 6,40)	< 7,0

Giải pháp và kết quả chính

• Xác lập được quy luật động học đóng rắn nguội của hệ D.E.R 331/ESO/TETA: việc gia tăng hàm lượng dầu đậu nành epoxy hóa từ 20% lên 40% làm chậm tốc độ phản ứng đóng rắn, kéo dài thời gian tạo gel thêm 11,63 phút và làm giảm nhiệt độ đỉnh tỏa nhiệt 28°C.
• Việc hạ thấp nhiệt độ đỉnh gel và kéo dài thời gian chuyển pha gel giúp giải quyết nhược điểm tỏa nhiệt cục bộ quá lớn và thời gian gia công quá ngắn của hệ nhựa epoxy đóng rắn bằng polyamine mạch thẳng truyền thống, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình khử bọt khí, đúc khuôn các chi tiết lớn hoặc gia công lớp phủ bề mặt.
• Làm rõ cơ chế cản trở lập thể của mạch triglyceride dầu thực vật đối với phản ứng mở vòng oxirane của chất đóng rắn amine.

Đóng góp so với các nghiên cứu trước

• Mở rộng phạm vi nghiên cứu ứng dụng dầu thực vật sinh học tại Việt Nam, tập trung vào dầu đậu nành epoxy hóa (ESO) thay vì các hệ dầu lanh truyền thống.
• Cung cấp dữ liệu thực nghiệm có hệ thống về sự tương thích, thông số gel hóa, mức độ đóng rắn và tính chất cơ lý của hệ nhựa nền D.E.R 331 đóng rắn nguội bằng TETA khi có mặt thành phần biến tính ESO.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Trong khuôn khổ khóa luận, lượng chất đóng rắn TETA được tính toán cố định theo tỷ lệ 13% khối lượng dựa trên đương lượng của riêng nhựa epoxy D.E.R 331 ($T = 0,13$), chưa tính toán bù trừ lượng amine phản ứng đồng thời với các nhóm oxirane có trong thành phần dầu đậu nành epoxy hóa; phạm vi khảo sát tỷ lệ khối lượng tập trung ở dải từ 20% đến 40% ESO. Nghiên cứu chưa thực hiện các phép phân tích nhiệt chuyên sâu (như DSC để xác định nhiệt độ thủy tinh hóa $T_g$, TGA đánh giá độ bền nhiệt phân hủy) và phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) để định lượng mức độ chuyển hóa nhóm chức.
• Hướng nghiên cứu tiếp: Khảo sát tối ưu hóa tỷ lệ chất đóng rắn TETA dựa trên tổng đương lượng epoxy của cả hỗn hợp (D.E.R 331 + ESO); mở rộng nghiên cứu cấu trúc hình thái học màng đóng rắn, độ bền lão hóa thời tiết, khả năng kháng nước và thử nghiệm ứng dụng thực tế trong lĩnh vực vật liệu composite sinh học hoặc keo dán công nghiệp.

Giá trị tham khảo

• Đối tượng thụ hưởng: Sinh viên, học viên cao học, kỹ sư và nghiên cứu viên thuộc các ngành Công nghệ Vật liệu, Kỹ thuật Hóa học, Hóa Polyme và Vật liệu Composite.
• Nội dung giá trị: Khóa luận là tài liệu tham khảo thực nghiệm giá trị về:
  • Quy trình phân tích hóa học chuẩn độ xác định hàm lượng % oxirane oxygen trong dầu thực vật biến tính theo tiêu chuẩn ASTM D1652-97.
  • Phương pháp xây dựng đơn pha chế, tính toán đương lượng hóa học và kiểm soát các thông số thời gian gel, nhiệt độ đỉnh gel theo ASTM D2471 cho hệ nhựa nhiệt rắn đóng rắn ở nhiệt độ phòng.
  • Phương pháp thực nghiệm chiết tách Soxhlet đo độ đóng rắn của mạng lưới polymer không tan.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ vật liệu trong khóa luận sử dụng những thành phần hóa chất chính nào?

Khóa luận sử dụng hệ ba cấu tử gồm: nhựa epoxy nền D.E.R 331 (Dow Chemical, đương lượng epoxy 188 g/mol đương lượng), chất biến tính nguồn gốc sinh học là dầu đậu nành epoxy hóa (ESO), và chất đóng rắn amine mạch thẳng Triethylene tetramine (TETA, khối lượng phân tử 146,24 g/mol).

2. Chỉ số % oxirane oxygen của dầu đậu nành epoxy hóa (ESO) được xác định bằng phương pháp nào và đạt bao nhiêu?

Chỉ số % oxirane oxygen được xác định bằng phương pháp chuẩn độ hóa học mở vòng epoxy theo tiêu chuẩn ASTM D1652-97 sử dụng dung dịch chuẩn HCl 0,1N trong acid axetic, dung môi chloroform và chất chỉ thị crystal violet. Kết quả thực nghiệm qua 3 lần đo lần lượt là 6,37%, 6,24% và 6,40%, cho giá trị trung bình là 6,34% (phù hợp với tiêu chuẩn nguyên liệu $< 7,0%$).

3. Tỷ lệ chất đóng rắn TETA được xác định và thiết lập như thế nào trong đơn pha chế?

Tỷ lệ chất đóng rắn TETA được tính toán dựa trên tỷ lệ đương lượng giữa TETA và D.E.R 331 theo công thức: $T = (146/6) / 188 \approx 0,13$. Lượng TETA được cố định ở mức 13% khối lượng so với nền nhựa epoxy D.E.R 331 (tương ứng 13 g TETA cho 100 g hỗn hợp nhựa) trên tất cả các mẫu khảo sát tỷ lệ ESO/epoxy (40/60, 30/70, 25/75, 20/80).

4. Sự thay đổi tỷ lệ ESO/epoxy D.E.R 331 ảnh hưởng như thế nào đến thời gian gel và nhiệt độ đỉnh gel?

Khi tỷ lệ ESO tăng từ 20% lên 40% khối lượng, thời gian gel kéo dài từ 13,67 phút lên 25,30 phút (tăng 11,63 phút), đồng thời nhiệt độ đỉnh gel giảm từ 89°C xuống 61°C (giảm 28°C). Thời gian gel tỷ lệ thuận và nhiệt độ đỉnh gel tỷ lệ nghịch với hàm lượng dầu đậu nành epoxy hóa đưa vào hệ.

5. Vì sao việc bổ sung dầu đậu nành epoxy hóa (ESO) lại làm chậm quá trình gel hóa của hệ nhựa?

Do phân tử ESO có khối lượng phân tử lớn và cấu trúc các nhánh triglyceride béo cồng kềnh, gây ra hiệu ứng cản trở không gian lập thể. Điều này làm giảm khả năng tiếp xúc và phản ứng giữa các nhóm oxirane nội mạch với hydro linh động của chất đóng rắn TETA, làm chậm tốc độ tạo mạng lưới không gian và giảm lượng nhiệt phát sinh trong quá trình đóng rắn.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Trần Thị Băng Huyền đã nghiên cứu thực nghiệm thành công hệ vật liệu nhựa epoxy D.E.R 331 đóng rắn nguội bằng Triethylene tetramine (TETA) có biến tính bằng dầu đậu nành epoxy hóa (ESO). Kết quả thực nghiệm đã làm sáng tỏ quy luật ảnh hưởng của tỷ lệ ESO đến động học gel hóa, chỉ ra rằng việc tăng hàm lượng ESO giúp kéo dài thời gian gel từ 13,67 lên 25,30 phút và hạ nhiệt độ đỉnh tỏa nhiệt từ 89°C xuống 61°C. Công trình cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm tin cậy cho việc kiểm soát quá trình gia công và định hướng ứng dụng nguồn dầu thực vật tái tạo trong biến tính nâng cao tính dẻo cho vật liệu polymer nhiệt rắn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và một số phần khác theo quy định trình bày của một khóa luận hoàn chỉnh, nội dụng luận văn được chia làm 4 chương : Chƣơng 1 : Tổng quan về lý thuyết Chƣơng 2 : Thực nghiệm Chƣơng 3 : Kết quả và bàn luận Chƣơng 4 : Kết luận và kiến nghị 2 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT 1. Tổng quan về dầu thực vật 1. Sơ lƣợc chung về dầu thực vật Dầu thực vật là các chất lỏng, nhớt được chiết xuất, chưng cất và tinh chiết từ các loại thực vật khác nhau, là những hợp chất của nhiều chất hữu cơ tan trong các dung môi hữu cơ thông thường như cloroform, hexan, ete, benzen, xăng,… nhưng không tan trong nước.

Đối với thực vật chất béo tích trữ chủ yếu trong quả và hạt. Trong các hạt, khi hạt chín dần thì một phần tinh bột sẽ chuy n thành chất béo [5]. Dầu thực vật chứa các axit béo cần thiết cung cấp năng lượng cho cơ th và ngăn ngừa các bệnh như suy dinh dưỡng ở trẻ em, các bệnh lỡ về da, suy nhược cơ th vì thiếu chất,. Bên cạnh đó, dầu thực vật còn hòa tan được các vitamin tan trong dầu A, D, E, K) giúp cho các quá trình trao đổi chất sinh học trong cơ th được thực hiện hiệu quả.

Ngoài ra, dầu thực vật là nguyên liệu vô cùng quan trọng cho công nghiệp chế biến keo, mực in, sơn, nến, chất tạo nhũ, chất tẩy rửa, chất dẻo,… Một số chất béo cũng dùng trong y dược như bơ, ca cao, dầu mù u, dầu thầu dầu,… Bảng 1. Một số loại chất béo thực phẩm thông dụng tính trên 100 gam) [5]. Chất béo Chất béo bão Chất béo không Chất béo Dầu thực vật tổng hòa no đơn không no đa Dầu shortening 71 g 23 g 8g 37 g (hydrat hóa) Dầu hướng dương 100 g 10 g 20 g 66 g Dầu đậu nành 100 g 16 g 23 g 58 g Dầu ô liu 100 g 14 g 73 g 11 g Bơ 81 g 51 g 21 g 3g 1. Phân loại Dầu thực vật có th được chia thành:  Tinh dầu là một loại hợp chất thơm dễ bay hơi và tinh khiết, được sử dụng làm hương liệu, chăm sóc sức khỏe (ví dụ: tinh dầu hoa hồng, tinh dầu oải hương,…)  Dầu ngâm là loại dầu được thêm các chất khác vào (ví dụ như quả ô liu,…)  Dầu và chất béo chiết xuất từ thực vật, thường được gọi là dầu thực vật, là hỗn hợp các triglyxerit được chiết xuất từ thân, hạt hoặc cùi quả của một số 3 loại cây có dầu như dừa, hướng dương, thầu dầu, đậu nành,.

Dầu và chất béo chiết xuất từ thực vật bao gồm dạng lỏng như dầu canola, dạng rắn như bơ, cacao. Dầu và chất béo chiết xuất từ thực vật được dùng làm thức ăn hoặc phục vụ trong công nghiệp.  Dầu và chất béo được hydro hóa, bao gồm hỗn hợp các triglyxerit được hydro hóa ở nhiệt độ và áp suất cao. Hydro liên kết với triglyxerit làm tăng phân tử khối.

Dầu và chất béo được hydro hóa được tăng thêm khả năng chống oxy hóa (ôi, thiu), hoặc tăng thêm độ nhớt hay nhiệt độ nóng chảy. Dầu đậu nành Dầu đậu nành là một loại dầu thực vật được chiết xuất từ hạt của đậu tương. Hạt đậu nành hình oval, có vỏ bao bọc, vỏ chiếm khoảng 5% khối lượng hạt. Khối lượng 1000 hạt khô là 140 – 200g, dụng trọng của hạt là 600 – 780 kg/m.

Dầu đậu nành ép từ hạt đậu nành có màu từ vàng nhạt đến vàng, có mùi đặc trưng của đậu nành, có thành phần axit béo khá hoàn chỉnh [3], [6]. Thành phần axit béo của dầu đậu nành [13].