Nghiên cứu chế tạo sơn điện di catốt bảo vệ kim loại trên cơ sở vật liệu tạo màng tổ hợp - nhựa epoxy biến tính

Nghiên cứu chế tạo sơn điện di catốt bảo vệ kim loại trên cơ sở vật liệu tạo màng tổ hợp - nhựa epoxy biến tính

Bộ giáo dục và đào tạo Bộ quốc phòng

Viện khoa học và công nghệ quân sự



Nguyễn duy lời

Nghiên cứu chế tạo sơn điện di catốt bảo vệ kim loại trên cơ sở vật liệu tạo màng

tổ hợp - nhựa epoxy biến tính

Chuyên ngành: hóa hữu cơ

Mã số : 62.44.27.01

tóm tắt luận án tiến sĩ hóa học

Hà Nội - 2009

Công trình được hoàn thành tại viện khoa học và công nghệ quân sự

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Nhà nước, họp tại: Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự

lúc 8 giờ 30 phút, ngày 24 tháng 3 năm 2009

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Quốc gia

- Thư viện Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự

Danh mục các công trình của tác giả

liên quan đến luận án đã đăng báo

1 Nguyễn Việt Bắc, Nguyễn Duy Lời (1998), "Sơn điện di ca tốt bảo vệ kim loại" tuyển tập báo cáo hội nghị hoá học toàn quốc lần thứ 3 tại

Hà Nội, tập 1 "Hoá học vì sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước", trang 315- 317

2 Nguyễn Việt Bắc, Nguyễn Duy Lời (2006) "nghiên cứu tổng hợp chất tạo màng sơn điện di catốt trên cơ sở vật liệu tạo màng tổ hợp nhựa epoxy biến tính" Tạp chí nghiên cứu KHKT&CNQS, Bộ Quốc phòng,

số 14 trang 80-88

3 Nguyễn Duy Lời, Nguyễn Việt Bắc (2006) "Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến chất lượng màng sơn điện di catốt trên cơ sở vật liệu tạo màng tổ hợp nhựa epoxy biến tính" Tạp chí nghiên cứu KHKT&CNQS, Bộ Quốc phòng, số 16 trang 117 - 124

4 Nguyễn Duy Lời, Nguyễn Việt Bắc (2007) "Nghiên cứu ảnh hưởng của trọng lượng phân tử nhựa epoxy và tỷ lệ thành phần giữa cấu tử tạo sơn

điện di catốt đến độ bền của hệ nhũ hoá và chất lượng màng sơn điện di" Tạp chí nghiên cứu KHKT&CNQS, Bộ Quốc phòng, số 19 trang 106-112

5 Nguyễn Duy Lời, Nguyễn Việt Bắc, Đào Công Minh (2007) "Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến chất lượng màng sơn điện di catốt

có chứa bột màu trên cơ sở nhựa epoxy biến tính" Tạp chí nghiên cứu KHKT&CNQS, Bộ Quốc phòng, số 21 trang 135 - 142

6 Nguyễn Duy Lời, Nguyễn Việt Bắc (2007) ‘’Sơn điện di catốt bảo vệ kim loại trên cơ sở nhựa epoxy biến tính’’ Tạp chí hóa học, số đặc biệt

kỷ niệm 45 năm Tạp chí hoá học (1962 – 2007) trang 58 – 65

mở đầu

1 Đặt vấn đề

Hiện nay sơn điện di là một trong những phương pháp sơn hiện đại nhất trong kỹ nghệ sơn bảo vệ kim loại, hợp kim Sơn điện di chính là phương pháp mạ polyme –tạo màng bảo vệ từ trong dung dịch nước hay hệ nhũ tương phân tán của chất tạo màng lên nền kim loại dưới tác dụng của dòng điện một chiều Những ưu điểm nổi bật của sơn điện di là sự thân thiện với môi trường nhờ sử dụng dung môi là nước thay thế cho dung môi hữu cơ truyền thống nên ít gây

độc hại và ô nhiễm môi trường,tránh được nguy cơ cháy nổ Sơn dễ tự động hoá trong dây chuyền công nghiệp hiện đại, sơn nhanh năng suất cao Màng sơn tạo

ra có tính năng cơ lý hóa và bảo vệ chống ăn mòn kim loại tốt

Hiện nay trên thế giới sơn điện di đã được ứng dụng rộng rãi trong hàng loạt các ngành công nghiệp như: công nghiệp ô tô,cơ khí chế tạo máy móc, dụng cụ y tế, kỹ nghệ điện -điện tử, hàng tiêu dùng và đặc biệt được ứng dụng

để sơn vũ khí trang bị kỹ thuật quân sự đem lại hiệu quả kinh tế –kỹ thuặt cao Trên thế giới các nước công nghiệp phát triển, sơn điện di nhất là sơn điện di catôt vẫn ngày càng thu hút sự quan tâm đặc biệt của nhiều hãng nhiều chuyên gia trong việc đằu tư nghiên cứu mở rộng và đa dạng hoá nhiều họ vật liệu tạo màng sử dụng cho lĩnh vực này.Tuy nhiên các công trình nghiên cứu chế tạo sơn

điện di chỉ được công bố một cách sơ lược mà nắm giữ bí mật và bản quyền lại thuộc về những hãng sơn hàng đầu thế giới ở Việt Nam nguồn vật liệu tạo màng sơn cũng như dây chuyền công nghệ sơn điện di chủ yếu phải nhập ngoại với kinh phí lên đến hàng chục triệu USD.Việc đầu tư nghiên cứu về sơn điện di trong nước còn rất hạn chế,đặc biệt sơn điện di catôt chất lượng cao lại chưa có cơ

sở nào đặt ra vắn đề nghiên cứu trong khi nhu cầu thực tế của loại sơn này rất lớn, vì vậy việc nghiên cứu chế tạo ra các loại sơn điện di catôt mới trở nên cấp thiết

Về lý thuyết cú nhiều họ vật liệu tạo màng sử dụng cho sơn điện di catụt

Từ cỏc họ nhựa quen thuộc như polyuretan, polyamit, polyeste, cacbamit chứa amin đến cỏc họ nhựa acrylic, vinylic chứa nguyờn tử nitơ Chỳng tụi đặc biệt quan tõm đến nhúm nhựa epoxy biến tớnh hiện đang được sử dụng phổ biến cho tổng hợp chất tạo màng sơn điện di catụt.Nhờ nhựa gốc epoxy và cỏc nguyờn liệu đầu sẵn cú trờn thị trường Việt Nam chỳng ta hoàn toàn cú thể chế tạo được nhiều dạng chất tạo màng sơn điện di cao cấp

Đề tài của luận án: Nghiên cứu chế tạo sơn điện di catôt bảo vệ kim loại trên cơ sở vật liệu tạo m ng tổ hợp nhựa epoxy biến tính là một việc làm cần thiết mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn rõ rệt

2 Nội dung và mục đích nghiên cứu của luận án

- Nghiên cứu tổng hợp chất tạo màng cho sơn điện di catôt trên cơ sở nhựa epoxy biến tính nhờ phản ứng mở vòng epoxy bằng dietanolamin và aminoamit, trong đó aminoamit là sản phẩm ngưng tụ của hydroxyetylaminoetylamin với axit béo dầu lanh

- Chế tạo hệ vật liệu tạo màng tổ hợp cho sơn điện di catôt trên cơ sở nhựa

epoxy biến tính được phối hợp với các thành phần bổ trợ: Phối hợp với toluendiisoxyanat khoá mạch toàn phần bằng 2-etylhexanol và trimetylolpropan hoặc phối hợp với nhựa melaminfocmandehit butanol hoá

- Khảo sát các tính chất của vật liệu tạo màng tổ hợp Nghiên cứu khảo sát quá trình sơn điện di và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng màng sơn điện di

- Khảo sát các tính năng cơ lý hoá và tính năng bảo vệ chống ăn mòn kim loại của màng sơn điện di catôt chế tạo được Kết luận về chất lượng màng sơn

và đánh giá triển vọng ứng dụng trong thực tế

- Xây dựng quy trình công nghệ tạo màng sơn điện di catôt

3 Những đóng góp mới của luận án

- Nghiờn cứu chế tạo sơn điện di catụt trờn cơ sở hệ vật liệu mới chưa từng được nghiờn cứu ở Việt Nam Giải quyết vấn đề tổng hợp vật liệu cũng như cụng nghệ tạo màng sơn phự hợp Hệ vật liệu và sơn điện di catốt cú khả năng bảo vệ kim loại ưu việt rừ rệt hơn sơn điện di anốt

- Đó tổng hợp được 2 loại chất tạo màng (CTM) sơn điện di catụt mới đú

là tổ hợp nhựa epoxy biến tớnh (EPBT) phối hợp với toluendiisoxyanat khúa mạch toàn phần (TDIKMTP) và tổ hợp nhựa EPBT phối hợp nhựa melaminfocmandehit butanol húa (MFBH) Việc biến tớnh nhựa epoxy được thực hiện bằng cỏch đưa gốc axit bộo dầu lanh vào thành phần nhựa cú tỏc dụng húa dẻo nội phõn tử làm tăng độ bền uốn, độ bền va đập và tăng khả năng đúng rắn màng sơn Đó chứng minh bằng kết quả nghiờn cứu CTM nhựa EPBT phối hợp với TDIKMTP (sơn polyuretan) sử dụng làm sơn điện di catốt đó làm tăng khả năng bảo vệ chống ăn mũn kim loại của màng sơn Kết quả khảo sỏt cho thấy rằng CTM phối hợp với nhựa MFBH cú tỏc dụng hạ nhiệt độ sấy đúng rắn màng sơn cú chất lượng bảo vệ ưu việt phự hợp cho chế độ sơn điện di catốt

- Các kết quả của luận án đã khẳng định việc phối liệu thành công bể sơn

điện di catốt có chứa các loại bột màu, quy trình công nghệ sơn điện di catốt trên cơ sở hai loại CTM sơn chế tạo là thuận lợi và tin cậy, có triển vọng ứng dụng thực tế lớn

4 ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Nghiờn cứu chế tạo sơn điện di catụt trờn cơ sở vật liệu tạo màng tổ hợp nhựa EPBT, một trong những hướng chế tạo sơn cao cấp hiện nay gúp phần làm sỏng tỏ bản chất, nguyờn lý thiết lập hệ vật liệu làm cơ sở cho việc ổn định màng sơn điện di catụt và đa dạng hoỏ vật liệu tạo màng sử dụng cho cụng nghệ sơn điện di catốt cú chất lượng cao trong tương lai

- Cụng trỡnh là một đúng gúp trong điều kiện Việt Nam vào lĩnh vực vật liệu và cụng nghệ sơn hiện đại phự hợp với xu thế phỏt triển của cụng nghiệp sơn phủ bảo vệ cú hiệu quả kinh tế- kỹ thuật cao thõn thiện với mụi trường, giảm thiểu ụ nhiễm so với sơn sử dụng dung mụi hữu cơ truyền thống

- Vật liệu sử dụng cho chế tạo sơn điện di catụt trong luận ỏn đi từ nguồn nguyờn liệu đầu hoàn toàn sẵn cú trờn thị trường Việt Nam Cụng nghệ tạo

màng sơn bằng cỏc trang thiết bị mỏy múc quy chuẩn hoàn toàn cú thể đỏp ứng được ở điều kiện trong nước hiện nay

5 Bố cục của luận án

Luận án dày 141 trang gồm ba chương ; Mở đầu (2 trang) ; Chương 1- Tổng quan về sơn điện di (48 trang) ; Chương 2 – Vật liệu và phương pháp nghiên cứu (10 trang); Chương 3 – Kết quả và biện luận (67 trang) ; Kết luận (2 trang); Tài liệu tham khảo (11 trang) gồm 142 tài liệu tham khảo Trong luận án

có 35 bảng biểu, 56 hình vẽ và đồ thị Phần phụ lục là một số hình ảnh về sơn điện

đi và các phiếu kiểm tra thử nghiệm tính năng kỹ thuật của màng sơn điện di

Nội dung của luận án

Chương 1: Tổng quan về sơn điện di - CƠ SỞ Lý THUYếT VÀ

VậT LIệU TạO MàNG SƠN ĐIệN DI CATÔT TRÊN

CƠ Sở NHựA EPBT 1.1 Sơ lược về lịch sử, quá trình phát triển và hiệu quả kinh tế- kỹ thuật của sơn điện di

1.2 Cơ sở lý thuyết về sơn điện di

Cơ chế- nguyên lý, động học quá trình tạo màng, ảnh hưởng của các yếu tố

điều kiện chế độ sơn đến quá trình tạo màng và chất lượng màng sơn, bản chất

và điều kiện cần thiết của chất tạo màng, những vật liệu tạo màng sử dụng cho sơn điện di catôt và các thành phần cơ bản của hệ sơn điện di catôt

1.3 Tổng quan về vật liệu tạo màng sơn điện di catôt trên cơ sở nhựa EPBT Phân tích lựa chọn và định hướng nghiên cứu tổng hợp vật liệu tạo màng tổ hợp cho sơn điện di catôt trên cơ sở nhựa EPBT

Chương 2: vật liệu và phương pháp nghiên cứu

2.1 Giới thiệu các vật tư hoá chất và trang thiết bị thực nghiệm

2.2 Phương pháp nghiên cứu về vật liệu tạo màng

2.2.1 Các phương pháp phân tích hoá học xác định các nhóm chức (hàm lượng các nhóm epoxy, amin , isoxyanat, chỉ số axít, chỉ số hydroxyl, chỉ số xà phòng hoá, chỉ số iốt, hàm lượng focmandehit, melamin và hàm lượng metylol) 2.2.2 Phương pháp sắc ký thẩm thấu gel (GPC) xác định khối lượng phân tử của chất tạo màng trên máy sắc ký GPC FOR CLASS- VP (hãngShimadzu)

2.2.3 Phương pháp phổ hồng ngoại xác định các nhóm chức và cấu trúc của vật liệu tạo màng trên máy Shimadzu –FTIR- 810M

2.3 Phương pháp kiểm tra đánh giá chất lượng màng sơn điện di

2.3.1 Phương pháp thử nghiệm sơn nguyên thuỷ (xác định độ nhớt, hàm khô của CTM, kích thước hạt nhũ, giá trị pH , độ dẫn điện và năng lực phân tán của dung dịch sơn)

2.3.2 Phương pháp xác định khả năng đóng rắn của màng sơn sử dụng thiết bị chuyên dụng Soxhlet

2.3.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) nghiên cứu cấu trúc màng sơn trên máy JSM -5410 LV- scanning microscope JEOl (Mỹ)

2.4 Phương pháp gia công xử lý bề mặt nền

Các phương pháp tẩy dầu mỡ ,tẩy gỉ , phôtphat hoá bề mặt

2.5 Phương pháp xác định các tính năng cơ lý của màng sơn

Xác định độ bám dính, độ bền uốn, độ bền va đập, độ cứng , độ bóng V à độ dày của màng sơn theo (TCVN) trên các thiết bị đo chuyên dụng

2.6 Phương pháp đánh giá khả năng bảo vệ chống ăn mòn kim loại của màng sơn

2.6.1 Phương pháp đánh giá độ bền mù muối nhờ thử nghiệm trong tủ S1000 ( của Đức) theo tiêu chuẩn ASTM- B 117-95

2.6.2 Phương pháp đánh giá độ bền ăn mòn điện hoá thông qua đo thế điện cực và tổng trở theo thời gian trên máy CMS-100 ( của Mỹ)

Chương 3 Kết quả và biện luận 3.1 Tổng hợp chất tạo màng cho sơn điện di catốt trên cơ sở nhựa epoxy biến tính 3.1.1 Kết quả tổng hợp nguyên liệu đầu và chất tạo màng

3.1.1.1 Tổng hợp dẫn xuất toluendiisoxyanat khoá mạch toàn phần (TDIKMTP) Phản ứng khoá mạch toàn phần toluendiisoxyanat (TDI) bằng 2-etylhexanol và trimetylolpropan theo tỉ lệ mol là 3:3:1 trong môi trường khí trơ nitơ theo hai giai đoạn:

Giai đoạn đầu được thực hiện ở nhiệt độ 38-40oC trong thời gian 0,5 giờ (để khoá mạch 1/2 số nhóm chức isoxyanat) Giai đoạn thứ hai thực hiện phản ứng ở 120-122oC trong thời gian 2 giờ để khoá mạch hoàn toàn các nhóm chức isoxyanat đến khi sản phẩm đạt chỉ số isoxyanat bằng 0 Theo dõi phản ứng thông qua xác định chỉ số isoxyanat bằng phương pháp phân tích chuẩn độ hoá học và đo phổ đồ IR xác định vạch đặc trưng isoxyanat, trên phổ đồ không còn vạch pic đặc trưng cho nhóm chức isoxyanat ở vị trí sóng ν = 2264cm-1

Hình 3.1 Biến thiên hàm lượng isoxyanat theo thời gian

0 30 60 90 120 150 180

Phản ứng ở 40 độ

và 120 độ C Phản ứng ở 120 độ C

Thời gian phản ứng (phút)

Bảng 3.1 Các chỉ tiêu kỹ thuật của TDI KMTP

khối lượng phân tử trung bình * Chỉ tiêu kỹ

thuật

Hàm lượng isoxyanat (%)

Điểm nóng chảy ( o C) Tính theo lý thuyết Xác định bằng phương pháp GPC

Trên phổ hồng ngoại của dẫn xuất TDIKMTP không còn vết của vạch hấp thụ số sóng v = 2264 cm-1 đặc trưng cho nhóm chức isoxyanát Điều đó chứng tỏ rằng các nhóm chức isoxyanát trong TDI đã phản ứng cộng hợp hết với các nhóm chức hydroxyl để tạo ra nhóm chức mới uretan có píc hấp thụ ở số sóng

v = 1721cm-1 (nhóm C = 0) và v = 3311cm-1 (nhóm NH-)

3.1.1.2 Tổng hợp nhựa melaminfocmandehit butanol hoá (MFBH)

Nhựa MF là sản phẩm của sự đa tụ các dẫn xuất metylolmelamin được tạo

ra do phản ứng của melamin với focmandehit Kết quả nghiên cứu khảo sát tổng hợp nhựa MFBH cho sản phẩm tối ưu trong điều kiện như : Tỉ lệ phần mol melamin/focmandehit = 1/6 Phản ứng để tạo ra các dẫn xuất metylolmelamin ở 55-600C trong vòng 1 giờ với môi trường pH = 8 Ngưng tụ và butanol hoá các dẫn xuất metylolmelamin ở 900C với môi trường pH= 4,5 -5,5 trong thời gian 0,5 giờ Tỉ lệ mol của butanol sử dụng: Melamin/focmandehit /butanol = 1/6/2

Bảng 3.3 Các chỉ tiêu kỹ thuật của nhựa MFBH

Chỉ tiêu kỹ

thuật

khối lượng phân tử trung bình (Xác định bằng phương pháp GPC)

Hàm lượng focmandehit

tự do trong nhựa (%)

Hàm lượng melamin tự do trong nhựa (%)

Hàm lượng nhóm metylol trong nhựa (%)

Trên phổ hồng ngoại của nhựa MFBH không còn xuất hiện vạch phổ hấp thụ ở số sóng v = 3133cm-1 đặc trưng cho nhóm chức amin bậc nhất -NH2 của melamin mà được thay thế bởi các vạch phổ của nhóm chức amin bậc hai và bậc

ba nằm trong vùng hấp thụ số sóng v = 3399cm-1 Đồng thời do những vạch phổ

đặc trưng cho nhóm chức hydroxyl cũng nằm trong vùng này nên đã tạo cho vị trí pic nằm dải rộng (broad - band) với cường độ rất mạnh (v = 3200-3500cm-1) 3.1.1.3 Điều chế các axit béo từ dầu lanh

Điều chế các axit béo từ dầu lanh qua hai giai đoạn:

1 Giai đoạn đầu là quá trình xà phòng hoá dầu thực vật trong môi trường kiềm để tạo ra xà phòng của các axit béo và glyxerin Điều kiện thực hiện phản ứng ở giai đoạn này là:

Tỉ lệ mol của dầu/NaOH = 1/3,3 nhiệt độ : To ≈ 100oC, thời gian : 2,5 -3 giờ

2 Giai đoạn thứ hai: axit hoá các xà phòng để tạo ra axit béo Điều kiện phản ứng cho giai đoạn này là: Tỉ lệ mol H2SO4 /NaOH = 0,6/1, nhiệt độ: 80 -

85oC Thời gian : 2,5 - 3 giờ

Bảng 3.5 Chỉ tiêu kỹ thuật của dầu lanh và các axit béo của nó

Chỉ tiêu kỹ thuật

Chỉ số axit (mg KOH/g)

Chỉ số Iôt gam Iôt/100g

Chỉ số xà phòng hóa (mg KOH/g)

khối l−ợng

riêng (g/cm 3 )

Chiết suất ở

25 o C

Độ nhớt (VZ-4), giây ở 25 o C

Axit béo dầu lanh 198 190 - 0,8936 1,4693 16

3.1.1.4 Tổng hợp aminoamit trên cơ sở axit béo dầu lanh

Sản phẩm aminoamit ở đây đ−ợc tổng hợp một cách dễ dàng nhờ phản ứng ng−ng tụ giữa nhóm amin bậc nhất của hydroxyetylaminoetylamin (HEAEA) với các axit béo của dầu lanh RCOOH + NH2 CH2 CH2 NH CH2 CH2 OH

RC - NH - CH2 CH2 NH CH2 CH2 OH + H2O

Thực hiện phản ứng ở trên theo tỉ lệ mol giữa các chất là 1:1 Theo dõi quá trình diễn biến phản ứng thông qua phân tích chỉ số axit của sản phẩm hoặc xác định sự biến mất của vạch phổ có số sóng ν = 1711 cm-1đặc tr−ng cho nhóm chức cacboxyl của axit béo tham gia phản ứng

Hình 3.10 Biến thiên chỉ số axit theo thời gian phản ứng ở các nhiệt độ khác nhau

Điều kiện phản ứng: Tiến hành phản ứng ở 140oC trong 2 giờ Giai đoạn tiếp theo nâng dần nhiệt độ lên 160oC trong vòng 1 giờ để phản ứng triệt để hơn Sản phẩm thu đ−ợc là chất rắn có màu vàng nhạt bền vững ở nhiệt độ phòng và có chỉ tiêu kỹ thuật đ−ợc trình bày ở bảng 3.6

Bảng 3.6 Chỉ tiêu kỹ thuật của aminoamit

Chỉ tiêu

kỹ thuật

Chỉ số axit (mg KOH/g)

Chỉ số amin (mg KOH/g

Chỉ số hydroxyl (mg KOH/g)

Nhiệt độ nóng chảy ( o C)

khối l−ợng phân tử trung bình *

Phản ứng ở 120 độ C Phản ứng ở 140 độ C Phản ứng ở 160 độ C Phản ứng ở 180 độ C

Thời gian phản ứng(phút)

Trên phổ hồng ngoại của aminoamit được tạo ra không thấy xuất hiện pic của vạch ν = 1711 cm-1 đặc trưng cho nhóm chức cacboxyl của axit béo dầu lanh;

điều đó chứng tỏ axit béo đã tham gia phản ứng hết với HEAEA để xuất hiện vạch

đặc trưng của liên kết amit2 có số sóng ν = 1554 cm-1 và amit1 (ν = 1648) và vị trí

ν =3011 cm-1 là dao động nối đôi của axit béo Các vạch phổ rất mạnh đặc trưng cho dao động hoá trị của những nhóm chức hydroxyl liên kết νOH = 3200 - 3500

cm-1

3.1.1 5 Tổng hợp CTM gốc nhựa epoxy biến tính

Phản ứng tổng hợp nhựa epoxy biến tính (EPBT) trên cơ sở tương tác giữa nhựa epoxy với dietanolamin và aminnoamit

đồ hồng ngoại Kết quả khảo sát phản ứng tổng hợp nhựa cho thấy rằng điều kiện tối ưu cho thực hiện phản ứng là ở nhiệt độ 120 - 125oC trong vòng 3 giờ

Bảng 3.7 Các chỉ tiêu kỹ thuật của nhựa EPBT

khối lượng phân tử trung bình * Chỉ tiêu

kỹ thuật

Chỉ số amin (mg KOH/g)

Chỉ số hydroxyl (mg KOH/g)

Tính theo lý thuyết

Xác định theo phương pháp sắc ký GPC

Trên phổ hồng ngoại của nhựa EPBT, vạch phổ hấp thụ ở số sóng v = 910cm-1

đặc trưng cho nhóm chức epoxy bị biến mất hoàn toàn, do phản ứng mở vòng epoxy bằng các nhóm chức amin bậc hai trong dietanolamin và aminoamit để tạo ra nhóm chức hydroxyl Những vạch phổ đặc trưng cho nhóm chức hydroxyl với cường độ rất mạnh nằm trong vùng v = 3200-3500cm-1 tăng lên một cách rõ rệt 3.1.2 Chất tạo màng tổ hợp cho sơn điện di catốt

CTM cho sơn điện di catốt ở đây là tổ hợp giữa nhựa EPBT được phối trộn với 20 - 30% dẫn xuất TDI KMTP hoặc được phối trộn với, 10 - 15% nhựa

^^^^^^^^^^^^

∃∃∃

^^^^^^^^^^^^

∃∃∃

MFBH mang chức năng là tác nhân đóng rắn màng sơn Trong đó, nhựa EPBT

có sự hiện diện của các nhóm amin bậc ba, nhóm hydroxyl và có các chỉ tiêu kỹ thuật như sau: Chỉ số amin bằng 52-56 mg KOH/g, chỉ số hydroxyl bằng 200-

232 mg KOH/g, khối lượng phân tử trung bình M = 1878-2136

3.1.2.2 Cơ chế đóng rắn màng sơn bằng TDIKMTP

Cơ chế đóng rắn màng sơn bằng dẫn xuất TDIKMTP phân tử lượng thấp là nhờ quá trình gồm 2 phản ứng sau:

- Qúa trình phân huỷ nhiệt của TDIKMTP phân tử lượng thấp không bền ở

150-180 0C để tái tạo lại những nhóm isoxyanat tự do ban đầu

- Qúa trình thứ 2 xảy ra ở 170-180oC là quá trình khâu mạch đan lưới không gian giữa các phân tử nhựa EPBT thông qua phản ứng cộng hợp giữa các nhóm isoxyanat tự do của TDIKMTP giải phóng ra với các nhóm hydroxyl hoặc amin có hydro hoạt tính nằm trên khung mạch chủ của nhựa EPBT tạo ra cầu liên kết uretan bền vững ở nhiệt độ này

3.1.2.3 Cơ chế đóng rắn màng sơn bằng nhựa MFBH

Cơ chế đóng rắn màng sơn bằng nhựa MFBH là nhờ phản ứng ete hoá hoặc phản ứng ngưng tụ giữa nhóm hydroxyl của nhựa EPBT với các nhóm hydroxyl hoặc amin bậc hai của nhựa MFBH xảy ra ở nhiệt độ 140-150oC tạo ra mạch không gian bền vững giữa các phân tử nhựa EPBT

3.2 Khảo sát tính chât của CTM tổ hợp sơn điện di catốt

3.2.1 Tớnh chất của nhựa EPBT

3.2.1.1 ảnh hưởng của khối lượng phân tử nhựa epoxy và tỉ lệ mol giữa các cấu tử

tạo nhựa EPBT đến độ bền hệ nhũ, đặc tính và chất lượng của màng sơn điện di catốt

Kết quả khảo sát cho thấy: Trong số các loại nhựa epoxy như epikot 1001, epikot 1004 và epikot 1007 sử dụng chế tạo nhựa EPBT thì việc lựa chọn nhựa epikot 1004 có khối lượng phân tử bằng 1400 là phù hợp nhất Từ nhựa epikot-1004 với tỉ lệ mol giữa các cấu tử tối ưu là epoxy/dietanolamin/aminoamit=1: 0,6: 1,4 đã tạo ra nhựa EPBT có chỉ số hydroxyl bằng 232 mgKOH/g, chỉ số amin bằng 56 mgKOH/g cho chất lượng màng sơn tốt, hệ nhũ bền và ổn định cao

3.2.1.2 ảnh hưởng của mức độ trung hoà đến độ tan và độ bền của hệ nhũ hoá sơn

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1 2

Hình 3.18 Sự biến thiên độ tan của nhựa

EPBT (mẫu M10)theo mức độ trung hoà

nhựa bằng axit lactic

Hình 3.19 Sự biến thiên độ nhớt của nhựa EPBT (mẫu M10) theo thời gian với các mức trung hoà nhựa khác nhau

Độ tan (%)

Mức độ trung hoà (%)

Thời gian (tháng)

Độ nhớt (giây)

Ghi chú: 1 Mức trung hoà 75%

2 Mức trung hoà 80%

Kết quả khảo sát cho thấy rằng độ tan và độ bền vững của hệ nhũ sơn điện

di catôt tăng lên theo chiều tăng của mức độ trung hoà Tuy nhiên với mức trung hòa nhựa bằng 80% sẽ cho chất lượng màng sơn tốt nhất

3.2.2 Khả năng hấp phụ, độ bền và tính ổn định của hệ nhũ tổ hợp

Những thành phần như dẫn xuất TDIKMTP cũng như nhựa MFBH thực

tế không thể tự tan và tạo nhũ khi được trung hoà bằng axit Nhưng khi các thành phần này tham gia trong tổ hợp với nhựa EPBT thì chúng lại có khả năng tan, phân tán và tạo nhũ bền khi được trung hoà bằng axit, nguyên nhân là do hiện tượng hấp phụ của những phân tử TDIKMTP và MFBH lên trên bề mặt những phân tử nhựa EPBT đã nhũ hoá Bao bọc xung quanh những phân tử của nhựa EPBT tích điện là những phân tử TDIKMTP và nhựa MFBH Bằng phương pháp phân tích kích thước hạt nhũ của các phân tử nhựa EPBT so sánh với kích thước hạt nhũ của các tổ hợp nhựa này với sự tham gia của các thành phần TDIKMTP hoặc nhựa MFBH đã cho thấy rằng kích thước hạt nhũ của các tổ hợp nhựa tăng lên một cách đáng kể, điều này minh chứng cho sự hấp phụ của các phần tử TDIKMTP và nhựa MFBH lên trên bề mặt phân tử nhựa EPBT

3.2.3 Khả năng đồng điện kết tủa của hệ vật liệu CTM tổ hợp

Trong các hệ nhũ tổ hợp nhờ hiện tượng hấp phụ của những phân tử TDIKMTP, MFBH cũng như những hạt bột màu lên trên bề mặt của những phân tử nhựa EPBT đã nhũ hoá tích điện (macro cationic) đã tạo cho hệ trở lên phân tán đồng nhất Quá trình điện kết tủa của nhựa EPBT đã kéo theo sự đồng

điện kết tủa của các những thành phần như TDIKMTP, MFBH và bột màu lên

bề mặt điện cực catốt Bằng phương pháp phân tích, so sánh đối chứng phổ hồng ngoại của các màng sơn điện di tổ hợp CTM (được kết tủa trên điện cực catốt) với phổ hồng ngoại của tổ hợp CTM ban đầu đã cho thấy có một sự trùng khớp nhau về phổ hồng ngoại, điều đó chứng tỏ rằng những thành phần như dẫn xuất TDIKMTP và nhựa MFBH không chỉ được hấp phụ lên những phân tử nhựa EPBT mà còn được điện kết tủa cùng những phân tử nhựa EPBT trên catốt hình thành lên màng sơn

3.2.4 ảnh hưởng của hàm lượng thành phần TDIKMTP và nhựa MFBH trong tổ hợp CTM đến chất lượng màng sơn điện di

Kết quả nghiên cứu cho thấy những mẫu sơn có hàm lượng thành phần TDIKMTP tối ưu nằm trong khoảng 20-30% cho màng sơn tốt, màng sơn vừa

có độ cứng, đanh chắc cao, vừa cho độ bền uốn và độ bền va đập tốt Đối với

hàm lượng của thành phần nhựa MFBH tối ưu nằm trong khoảng 10-15% cho màng sơn điện di có tính năng cơ lý tốt nhất

3.2.5 Khả năng đóng rắn màng sơn điện di

Xác định khả năng đóng rắn của màng sơn điện di được thực hiện bằng phương pháp soxhlet Kết quả khảo sát cho thấy đối với hệ có thành phần của TDIKMTP thì chế độ đóng rắn màng sơn tối ưu của CTM tổ hợp này là 170 o C/30 phút Đối với hệ

có thành phần nhựa MFBH thì chế độ sấy màng sơn tối ưu là 150 o C/30 phút đảm bảo vừa cho màng sơn có độ cứng cao vừa có độ bền uốn và độ bền va đập tốt

3.3 Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố, chế độ sơn đến chất lượng màng sơn điện di catốt không chứa bột màu

Sau đây là kết quả nghiên cứu, khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố, chế độ sơn đến chất lượng màng sơn điện di catốt đối với hệ vật liệu tạo màng tổ hợp là nhựa EPBT-TDIKMTP trong đó thành phần tác nhân đóng rắn màng sơn là TDIKMTP chiếm 25% của tổ hợp vật liệu tạo màng làm ví dụ điển hình.Việc nghiên cứu khảo sát về hệ vật liệu tổ hợp EPBT-MFBH Trong đó thành phần tác nhân đóng rắn màng sơn là nhựa MFBH chiếm 15% được tiến hành một cách tương tự

3.3.1 ảnh hưởng của hàm lượng CTM

3.3.1.1 ảnh hưởng của hàm lượng CTM đến độ nhớt, độ dẫn điện riêng và đặc tính của màng sơn điện di

CTM cho sơn điện di catôt sau khi được trung hoà bằng axit lactic (ở đây

sử dụng mức trung hoà 80% số nhóm amin bậc 3) đã tạo cho nhựa phân tán tốt dưới dạng nhũ tương trong nước Hàm lượng tối đa của CTM cho hệ nhũ tương bền, ổn định lâu dài hàng tháng có thể đạt đến 30-35%

Độ dẫn điện (àS.cm-1)

* Ghi chú: - Độ nhớt được đo theo phễu VZ - 4 ở 25 - 27oC

- Sơn trên nền thép trần CT3 ở U = 150V

Kết quả khảo sát cho thấy rằng ở trong khoảng hàm lượng CTM:

C = 10 ữ 20% tương ứng với độ dẫn 1760 ữ 2170 àS.cm-1 cho màng sơn điện di

có độ mịn và độ bóng cao Nằm ngoài khoảng hàm lượng này khi C <10%, hệ nhũ cho độ dẫn quá thấp màng sơn mỏng hoặc cho độ dẫn quá cao, với C > 20%, 25% màng sơn xốp, thậm chí bị rỗ

trị này cao (cỡ 6,5-6,7 mA/cm 2 ), tương ứng với màng sơn thô, xốp

Trên ảnh SEM cho thấy rằng ở hàm lượng CTM = 5% cho màng sơn có cấu trúc mịn nhưng độ dày qúa mỏng Trong khoảng hàm lượng CTM 10-20%, với

độ dày của màng tăng lên, cấu trúc của màng sơn càng thể hiện rõ nét hơn, với hàm lượng CTM = 15% đã cho cấu trúc màng phát triển đều đặn ở hàm lượng CTM = 30% cho cấu trúc màng phát triển không đều đặn, màng thô xốp, nguyên

Thời gian [giây]

2 C = 10%; 3 C = 15%

4: C = 20%; 5: C = 30%;