Luận văn chế tạo và khảo sát một số tính chất của chất tạo màng trên cơ sở nhựa epoxy thu Được từ quá trình tái chế polycarbona phế thải

Chế tạo và khảo sát một số tính chất của chât tạo mảng trên co sở nhựa cepoxy tim được tử quả trình tái chế “Nội dụng nghiên cứu —_ Thủy phân polycarbouate phổ thai trong mỗi trường kiể

DAIIIOC QUOC GIA IIA NOI

TRUONG DAT HOC KHOA AOC TU NATE

_aElz———

NGUYÊN DUY TOÀN

CHẾ TẠO VÀ KITAO SAT MOT SỞ TINIT CHAT CUA CIIAT TAO MANG, TREN CO SO NITIJA EPOXY THU DƯỢC

TU QUA TRINH TAI CHE POLYCARBONATE PHE THAI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KIIOA HỌC

Hả Nội - 2011

DẠT HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYEN DUY TOAN

CHE TAO VA KHAO SAT MOT SO TINH CHAT CUA CHAT TAO MANG, TREN CG SG NHU'A EPOXY THU BUOC

TU QUA TRINII TAI CI POLYCARBONATE PIE THAI

Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hỏa lý

Mã số: 604131

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HOC

TS TRAN TIT TITANTI VAN

11ả Nội - 2011

12.1 Tỉnh chất và ứng dung 9

123 Phương phản tine hop 12

1.3.3 Tổng hụp nhự cpÐX " 16 1.3.4 Các chất đẳng rin cha nhua epoxy 19

13.5 Ung dung cia nhua epoxy - 23

1-41 Phương pháp điều chỗ và tỉah chất nhựa cathy

14.2 Ung dyng cha son alhyd

1S Rác thải điện từ

1.5.1 Nguồn rúc thải điện tữ

15.3 Cie having ughién ein x1

CHƯƠNG?: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHAP NGHIEN CUU 30

2.13 Thiằh{ 30

224 Téng hop bisphenol A ur polycarbonate phé thai wa 3d

2.2.2 Tng hợp nhựu epoxy tit bisphenol A " 31

2.23 Ché tao mang trén cw sé nha epoxy san ¡phẩm 32

2.3 Các phương pháp nghiên cứu

2.3.1, Khảo sắt cấu trắc sân phẩm

23.11 Xác định điễn nông chây bằng, (phường pháp, phân de tich nhiệt

3.3.1.2 Khảo sái cầu trúc sản phẩm bằng phố hẳng ngoại

3.8.1.3 Khảo sái cầu trúc sân phẫm bằng phổ công hướng từ hạt nhân

2.3.14 Khảa sát bẳ mặt màng bằng kinh hiển ví điện tử quát

3.3.2 Xúc định khôi lượng phân từ

3.3.3 Xác dịnh chỉsả Emoxy

3.8.4 Xúc định các thông số, tính chất cơ šý của mảng

2.4.5 Ähâo sát độ bến nhiệt âm và độ bẩn dụng môi của màng ph

CHƯƠNG 3: KÉT Q1:Á VÀ THẢO LUẬN

3.1 Tông hợp bisphcnol A tr polycarbonate phé thải

BLL Khảo sắt ảnh hưởng của dụng môi dén hién sadt phdn dng

3.1.3 Khảo sá: cầu trúc của Bisphenal A sản phẩm

3124 “Phổ hồng ngoại của Buphenol A sản phẩm

3.1.2.2 Phổ cộng bướng từ hạt nhân của BigphenaLA sắn phẩm

3.3.3 Ähảo sát cấu trúc cpoxy sâu phẩm

3.231 HỒ hằng ngoại của spaxy sản phẩm

3.2.3.2 Phổ cộng hưởng từ hại nhân của epoxy sản phẩm

344.4 Xế quả đo khối lượng lượng phân từ

3.3 Khão sát một số tỉnh chất của chất tạo màng trên cở sỡ nhựa cpoxy sản

phẩm 47

33.1 Xác định các thông số Kỹ thuật tà tỉnh chất cơ BÌ của mưÌng

33/1 Chiằu dây, độ cùng của nhàng

33.12 Độ bằn va đip, độ bằn uốn, độ bám đit

3.3.4 Xhâo sát đũ bền nhiệt ẩm và độ bản dụng môi của màng phả

vậy việc xử lý loại rác thải này đang là yêu cầu cấp fhiết của xã hội

Nhờ có những tính năng tú việt như độ bền cơ lÿ cao, chịu nhiệt, trợ về mặt

hóa học trong khoáng 60 năm qua polyearbonate (PC) đã được đưa vào sử dụng

với lượng ngày cang lớn trong kỹ thuật và dân đụng, đặc biệt lá trong ngành công

nghệ số Ứng dụng chính của PC trong ngành công nghiệp này lả sản xuất đĩa CD,

võ máy vi tỉnh và vô điện thoại đi động Mỗi năm có hàng nghìn tân đĩa CD được sin xuÄL Lượng ĐỢ phế thải cũng ngày càng tầng cao Đây là loại chất thái khó phần hủy và không thân thiện với môi trường, sỉ vậy đồi hỏi phải ó các giải pháp

tủ chế hợp lý và hiệu quả Trêu thể giới kiện nay đã có nhiều hướng nghiên cứu về

vấn đề này như gia công lai PC cũ, nhiệt phân đễ thu nhiên liệu dang khí hoặc lỏng, thủy phân trong môi trường kiểm ở nhiệt đô cao và áp suất cao để thu hỗi bisphenol

A và các sán phẩm khác Nhưng quả trình tái chế thông thường phải tách loại các dung môi như toluen hay xyien nên thường gây ô nhiễm môi trường,

“Trong nội dưng bản luận văn này, chúng tôi tiển hành tái chỗ palycarbonate bằng phương pháp hóa học †ạo ra nguyên liều đầu để tảng hợp nhựa epoxy Sản

phẩn thu được sau phan ứng là epoxy đã hỏa tan trong dung mdi toluene Bidm mdi của luận án là dụng địch cpoxy sẵn phẩm không cần tách loại dụng môi mà được sử

dụng trực tiếp làm lớp phủ bảo về clúu hóa chất Như vậy sẽ ham chế dược sự ô

nhiễm do dưng mỗi gây ra và tiết kiện được chỉ phí

Mue dich của để tài

Khảo sát tìm ra quy trình khép kín và điều kiện phán ứng tôi ưu để tổng hợp nhựa epoxy từ polyearbonate phề thải, góp phần giám thiểu sự õ nhiễm mỗi trường

do rác thải của ngành công nghiệp điền tử gây ra

Chế tạo và khảo sát một số tính chất của chât tạo mảng trên co sở nhựa cepoxy tim được tử quả trình tái chế

“Nội dụng nghiên cứu

—_ Thủy phân polycarbouate phổ thai trong mỗi trường kiểm thu lấy sản phẩm Bisphenol A Khao sal cu trúc sản phẩm bằng phân tích một, phổ hồng,

ngoại, phố công hưởng từ hạt nhân Khảo sát ảnh hưởng dung mỗi đến hiệu suất

phản ứng,

Tổng hợp nhựa spoxy tử bisphenol A và epiclohidrin trong môi

trưởng kiểm Khảo sát chỉ số epoxy, đo khổi lượng phân tử của nhựa epoxy sán

phẩm Khảo sát câu trủc sản phẩm bằng phổ hồng ngoại và phỏ công hưởng lừ hạt

nhân

— Ché yo mang epoxy và mảng cpoxy — alkyd trên cơ sử nhựa poxy

thủ được lừ quá trình tái chế

Xác dịnh các tính năng cơ lý, thử nghiệm đỏ bền hóa chất, độ bên khí

hậu của mảng phú.

CHUGNG 1: TONG QUAN

1.1 Polycarbonate

1.1.1 Tính chất và ứng dụng

Polycmbonalc (PC) là lên chung của của một nhỏm nhựa nhiệt đổo (thernoplastics) Tên gợi polycarbonate là do trong phân tử polyme các monome được liên kết với nhau bằng nhỏm cacbonal (-O-CO-O-) Tạo thành một mạch phan tt dai, Polycarbonate phé bién nha là loại được làm Lừ Bisphenol A

1902, BischofF và Hedenstom đã xác định được sự liên kết mạch cỏ nhỏm cacbonat của hợp chất cao phân tử polycarbonate Đôn năm 1953, phòng thí nghiệm của công,

ty Rayer đã sản xuất được nhựa nhiệt đếo polycarbonate Năm 1957, cả hai công ty Bayer và General Electric đã độc lập phút triển các ứng dựng cúa polycarbonate va

sẵn xuất polycarborrale với số lượng Tớn Đến mùa hò năm 1960, cả hai công ty đều bắt đầu sản xuất polycarbonate thương mại

Nhựa polycarbonalc bên nhiệt, tính chất cơ lý cao, bền hoá học (bảng 1.1)

nên được sử dụng rộng rấi trong đời sông như làm vẻ điện thoại di dng, vd may

vị tính, dụng cụ thể thao, đỗ điện, đĩa CD, I2VI2, đỗ dùng gia đình, kính chống

đạn, vất liệu chống cháy, cách nhiệt cách âm Trong kỹ thuật hạt nhân được dùng,

làm vach che trong lò phần ứng bại nhân Nhờ có khả năng cho Ảnh sáng truyền

qua tốt nên polyearbonate còn được sử dụng làm nhà kinh trồng cây trong nông

nghiệp đo có độ trong suốt cao, chiết suất 1,585 + 0,001, ảnh sảng truyền qua 90% + 1% nên Polycarbonate được sử dụng làm kính chắn, thay thẻ kính trong

các công trinh xây dựng làm tâm lợp lây sáng, làm đồ trang trí, v.v

Bảng 1 1: Một số thông số của Polycarbonate

Polycarbonate

lKhỏi lượng riêng: 1220 kg/m?

IMođun đản hỗi (E) 2000-2200 MPa

thuộc vào khoảng thời gian, tốc độ và tân số của sự biến đạng hay tải trọng tác

dung lên và được biểu diễn qua cơ tỉnh: Modun xé rách và hệ số Poison đặc

trưng cho khả năng chịu biến dạng của vật liệu Độ bên kéo vả độ bên nén cho biết khả năng chịu tải của vật liệu Hệ số giãn nở nhiệt đặc trưng cho sự thay đôi

kich thước đưới tác dụng của nhiệt độ vả tải trọng Ngoài các yêu câu về tính

chất cơ lý còn phải biết các thông số như độ dẫn điện, độ thắm chất lòng hoặc

Tính chất cơ lý của vật liệu polycarbonate phụ thuộc các yếu tô sau:

| Tinh chat ca ly cia soi ting cường,

+ Su thay đối hàm lượng sợi nhựa

¡ khá năng kết hợp giữa pha nhụa và sợi + Các khuyết tật và tính không hên tục cúa nhựa nền

Polyoarbonale còn được sử dụng rộng rãi nhờ khả năng tương thích với nhiều loại polyme làm tăng khá năng chịu va đập Blend cúa polycarbonate và pelybutadien có cơ tính cao trong khoảng nhiệt độ rốt rông Blend có ý nghữa quan trọng nhất 1a eda Polycarbonate voi ABS (Acrylonitrin Buladien Styren) vi

PC/ABS có nhiệt độ nóng cháy cao, độ đại rất cao ở nhiệt độ thấp và khả năng tránh bị rạn nứt cao hơn hẳn so với polycarbonate ngưyên chất

'Trong môi trường kiểm, quả trinh tổng hợp polyearbonate xảy ra theo các

bước sau:

Hước 1:

Dẫu tiên kiểm phản ứng với Bisphenol A, giái phỏng một phân tứ nước và tạo thánh muối Phan ứng xây ra lương tự với nhóm OTT còn lại của phân tit Bisphenol A

Phân tử sẻ dich chuyén electron, tái tạo Jai nhom eacbonyd

Hước 3:

Nhu vậy, sau bước này †a thây phần tử muỗi mới lớn hơn sẽ tiếp tục phản

mg với phân tử Photpen khác Cứ như vậy, ta sẽ thu dugc phan tir polycarbonate

CH3

CH3

©

Hinh 1.2: Céng thite cau tạo phân tử Bisphenol A

trong mặt phẳng và trong không gian

Tài liêu tong hop Bisphenol A được công bỗổ chính thức đầu tiên là của

Thomas Zineke thuộc đại học Marburg, Đức Năm 1905, Zincke đã đưa ra

phuong phap téng hop Bisphenol A tir phenol va axeton Zincke đã chỉ ra các

tính chất vật lÿ cơ bản của Bisphenol A (cẩu trúc phân tử, nhiệt độ nóng chảy,

tính tan trong các dung môi khác nhau như trong bảng 2) Tuy nhiên, Zincke

không đưa ra ứng dụng cũng như công dụng nảo của Bisphenol A hay các vật

liệu mà ông đã tong hợp được

Đến năm 1953, tién si Hermann Schnell thudc hang Bayer ctia Dite va tién

si Dan Fox cita General Electric ctia My da déc lap phát triển sản xuất vật liêu

nhựa mới polyearbonate sử đụng nguyên liệu la Bisphenol A Qua trinh san xuât

ở quy mô công nghiệp được bắt đầu năm 1957 ở Mỹ và 1958 ở châu Âu Cùng

thời gian đó, nhựa epoxy cũng được phát triển nhờ những ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp Chính nhờ sự phát triển mạnh mẽ của polycarbonate và nhựa

epoxy nên Bisphenol A cũng được sản xuất với số lượng lớn từ những năm 50

của thể kỷ XX và ngày cảng phát triển[10,14]

10

Bisphenol A 1a mét hoa chat céng nghiép quan trong duge sit dung chi yéu dé san xuat polycarbonate va nhwa epoxy Nam 1980, san luong Bisphenol A trén toàn thể giới đạt 1 triệu tân/năm và tới năm 2009 đã đạt hơn 2.2 triệu tan nam Nam 2007 chi tính riêng nước Mỹ đã tiêu thụ hết 1.088.000 tân Bisphenol A, trong đó 74% được sử

dụng để sản xuất nhựa polycarbonate và 20% cho nhựa epoxy[8]

Ngoài ra Bisphenol A còn được sử dụng làm chất chảy châm, sản xuất nhựa

polyeste không no, nhựa polysunfo, các polyeteimit và polyacryiat Trong đó

polycarbonate và nhựa epoxy được ứng dụng rông rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau Polycarbonate được sử dung làm kinh chắn, dụng cụ y tế, chai nhựa, các sản phẩm công nghệ số (như đĩa CD, DVD, V.V ), vỏ điện thoại di động, vat ligu điện, vỏ máy

vi tính và các vật dụng khác Nhựa epoxy được sử dụng lâm sàn công nghiệp, keo dan,

Chat ran mau trang

Tính chất vậtlý | Dang tinh thé hình lãng trụ khi kết tỉnh

trong axit axetic loãng và hình kim khi

pi

1.2.2 Độc tính cũơ bisphenol A

Bisphenol A 14 mét chat tuong 46i déc, anh hưởng trực tiếp đền co thé con

ngudi nhu hap thu qua da hoặc qua đường hé hap Bisphenol A gay mắt cân bằng nội tiết tô và có ảnh hưởng xâu đôi với hoạt động sinh sản của cả nam va nit, lam thay đổi chức năng hệ miễn địch, gây rồi loạn hành vị và bắt Thường vé khả năng

nhận thức Về lâu dài, nó sẽ làm tốn thương não bộ, gây ra căn bệnh AlzMieimer và

một số bệnh ung thứ Trẻ nhỏ sớm liếp xúc với Bisphenol A sẽ bị tôn thương vĩnh

viễn, liên minh chân Âu (EU) đã cẩm sử dựng chai sữa cho trẻ em làm từ

polycarbonate ~ một trong những sản phẩm có chứa Bisphenol A tir thang 06 nam

2011 [12]

12.3 Phương pháp tong hop

Phương pháp phổ biẾn nhật đề tống hop Bisphenol A là phản ứng giữa

phenol và axeton với xúc tác la axit HCI:

1.3.1 Cu tạo, tính chất của nhựa epoxy

Nhựa epoxy là một polyme mạch thẳng mà trong phần tử chứa những nhớm epoxy (oxietilen) thu được do phản ứng đa ngưng tụ của một phenol lưỡng chức (điển hình nhất là địphenolpropan — Bisphenol A) với epiolohidrin[5]

Công thức cầu tạo tổng quát của nhựa epoxy từ bisphenol À như sau:

Hình 1.4: Câu trúe không gian phân tử nhụa epoxy

'Trong công thức trên n có thẻ nhận giá trị từ 0 + 20, tuỷ thuộc vào điều kiện

phản ứng

San phẩm nhựa thương mại đầu tiên từ epiclohidrin được sản xuât ở Mỹ năm

1927 Ngày nay, hầu hết epoxy thông thưởng được sản xuât từ epiclohidrin va

bisphenol A Vào năm 1936, Pierre Castan của Thuy Sĩ và S.O Greenlee của Mỹ là

những người đầu tiên sản xuất các sản phẩm nhựa epoxy tử bisphenol A.

Uu diém cita keo epoxy:

- _ Nhờ những nhỏm hidroxyl màng keo cpoxy có tinh kết dinh rat cao, ngay ca

với những bẻ mật nhẫn của kim loại, thủy tỉnh, gỗm sử, chất dẻo

- Nina epoxy đá đồng rắn có độ bên rất cao vì lĩnh kết đỉnh nội cao

-_ Khi đóng răn, không tách ra các sản phẩm phụ (nước, dung môi,v.v )

nên là loại keo rất thích hợp chơ các bề mặt khổng có tỉnh háp phụ như kim

loại, thuý tỉnh, v.v mà không cân nén

- Keo có độ cơ ngột rất nhỏ vì vậy nếu đưa kuo cpoxy vào công thức phá chế chất đản Thì hâu như không cần tỉnh đến đô co ngót

- Dộ lão hóa cúa keo rất nhỏ, giữ được hình dạng khi cựu tải trọng lâu đài

- Độ chịu 4m và đưng môi cao, khá chịn nhiệt và tính cách điện cao

-_ Øó thể điển chỉnh được tính năng trong phạm vi rộng bằng cách thêm

chất độn, thay đổi hàm lượng chất đỏng rắn và các chất phụ gia biển tính

Nhờ có những ưu điểm trên nên trong khoảng 4U nảm trở lại đây, nhựa

cpaxy đi trữ thành cơ sở cho những loại kcơ chất lượng Giá thành lương đổi eno

của chúng đã được bủ lại bằng những tính chất quý giá

Trong mạch, ngoài liên kết C-C, còn có cä những liên kết ctc Những hóm

hidroxyl va epoxy sắp xếp dọc theo mạch với khoáng cách tôi ưu để các chất đóng rắn dé dang khâu các đại phân tử mạch thẳng để biển nhựa thành nhiệt rắn, nhưng đồng thời cũng đủ xa nhau để nhựa đá đồng rấn có nh đán hồi đo sự lĩnh động của

cáo phân tứ Nhóm hidroxyl của phenol bị ete hỏa khiên nhựa không có màu và không bị thay đổi màu khi bảo quản 8,9]

1.3.2 Phân togi nkita epoxy

Trên cơ sở nhựa epoxy, người ta chế biên thành 2 loại kco: keo déng rin lạnh

và keo đóng rấn nóng, khác nhau vẻ cơ chế đóng rắn, tính chất và kỹ thuật sử dựng

14

Keo déng ran lạnh dimg chat déng ran 14 các amin báo khác nhau thông

" Ha an cà

dụng nhất là hexametilondiamin va polictilonpolismrin

Bản chất cúa chất đóng rấn cửng như tỷ lệ của chủng có ảnh hướng đẩn tính

chất của keo Thời gian sống (thời gian kế từ lúc pha trộn chất déng ran tới khi keo

rắn lại) cúa keo đao động từ vài phút đến vài giờ tủy loa amin str dung Sy cé mat của oxy cũng không tham gia vào quả trinh dong rin

Keo đồng rắn nóng có độ bền cao hơn, chịu nhiệt tối hơn keo đóng rắn lạnh

và có thể đùng để dán các kết cấu chịu lực bằng kim loại và vật liêu phi kim loại Chất đóng rắn thường ding la anhidbit cla axit dicacboxylic, dixiandiansit, ure,

diure , Xite tae cho qua trinh dong rin o6 thé Ja kiém, axit photphoric, nméi nhém,

kẽm, chỉ của axit hữu cơ và các chất khác

Cơ chế đông rắn nóng của nhựa zpoxy kháo với cơ chế đồng rắn lạnh Không

phải nhỏm epoxy nhứ trong trường hợp trước mà là những nhom OH' tham gia vào

việu lạo nên những cầu nội ngàng giữa những đại phân tử

Dé ting téc đỏ đóng rắn, ngoài nhiệt đô, người ta thêm cdc amin bic ba

Những loại keo này dễ đán nhôm, thép, thuy tĩnh hữu cơ, gốm, sứ, gỗ, chất

dẻo (nhiệt độ đán Khoảng 130°C) Ta cũng có thể duy trì một tải trọng ép trên mối dán tới khi hoàn thành quá trình

Keo tie nhua epoxy bién tịnh: Để tăng cường tính đàn hỗi, tính chịu nhiệt và một số tính năng kỹ thuật khác, người (4 biển tính nhựa spoxy bảng nhựa phenol

formaldchil, polianit, peclovinil, alkyd va mgt sd hyp chit co kim Kea

epoxyphenol duge ding duéi dang mang din ép, don gian quả trình dân và được ban ra thi trường với những tên thương mại khác nhau Phối hợp với polyme cơ kim

(ti dy poliorganosiloxan) sẽ tìm được keo đóng rắn bằng điamin ở nhiệt độ cao, dễ dám kim loại và giữ nguyên được tính nẵng trong khoảng nhiệt độ từ 60 đến 150°C

Dé déng rắn keo epoxy, phai dimg cic xic t4c nh amin, axit cachoxylic hai

chức và gryydrit của nó

Khi có mặt cúa các chất đóng rắn trên, thường xảy ra quá trình mở vòng epoxy hoặc este hoá các nhóm hyđroxyL

Dô cứng, đô bền cơ học của mỗi dân phụ thuộc rất nhiều vào loại chất đỏng

rắn và hàm lượng của nó Nều hàm lượng đóng rắn lớn thì quả trình đóng rắn xảy ra

rất nhanh, nhưng ai đán hủ giòn Mặt khác, khi đùng các chất dóng rắn khác rau

thì san khi keo đã tạo thành mạng không gian, trang bản thân nỏ cũng tôn †ại những

nhóm có cục khác tửưau Các nhóm này gây ra sự tương tác khảo nhau đôi với vật

liệu dem đán Như vậy rõ ràng là tuỷ đổi tượng đản, mục đích dùng keo epoxy (làn

keo đản hay làm chất tạo màng) mà người ta phải chọn chất đóng rắn môt cách

thích hợp[S,11,16]

1.3.3 Tổng hựn nhựa enơxy

Nhựa epoxy thường được điều chế bằng phương pháp ngung tu ancol đa

chức (hay đùng là bisphenol) với zpiclohiảri có kiểm xúc tác Sản phẩm tạo ra là polyme có mạch thẳng với nhóm cpoxy ở hai đầu mạch, còn ở giữa mạch là nhóm hydroxyl

Tiếp thao, phân từng xây ra tùy thuộc vào tỷ lệ thành phân của cpiclohidrin

và bisphenol A ban đầu và thu được sản phẩm lá polyme có đô đài mạch khác nhan

Nén ty 1é vé sé mol ita epiclohidrin va bisphenol A 14 2:1 thi ta thu duoc sin

phẩm:

—> XÂM eo CC} vay dê

+ Nat + cr

‘Tuy nhién, khi thém táng dẫn tỷ lê Bisphenol A ta thu được sin phẩm

polyme mach dai hon

Ae

Tổng quát, mạch sản phẩm có công fhức như sau:

mm

ly —eH ` chy lý r _ i O— Cty —CH— Cty — 7; VLG \ © test Em

Trong đó n có Thể nhận giá trị từ 0 đến 20

Tink chat héa hoc cia nina epoxy

- Nhựa epoxy ¢6 hai nhóm chức hoại động: nhóm cpoxy và nhóm hynhoxyl Tùy thuộc khôi lượng phân tử (M) mà nhóm chức chiếm ưu thể Với

nhựa epoxy có khôi lượng phân tử tháp (M < 1200) nhóm cpoxy chiếm đa số,

còn những epoxy có khối lượng phân tử lớn (M > 3000), nhóm hydroxyl là chủ yêu

- Tính phần cực và sức căng vòng tạo cho vòng oxvtetylsn có hoạt tính

mạnh Do đó nhóm epoxy có thể tham gia phăn ứng với nhiều tác nhân khác[ 1ớ]

1.3.4 Các chất đông rin cho nhựa epơxg

Nhựa epoxy chỉ được sử dịng có hiệu quả sau khi đã chuyển sang trang thái rắn, nghĩa là hình thành các liên kết ngang giữa các phân tứ nhờ phản ứng

với tác nhân đồng rắn, tạo cầu trúc không gian 3 chiều, không nóng cÏ

Chi đóng rắn nhựa epoxy chía thành 2 loại: Xúc tác hay khâu mạch

- _ Chất đóng rắn xúc tác là chất có tác đựng khơi mảo phân ứng trừng hợp hay

nhém epoxy, bao gdm amin bac 3, axit lewis, BF,, BF5

- Chat dong rin khdu mach than gia true liếp vào hệ thông các liên kết ngang,

là hợp chất da chức có khả năng phản ứng với nhém epoxy, nhom hydroxy]

19

của phân tử epozy để chuyển cảo oigome epoxy thành polyme không gian

Chất đóng răn khâu mạch có thể mang tỉnh chát axit hoặc bazo Các tác nhân động rắn bazơ gỗm amin bậc 1, bậc 2; mạch thẳng thơm, vòng báo hoặc di

Cơ chế đồng rin epoxy bang diamin nhu sau

Hace HH Ñ

Se dé 1.2: Cơ chế đáng rắn epoxy bang amin

Quá trình xây ra tuong tr véi nguyén ft nito còn lại trên phần tử amin, tạo

câu trúc mạng không gian:

Hink 1.5 Cau inte mach epoxy san tsi dong réin

Các polynnin thẳng là những chất lông có độ nhớt thấp, có thể đồng rắn epoxy

ở cả nhiệt độ thường và nhiệt dộ cao

Các amin phân lử thip (EDA, DRTA, TETA ) thường dễ hút ẩm, rắt độc, dễ

bay hơi tạo muối caebonat với CO: trong không khí nẻn vật liệu thường có tỉnh chất

cơ lý thập, dính bề mặt do không được đóng rắn trệt để 3]

Trong môi trường ấm, để lợi dụng chính hơi ẳm làm xúc tác cho phán ứng hỏa rắn, thưởng sử dụng sản phẩm công cúa amin với axefon và diepoxy với xeton

Ngoài những loại nêu trên, còn cỏ những chat déng rin 14 dan xudt cia amin bậc 1 và bậc 2 cững được sử dụng phổ biến, có một số loại điển hình san:

Ngoài ra cũng có thể đóng ran cpoxy bằng anhydrit axit, Phan ing này

thường càn xúc tác là anin bậc 3 hoặc axit Lewis để mỡ vòng anhydrite axit

Ví dụ khi có xúc lắc aurin bậc 3, phản ứng điển ra như sau:

$ Ÿ

13.5 Ứng dụng cũa nhựa epoxy

Nhựa epoxy được sản xuất trên quy m6 công nghiệp từ 1947 và ngay lập tức

đã được dúng làm vật liệu tao ràng sơn bên cạnh ứng dung quan trong 1a keo dan

kỹ thuật Nhựa epoxy cé uu thé quan trong hang đầu là khả nàng bám đính rất cao,

màng sơn có độ đai chắc, đồ bóng cao, chịu mài mòn, chiu đung môi, hóa chất tốt

Do trong lượng phân tử thấp (MẮW thông thường < 4000), sơn có khả năng phá chế

với hẻm khô ơao, tạo mồng đủ đầy chú sau mời lần quel

Sơn zpoxy nằm trong nhóm các họ sơn trang trí và sơn bảo về chất lượng cao Hệ sơn hóa rắn ớ nhiệt đỏ phòng cho mảng sơn đạt chất lượng tương tự các hệ

son alkyd, son polyester hỏa rắn nóng Epoxy được sử dụng làm sơn bảo quản phủ

ban trong đồ liệp đựng thức ăn, sơn các thùng, bể chứa lớn

Cúc hệ sơn epoxy biển tính có tính năng rất đa dạng và được đùng trong nhiễu lĩnh vực kỹ thuật quan trong như sơn 6 tổ, sơn đồ gia dụng, sơn trang trí, sơn

bảo vệ tàu biển, sơn phản nhiệt cho các bẻ chửa xăng đầu [3]

1⁄4 Nbwaalkyd

1.4.1 Phương phản điểu chế và tỉnh chất nhựa dd

Nhựa alkyd là loại chất tạo mảng phổ biến va da năng nhất trong công

nghiệp sơn Nhựa alkyd có bản chất là polyester, được tổng hợp từ các dẫn xuất

polio] vai axit polibavic cé ngudn gée tit dau thực vật hoặc tng hop hin co Cau tir peHol phổ biến nhảt là giixerin và penlaoritril, con poliaxit hay ding 1a anbidrit phinlic (AP) Để tầng khả năng tan của nhựa và tăng độ mềm đềo của màng, người

ta biển tính polyeste trên với dầu fiực vật (đầu lanh, đầu đậu nành, dâu trầu, dầu

thầu đầu khử nước ) Nhựa alkyd tử ghxerin có khả năng thẩm nuớc ít nhất và độ bẩn khi hậu tốt nhất được tổng hợp với hàm lượng dẫu khoảng 50% Tốc độ khô

màng và độ chịu hơi nước của màng sơn giảm dẫn theo bản chật của dầu thực vật:

Dâu trẫu > Dâu lanh > Dân thâu đầu Khử nước > Dẫn đậu nành > Dâu hoa quỳ

Khi thay đổi tý lậ các cấu tử tham gia phán ứng chủng ta sẽ thu được nhiều loại nhựa alkyd cĩ thành phần khác nhau và do đĩ cũng cỏ những tính năng rât khác

nhan [1,6]

Nhựa alkyd cĩ thể được phân loại theo nhiễu cách khác nhau

- Phân loại theo khả răng hịa lan la cĩ 2 loại nhựa aikyd,

= Nhựa hịa tan trong dưng mơi hidroeacbon mạch thẳng và vịng thơm

"Nhựa hịa tan trong nước và pha lộng bằng nước

- Phân loại fheo aneol đa chức: Alkyd được điều chế từ ghxern được gọi là

gliftal, con từ pentaeritrit được gọi là pentaftal

- Phân loai theo hàm lượng đâu béo ta cĩ:

" Nhựa gầy: dầu bẻo chiếm 35 — 43%

= Nhựa trung bình: đầu béo chiếm 45 — 55%

“ Nhựa béo: dâu bảo chiếm 55 — 70%

So dé 1.3: Phan ứng diéu ché alkyd tit anhydrit phtalic va glixerin

Do số lượng nhĩm chức lớn, cĩ rất nhiêu khả nãng phán ứng và cầu trúc

phức fap được tạo Thành trong quá trình tổng hợp nhựa (este hĩa đơn giản hay liên

phân tủ), trùng hợp qua các cầu nổi đổi của mạch dẫu hay este hĩa với ancol Các

thành phan và cầu tử tham gia phán ứng đều ành hưởng tới tỉnh năng nhựa alkyd cuỗi củng Ngoái ra sự có mặt của xúc tác và các phụ gia đặc biệt cũng có ảnh thưởng đến cầu trúc, tỉnh chất và thành phan san phẩm phản ứng,

Màng sơn alkyd có độ bên khí hầu cao, có độ mêm dẻo tôi, độ bám đính tốt

trên các loại nền vật liên khác nhan Để tăng độ bám đính người ta còn trộn thêm vào sơn a]kyd các chất tầng độ đỉnh nhu acrylic, epoxy có đềo hóa Niếu được sây

xông, mắng sơn có độ bồn khí quyền, hóa chi và độ bên nhiệt cao hơn nhiều so với

sơn Khỏ ở nhiệt độ thường

Trong thực tế, ngoài nhựa alkyd thuần túy người ta hay phổi trộn alkyd vei

dẫn xuất của nhựa thông hay các loại nhựa tống hợp khác (polyester, PF biển tính,

UK, MF )

Son alkyd cé kha nang bién tinh trong pham vi rit rong nhằm đạt được mục

tiêu kỹ thuật cần thiết, cụ thể:

- ‘Thay đối thành phan, bản chất nguyên Hiện đầu dé tổng hợp nhựa (poliol,

poliaxit, monome hoạt hóa )

- _ Tiếp tục biển tính nhựa tổng hợp bằng các cấu tử đặc hiệt đựa vào khả năng

phản ứng và nhóm chức hoạt hóa sèn lại trên mạch nhựa như nhóm axit, nồi đôi, nhóm -OII

la trên khả năng tương hợp tòi của afkyd với các polyme khác, có thế phối

trộn đơn phá sơn rất đa đạng cho phép thay đổi tốc độ hóa rấn, nhiệt độ khô,

độ tên cơ lý, bên hỏa chát của mảng trong giới hạn rộng,

Thông thường sơn khô ở nhiệt độ thường sau 24 giờ và khô hoàn loàn sau 72

đền 96 giờ

1.43 Ứng dụng của sơn alkyd

Sơn ølkyd là một trong những hệ sơn công nghiệp được sản xuất với xố lượng lớn trong và ngoài nước Sản lượng alkyd ở các nước công nghiệp lớn hơn

tổng sán lượng cúa các loại chất tạo màng khác công lại

25

Son alkyd được ửng dụng rông rãi trong hảu hết các lĩnh vực của màng sơn

nhu son men, son miu, sơn lới, vẻcni Tủy theo các hệ pigrnent lựa chon ta c6 thé

thú được tràng sơn có màu sắc, độ bóng, đô mịn cũng như đồ bền mắn khác nhau

Son alkyd 06 độ bền cơ lý khá tối, giá thành ha va sin xuất tương đối đố đăng nền

đã phái triển mạnh ở Việt Nam trong nhiễu năm qua Chất tạo trởng liên cơ sở nhựa alkyđ còn được đúng làm sơn lớt chong gi do kha nang bam dinh cao, mém dio va

dễ tương hợp với các loại sơn khác

Sơn alxyd loạt đặc biệt còn được dùng làm sơn điện đt (có đô dẫn điện tốt trong môi trường nước) hoặc sơn tĩnh điện Màng sơn này thường hóa rắn ở nhiệt

đô cao cho sản phẩm có độ bên cơ lý tốt

Alkyd tương hợp tốt với phenolfomandebit (PF), urefomandshit (UF),

mmelaminfomandehit (ME) và nhiều nhựa tổng hợp khác

- _ Nhựa alkyd kết hợp với nhựa UF, ME bufanol hóa cho màng sơn danh bong,

bên mỗi trường cao hơn, có khả năng trang trí tốt bên cạnh chức năng bâo vệ

thông dung Ming son alkyd — UF có độ bổn khí hận kém hơn nên được dùng làm sơn trong nhà, còn sơn alkyd — ME thường đừng làm sơn ngoài tai

vi sở độ danh cứng cao hơn, bên màu ở nhiệt độ cao, chịu được bức xạ mặt

trời và sw bao mon của cát bụi

- Son alkyd bién tính với styrene có đỏ bỏng cao, khô nhanh, có các tính năng,

như điện áp xuyên thủng, điện trở suất khối, điện trở bẻ mặt cao, hệ số tôn

hao điện môi thấp hơn rõ rệt so với sơn alkyd thỏng thường, Loại sơn này thưởng được dùng làm son cách điện, vácni bỏng, sơm bảo vệ Sơn có độ tan

tốt trong xăng pha sơn Néu phan ung với styrene được thực hiện hoàn toàn

tlủ màng sơn tha được có các tính nắng cơ lý tt

Trên cơ sở gốc rihựa alkyd người ta cững cỏ Thể tổng hợp được sơn tan trong

nước đề tránh nguy cơ chảy nỗ và đóc hại, ö nhiễm dung mỗi, dũng làm sơn điện đi Sơn được tổng hợp sao cho có khỏi lượng phân tử Khoảng 1200 — 1400, có chữ số

sát khoảng 40 — 130 và nhóm -OH dư khoảng 40 — 60% Sau ki tông hợp, nhựa

26

được hòa †an trong dung môi (butanol, bntylcelosolv) rồi trung hòa bang amin Gac

axit cacboxylic khi trung hòa tạo muỗi tan trong nước còn nhóm -Oll trên mạch

cho phép nhựa ta nước đề bên vững cao khi phá loãng sơn[1 6]

1⁄5 Rác thải điện tử

1.5.1 Nguẫn rắc thải điện từr

Khí hậu toản cầu đang thay đổi mnanh, nước biển đảng, băng tan ở các cực và

sự gia tăng nhanh chưa từng thấy của các loại hình ö nhiễm Vận dé báo vệ môi

trường đã trở thành mỗi quan tâm lớn đổi với các tố chức xã hội và các quốc gia

trên thê giới

Việc mở rộng cơ sở hạ tầng quy mô sản xuất của các doanh nghiệp giứp tang

năng suất và lợi nhuận, nhưng đây lại là một trong những lý do chính làm tảng năng Tượng, nước tiêu thụ, tăng lượng khí nhà kinh hay phát sinh rác thai điện tử

Năm 2007, có khoảng 33.000 tân chất thái điền tử được thải xuống sông và chôn tại các bãi chôn lập Trong khi các hóa chất được sử đụng sẽ ăn mòn các chat

thái điện tử này bị rô rỉ và ngắm vào đãi thì các loại chảit thải điện từ như các thần tả

nh, máy nền từ táy điều hoà và nhựa thải lit indy vi tinh, điện thoại đi động, đa

CD dang được chất thành đồng Hang năm, só 19.000 tắn rác thái điện tứ được tái

chế Rác thái điện tử là mỗi quan tâm lớn do tính độc hai và khả năng gây ung thư

của một số chất Các chất độc hại có trong rác thải điện tử bao gồm chỉ, thủy ngân

và cadimi, chat gay ung thir là polyclorinat biphenyls (PCs) Mét man hinh may

tỉnh điển hình có thể chứa hơn 6% trợng lượng là chỉ, phân lớn nằm ở màn hình ông

điện tử Các tụ điện, máy biển thế, đây gách điện PVC, các thiết bị bọc PVC khác

thường chứa lượng chất PCBs Chal thai dign tử trở thành vấn để lớn mà thế giới

đang phải đối mặt sau biển đổi khí hậu và nghèo đói[12.15]

1.5.2 Thành phân của rúc thải diện nữ

Rác thải điện tử được tạo ra tir cdc thiết bị điện tử và đồ dừng gia đình không còn hữm ích Cáo kim loại có trang chất thái điện tứ là chì, nhôm, gemani, gali, sắt,

thiéc, déng, bari, niken, kém, tartan, indi, vanadi, beri, vang, titan, mteni, coban,

paladi, mangan, bạc, bitmut, crom, cadimi, selen, niobi, yi, thủy ngân, silic [17]

Nhiing polyme khắc nhau được sử dung trong cáo ứng dụng điện tử lá: acrylic (cht yéu 14 PMMA), acrylonitrile-butadien-styren (ABS), epoxy, phenol formaldehyde (PI), polyacetal (POM), polyamide (PA), polycarbonate (PC), polycatbonate/ABS pha tron (PC/ABS), polyethylene (PT), polyetilen terephtalal (PRT), pelybutilen terephtalat (PRT), po

êtz/pha trộn polystyren (PPE/HIPS hoặc PPO), polypropylen (PP), polystyren (bao gồm cả polystyren hoặc HIPS) (PS), polyuretan (PU) va polyvinyl clorua (PVC)

¢ Khang bilo hoa (UP), polyphenyien

Ó Việt Nam nhu cầu sứ dụng các sản phẩm tit nhua polycarbonate rat lớn Chỉ tính riêng các sản phẩm dia ding cho hd thang doc laze (mét img dụng phố biến cia polycarbonate) thea thang kê cia Cuc Théng ké nam 20U3, giá trị nhập khẩu vao Viét Nam da hon 15 triệu USD

1.5.3 Cúc hướng nghiên cửu xứ lý poiycurbunute phế thải hiện nay

Trước đây polycarbonatc phế thải chủ yêu được xử lý bằng cách chôn lắp

hoặc tải chế cơ học để lắm nguyên liệu để sản xuất các sản phẩm nhựa chất lượng,

thấp Phương pháp nảy thường gây ô nhiễm môi trường Những năm gần đây việc

xử lý nhựa polycarbonate phế thải được nghiền cửu theo nhiều hưởng mới Dó là các phương pháp xử lý hóa học

Một trong những huởng nghiên cứu đang được quan tâm là thúy phân

polycarbonate với sự có mặt của metanol hoặc etanol khi cỏ xúc tác kiểm Điển

kiện phân ứng là 120 = 140%, 9 + 10 Mpa Sản phẩm thu được sau phản ứng là

Bisphcnol Á và đămely] cacbonal (DMC), trong đó biaphenol À là nguyên Hiệu đầu cho các ứng dụng khác như sản xuất nhựa cpoxy Quá tỉnh phân hủy

polycarbonate ở nhiệt độ cao còn có thể fm được các sản phẩm khác ngoài

bisphenol Á, như phenol và đẫn xuất cúa phenol (p-isopropylphenol, 4-t- butylphenol) Phương pháp tái chế nảy cũng đã được nghiên cứu theo hướng tạo ra

các sản phẩm khác cỏ tỉnh ứng đụng cao như ete bis-hydroxyetyl-BPA

28

Một nghiên cứu khâc đã kháo sát quả trình phân hủy polycarbonate ở nhiệt

đô cao, áp suất cao trong môi trưởng toluen Kết quá nghiên cứu này cho thây ở

điều kiên 613K, 5 : 6 Mpa, thời gian phản ứng là 15 phút tỷ lê khối lương

polyearbơnaleftoluen là 1/7 thì sản phẩm chính thu được sau phân hãy là bisphenol

Á chiếm hơn 35,7% [7,12,15,20]

—_ NaOH loại P sản xuất tại Trung Quốc, độ sạch 969

Axit axetic loại P sản xuất tại Trung Quốc

CH3OH 96% loại P sản xuất tại Việt Nam

—_ Fpiclohidhiim loại PA của MPERCK, độ sạch > 99%,

'Tolnzn loại P sản xuất tại Trung Quốc, độ sạch > 99,5%,

— Nhuwa alkyd Trung Quốc

-Axeton tịnh khiết hoặc đĩoxan tính khiết

— Axit ICL ty trạng I,L9g/em)

So dd 2.7: Phan ing tac phan polycarbonate

Dun héi lưu hỗn hợp trong 90 phút ở nhiệt độ G0°C Asdt hoá hỗn hợp sau phản

ứng, bisphenol A kết tĩnh màu trăng được lọc và rửa bằng nước cất Sản phẩm được sảy khô tới khi khối lượng Không đối

3.12 Tổng bợp nhựa epoxp từ bisphenol A

22.2.5 Nep litu

+ Bisphenol A sin phim: 85,52

+ Epielohidin: 75ml

3

+ Dung địch NaOH 20%: 100g 22.22 Tién hank phan ing

Dun hdi hau va khudy hén hop phan img & 75+76°C trong 3,5 gid, sau do

trung hòa hỗn hợp phán ứng bằng đung địch CH;COOH 25% đến trung tính hoặc

axil yeu

‘Thém 100ml toluen vào hỗn hợp phan ting, gift nhiét d6 ở 75:76°C va

khuấy thêm 30 phút Sau đỏ ngừng Khuay va giảm nhiệt độ xnống 60: 65°C và chờ cho hồn hợp tách thành 2 lớp, liển hành cluết tu lây sân phẩm

Cơ chế phân ứng được chỉ ra ở trang 14, L5

3.2.3 ChẰ tạo màng trên co sé nhwa epoxy sân nhẫn

3.331 CHẾ tạo màng epoxy

Epoxy san phẩm được thêm đưng mỗi cho phù hợp và kiểm tra độ nhớt của

dung địch bằng phễu BZ2 Thêm chất đóng rằn DETA và tiên hành nhúng mẫu Các

mẫu sau khi nhúng được để khô tự nhiên

Cơ chế phẩm ứng đồng tấn xem ở trang 18

2.2.3.2 Chế tạo mang alkyd

Nhựa slkyd được thêm: dương môi cho phủ hợp, bội màu Zm1© và kiểm tra độ

nhớt của dumg dich bang phén B74 Thêm chat đóng rắn DETA va tiển hành nhúng

mẫu Các mẫu sau khi nhúng dược đễ khô tự nhiên

3.3.3.3 CHẾ lạo màng apoxy— alkyd

Đổ lãng khả năng bám dính và độ mỗm đỗo của mắng, nhựa cpoxy sân phẩm

được phỏi trộn với nhựa alkyd theo các tý lệ các tỷ lệ khối lượng epoxy / alkyd là

100; 30/70, 50/50; 100/0 Thêm dung méi, bét miu ZnO và kiếm tra độ nhớt của đụng dịch bằng phếu BZ4 1hêm chất đỏng rắn I2ETA và tiên hành nhúng mẫu Các mấu sau khi nhủng được để khô tự nhiên.