Tài liệu Chế tạo và khảo sát sơn epoxy chống ăn mòn trên cơ sở các hệ bột màu oxyt sắt, bột kẽm, photphat kẽm, cromat kẽm và cromat chì

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA HÓA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP BỘ CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT SƠN EPOXY CHỐNG ĂN MÕN TRÊN CƠ SỞ CÁC HỆ BỘT MÀU: OXYT SẮT, BỘT KẼM, PHOTPHAT KẼM, CROMAT KẼM VÀ CROMAT CHÌ Mã số: B 2003 – 23 – 48 Cố vấn đề tài: 1 – GS. TS. Nguyễn Hữu Niếu 2 – GS. TSKH Trần Vĩnh Diệu Ngƣời thực hiện: Th.S Huỳnh Thị Cúc Th.S. Nguyễn Văn Bỉnh Th.S. Võ Thị Thu Hằng TP. Hồ Chí Minh - 2004 MỤC LỤC 1 - MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 2- TỔNG QUAN ............................................................................................................. 2 2.1. NHỰA EPOXY ..................................................................................................... 2 2.1.1. Phản ứng tổng hợp nhựa epoxy........................................................................ 2 2.1.2. Phân loại nhựa epoxy .................................................................................... 4 2.1.3. Tính chất của nhựa epoxy .............................................................................. 5 2.1.4. Ứng dụng........................................................................................................ 9 2.2. SƠN EPOXY ...................................................................................................... 10 2 .2 .1. Khái niệm chung ........................................................................................ 10 2.2.2. Phân loại sơn epoxy .................................................................................... 11 2.2.3. Sơn epoxy rắn .............................................................................................. 11 3- PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................................................... 15 3.1. PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHỔ HỒNG NGOẠI ....................................... 15 3.2. PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NHIỆT ............................................................. 15 3.3. PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG PHẦN GEL .............................. 15 3. 4. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA SƠN ..... 16 3.4.1. Phƣơng pháp xác định độ mịn TCVN 209M993 ......................................... 16 3.4.2. Phƣơng pháp xác định thời gian chảy (độ nhớt qui ƣớc) ............................. 18 3.4.3. Phƣơng pháp gia công màng TCVN 2094 - 1993 ........................................ 19 3.4.4. Phƣơng pháp xác định độ phủ theo TCVN 2095 - 1993 .............................. 20 3.4.5. Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng rắn ......................................................... 21 3.4.6. Phƣơng pháp xác định độ khô và thời gian khô TCVN 2096 - 1993........... 22 3.5. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA MÀNG PHỦ 22 3.5.1. Phƣơng pháp xác định độ bền va đập .......................................................... 22 3.5.2. Phƣơng pháp xác định độ bền uốn dẻo ....................................................... 24 3.5.3.Phƣơng pháp xác định độ cứng của màng .................................................... 25 3.5.4. Phƣơng pháp xác định độ bám dính ............................................................ 25 3.5.5. Phƣơng pháp xác định độ bền mài mòn : ..................................................... 27 3.5.6. Phƣơng pháp xác định độ thấm nƣớc:.......................................................... 27 3.6. PHƢƠNG PHÁP GIA TỐC SOLARBOX ....................................................... 28 3.7. PHƢƠNG PHÁP PHƠI MẪU TỰ NHIÊN ....................................................... 28 3.8. PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TỔN THẤT KHỐI LƢỢNG ............................ 29 3.9. PHƢƠNG PHÁP MÙ SƢƠNG MUỐI .............................................................. 29 3.10. PHƢƠNG PHÁP TỔNG TRỞ ĐIỆN HÓA: .................................................... 30 3. 11. PHƢƠNG PHÁP KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ ............................................ 34 3.12. NGUỒN & CHỈ TIÊU KỸ THUẬT NGUYÊN LIỆU HÓA CHẤT SỬ DỤN 34 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ...................................................................................... 40 4.1. HỆ ĐÓNG RẮN MỚI AED & ADE2 (AED2).................................................... 40 4.1.1. Quá trình tổng hợp các adduct ..................................................................... 40 4.1.2.Khảo sát khả năng đóng rắn .......................................................................... 41 4.2. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA BỘT KẼM ................................................... 43 4.2.1. Công thức sơn .............................................................................................. 43 4.2.2. Các thông số kỹ thuật của sơn kẽm: ............................................................. 44 4.2.3. Các tính chất cơ lý sơn kẽm: ........................................................................ 45 4.2.4.Tổn thất khối lƣợng của hệ sơn kẽm ............................................................ 46 4.2.5. Thử nghiệm gia tốc mù sƣơng muối ............................................................ 47 4.2.6.Tổng trở điện hóa ......................................................................................... 48 4.3. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA HỆ BỘT MÀU OXYT SẮT & BỘT TALC52 4.3.1. Công thức sơn: ............................................................................................. 52 4.3.2. Các thông số kỹ thuật của sơn hệ oxyt sắt & bột talc: ................................. 53 4.3.3. Các tính chất cơ lý của màng sơn hệ oxyt sắt & bột talc: ............................ 54 4.3.4. Độ bền môi trƣờng của màng sơn: ............................................................... 55 4. 3. 5 . Thử nghiệm gia tốc mù sƣơng muối: .......................................................... 58 4.3.6. Tổng trở điện hóa ......................................................................................... 60 4.4. KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA HỆ BỘT MÀU CROMAT CHÌ VÀ OXYT SẮT: ........................................................................................................................... 63 4.4.1- Các thông số kỹ thuật của sơn .................................................................... 63 4.4.2. Các tính chất cơ lý của hệ bột màu cromat chì và oxyt sắt .......................... 64 4.4.3. Độ bền môi trƣờng của màng sơn hệ bột màu cromat chì và oxyt sắt: ........ 67 4.4.4. Thử nghiệm gia tốc mù sƣơng muối ............................................................ 70 4.4.5.Tổng trở điện hóa .......................................................................................... 72 4.5. HỆ BỘT MÀU CROMAT KẼM VÀ OXYT SẮT:............................................ 77 4.5.1. Các thông số kỹ thuật của hệ bột màu cromat kẽm và oxyt sắt ................... 77 4.5.2.Các tính chất cơ lý của mẫu sơn ................................................................... 78 4.5.3. Độ bền môi trƣờng ...................................................................................... 80 4.5.4. Thử nghiệm gia tốc mù sƣơng muối ............................................................ 83 4.5.5. Tổng trở điện hóa ......................................................................................... 85 4.6. HỆ BỘT MÀU PHOTPHAT KẼM VÀ OXYT SẮT: ........................................ 89 4.6.1. Các thông số kỹ thuật thu đƣợc:................................................................... 89 4.6.2. Các tính chất cơ lý của các mẫu sơn: ........................................................... 90 4.6.3. Độ bền môi trƣờng: ...................................................................................... 92 4.6.4. Khảo sát mù sƣơng muối ............................................................................. 95 4.6.5. Tổng trở điện hóa ........................................................................................ 97 4.7. MỘT SỐ HÌNH ẢNH SEM TIÊU BIỂU CỦA CÁC MẪU SƠN: .................. 101 4.8. KHẢO SÁT MỘT SỐ SƠN THỊ TRƢỜNG: Á ĐÔNG, MIKA, PHILIP: ..... 102 4.8.1.Các thông số kỹ thuật: ................................................................................. 102 4.8.2. Tính chất cơ lí sau 7 ngày và sau 144 giờ solarbox ................................... 103 4.8.3. Thử nghiệm mù sƣơng muối ..................................................................... 103 4.8.4.Đo tổng trở điện hóa ................................................................................... 104 5. KẾT LUẬN ............................................................................................................. 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 109 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT AED :Adduct tổng hợp từ dầu đậu nành epoxy hóa và dietylentriamin. ADE2 : Adduct tổng hợp từ nhựa epoxy DER 331 và dietylentriamin. AED2 : Tổ hợp 2 adduct AED : ADE2 ở các tỷ lệ khác nhau. DETA : Dietylentriamin. DĐNE : Dầu đậu nành epoxy hóa. DPP hay bisphenol A : 4,4' dioxyphenylpropan. ĐLH : Đƣơng lƣợng hydro hoạt động. ECH : Epiclohydrin. EDENOL : Tên thƣơng mại của dầu đậu nành epoxy hóa của hãng Henkel. HLE : Hàm lƣợng nhóm epoxy. KLPT : Khối lƣợng phân tử. PTL : Phần trọng lƣợng. TETA : Trietylentetramin. TLS: Trọng lƣợng sơn 1 - MỞ ĐẦU Kim loại là vật liệu quan trọng nhất mà con ngƣời cần dùng trong chế tạo các loại công cụ, vật dụng. Nhƣng kim loại rất dễ bị ăn mòn trong không khí. Hằng năm khoảng 30% tổng lƣợng kim loại của thế giới mất đi do ăn mòn, trong đó ngƣời ta chỉ thu hồi đƣợc khoảng 20%, còn 10% mất hoàn toàn. Ngoài gây thiệt hại trực tiếp về kinh tế, ăn mòn kim loại còn gián tiếp làm ảnh hƣởng tới môi trƣờng và an toàn lao động. Nhất là trong điều kiện không khí nhiệt đới nóng ẩm ở nƣớc ta, sự ăn mòn càng xảy ra dễ dàng, vì vậy bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn có ý nghĩa rất quan trọng đối với nền kinh tế quốc dân. Dùng sơn phủ bảo vệ chống ăn mòn là biện pháp bảo vệ kim loại một cách phổ biến, đƣợc coi là hiệu quả hơn cả và đƣợc phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây. Sơn epoxy là loại sơn chống ăn mòn tốt, có độ bám dính cao với nhiều loại vật liệu, đƣợc sử dụng trong lĩnh vực biển, khu vực dƣới nƣớc, sàn tàu, hầm tàu, các loại thùng chứa,... Sơn epoxy là loại sơn chịu hóa chất, thời tiết, môi trƣờng và cả tia tử ngoại. Trong thành phần của sơn, ngoài chất tạo màng bền với khí quyển, còn phải chọn bột màu và bột độn thích hợp để tạo hệ đồng nhất với chất tạo màng khi sơn khô, do đó trên nền hệ chất đóng rắn mới AED và ADE2 (AED2) đã đƣợc thực hiện ở đề tài CS 2000-11 [17], chúng tôi tiến hành chế tạo và khảo sát sơn epoxy chống ăn mòn trên cơ sở các hệ bột màu: oxyt sắt, photphat kẽm, cromat kẽm, cromat chì và bột kẽm . Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm 3 nhiệm vụ chính: 1- Tổng hợp các adduct AED và ADE2 dùng làm chất đóng rắn cho sơn epoxy. 2- Chế tạo sơn lót và sơn phủ epoxy; khảo sát các thông số kỹ thuật, các tính chất cơ lý trên cơ sở các hệ bột màu đã nêu. 3- Bằng các phƣơng pháp phơi mẫu tự nhiên, mù sƣơng muối, solarbox, tổng trở điện hóa, ngâm môi trƣờng( HNO3, H2SO4, NaOH,...) khảo sát tính chống ăn mòn của chúng. 1 2- TỔNG QUAN 2.1. NHỰA EPOXY Nhựa epoxy trên cơ sở oxyt etylen ( oxiran) cùng các chất đồng đẳng hoặc các dẫn xuất của nó, hầu nhƣ luôn đƣợc dùng bằng cách kết hợp với chất đóng rắn, đƣợc xếp loại là nhựa nhiệt rắn [38]. 2.1.1. Phản ứng tổng hợp nhựa epoxy: Nhựa epoxy phổ biến và quan trọng nhất là nhựa tạo thành từ sản phẩm phản ứng của bisphenol A và epiclohydrin [26],[27],[41],[43],[44]. ♦ Bisphenol A đƣợc điều chế bằng cách cho axeton phản ứng với một lƣợng dƣ phenol ở nhiệt độ 50°c trong môi trƣờng axit mạnh nhƣ axit sunfuric 75% hoặc HC1: 4,4'- dioxydiphenylpropan( DPP hay bisphenol A) Bisphenol A là tinh thể màu nâu, có nhiệt độ nóng chảy 155- 157°c, không tan trong nƣớc, dễ tan trong rƣợu và axeton. ♦ Epiclohydrin (ECH) đƣợc tổng hợp từ propylen: 2 Epiclohydrin là chất lỏng trong suốt, không màu, không tan trong nƣớc nhƣng tan trong benzen, toluen, axeton, rƣợu và các dung môi khác. Nhiệt độ sôi: 116 117°C; tỷ trọng ở 20°C: 1,1807 g/cm3; hệ số chiết suất nD25= 1,4358 [1]. ♦ Phản ứng ngƣng tụ của bisphenol A và ECH để tổng hợp nhựa epoxy thƣờng sử dụng xúc tác kiềm theo hai giai đoạn: • Giai đoạn 1: Là giai đoạn kết hợp, phản ứng tỏa nhiệt mạnh (AH = - 17,09 KCal/mol), xảy ra nhanh ở nhiệt độ 60 - 70°C: Nhóm epoxy của epiclohydrin tác dụng với hydro của bis phenol A, sản phẩm tạo ra có nhóm - OH bậc 2 ở vị trí - so với nguyên tử do. Ở vị trí nhƣ vậy, trong môi trƣờng kiềm xảy ra phản ứng tách loại HC1 (khí) và tạo nhóm epoxy mới. • Giai đoạn 2: Giai đoạn tách HC1, phản ứng thu nhiệt (AH = 28,09 KCal/mol), xảy ra chậm: 3 Vì có thêm một ít lƣợng nhiệt sinh ra do hòa tan và trung hoa khí HC1 nên tổng hợp lƣợng nhiệt thu và tỏa thì phản ứng tạo nhựa epoxy là phản ứng tỏa nhiệt ít ( ∆H = - 4,18 KCal/mol). Khi tỷ lệ mol ECH/DPP < 2 thì nhận đƣợc nhựa (oligome) có công thức tổng quát nhƣ sau: Nhựa epoxy có phân tử lƣợng M = 300 - 1800 tùy thuộc vào tỷ lệ moi giữa ECH/DPP, nhiệt độ, thời gian phản ứng, nồng độ NaOH sử dụng và phƣơng thức tiến hành tổng hợp. 2.1.2. Phân loại nhựa epoxy : [39] Để tăng cƣờng độ chịu nhiệt hay để tăng độ mềm dẻo, giảm độ bắt cháy của nhựa epoxy, ngƣời ta còn sử dụng một số loại epoxy khác nhƣ epoxy-novolac, epoxyamin, epoxy vòng no. Có thể phân loại nhựa epoxy theo 5 nhóm sau đây: (i) Glycidylete (ii) Glycidylester (iii) Glycidylamin 4 (iv) Mạch thẳng, no: (v) Mạch vòng, no Nhựa epoxy trong nhóm từ (i) - (iii) thƣờng đƣợc điều chế bằng phản ứng ngƣng tụ giữa diol, diaxit hoặc diamin thích hợp với ECH, có sự tách loại những phân tử nhỏ nhƣ HC1. * Các olefin epoxy hóa nhóm (iv) - (v) đƣợc tạo thành bởi phản ứng cộng -quá trình peroxit hóa liên kết đôi của oleíin bằng peaxit nhƣ peaxit axetic . 2.1.3. Tính chất của nhựa epoxy 2 .1.3.1- Lý tính: [31],[39],[46] Nhựa epoxy khi chƣa đóng rắn là loại nhựa nhiệt dẻo, có màu từ vàng sáng đến trong suốt, ở dạng lỏng (M < 450), đặc (300 < M < 800) và rắn (M > 1000) tùy thuộc vào khối lƣợng phân tử ( KLPT) của nhựa. - Nhựa epoxy tan tốt trong các dung môi hữu cơ nhƣ xeton, axetat, hydrocacbon do hóa, dioxan. Nhựa epoxy không tan trong các dung môi hydrocacbon mạch thẳng (white spirit, xăng). - Nhựa epoxy trộn hợp đƣợc với nhựa ure-fomaldehyt, melamin-fomaldehyt, phenol - fomaldehyt, nitroxenlulo, polyeste, polysuníit, ... - Nhựa epoxy dạng lỏng dễ dàng chuyển sang trạng thái nhiệt rắn khi sử dụng các chất đóng rắn nóng nhƣ anhydrit phtalic AP, anhydrit maleic AM,... hay các chất đóng rắn nguội nhƣ polyamin, polyamit, polyizoxyanat,... và kèm theo hiện tƣợng co ngót (khoảng 0,5 - 2% tùy theo loại chất đóng rắn). - Nhựa epoxy sau khi đóng rắn có một loạt những tính chất quí báu nhƣ: bám dính tốt với nhiều loại vật liệu khác nhau (do nhựa có liên kết ete và nhóm hydroxyl), bền hóa học, đặc biệt với kiềm, độ bền cơ học cao, cách điện tốt, ít có ngót và bền nhiệt đến 160 -260°c [6]. 5 Tính chất của nhựa đƣợc quyết định bởi trọng lƣợng phân tử của nó, ví dụ nhƣ loại KLPT thấp sử dụng làm vật liệu compozit, keo dán ,.. . ; loại KLPT lớn sử dụng làm sơn, vecni,...[15]. Nhựa epoxy đƣợc ứng dụng rất rộng rãi trong mọi lĩnh vực kỹ thuật, trong đời sống và đƣợc sản xuất ở rất nhiều nƣớc khác nhau trên thế giới. Mỗi hãng sản xuất có một tên gọi và mã số tƣơng ứng của từng loại nhựa khác nhau. - Mỹ: * Dow Chemical: DER 557 , 660 , 661,... 669 * Shell Chemical: Epon 1001 , 1004 , 1007 ,1009... - Trung Quốc: E 44, EG 101. -Nga :ED14,ED16,ED20,ED22,... Bảng 2.1: Các đặc tính kỹ thuật của nhựa epoxy [311], [391] Tính chất - Tỷ trọng, g/cm Giá trị 3 - Nhiệt độ chảy mềm, °C - Nhiệt độ phân hủy ,°C - Hệ số giãn dài, m/°C - Hệ số dẫn nhiệt, KCal/m.h.°C 1,2- 1,25 Lỏng : 140 340 - 350 (4,5 - 6,5). l0 - 5 0,17 Tang góc tổn hao điện môi + Ở 20°C 0,001-0,002 + Ở 80°C 0,03 - 0,05 Điện trở suất, Ω.cm: +Ở 200C: 10 15 +Ở 800C: 10 11 Điện thế đánh thủng, KV/mm 25-30 6 Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật của một số nhựa epoxy thông dụng [30],[40] Phân tử lƣợng Nhiệt độ nóng chảy,°c Đƣơng lƣợng gam epoxy Epon 1001 850- 1100 64-76 450- 525 Epon 1004 1750 - 2050 97-103 905 - 985 Epon 1009 5000 - 8000 145 -155 2400 - 4000 ED 16 480 - 540 lỏng 240 - 270 ED20 390-430 lỏng 195-215 ED 22 360 - 390 lỏng 180-195 Mã số 2.1.3.2. Hóa tính: [31] Nhựa epoxy có hai nhóm chức hoạt động epoxy và hydroxyl, có thể tham gia vào nhiều loại phản ứng khác nhau. Tuy nhiên, tùy thuộc vào khối lƣợng phân tử của nhựa mà nhựa thể hiện tính chất theo nhóm chức trội hơn. * Khi n ≤ 3 (M ≤ 1200): số nhóm epoxy chiếm đa số nên phản ứng hóa học đặc trƣng là của nhóm epoxy. * Khi 3 < n < 10 (1200 < M < 3000): tồn tại cả hai nhóm epoxy và hydroxyl với số lƣợng tƣơng đƣơng nên phản ứng đặc trứng là của cả hai nhóm epoxy và hydroxyl. * Khi n 10 (M 3000): số nhóm hydroxyl chiếm đa số nên phản ứng hóa học đặc trƣng là của nhóm hydroxyl. a- Khả năng phản ứng của nhóm epoxy: Phản ứng đặc trƣng của nhóm epoxy là phản ứng cộng mở vòng epoxy. Tuy thuộc vào tác nhân tham gia mà phản ứng xảy ra theo các cơ chế khác nhau. * Với tác nhân ái nhân (nucleophin): HX Phản ứng xảy ra theo cơ chế SN2, tác nhân ái nhân tấn công vào cacbon có ít nhóm thế hơn của vòng [31], [39]. 7 Phản ứng này đƣợc xúc tác bởi ion H+. • Với tác nhân ái điện tử (electrophin): Phản ứng xảy ra theo cơ chế SN2, bắt đầu bằng sự tạo thành anion epoxy (alcoxit anion). Khi có mặt các chất cho proton H+ (R'OH ) nhƣ rƣợu, phenol, axit,... phản ứng xảy ra thuận lợi hơn và các chất này thƣờng đƣợc sử dụng làm xúc tác cho phản ứng đóng rắn nhựa epoxy. b- Khả năng phản ứng của nhóm hydroxyl: Nhóm hydroxyl trong nhựa có hoạt tính yếu hơn nhóm epoxy, nên khả năng phản ứng kém hơn, thƣờng xảy ra ở nhiệt độ cao. Lúc đó nhóm hydroxyl có thể tham gia vào các phản ứng este hóa, ete hoa,.... Cơ chế phản ứng xảy ra khác nhau tùy thuộc vào tác nhân đóng rắn và điều kiện phản ứng. Tác nhân ái điện tử (electrophin): Phản ứng xảy ra khi có mặt proton H+ . 8 Tác nhân ái nhân (nucleophin): Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ cao khi không có xúc tác hoặc ở nhiệt độ tháp khi có xúc tác axit mạnh. - Cơ chế phản ứng: ♦ Khi không có xúc tác: Khi có mặt axit vô cơ mạnh: Các phản ứng hóa học vừa nên đƣợc sử dụng trong các phản ứng biến tính và đóng rắn nhựa epoxy. 2.1.4. Ứng dụng Do khả năng linh hoạt của các chức mà nhựa đƣợc sử dụng rất rộng rãi trong hàng loạt ứng dụng công nghiệp, đƣợc mô tả trong các ngành sau đây: 1. Ứng dụng trong công nghiệp sơn và chất bao phủ chống ăn mòn. 2. Công nghiệp vật liệu cách điện, công nghiệp điện do khả năng chịu nhiệt và cách điện cao. 9 3. Hợp chất dùng để chế tạo khuôn đúc, in lụa mẫu vẽ và dụng cụ. 4. Trong công nghiệp xây dựng là chất kết dính kết cấu trong bêtông, chống thấm, bột trét trong xây dựng nhà cửa và đƣờng cao tốc, bột bịt kín và trong những ứng dụng đòi hỏi sự chịu ăn mòn hóa học cao. 5. Chế tạo vật liệu compozit - đặc biệt là vật liệu compozit có tính năng cao trên cơ sở nhựa epoxy. 6.Trong một số lĩnh vực khác nhƣ: những hợp chất có độ chịu nén, rung; nhựa tẩm vecni cho các thiết bị điện và điện tử; những tấm nhựa mỏng ứng dụng trong sản xuất máy bay, tên lửa,.... 2.2. SƠN EPOXY 2 .2 .1. Khái niệm chung Chất phủ trên nền nhựa epoxy đƣợc sử dụng để bảo trì và sơn phủ các công trình dƣới nƣớc và sơn trong ngành xây dựng, sơn phủ các kết cấu bằng thép, sơn máy bay, xe tăng, sơn lót các thiết bị trong ô tô, đồ dùng gia đình và bề mặt các ống dẫn; chúng còn đƣợc dùng để sơn các sàn bê tông. Sơn epoxy là loại sơn chịu hóa chất, thời tiết, môi trƣờng và cả tia tử ngoại. Màng sơn epoxy thƣờng đi từ các loại nhựa có khối lƣợng phân tử 450 - 500 (nhƣ Epikote 828, DER 337); 850 - 1000 (nhƣ Epikote 1001, DER 671); 1750 -2025 (Epikote 1007, DER 664). Nhƣng khi khối lƣợng phân tử nhựa tăng thì tính tƣơng hợp với các chất tạo màng khác giảm. Mặt khác nếu dùng nhựa epoxy có khối lƣợng phân tử thấp, ví dụ nhƣ Epikote 828; do khối lƣợng phân tử của loại nhựa này tƣơng đôi thấp nên vị trí của hai nhóm epoxy tƣơng đối gần nhau nên khi đóng rắn nhựa sẽ có độ linh động kém, độ dòn cao hơn so với nhựa epoxy có khối lƣợng phân tử cao. Vì vậy ngƣời ta thƣờng chọn nhựa có khối lƣợng khoảng 850 - 1000 nhƣ Epikote 1001 hay DER 671 để làm sơn. Sơn epoxy thƣờng có đặc tính sau: [31], [39] - Dính tốt do có chứa nhiều nhóm có cực. 10 - Do có nhóm có cực nằm ở các vị trí khá xa nhau nên co giãn khá tốt. - Nhờ có liên kết ete - C - O - C - nên ổn định hóa học đối với dung môi, axit yếu và cả axit mạnh. - Sau khi đóng rắn có cấu trúc không gian nên có độ bền cơ học tốt. 2.2.2. Phân loại sơn epoxy [46] Sơn epoxy đƣợc chế tạo chủ yếu dựa vào chất tạo màng epoxy nhờ khả năng phản ứng của nhóm hydroxyl bậc hai, nhóm epoxy cuối mạch hoặc cả 2 loại nhóm trong nhựa epoxy nên có thể chia sơn epoxy làm bốn loại: a- Epoxy este: loại sơn này chống ẩm tốt, có khả năng chống gỉ và bền tia tử ngoại. b- Hệ đóng rắn nguội: trên cơ sở các tác nhân đóng rắn có chứa nhóm amin. Sơn epoxy- amin: bền hoa học, chống gỉ tốt. Sơn epoxy - polyamit: màng sơn co giãn, bền va chạm, chịu khí hậu nhiệt đới tốt. c- Hệ đóng rắn nóng: đặc biệt là những hệ mà trong đó nhựa epoxy phản ứng với nhựa phenolic, nhựa amin, nhựa nhiệt rắn acrylic. Màng sơn phải sấy khô ở nhiệt độ 195 - 220°C trong thời gian 20- 45 phút. d- Hệ nhựa nhiệt dẻo epoxy: trên cơ sở khối lƣợng phân tử nhựa epoxy cao. Loại sơn này chống ẩm tốt, có khả năng chống gỉ và bền tia tử ngoại. Những hệ này có thể chia nhỏ hơn nhƣ: hệ chịu dung môi, hệ nhựa epoxy lỏng không dung môi, sơn bột, hệ nhựa epoxy-este nhũ tƣơng, hệ sơn epoxy khử nƣớc đóng rắn bằng polyamin, hệ epoxy khử nƣớc cho điện kết tủa. 2.2.3. Sơn epoxy rắn 2.2. 3.1. Hệ nhựa epoxy đóng rắn nguội [46]: a- Polyamin làm tác nhân đóng rắn : Amin béo đa chức (dietylentriamin, trietylentetramin, tetraetylen pentamin) là những tác nhân đóng rắn đầu tiên đƣợc sử dụng với nhựa epoxy trong sơn phủ. 11 Polyamin phản ứng ở nhiệt độ phòng với nhóm epoxy cuối mạch của phân tử nhựa epoxy và thƣờng dùng vào khoảng 6 PTL (phần trọng lƣợng - phần đóng rắn trên 100 phần nhựa) với dung dịch nhựa epoxy có khối lƣợng phân tử khoảng 900. Khi đóng rắn, những hệ này chịu đƣợc dung môi và hóa chất, đặc biệt là kiềm. Lƣợng polyamin cần thiết để đóng rắn nhựa epoxy có thể đƣợc tính toán từ hàm lƣợng nhóm epoxy (HLE, mmol/kg) của nhựa và đƣơng lƣợng hydrogen hoạt động của polyamin (ĐLH). Theo đó, lƣợng polyamin cần dùng là PTL = HLE x ĐLH x l0-4 Với nhựa DER 671 thì tỷ lệ amin đƣợc dùng nhƣ sau : - Etylen diamin ( EDA) 3,0 - 3,4 PTL. - Dietylen triamin (DETA) 4,2 - 4,7 PTL. - Trietylen tetramin (TETA) 4,8 - 5,5 PTL. • Những vấn đề cần chú ý khi dùng polyamin: - Gây kích thích lên da và mặt, mức độ kích thích phụ thuộc vào chất lƣợng amin dùng và đặc biệt vào độ bay hơi của chúng. - Những quy định về an toàn độc hại đã hạn chế việc sử dụng của nhiều loại amin. - Lƣợng amin sử dụng quá nhỏ, cần đƣợc tính toán chính xác. - Polyamin có xu hƣớng tạo ra trên bề mặt của màng sơn những khuyết tật trông bề ngoài nhƣ mù sƣơng, ngoại quan trông nhƣ dầu, nguyên nhân do việc ngƣng tụ hơi ẩm trên bề mặt, tiếp theo là sự tạo thành các muối phức. Để khắc phục khuyết tật nêu trên, một phƣơng pháp thƣờng áp dụng là dùng adduct của amin để giảm cả khả năng bay hơi của polyamin, do đó cải thiện đƣợc môi trƣờng và cả trong việc sử dụng, do vậy adduct của amin đƣợc ƣa dùng hơn amin tự do. b- Polyamin adduct làm tác nhân đóng rắn: Adduct đƣợc tạo thành nhờ phản ứng của một lƣợng polyamin dƣ với dung dịch epoxy rắn. Tuy phản ứng giống nhau nhƣng có hai loại adduct: 12 • Adduct tách riêng: Loại adduct này có màu nhợt, dạng rắn đƣợc tạo ra từ nhựa epoxy (nhƣ epikote 1001, DER 671) với một lƣợng amin dƣ nhƣ EDA, DETA, TETA. Thông thƣờng cứ 5 mol amin phản ứng với 1 mol nhựa. Bằng phƣơng pháp chƣng cất chân không, lƣợng amin và dung môi còn thừa đƣợc tách ra. • Adduct không tách riêng (in- situ): Nhựa và polyamin đƣợc cho phản ứng với nhau theo số mol tƣơng đƣơng (amin dƣ không đƣợc tách ra). c- Nhựa polyamit làm tác nhân đóng rắn: Nhựa polyamit làm tác nhân đóng rắn cho nhựa epoxy là một trong những hệ đóng rắn quan trọng trong công nghệ sơn. Khi dùng polyamit làm tác nhân đóng rắn thì sơn chịu dung môi và kiềm kém nhƣng mềm dẻo hơn khi bị lão hóa; tính chất của nhựa polyamit đã góp phần ngăn chặn quá trình ă n mòn. Nhựa polyamit thì ít gây kích thích với da so với các tác nhân đóng rắn là polyamin và adduct -polyamin. Đối với tác nhân đóng rắn polyamit, khuyết tật bề mặt nhƣ nêu ở trên giảm. Sơn epoxy đóng rắn bằng polyamit có thời gian sống lâu hơn so với đóng rắn bằng amin. d- Tác nhân đóng rắn polyamit - adduct: Gần đây polyamit - adduct đƣợc đề nghị dùng cho việc cải tiến độ bóng và tính chảy, hệ đóng rắn tốt hơn ở nhiệt độ thấp, chịu hóa chất, chịu nƣớc, mau khô và màng sơn không bị mờ đục. 13 e - Tác nhân đóng rắn là amin bậc ba: Amin bậc ba nhƣ tri(dimetyl amino metyl) phenol cho sản phẩm đóng rắn có tính chất khác hẳn so với khi dùng polyamin béo. Chúng phản ứng nhƣ chất xúc tiến quá trình trùng hợp nhựa epoxy thông qua nhóm epoxy, dẫn đến cấu trúc mạch phân tử bao gồm những cầu nối ete. Amin bậc ba đƣợc dùng trong công thức sơn chủ yếu để xúc tiến quá trình đóng rắn bằng polyamit. Bảng 2 .3: Bảng so sánh giá trị của các loại chất đóng rắn Tính chất màng sơn Loại chất đóng rắn và chế độ đóng rắn Amin, nhiệt độ thƣờng 2 - Màu sắc Polyamit, nhiệt độ thƣờng 3 Phenolfomaldehyt 5 - Độ mềm dẻo 2 1 1 - Độ cứng 2 3 1 - Độ bền với nƣớc 2 1 1 - Độ bền với dung môi 2 3 1 - Khả năng chống gỉ 1 2 1 _ Độ bền hóa học 3 4 1 Trong đó : 1 - kết quả tốt nhất; 5 - kết quả xấu nhất. Bảng 2.4: So sánh các đặc tính chung từ các loại Đặc tính Polyamin béo Tính chất Bay hơi, của chất Gây kích đóng rắn thích Tỷ lệ trộn 5-12 với DER 671,PTL Thời gian 1 sống (ngày) Tốc độ khô Nhanh Khuyết tật Mạnh bề mặt Độ mềm dẻo Tốt của màng Adduct không tách riêng Dung dịch có mùi nhẹ Adduct tách riêng Chất rắn không mùi Nhựa polyamit Adduct polyamit Bán cứng có mùi nhẹ Bán cứng có mùi nhẹ 30-35 35-45 33 — 60 35-65 1 1 1-2 1-2 Nhanh ít hơn Nhanh Không Hơi chậm Rất ít Nhanh Rất ít Rất tốt Tuyệt vời Tuyệt vời Tuyệt vời 14