Tài liệu Hóa học và công nghệ các chất tạo màng lê xuân hiề

NHÀ XưẤt BẨN KHOA HỌC Tự NHIÊN VÀ CÔNO N H E ‫؛‬Lj ·‫ﻟﺒﺨﺎ‬ l E x u A n h i En HÓA HỌCỊỊÀ CONG NGHỆ c A c Ch At t ạ g m An g ' ‫ةة؛إ‬٠‫ةذةآذﺑﺮآآةةذا ؛ةةآ‬ ‫ا‬ Τ٠ ' >-‫■؟'؛‬ ‫ا‬,‫ر‬ ١‫ ﻣ ﺦ‬٠ ‫خ‬، ‫ر‬ ١‫ ر‬.‫د ا و‬ ч ‫ﺊ‬ ‫ﺻ‬-٠٠‫س‬ ٠‫د‬٠‫ع‬٠‫د‬ HÀNỘI -2013 ‫ر‬ MỤC LỤC Trang Mở ٥ầu ١1 Chương I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHÁT TẠO MÀNG 13 1.1. Một số kháỉ nỉệm 13 1.2. Phân íoạỉ các chất tạo màng 13 1.2.1. Phân loại các chất tạo màng theo độ ỉ ầ của phân tử 14 1.2.2. Phân loại các chất tạo màng theo khả năng biển đổi hóa liọc trong quá trinh tạo màng 18 Ỉ.2.3. Phân loại các chất tạo màng theo nguyên liệu tong hợp hay cẩu tnic hỏa học đặc trung trongphốn tU 18 1.3. Các tinh chất của chất tạo màng và màng phủ 19 1.3.1. Các tinh chất của chất tạo mảng 19 Ỉ.3.2. Các tinh chất của màngphủ 21 1.4. Nhu cầu và xu thể phát trỉển 26 1.4.1. Nhu cầu 26 1.4.2. Xu thếphảt triền n Chương H.NHựAPOLYESTE 31 11.1. Mơ đầu 31 11.2. Phân loạỉ polyeste no 32 11.3. Cảc phương pháp tỗng h ^ 34 ỉỉ.3.1. Nguyên liệu 34 11.3.2. Tong hợp nhựapolyeste 37 11.4. Các tinh chất của polyestc 37 11.4.1. Hình thái học 37 11.4.2. Tinh tan 38 11.4.3. Phân bổ khối lượngphân tử 38 11.4.4. Nhiệt độ chuyển hóa 39 I& ỵ iiã n Hiền 11.4.5. Độ tương hợp của cácpolyeste 40 11.4.6. Cảc tinh chat hỏa học 40 11.5. Các phương pháp phân tích 41 11.6. ứng dụng cUa nhựa polyeste 41 11.6.1. ửng dụng trong sản xuất véc ni và sơn 41 11.6.2. ử ng dụng trong các lớp phủ 45 Chương III. NHựA ANKYT 49 111.1. Mở dầu 49 111.2. Phân Joạỉ 49 111.2.1. Phân loại theo hàm lượng ١‫ ةر‬loại dàư thực vật 49 111.2.2. Phân loạí theo hàm lượng anhydritphtalic 50 111.2.2. Phân loại theo chi sổ axit và số hydroxyl 51 111.3. Tổng h‫؟‬p nhựa ankyt 51 111.3.1. Ngưyênlìệu 51 111.3.2. Nguyên lý tong hợp nhựa ankyt 53 111.3.3. Sổ nhỏm định chửc va dự bảo điềm gel 54 111.3.4. Các phương pháp tổng hợp 57 111.3.5. l ự a a n ^ t biến tinh 59 111.4. Tinh chất của nhựa a n ^ 59 111.5. ứ n g dụng 60 Chương IV. NHựA PHENOLANDEHYT 63 IV.1. Mở dầu 63 IV.2. Các phương pháp tổng h ^ 63 IV.2.1. N ^ ê n llệư 63 IV.2.2. Cơ chế phản ứng 67 IV.2.3. Chuyển hỏa qua lại cùa nhựa novolac và nhựa rezol 70. IV.2.4. Các phương pháp tong hợp 71 IV.2.5. X ử lý nước thải có phenol 73 3 Mục lục IV.2.6. Nhựa phenolandehyt biến tính IV. 2.7. Nhựa phenolandehyt trên cơ sở các phenol có nhóm thế hydrocacbon s V 73 77 ChưoTig V. NHựA AMIN 79 V. l.M ởđầu 79 V.2. Phương pháp tổng họp 80 v.2.1. Nguyên liệu 80 V.2.2. Tổng hợp nhựa amin 80 V.3. Đóng rắn nhựa amin 82 V.3. Ị. Tự đóng rắn và đóng rắn bằng tác nhân 82 v.3.2. Vai trò của xúc tác 83 v.3.3. Đóng rắn một số loại nhựa melaminfocmandehyt 84 V.4. Nâng cao độ ổn định của véc ni, sơn trên cơ sở nhựa amin 84 v.4.1. Các xúc tác che chắn 84 V.4.2. Các rượu bậc một 85 V.5. ứng dụng của nhựa amin 85 V.6. Các nhựa amin khác 86 V. 7. Các triển vọng 86 Chương VI. NHựA EPOXY 87 V U . Mở đầu 87 VI. 2. Phân loại nhựa epoxy 88 VI.3. Các phương pháp tổng họp 90 VI. 3.1. Tổng hợp nhựa epoxy từ epiclohydrin 90 VI. 3.2. Tong hợp nhựa epoxy không dùng epiclohidrin 91 VI.4. Tính chẩt của nhựa epoxy 92 VI.4.1. Tỉnh chất vật lý của nhựa epoxy 92 VI. 4.2. Tính chất hóa học của nhựa epoxy 94 VI.5. Biến đổi hóa học nhựa epoxy 95 Lê Xuân Hiền VI. 5.1. Biến đổi nhựa epoxy bằng phản ứng của nhỏm epoxy 95 VI. 5.2. Biến đổi nhựa epoxy bằng phản ứng của nhóm hydroxyl 96 VI. 5.3. Biển tính nhựa epoxy bằng dầu thực vật và dẫn xuất 97 VI.6. Đóng rắn nhựa epoxy 99 VI.6.1. Các tác nhãn đóng rắn 99 VI. 6.2. Các chất pha loãng và biến tính hoạt tỉnh 101 VI. 6.3. Nhiệt độ đỏng rắn 102 VI. 6.4. Đóng rắn nhựa epoxy bằng các tác nhãn khác nhau 102 VI.7. Tính chất của màng phủ trên cơ sở nhựa epoxy đóng rắn 12 2 VI. 7.1. Màng phủ trên cơ sở nhựa epoxy 122 VI. 7.2. Màng phủ trên cơ sở este epoxy 122 VI. 7.3. Màng phủ trên cơ sở nhựa epoxy biến tính ankyt 123 VI. 7.4. Màng phủ trên cơ sở nhựa epoxy biển tỉnh dầu thực vật 124 VI. 8. ứng dụng của nhựa epoxy 125 Chương VII. CÁC NHựA FLOCACBON 127 VII. 1. Mở đầu 127 VI1.2. Nhựa polyvinyliden florit 128 VII.3. Nhựa etylenvinylete По hóa 130 VII.4. Các nhựa acrylic По hóa 132 VII. 5. Các nhựa flo hóa khác 132 Chương VIII. NHựA POLYVINYL.AXETAL 133 VIII. l.M ởđầu 133 VIII.2. Tỗng họp nhựa polyvỉnylaxetal 134 VIII.2.1. Nguyên liệu 134 VIII. 2.2. Phương pháp tổng hợp 134 v n i.3 . Tính chất 137 VIII.3.I. Khả năng phản ứng và khả năng tương hợp 137 VIII.3.2. Các tính chất vật lý và hóa học 137 Mục lục VUI. 3.3. Độ nhớt dung dịch 145 VIII. 3.4. Các chất hóa dẻo 145 VIII. 3.5. Độc tính 145 VIII.4. ứ n g dụng trong các lớp phủ hữu Cff 146 VIÍI.4.Ị. Nhựa polyvinylbutyraỉ 146 VIII. 4.2. Nhựa polyvinyỉbutyral dạng huyền phù 146 VIII. 4.3. Nhựa polyvinylfocmal 147 Chương IX. NHựA ACRYLIC 149 IX. l. Mở đầu 149 IX.2. Tổng hợp nhựa acrylic 150 IX.2.1. Tính đa dạng của nhựa acrylic 150 IX.2.2. Cácphưomgpháp tổng hợp 151 IX.3. Tính chất của nhựa acrylic 153 IX.3.I. Một số tính chất tiêu biểu 153 IX. 3.2. Tính chất cùa một số loại nhựa acrylic 155 IX.4. Lĩnh vực ứng dụng 161 1X4. ỉ. Các lớp phủ 161 IX.4.2. Keo dán 162 IX. 4.3. Mực ỉn 165 Chương X. CÁC CHÁT TẠO MÀNG c ó NGUỒN G ố c THỰC VẬT 169 x .l. Nhựa thực vật 169 X ỉ . ỉ . Nhựa thông 170 X I . 2. Nhựa cảnh kiến 171 X . Ỉ.3. Nhựa đama 172 X.2. Nỉtroxenlulo 173 X.2.I. M ở đầu 173 x.2.2. Phương pháp tổng hợp 173 Lê Xuân Hiền X.2.3. Phán loại 175 X.2.4. Tinh chảt của nltíoxenlnlo 176 X.2.5. Các biện pháp an toàn 179 TÀI LIỆU THAM KHẢO 181 7 DANH MỤC CÁC CHỮ VIÉT TẮT ٥ ‫^ ؛‬ AC Các copolyme acrylic AC/S Acrylic styren ADBS Axit dodexylbenzensunphonic ADNDS Axit dinonylnaphtalendisunphonic AMP 2 - Amino - 2 metylpropanol AM Anhydrit maleic APTS Axit p - toluensunphonic n-BA Butylacrylat BCDE Monome bis-xycloaliphatic diepoxy BNCĐM Cao su butadien acrylonitryl có nhóm cacboxyl đầu mạch Cacboxyl polyeste Polyeste có nhóm đầu mạch chủ yếu là nhóm cacboxyl CFB Nhựa crezolfocmandeh‫؛‬d biến tính butanol CNE Nhựa octo-crezol novolac epoxy CTFE Clotrifloetylen DDM 4,4’ - Diaminodiphenylmetan, DDS 4,4’ - Diaminodiphenylsunfon DCĐ Dầu hạt cây đen DĐNE3 Dầu đậu nành epoxy hóa có ba nhóm epoxy trong phân tử ĐLE Đương lượng epoxy DETA Dietylentriamin DSC Nhiệt vi sai quét DMTA Phân tích cơ nhiệt động Lê Xuân Hiền 8 DGEBA-b-PBNCO Copolyme khối ban đầu polybutadien-epoxy của polybutadien lỏng có nhóm izoxyanat (PBNCO) với DGEBA DGEBA Diglyxidyl ete của bisphenol - A DHĐ Dầu vỏ hạt điều DHĐE Dầu vỏ hạt điều epoxy hóa DTVE Dầu thực vật epoxy hóa DV Dầu ve ĐLE Đương lượng epoxy DYCY Dixyandiamid E Epiclohydrin ETT39 Nhựa epoxy biến tính dầu trẩu, có hàm lượng dầu 39% và hàm lượng nhóm epoxy 1,94 mol/kg HDI Hexametylendiizoxyanat HFP Hexaflopropylen HMMM Hexametoxymetylmelamin Hydroxyl polyeste Polyeste có nhóm đầu mạch chủ yếu là nhóm hydroxyl KLPT Khối lượng phân tử MEA Monoetylamin MF Nhựa melaminfocmandehyt NECDs Các vùng rắn-cấu trúc nano mềm-các vùng khâu lưới MDA 4,4’ Metylendianilin MMA Metylmetacrylat NĐTMTT Nhiệt độ tạo màng thấp nhất NĐTTBM Nồng độ thể tích bột màu PFBT Nhựa phenolfocmandehyt biến tính dầu trẩu PEPA Polyetylen polyamin PVLCS & DNTT Phòng Vật liệu cao su và dầu nhựa thiên nhiên Mục lục PVC Rượu polyvinylclorit PTFE Polytetrafloetylen PVDF Homopolyme polyvinyliden florit PVA Rượu pol3Avinylic PVF Nhựa polyvinylfocmal PVB Nhựa polyvinylbutyral mPDA m - Phenylendiamin s Styren TDI2.4 T oluendiizoxyanat TGDM T etraglyxidylcủa 4,4 ١diaminodipheny Imetan TAS Muối triarylsunfonihecxafloantimonat TETA Trietylentetramin TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua TFE Tetrafloetylen TĐTHN Tốc độ truyền hơi nước T« Nhiệt độ thủy tinh hóa T،m Nhiệt độ chảy mềm T.، Nhiệt độ nóng chảy TGIC Triglyxidyl izoxyanurat UF Nhựa urefocmandehyt VDF hay Vp 2 Vinylidenflorit VKTNĐ Viện Kỹ thuật nhiệt đới 11 MỞ ĐẦU Các chất tạo màng có tẩm quan trọng lớn, có ứng dụng rộng rãi trong mọi linh vực kỹ thuật, dời sống và là thành phần không thể thiếu, có vai trò quyết định trong vật liệu bảo vệ và trang trí hữu co. Hỉểu biết dể nghiên cứu, phát trỉển, khai thác, sử dụng có hiệu quả chất tạo màng và các vật lỉệu do chúnẹ cấu thành (véc ni, son, vật liệu bảo vệ polyme compozit, Ѵ.Ѵ..) là hêt sức cân thíêt. Giáo trinh “Hóa học và công nghệ các chất tạo màng" giOi thiệu một số kỉến thức co bản về hóa học, công nghệ và ứng dpng của các chất tạo màng, duợc biên soạn phục vụ cho dào tạo dại học, sau dại học thuộc chuyên ngành hóa học và công nghệ các họp chất cao phân tử, ngành hóa hữu co, vật liệu cao phân tử và tổ họp và có thể dUng làm tài liệu tham khảo cho những nguOi làm việc trong các lĩnh vực liên quan. Tác giả mong nhận dưọc nhiều ý kiến dOng góp của bạn dọc dể hoàn thiện giáo trinh này. 13 Chương I GIỚI THIỆU CHUNG VÈ CHÁT TẠO MÀNG 1.1. Môt • số khái niêm ٠ Chất tạo màng là các chất khi được tạo lớp mỏng có khả năng khô, tạo màng liên tục, bám dính trên bề mặt cần phủ và bảo vệ hay đem đến cho bề mặt những tính chất nhất định [1,5]. Chất tạo màng được sử dụng rộng rãi trong véc ni, sorn, keo dán, vật liệu polyme compozit, v.v... Là thành phần không thể thiếu trong véc ni, sơn, chất tạo màng đem đến cho các vật liệu này khả năng tạo màng và đóng vai trò quyết định đối với các tính chất của màng tạo thành (các tính chất cơ lý, độ bền hóa chất, bền thời tiết v.v...)[l-81]. Các màng tạo thành từ các chất tạo màng thưcmg trong suốt, không màu hay có màu vàng, nâu. Màng bitum không trong suốt, có màu đen, là một ngoại lệ. Ngoài chất tạo màng, véc ni có thể có thêm chất pha loãng (dung môi hữu cơ, nước, monome pha loãng hoạt tính), phụ gia, xúc tác hay chất khơi mào, chất đóng rắn hữu cơ, v.v... Véc ni là hệ đồng thể. Sơn là véc ni có thêm bột màu và có thể có thêm phụ gia và chất độn vô cơ. Véc ni có thêm chất độn gia cường dạng bột, vảy, sợi, vải là vật liệu compozit. Sơn và vật liệu compozit là các hệ dị thể. 1.2. Phân loại các chất tạo màng Các chất tạo màng có thể phân loại theo nhiều cách khác nhau [1,4, 5]. Theo nguồn gốc, các chất tạo màng được phân thành loại tổng hợp và loại có nguôn gôc thiên nhiên. Theo phương pháp tổng hợp, các chât tạo màng được phân thành loại đa tụ và loại trùng hợp, v.v... Phân loại theo cấu tạo hóa học là cách thường được sử dụng để phân loại các chất tạo màng. Cấu tạo của các chất tạo màng có nhiều đặc điểm. Trong số đó, quan ừọng rủiất là độ lớn và cấu tạo hóa học của các phân tử. Đó cũng là hai đặc điểm được dùng để phân loại các chất tạo màng. 14 ‫ ا‬ê X ‫ﻻ‬ân Hiền 1.2.1. Phan loại các cl١ ất tạo màitg theo độ 1‫ق‬ ‫أا‬củapHan tử Phần lớn các chất tạo màng có ý nghĩa công nghiệp ứều hoặc là các hợp chất cao phân hi hoặc chuyển hóa thành các hợp chất cao phân tử trcng quá trinh tạo màng, hic khi “khô”. Tuy nhỉên, vẫn có một số đáng kể các nhóm hợp chất thấp phân tử có thể tạo màng khi “khô” mà không thay áổi trong quá trinh này. VI vậy, cần phân bỉệt các chất tạo màng và màng thấp phân hi với các chất tạo màng và màng cao phân tử. ❖ Các chất tạo màng dạng nhụa thấp phân tử Các chất tạo màng thấp phân tò không biến dổi hóa học trong quá trinh tạo màng có thể có nguồn gốc khác nhau. " Nguồn gốc thực vật: Nhựa thông, nhựa dama, một số sản phẩm bíển dổỉ hóa học của các nhựa thực vật nhu este nhựa tìiông, muối của các axit hữu cơ frong nhựa thông với kim loại V.V . .. dUng frong công nghệ véc ni. " Phần còn lại của quá trinh chung cất dầu mỏ (biUim) và than đá (pek). " Nguồn gốc tổng hợp: Một số nhựa tổng hợp khối luợng phân tò (KLPT) thấp nhu nhụa novolac V . V . .. Các chất tạo màng thuộc các nhOm nêu trên thuOng có KLPT tiung binh duới 1000. Nhụa thông 0‫ ؟‬KLPT trung binh không quá 310. KLPT tning binh của biUrm và рек nằm trong khoảng 600-800, của các hợp chất thấp phân tử nguồn gốc tổng hợp nằm trong khoảng 600-900. Phần lớn các chất tạo màng thấp phân hi là các chất vô định hình. Chỉ có nhựa thông và một số ít các nhựa thấp phân tò khác có thể kết tinh. Khỉ duợc làm lạnh, các hợp chất vô định hình dang nóng chảy tạo nên khối dồng thế dạng thủy tinh. Các chất vô định hình chỉ có thể ở trạng thái dẻo trong khoảng nhiệt độ giUa nhiệt độ thUy tinh hóa và nhiệt độ chảy. Các phân tử của các hợp chất thấp phân tử liên kết với nhau và tạo màng nhờ liên kết hydro. Ví dụ, cánh kiến tạo màng nhờ các lacton và lactit trong thành phần của nó có xu thế tạo thành các tổ h ^ mạnh. Các nhựa và các màng, tạo thành chỉ nhờ liên kết hydro của các т о п о т е (nhu nhụa thông), duợc gọi là các nhựa т о п о т е dể phân biệt với các nhụa cao phân hi. Do khối luợng phân tử thấp và độ bền của các liên kết hydro không cao, số luợng'của'liên'kết hydro của mộ't phân'hi không nhỉều, các màng của các. hợp chất thấp phân hi có các tinh năng cơ lý không cao. Các màng này có độ bền kéo dứt, mài mòn, va dập thấp do các hên kết không duợc sắp xếp một cách có trật hr; không dàn hồi và chi có độ dẻo trong ktoảng Chương I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHÁT TẠO MÀNG 15 nhiệt độ từ nhiệt độ thủỵ tinh hóa đến nhiệt độ chảy. Tính chất của các màng này phụ thuộc nhiều vào dạng dung môi sử dụng cũng như nồng độ cùa chất tạo màng trong dung dịch. ❖ Các chất tạo màng cao phân tử Các hợp chất cao phân tử là các hợp chất có trong phân tử hàng trăm, hàng nghìn nguyên tử riêng biệt, liên kết với nhau bằng các liên kết hóa học. Các hợp chất cao phân tử có thể có nguồn gốc tự nhiên và nguồn gốc tổng hợp. Các hợp chất cao phân tử tự nhiên được sử dụng nhiều làm chất tạo màng là các chất béo, xenlulo, cao su thiên nhiên, v.v... Các hợp chất cao phân tử tổng hợp được điều chế từ các họp chất thấp phân tử, nhờ khả năng của chúng có thể tác dụng với rứiau. Hai loại phản ứng thường được sử dụng để tổng họp các hợp chất cao phân tử là phản ứng trùng hợp và phàn ứng ngimg tụ. Các nhựa tổng hgp bằng phản ứng trùng hợp hay ngưng tụ được gọi tưong ứng là nhựa trùng hợp hay nhựa đa tụ. Tùy theo mức độ trùng hợp hay đa tụ, các nhựa này có thể là hợp chất cao phân tử hay thấp phân tử. Điều kiện cần để tổng họp được hợp chất cao phân tử từ các hợp chất thấp phân tử là các hợp chất này phải có ít nhất hai nhóm định chức hoạt tính trong phân tử có thể tham gia phản ứng trong quá trình tổng hợp. Trong công nghệ các chất tạo màng, phản ứng đa tụ được sử dụng hết sức rộng rãi. Đó là các phản ứng tổng hợp nhựa polyeste, nhựa phenolfocmandehyt, melamin và ure focmandehyt v.v... Nhiều chất tạo màng trong số các nhựa tổng hợp bằng phàn ứng này là các hợp chất thấp phân tử, có khả năng chuvển hóa thành polyme cao phân tử không gian ba chiều trong những điều kiện tạo màng nhất định. Tất cả các phản ứng trùng hợp và đa tụ xảy ra nhờ phản ứng của các nhóm nguyên tử hoạt tính, được gọi là các nhóm định chức, có trong phân tử của các chất ban đầu và có thể được sử dụng trong quá trình phản ứng. Số nhóm định chức cũng là số hướng mà phân tử có thể phát triển trong quá trình phàn ứng. Theo nghĩa này, liên kết đôi tưomg đưoTíg hai nhóm diidi chức vì với mỗi liên kết đôi tham gia phản ứng trùng hợp, phân tử được phát triển theo hai hướng. Mức độ trùng hợp hay đa tụ càng thấp, sản phẩm trùng hợp hay đa tụ càng có nhiều nhóm định chức còn lại nên khả năng phản ứng càng cao. Nếu không chuyển hóa tiếp trong quá trình tạo màng mà còn lại trong màng, các nhóm định chức này có thể làm giảm độ bền hóa học của màng trong quá ữình sử dụng. 16 Lê Xuân Hiền Do phân tử của các chất hình thành trong quá trình trùng hợp hay đa tụ có khối lượng phân tử không bằng nhau nên sản phẩm của các quá trình này được đặc trưng bằng khối lượng phân tử trung bình và độ đa phân tán. Khối lượng phân tử trung bình cho biết độ lớn trung bình, còn độ đa phân tán cho biết mức độ khác biệt về độ lớn (khối lượng phân tử) của các phân tử trong sản phẩm. Khối lượng phân tử trung bình và độ đa phân tán là hai thông số quan trọng, quyêt định tính chât của các sản phẩm trùng hợp và đa tụ. Đại phân tử của các hợp chất cao phân tử có thể có dạng không phần nhánh (a), phân nhánh (b) và cấu trúc mạng lưới không gian ba chiều (c). Sơ đồ 1. Mạch đại phân tử không phân nhánh (ã), phân nhánh (b) và cấu trúc mạng lưới không gian ba chiêu (c). Khi xem xét ảnh hưởng của cấu trúc và KLPT của hợp chất cao phân tử đến tính chất của nó và của màng do nó tạo thành, cần chú ý các tíiứi chất vật lý chịu ảnh hưởng trước hết bởi cấu tạo hóa học, độ lớn của các lực tưorng tác giữa các mạch, bản chất sự sắp xếp của các mạch cũng như kích thước và mức độ trật tự của các phân tử và săp xêp của các mạch. Cần chú ý rằng, khi tăng số nhóm phân cực trong mạch hydrocacbon, độ lớn của tưorng tác giữa các phân tử tăng lên đáng kể. Điều này có ảnh hưởng lớn đến các tính chất của chất tạo màng: Các chất này trở nên khó nóng chày, khó hòa tan, cứng và dòn hom. Ngược lại, giảm lực tưcmg tác giữa các mạch làm giảm lứiiệt độ chảy mềm, tăng khả năng hòa tan của các chất tạo màng. Khi giảm xu thế kết tinh, tăng KLPT và giảm rứiiệt độ chuyển sang trạng thái thủy tinh, tính đàn hồi của chất tạo màng tăng. Khối lượng phân tử trung bình điển hình của một số chất tạo màng được trình bày trong bảng 1. Trong thực tế KLPT tnmg bình của các mẫu khác lứiau của các sản phẩm công nghiệp có thể thay đổi trong khoảng 2-3 lần. ١7 ChLO-ng I. GIỚI THIỆU CHUNG VÈ CHÁT TẠO MÀNG Bảng 1: Khối lượng phân tử !rung bình điển hỉnh của một so chất tạo màng C á c c h ấ t tạ o m à n g t ự n h iên C á c c h ắ t tạ o m à n g tổ n g h(٢ p h a y b á n tổ n g h(٢ p K LP T trung bình T ên gọỉ Tên gọl K LP T trung binh Cá*, chất tạo m àng thấp phân tử (m m o m e. dim e v .v ...) 310 Nht ٠a thông Dầu thực vật trao đổi este 1900 (các pental) D ầ i thực vật 900 Polym e divỉnylaxetyỉen 280 D ầ i thực vật trùng hợp 1500 G lyxerophtalat biến tính dầu thực vật. 1000 N h ra đ am a 500 Pentaeritritophtalat biến tính dầu thực vật 1500 B itim (asphaltit) 800 Nhựa p henolfocm andehyt loại novolac 640 Polyglycolphtalat 700 C á í sản phẩm đa ngưng tụ thấp phân từ N h ra Kopal nóng chảy 800 G ỉyxerolphtalat thông biến tính nhựa 900 Bitum d ầu mỏ oxy hóa 900 Polyvỉnylclorit > 30000 Peclovinyl > 20000 Poỉym etylm etacrylat > 40000 Polyvinyỉaxetat > 40000 Nitroxenỉulo > 50000 C á ( sản phầm trùng hợp cao phân từ C ac su thiên nhiên c ắ t nạch) (sau khi 1 5 0 .0 0 0 Nếu trong quá trình tạo màng không có các biến đổi hóa học, cấu tạo cùa :ác chất tạo màng ban đàu được giữ lại trong màng và các màng cũng c6 tie được phân loại theo ba nhóm tưorng ứng nêu trên. Nếu trong quá trình tạo màng xảy ra các biển đổi hóa học, cấu tạo của ‫؛‬ác chất tạo màng thay đổi và không thể sừ dụng phân loại nêu ừên. V ١٠ X Lê Xuân Hền 18 L2.2. Phân loại các chất tạo màng theo khả năng biến đỗi hóa học trong quá trình tạo màng Các chất tạo màng được phân loại theo khả năng chuyển hóa thành polyme mạng lưới không gian ba chiều. ❖ Các chất tạo màng không biến đổi ■ Nhóm 1: Các sản phẩm thấp phân tử như nhựa thông và nhiều nhựa thực vật khác, các este của nhựa thông, cánh kiến, các muối' của kim loại với axit béo và nhựa thông v.v... ■ Nhóm 2: Các sản phẩm đa tụ thấp phân tử như nhựa phenol focmandehyt loại novolac v.v... ■ Nhóm 3: Các sản phẩm trùng hợp dạng chuỗi cao phân tử như một số loại nhựa flo, nhựa acrylic, các ete và este xenlulo. ... Các chất tạo màng biến đổi ■ Nhóm 4: Các sản phẩm thấp phân tử như dầu thực vật, oliph trên cơ sờ dầu thực vật. ■ Nhóm 5: Các sản phẩm đa tụ thấp phân tử như nhựa phenolfocmandehyt dạng resol, nhựa glyphtal biến tứứi dầu, nhựa epoxy. ■ Nhóm 6: Các sản phẩm trùng hợp chuỗi cao phân tử như lứiựa acrylic có ĩứióm hydroxyl và nhóm cacboxyl. Trong sản xuất công nghiệp, các véc ni thường chứa chất tạo màng thuộc các nhóm khác nhau. Ví dụ, ete và este xenlulo (nhóm 3) thường được sử dụng trong hỗn hợp với các este nhựa thông (nhóm 1) hay trong các véc ni dầu, các dầu khô (nhóm 4) được sử dụng trong hỗn hợp với các nhựa thiên nhiên (nhóm 1) v.v... Vì vậy, phân loại nêu trên không phải là phân loại các sản phẩm ừong sản xuất. Phân loại các chất tạo màng theo cấu trúc hóa học của chúng được xem xét đổi với các chất tạo màng cụ thể, riêng rẽ. Việc phân loại các véc ni, oliph trong sản xuất cũng cần tính đến các nguyên tắc phân loại chất tạo màng riêng rẽ ừình bày ờ trên. 1.2.3. Phân loại các chất tạo màng theo nguyên liệu tống hợp hay cấu trúc hóa học đặc trưng trong phân tử Theo cấu trúc hóa học đặc trưng ừong phân tử, các chất tạo màng được phân thành nhựa polyeste, phenolandehyt, amin, polyvinylfocmal, epoxy, acrylic, niừoxenlulo v.v... Cách phân loại này được sử dụng rộng rãi trong thực tiễn. Chương I. GIỚI THIỆU CHUNG VÈ CHAT t ạ o m à n g 19 1.3. Các tính chất của chất tạo màng và màng phủ Các chất tạo màng và màng phủ do chúng tạo thành phải đáp ứng các yêu cầu đa dạng của thực tiễn [1, 3-7]. 1.3.1. Các tính chất của chất tạo màng Các tính chất quan trọng của chất tạo màng là ngoại hình, màu sắc, độ nhót, nhiệt độ thủy tinh hóa (Ttt), khả năng hòa tan frong các dung môi hay monome và độ tưong hợp với các loại nhựa khác nhau, KLPT và khả năng phản ứng. Các tính chất nêu trên không chi cung cấp thông tin về chất lượng của sản phẩm mà còn là cơ sờ cho việc lựa chọn chất tạo màng cho các sản phẩm mục tiêu. ❖ Ngoại hìiủi: Chất tạo màng thường phải đồng thể, trong suốt, không có các tạp chất. ❖ Màu sắc: Màu sắc của chất tạo mànẹ phụ thuộc vào bản chất hóa học chất tạo màng và công nghệ sản xuất. Chất tạo màng không màu có giá trị sử dụng cao hơn, đặc biệt đối với vật liệu trang trí hữu cơ. ❖ Độ nhớt Theo định nghĩa chung nhất, độ nhớt là tính chất chống lại biến đổi không thuận nghịch hình dáng của hệ. Trong quá trình dịch chuyển của chất lỏng, độ nhớt là hệ số ma sát nội, biểu thị ma sát chống lại chuyển dịch của lófp chất lỏng trong những điều kiện được quy định chặt chẽ và có thể dùng làm thước đo năng lượng tiêu phí khi chất lỏng chuyển động. Độ lứiớt phụ thuộc vàọ KLPT, cấu tạo hóa học của chất tạo màng, nhiệt độ, bản chất hóa học và hàm lượng dung môi (khi đo độ nhớt của dung dịch chất tạo màng). Độ lủiớt của chất tạo màng hay dung dịch của chúng thường được xác định bằng nhớt kế Brookfield hay phễu đo độ nhớt. Độ lửiớt đo bằng nhớt kế Brookfield có đơn vị là Poise. Độ nhớt đo bằng phễu đo độ nhớt có đơn vị là thời gian chảy. ❖ Nhiệt độ thủy tinh hóa: Nhiệt độ thủy tinh hóa là nhiệt độ mà ờ đó, chất tạo màng chuyển từ hạng thái thủy tinh sang trạng thái chảy nhớt (đối với chất tạo màng thấp phân tử) hay sang trạng thái đàn hồi cao (đối với chất tạo màng cao phân tử). Nhiệt độ thủy tinh hóa phụ thuộc vào cấu trúc hóa học của chất tạo màng. Khi khối lượng phân tử tăng, nhiệt độ thủy tinh hóa ban đầu tăng nhanh rồi chậm dần cho đến khi đạt được giá trị không đổi. Giá trị không 20 і& У і,а п iHiền đổi này có thể bắt ,đầu từ KLPT 1000 áối với polyme có độ linh động của mạch c a . và bắt đầu tìr KLPT 4000-12000 ứốí với polyme có độ linh đ:ộng của mạch thấp. Các polyme không phn cực có nhiệt áộ thủy tinh hóa thấp. ‫؛‬Các polyme phần cực mạnh có nhiệt độ thủy tinh hóa cao, có khi cao hon- nhiệt ٥ộ phân hủy. Mạch phân tử có phân nhánh lớn hay có nhóm thế cồng kềnh âều làm tng nhiệt độ thUy tinh hóa của poljmie. ٠:٠Khả năng hòa tan Khác với các chất tạo màng thấp phân hi, các chất tạo màng cao phâ^ hi áều hiiong h٠ong dung môi hay các chât pha loãng khác truớc khi hòa tan. Quá trinh làm tănẹ thể tích của họp chất cao phân tử, tâng ،ần số chuyển dộng của các mât xích và phân tà của các họp chât này nhờ sụ thâm nhập của các phân hi dung môi hay các chất pha loãng khác gội là sự truong. Khả năng tnrong và hòa tan của chất tạo màng phụ thuộc vằo bản chất của nó và dung môi hay chất pha loâng, nhiệt độ. Cấu tạo hóa học, độ phân cục của chất tạo màng và dung mốỉ hay chất pha loãng có ý nghĩa quyết định dối với khả năng hòa tan của chât tạo màng. Chất tạo màng dễ tniong và tan trong các chất lOng thấp phân tà có cấu tạo hóa học và độ phân cực hiong tự. Các chất tạo màng cao phn tò vô djnh hình dễ tan hon so voi các chất tạo màng có kết tinh. Các chất tạO màng có mạch phân tò linh dộng, có độ dẻo cao dề tan trong các dung môi không phân cực. Các chât-tạo màng có mạch cứng nhăc do có nhiều nhóm phân cục tniong nhung khó tan trong dung môi phân cực. Bể hòa tan các chất này cần có dung môi phân cục, có khả năng, tuong tác rất mạnh với chất tạo màng. Tinh tan của chất tạo màng có các nhóm dinh chức phự thuộc vào b n chất và sổ luợng nhóm định chUc. Các chất này dễ tan trong các chất lOng thấp phân tử có cùng nhóm định chUc. Tinh tan của chất tặo màng giảm khi khối luọng phân tử của nó tăng. Liên kết hóa hộc giữa các mạch phân tử làm giảm khả nẵng trụong và tinh tan của chất tạo màng. Nhìn chung, tinh tan của chất tạo màng phụ thuộc vào hiệu ứng nhiệt và entropi của. quá trinh tan. Trong dó hỉệu Ung nhiệt phụ thuộc vào độ phân cực còn entropi phụ thuộc vào độ linh dộng, độ dẻo, hình dạng và kích thuOc phân tử chất tạo màng. Nhiệt độ tâng làm tâng khả năng tan của chất tạo màng.