4/6/2010 1 Chương 3 : NHỰA ALKYD & POLYESTER 3.1 Nhựa Alkyd. Nhựa Alkyd (Alkyd resins) đại diện cho một họ Polyme được dùng trong chất tạo màng nhờ giá thành rẽ và dể sử dụng. Thuật ngữ ― alkyd‖ được gọi do Kienle and Ferguson bắt nguồn từ ―al‖ của alcohol và ―cid‖ của acid; ―cid‖ sau được đổi thành ―kyd‖, tuy nhiên, nhựa polyeste không no trong backbone không được gọi tắt là alkyds mà dùng : "unsaturated polyesters." Định nghĩa của alkyds mà đã đạt được chấp nhận rộng hơn là alkyds là nhựa polyester biến tính với acid béo (fatty). Các nhựa resins không biến tính được gọi là polyester bảo hòa (saturated polyesters). Các thuật ngữ như ―akyd không dầu‖ ―oil-free alkyd‖và ―polyester biến tính với dầu‖ ―oil- modified polyester‖ cũng có thể được tìm thấy trong các tài liệu.
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
4/6/2010
1
Chương 3: NHỰA ALKYD & POLYESTER
3.1 Nhựa Alkyd.
Nhựa Alkyd (Alkyd resins) đại diện cho một họ Polyme được dùng trong
chất tạo màng nhờ giá thành rẽ và dể sử dụng. Thuật ngữ ― alkyd‖ được
gọi do Kienle and Ferguson bắt nguồn từ ―al‖ của alcohol và ―cid‖ của acid;
―cid‖ sau được đổi thành ―kyd‖, tuy nhiên, nhựa polyeste không no trong
backbone không được gọi tắt là alkyds mà dùng : "unsaturated
polyesters."
Định nghĩa của alkyds mà đã đạt được chấp nhận rộng hơn là alkyds là
nhựa polyester biến tính với acid béo (fatty). Các nhựa resins không biến
tính được gọi là polyester bảo hòa (saturated polyesters). Các thuật ngữ
như ―akyd không dầu‖ ―oil-free alkyd‖và ―polyester biến tính với dầu‖ ―oil-
modified polyester‖ cũng có thể được tìm thấy trong các tài liệu.
4/6/2010
2
3.1.1 NGUYÊN LIỆU TỔNG HỢP NHỰA ALKYD:
- Polyol - Polyacid - Dầu hoặc acid béo
4/6/2010
3
Phân loại
Alkyds được tổng hợp từ ba thành phần cơ bản: polybasic axit, polyols,
và (ngoại trừ alkyds không dầu) fatty acid. Tính chất và tỷ lệ của các
thành phần quyết định những tính chất của resin. Số lượng kết hợp là rất
lớn, và đặc điểm kỹ thuật của một alkyd resin liên quan đến nhiều số
thông số.
Ảnh hưởng hàm lượng dầu và Loại dầu
Tùy thuộc vào tỷ lệ phần trăm trọng lượng của acid béo trong resin,
alkyds được gọi tắt là dầu ngắn gầy (short oil) (<45%), dầu trung bình
(medium oil) (45 đến 55%), hoặc dầu dài béo (long oil) (> 55%). Tuy
nhiên, một số trở ngại có liên quan đến các thuật ngữ.
Đôi khi dầu dài đề cập đến tỷ lệ phần trăm Triglyceride, trong đó có
trường hợp đó tỷ lệ acid béo phải được tính lại sang Triglyceride. Một
cách gần đúng: trường hợp 1 = trường hợp 2/1,045.
Các loại acid béo được dùng cũng ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của
các alkyds. Alkyd resins được phân loại khô, bán khô (semidrying), và
không khô (nondrying), tùy thuộc vào mức độ bất bảo hòa (unsaturation)
trong các acid béo (trị số iodine > 140, 125 đến 140, và <125, thứ tự
tương ứng).
4/6/2010
4
Quá trình khô oxi hóa (Oxidative) nhựa alkyds, gồm việc oxidation từ
không khí đến các nối đôi trong cấu trúc thành phần acid béo, tối đa
khoảng 50% đối với dầu béo (dài). Sau khi khô, độ cứng màng phim tỷ lệ
nghịch với mức độ biến tính acid béo.
Alkyds dầu gầy thường cho phim chất lượng cao đối với màu sắc và duy
trì độ bóng tốt, nhưng cho độ mềm dẻo thấp và độ bám dính (adhesion)
kém. Alkyds dầu béo thường rất tốt cho quá trình phân tán bột màu
(pigment dispersion), tính chất lư biến, lưu trữ ổn định.
Ví dụ về các tính chất của alkyd resins liên quan đến hàm lượng dầu và
các loại dầu được hiển thị trong bảng sau:
Oil Type Oil
Length
(%)
Typical Oil Properties
Oxidizing >60 Linseed, safflower, soybean,
tall oil fatty acids; wood oil in
blends with other oils;
dehydrated castor oil
Soluble in aliphatic solvents;
compatible with oils and medium oil
length alkyds; good drying
characteristics; films are flexible, with
reasonable gloss and durability
Oxidizing 45–55 Linseed, safflower, soybean,
tall oil fatty acids; wood oil in
blends with other oils
Soluble in aliphatic or aliphatic–
aromatic solvent mixtures; good
drying characteristics, durability, and
gloss
Oxidizing <45 Linseed, safflower, soybean,
tall fatty acids; wood oil in
blends with other oils;
dehydrated castor oil
Soluble in aromatic hydrocarbons;
low tolerance for aliphatic solvents;
usually cured at elevated
temperatures either by heating with
manganese driers or with urea or
melamine formaldehyde resins
Nonoxidi-
zing
40–60 Coconut oil, castor oil,
hydrogenated castor oil
Soluble in aliphatic–aromatic solvent
blends; usually used as a plasticizer
for thermoplastic polymers such as
nitrocellulose
Nonoxidi-
zing
<40 Coconut oil, castor oil,
hydrogenated castor oil
Soluble in aromatic solvents; used as
a reactive plasticizer that chemically
combines with other resin entities
(e.g. melamine–formaldehyde resin)
4/6/2010
5
3.1.2 Quy trình sản xuất
Alkyds được tổng hợp từ phản ứng trùng ngưng (polycondensation) của
các axit và rượu cho đến khi đạt được mối quan hệ chỉ số axit- độ nhớt
(viscosity) đã định trước. P ứng thường được thực hiện dưới khí trơ (inert
gas) hoặc hơi dung môi để giảm thiểu phản ứng oxidation của các thành
phần bất bảo hòa (như nối đôi). Trong giai đoạn đầu của phản ứng, chỉ số
axit giảm nhanh chóng, và độ nhớt tăng chậm. Càng về sau chỉ số axit
giảm chậm. Quy trình sản xuất có thể theo, phương pháp nóng chảy, hoặc
bằng cách sử dụng một lượng nhỏ dung môi (một hình thức azeotrope với
nước) (gọi là phương pháp dung môi).
Hơn nữa, trong các việc chuẩn bị sản xuất các polyeste biến tính với axit
béo, hoặc Triglyceride hoặc các acid béo được sử dụng như là nguyên liệu
ban đầu. Hai quá trình này được gọi tắt là QT monoglyceride hoặc quá
trình acid béo.
4/6/2010
6
So sánh Phương pháp nóng chảy với Phương pháp Dung môi
PP nóng chảy là phương pháp cũ nhưng vẫn còn được sử dụng rộng rãi,
đặc biệt là đối với dầu alkyds có hàm lượng dầu 60% hoặc nhiều hơn.
Phản ứng được thực hiện tại nhiệt độ 220 đến 250 ° C, dưới môi trường
khí trơ, được sử dụng cho việc khử nước, nhưng cũng là nguyên nhân gây
mất polyols và của phthalic anhydride.
Trong phương pháp dung môi, phản ứng esterification được thực hiện
trong sự hiện diện của một số lượng nhỏ nước (không tan)-dung môi,
thường là xylene. Quá trình được thực hiện liên tục kèm theo chưng cộng
phị của các dung môi. Các xylene-hơi nước là hỗn hợp ngưng tụ, nước
được tách biệt với dung môi và trả về cho thiết bị phản ứng (reactor). Nhiệt
độ phản ứng được quản lý bởi nhiệt độ hoàn lưu (refluxing) đó, phụ thuộc
vào số lượng xylene sử dụng, 5% là có giá trị bình thường. Nhìn chung,
phương pháp dung môi kiểm soát tốt hơn các sản phẩm resin, thành phần,
vì hầu như không có thiệt hại về nguyên liệu do quá trình bay hơi.
PP Monoglyceride so với PP acid béo
Khi một Triglyceride dầu được gia nhiệt với polyols và polybasic axit, các
polyols phản ứng với axit dể dàng, và tạo thành một hỗn hợp của
Triglyceride và polyeste không biến tính.
Cách để khắc phục vấn đề này là thực hiện việc kiểm soát chuyển hóa
este (transesterification) của fatty acid trước khi bước sang phản ứng
trùng ngưng (condensation). Việc này thường được thực hiện bằng cách
phản ứng của 1 mole Triglyceride với 2 moles của glycerol (hoặc một
polyol) ở nhiệt độ 220 đến 250 °C cho đến khi đạt được là giai đoạn
monoglyceride. Catalysts được ưa thích PbO, Ca (OH) 2…
Sau khi hình thành monoglycerides, các axit polybasic và phần còn lại của
polyols đang được thêm vào, và phản ứng condensation được thực hiện
cho đến khi đạt được độ nhớt và chỉ số axit.
4/6/2010
7
Phương pháp acid béo sử dụng không phải là Triglyceride mà là các
acid béo của nó. Song song với việc lựa chọn các thành phần polyol tự
do hơn, quá trình này cho độ lặp lại và kiểm soát trong sản xuất tốt hơn
về trọng lượng phân tử và độ phân bố TLPT của các resin. Ngoài ra, quá
trình này cho phép phản ứng condensation tiến hành tốt hơn (chỉ số acid
thấp), làm thuận lợi hơn cho tính chất khô.
Sự lựa chọn quá trình sản xuất không chỉ là vấn đề tìm phương pháp
tổng hợp phù hợp nhất. Có khác biệt rõ rệt tính chất màng phim alkyds
giữa những alkyd có cùng thành phần, nhưng khác nhau về phương