Kỹ thuật Hóa học hữu cơ

1.1. Lịch sử phát triển -Sử dụng hỗn hợp nhựa cây, sáp ong, lòng trắng trứng, và bột màu có sẵn trong thiên nhiên -Sau công nguyên, dầu thực vật được dùng làm sơn dầu -Mấy chục năm gần đây, sơn tổng hợp ra đời và ngày càng đa dạng, phong phú 1.2. Khái niệm sơn/lớp phủ (paint/surface coating): Khái niệm: Sơn là một hệ phân tán, gồm nhiều thành phần như: chất tạo màng, bột màu, phụ gia, trong môi trường phân tán. Sau khi phủ lên bề mặt vật liệu nền, nó tạo thành lớp màng đều đặn, bám chắc, có tác dụng trang trí và bảo vệ bề mặt vật liệu nền.

pdf222 trang | Chia sẻ: lamvu291 | Lượt xem: 1407 | Lượt tải: 5download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Kỹ thuật Hóa học hữu cơ, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- KKKKỸ THUTHU ẬTT HOHOÁHO ÁÁÁHHH HỌCC HH ỮUU CC Ơ TS. ÀN TH THU LOAN Khoa Hoá-Tr ng i Hc Bách Khoa à Nng Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- NI DUNG: ☛ K THU T SN ☛ K THU T V T LI U COMPOZIT ☛ K THU T S N XU T B T VÀ GI Y Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- PH N I: K THU T SƠN Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- Ch ươ ng 1: Gi ới thi ệu chung 1.1. Lịch sử phát tri ển -S dng hn hp nh a cây, sáp ong, lòng tr ng tr ng,…và bt màu có sn trong thiên nhiên -Sau công nguyên, du th c vt c dùng làm sơn du -My ch c nm gn ây, sơn tng hp ra i và ngày càng a dng, phong phú 1.2. Khái ni ệm sơn/l ớp ph ủ (paint/surface coating): Khái ni ệm: Sơn là mt h phân tán, gm nhi u thành ph n nh : ch t to màng, bt màu, ph gia,…trong môi tr ng phân tán. Sau khi ph lên b mt vt li u nn, nó to thành lp màng u n, bám ch c, có tác dng trang trí và bo v b mt vt li u nn. Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- *Mục đích dùng sơn: -Bo v b mt vt li u nn -Trang trí -Cung cp thông tin, du hi u -… Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- 1.3. Các thành ph ần của sơn: *Pha liên tục (Ch ất mang-Vehicle): a. Ch ất tạo màng (binder, film fomer) +Gm nh a thiên nhiên, nh a tng hp, du th o mc,… +To màng liên tc, bo v b mt vt li u nn. +Thành ph n thay i tu thu c vào mc ích s dng b. Dung môi ho ặc ch ất pha loãng : +Hoà tan ho c phân tán ch t to màng +D bay hơi, bay hơi dn ht trong quá trình to thành màng sơn +Không dùng trong sơn bt và h trùng hp 100% Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- *Pha gián đoạn c. Ph ụ gia +Lng dùng nh , nh ng có nh hng ln d. Bột màu +Cung cp màu, c, hi u ng quang hc,… +Th ng c dùng vi mc ích trang trí +Trong sơn lót co tác dng ch ng n mòn +Không dùng trong vecni, sơn bóng e. Độn +c dùng vi nhi u mc ích: gi m giá thành sn ph m,cùng vi bt màu to c cho b mt sơn,.. Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- Ảnh hưởng của các thành ph ần chính đến tính ch ất của sản ph ẩm Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- 1.4. Ch ất tạo màng Phân lo ại ch ất tạo màng theo kh ối lượng phân tử Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- Các ph ươ ng pháp tạo màng đối với các hệ polymer tiêu bi ểu Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- Ch ng 2: Các thành ph n ca sn 2.1 Ch t to màng * Natural polymers (Các polyme thiên nhiên) -Gm du thiên nhiên, nh a thông, gum,… -Các dn xu t ca xenlulo: -Axetat xenlulo -Butyrat xenlulo -Nitro xenlulo -… Xenlulo Nitroxenlulo Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- *Dầu th ực vật -óng vai trò quan tr ng trong lp ph b mt do tính sn có, a dng và phong phú -Là este ca glycerin vi axit béo (no, không no), ơ c gi là triglycerit, ngoài ra có ch a thêm mt lng ít ch t không béo R1 R2 R3 Cu trúc c tr ng ca du Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- Cấu trúc một số axit béo không no tiêu bi ểu Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- Thành ph ần của một số lo ại dầu th ường được dùng trong sơn Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- *Thành ph ần không béo: -Chi m kho ng 0,1-1% tr ng lng du -Gm sáp, photphatit, ch t màu,… +Sáp: là este ca axit béo vi ru cao phân t. VD: ru Xerilic C26 H53 OH +Photphatit: là este ca glycerin, ngoài gc axit béo còn có gc octophotphoric CH 2 OCO R 1 CH 2 OCO R 1 CH OCO R 2 CH OCO R 2 OH OCH 2CH 2-NH 2 CH 2 O P CH 2 O P OH OCH 2CH 2-N (CH 3)3 O O OH Lexitin Kephalin Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- * Phân lo ại dầu th ảo mộc -Da theo kh nng khô (oxi hoá và khâu mch) ca du Khô: -Ch s iod CI~ 130 ÷ 200 -Ch a nhi u axit béo không no có 2,3 ni ôi -Khô nhanh -Có th dùng mt mình ho c ph i tr n vi nh a trong quá trính gia nhi t to màng -VD: du tr u, du lanh ch a trên 60% axit linoleic và linolenic Bán khô: -CI~ 95 ÷ 130 Du -Khô ch m hơn, d nóng ch y, d hoà tan -Ít khi s dng mt mình, th ng kt hp vi du khô, ho c bi n tính vi nh a -VD: du u nành ch a trên 50% axit linoleic Không khô: -CI < 95 -Không dùng sn xu t sơn c, th ng dùng làm ch t hoá do -VD: du da chi m 90% axit lauric no, ch 10% axit không no Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- Nh a Alkyd Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- -S kt hp du ho c axit béo t du vào cu trúc nh a UPE nh m: -Tng cưng tính ch t cơ hc -Tng tc khô -Tng bn lâu Gy: hàm lưng du dưi 40% Alkyd Trung bình: hàm lưng du 40-60% Béo: hàm lưng du trên 60% Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- 2.2. Dung môi, ch ất pha loãng *Dung môi -Là nh ng ch t lng (hu cơ th p phân t) d bay hơi có kh nng hoà tan ch t to màng và bay hơi dn ht trong quá trình to thành màng sơn Hydrocacbon: béo và th ơm Dung môi Ete, keton, este, alcol,… Hydrocacbon clo hoá, nitro parafin +Mc ích s dng: làm gi m nh t ca sơn, to d dàng cho quá trình gia công Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- *Yêu cầu ch ọn lựa dung môi: -Kh ả năng hoà tan +Nh ng ch t có phân cc tơ ng t nhau d hoà tan vào nhau VD: axetat Xenlulo (este) có dung môi là các este ho c xeton nh axeton -Nhi ệt độ sôi: nh hng n tc bay hơi +Quá cao hay quá th p u không phù hp: •Quá cao Ch m khô •Quá th p Khô quá nhanh, không th quét bng ch i, quá trình khô không hoàn toàn Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- -Tc bay hơi ca dung môi nh hưng ln n s ch y ca lp màng sơn -Dùng hn hp dung môi: + nh t tng nhanh nh dung môi bay hơi nhanh +Quá trình ch y cng ưc iu ch nh nh dung môi bay hơi ch m hơn *S bay hi ca dung môi t màng sn -Quá trình bay hơi qua 2 giai on: +G 1 s bay hơi ca dung môi xy ra trong s ph thu c áp su t hơi ca dung môi và không b nh hưng bi s có mt ca polyme hoà +G 2: Khi màng polyme ã ưc hình thành, dung môi còn lưu li trong màng s ưc thoát dn dn ra nh quá trình khuy ch tán (Khi còn kho ng 20% dung môi) Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- *Tính tr hoá hc ca dung môi -Dung môi ưc dùng ph i tr ơ hoá hc -S tươ ng tác ca các nhóm ch c ca dung môi vi ch t to màng -Ph i tr ơ vi môi tr ưng hn ch hút m ca màng *Tính c hi -Hu ht các dung môi hu cơ u c hi -nh hưng tr c ti p n sc kho , nh hưng n tng khí quy n -Lưng dùng dung môi ph i trong gi i hn cho phép -Khuynh hưng thay th dung môi hu cơ bng nưc (sơn nưc), sơn bt, h sơn trùng hp 100% Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- *Giá thành -R, d ki m -Lưng dung môi dung khá nhi u nên nh hưng nhi u n gía thành sơn -Có th dng thêm ch t pha loãng h giá thành +Ch t pha loãng: ch hoà tan ưc ch t to màng khi có mt ca dung môi +La ch n cùng vi lo i dung môi và t l dung môi cho phù hp +Th ưng bay hơi nhanh hơn dung môi Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- 2.3 Bt màu (pigments) -Là nh ng ht rn hu cơ, vô cơ có màu, không hoà tan và không b nh hưng hoá hc, lý hc bi ch t mang -Trong th c t: +Mt s bt màu hu cơ có th hoà tan trong dung môi hu cơ +Bt màu vô cơ thì không hoà tan trong dung môi hu cơ -Cu trúc tinh th ho c vô nh hình Bt màu Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- •For protection •UV protectionkolour stability/durability; •humidity resistance; •water resistance; •chemical resistance; •resistance to insect/bird effects; •mechanical properties; •distortion resistance. Bt màu Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- •For decoration •appearance/high gloss and smoothness; •aesthetic/customer appeal. *Màu sc: -S hp th và ph n x chon la mt vài sóng ca ánh sáng ti b mt màng sơn to nên màu sc ca nó VD: Bt màu xanh Bt màu tr ng Bt màu en -Màu sc ca bt màu ph thu c ch yu vào cu trúc hoá hc Bt màu Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- -Phân t hp th nng lưng kích thích các in t chuy n t mc nng lưng cơ bn (E1) sang mc nng lưng cao hơn (E2) -Bưc sóng ánh sáng ưc hp th ưc xác nh bi: E = E2 - E1 = h*c / λ h : hng s Planck’s c : the velocity of light λ : bưc sóng ánh sáng Mi phân t có s orbital xác nh do vy có nng lưng c tr ưng riêng ca nó, do vy có hi u nng lươ ng E xác nh và hp th nh ng bưc sóng nh t nh Bt màu Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- Bt màu Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- Bt màu Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- General properties of pigments Bt màu Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- Bt màu Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- *Kích th c ht ca bt màu Phân tán trong h kém ng nh t, Ln màng sơn thu ưc kém bng ph ng Di n tích b mt riêng ln, hp ph nhi u Kích th ưc Bé quá ch t to màng nh hưng n giá thành bt màu Vón cc cc b Kích th ưc va ph i Bt màu Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- * ng m du -là lưng ch t to màng tính bng gam ng m 100g bt màu thành mt kh i nhão -Càng bé càng tt -Quá bé cng không tt - ng m du ph thu c bn ch t ch t to màng và bt màu -Lưng dùng bt màu vô cơ th ưng nhi u hơn bt màu hu cơ t n tông màu -Lưng ch t to màng dùng th c t th ưng gp i giá tr ng m du *Kh nng ph -là lưng bt màu cn thi t tính bng gam ph lên 1 m 2 b mt sơn -Kh nng ph ln ngh a là ch cn lưng ít bt màu và bt màu th ưng ph i mn Bt màu Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- *Bt màu ph tr (supplementary pigments ) -Kh nng to màu sc, ch ng n mòn không cao, -Làm gi m mnh giá thành, nh hưng n bóng, cng *n: +Gi m giá thành sn ph m +iu ch nh nh t ca sơn +nh hưng n tính ch t cơ lý, lưng dùng nhi u làm gi m mnh cơ tính Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- 2.4 Các ph gia *Ch ng n mòn: dùng kt hp vi bt màu ch ng n mòn (Alcophor 827, Albaex, Kelate, Anticor 70,… *Ch ng to bt: -Sơn không nưc th ưng xu t hi n bt khí s dng ch t ch ng to bt -Là nh ng ch t có ho t ng b mt cao và linh ng tt -Làm gi m sc cng b mt ca nh ng bt khí nm cnh nhau to nên nh ng bt khí ln hơn, kém n nh và b v ra -Dung dch ca pine oil, dibutyl phosphate, or short chain alcohols Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- *Ch t ch ng lng: -Mu i kim lo i ca các axits hu cơ: stearat nhôm, canxi, magie,.. -Có tác dng nh ư ch t ho t ng b mt giúp s phân tán ca bt màu, n vào sơn tt hơn -Mt s ch t ch ng lng: +Stearatecoated calcium carbonates (e.g. Winnofil) +Modified hydrogenerated castor oils (Crayvallac) +Bentones +Perchem +Easigel +BYK Anti-Terra 203 +Aerosil +Aluminium stearate Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- *Ch t ch ng ch y: -Silicagel, oxyt titan, bt talc,…to cu trúc thixotropy -Có s tươ ng tác vt lý gi a các mch polyme và ph gia ch ng ch y to mng lưi không gian *Ch t ch ng nm mc, hu hà, vi khu n, ch t hoá hoá do, … Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- 2.5 Ch ất làm khô -Làm tng nhanh các quá trình hoá hc xy ra trong quá trình khô ca màng sơn -Là xà phòng kim lo i hoá tr thay i: cobalt, mangan, canxi, km, chì…ca axit béo, axit nh a -Cơ ch : +Nh s thay i hoá tr mà xà phòng kim lo i ly oxy phân t t không khí, to thành oxy nguyên t ho t ng hơn truy n cho du thúc y ph n ng to màng 2+ 4+ 2+ 2 Mn(RCOO) 2 + O 2 (RCOO) 2MnO 2 (RCOO) 2Mn + 2 O -Th ng s dng kt hp 2 ho c 3 lo i ch t làm khô -Lng dùng ít, nu nhi u màng sơn d b nt, chóng b lão hoá,.. Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- Ch ng 3: Sn xu t sn Binder Solvent Pigment Mixer Solvent Binder Mill Additive Tinter Mixer Tinting Filter Tank Test Quy trình sn xu t sn Packaging Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- Các công on sn xu t sn: 1.Ph i tr n to paste (Mixing): Khu y tr n bt màu vi mt lưng thích hp dung dch ch t to màng, to hn hp dng paste có nh t thích hp 2. Nghi n paste (Grinding) 3.Pha tr n (Mixing): pha tr n paste vi các thành ph n còn li ca ơ n pha ch 4.Ch nh màu cho t yêu cu (Tinting) 5. Ki m tra và hi u ch nh (Testing and adjusting) 6.L c và óng gói (Filtering and packaging) Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- *Nghi n -Nh m to h phân tán ng nh t -Giúp các ht t kích th ưc yêu cu -Máy nghi n +Máy cán (2 tr c, 3 tr c): •Nng su t cao •H th ng h, gây c hi •Trong quá trình nghi n, kho ng cách thay i, nh hưng n mn, ph i ki m tra th ưng xuyên •B mt tr c cán có th b mòn, khó phat hi n bng mt th ưng +Máy nghi n bi : h th ng kín, ít c hi Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- Ch ng 4: Các ph ng pháp gia công màng sn 4.1. Gi i thi u: -Có nhi u ph ươ ng pháp gia công màng sơn thu thu c vào iu ki n -Các ph ươ ng pháp sơn ưc s dng có khuynh gi m thi u s bay hơi ca dung môi -Gm các ph ươ ng pháp: quét, nhúng, phun, in di … -B mt ph i ưc x lý tr ưc khi sơn Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- 4.2 Các giai on ca quá trình sn: B mt Làm sch (Cơ hc, hoá hc, nhi t,…) Sơn nn Sơn lót (làm ph ng, nh n b mt) Trét mattit và mài nh n (màu sc, bn) Sơn ph ánh bóng Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- 4.3 Làm sch b mt vt li u cn sn *Ty màng sn c -Ph ng pháp c hc: -Co bng tm, ch i thép, máy mài,… ty lp sơn b tróc không bám vào b mt -Vi màng sơn bám hc, có th bng ph ươ ng pháp phun cát, phun bi ho c ph ươ ng pháp hoá hc, nhi t Ty màng sơn c Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- -Ph ng pháp hoá hc: •Dùng hoá ch t ty (Dung môi, dung dch NaOH 20-30%) •Dùng co st, ch i thép,..c o sch màng sơn c •Phun nưc ra sch •Làm khô Ty màng sơn c Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- -Ph ng pháp nhi t: • ơ n gi n, ít tn kém • Dùng èn xì ho c lò than t cháy màng sơn c • Dùng co st, ch i thép,..c o sch màng sơn c • Dùng vi ráp ho c á mài ánh sch • Lau sch Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- *Ty r và ch t bn: -Bng ph ươ ng pháp cơ hc: máy mài, ánh r (ch i, a nhám,…) -Bng dung môi, hoá ch t (phun, dùng gi ,..) -Ra sch bng nưc Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- 4.4. Sn *Ch n sn -Lo i sơn ph i phù hp VD: Sơn béo phù hp sơn các vt dng ngoài tr i Sơn gy phù hp sơn các vt dng trong nhà *K thu t sn -K thu t sơn nh hưng rt nhi u n ch t lưng màng sơn, nu sơn không úng quy cách s to màng sơn không bóng, nh n, nt, d tróc,… Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- * Các lp sn Sơn nn: -Bám dính tt vào b mt vt li u nn -Có bn cơ hc cao -Có tác dng bo v b mt nn (ch ng g) Sơn lót: -Làm cho b mt sơn ph ng, nh n tr ưc khi sơn ph Sơn -B mt ã nh n không cn sơn lót -B mt kém bng ph ng cn ánh mattit và mài mòn (mài khô và mà ưt) -Có th mt ho c nhi u lp lót Sơn ph : -Tu thu c yêu cu ngo i quan (màu sc, bóng,…) -Mt ho c nhi u lp sơn ph +Tr ưc khi sy và sơn các lp ti p theo nên mt th i gian nh t nh Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- *Các ph ng pháp sn a. Ph ng pháp quét, ln bng tay -PP c in và ph bi n -Dùng ch i, con ln -Sơn yêu cu nh t th p -Ch t lưng màng sơn ph thu c nhi u vào k nng ca ng ưi quét -Nng su t th p Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- b. Ph ng pháp nhúng -Nng su t cao hơn -K thu t ơ n gi n, có th cơ gi i hoá, t ng hoá -Nguyên tc: Vt ơc nhúng vào thùng sơn, ly ra, t ng sn ph m sơn th a ch y xu ng, sau ó làm khô - nh t nh hưng rt ln n chi u dày màng sơn -Phù hp cho sn ph m sơn nhi u b mt -Không phù hp vi nh ng sn ph m có hình dng ph c tp Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- c.Ph ng pháp phun - air-fed spray, airless spray, hot spray, and electrostatic spray -Thích hp hu ht các lo i sơn, các lo i vt li u sơn -Màng sơn u, ph ng, bóng -Tn nhi u dung môi, nh hưng n môi tr ưng Hi u qu chuy n dch ca mt s lo i súng phun nh ư sau: Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- d. Sn in di (electrodeposition) -Sơn in di anode ho c cathode -Th ưng dùng gia công lp sơn nn, có tác dng ch ng n mòn tt -Sơn in di cathode to màng sơn bo v ch ng n mòn tt hơn -Sơn in di cathode ch ng s xà phòng hoá tt hơn Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- PH N I: K THU T VT LI U COMPOZIT Ch ng1: Gi i thi u chung Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- 1.1. Kh¸i niÖm Tæ hîp c¸c tÝnh chÊt T¹o tÝnh chÊt míi *GRP: Glass Reinforced Plastic Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- … … … ? Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- 1.2. Thµnh phÇn cña VL compozit: VËt liÖu compozit VËt liÖu nÒn + VËt liÖu gia c−êng VL compozit gåm mét hay nhiÒu pha gi¸n ®o¹n (VL gia c−êng) ph©n bè trong pha liªn tôc (VL nÒn) Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- *Vai trß cña c¸c vËt liÖu thµnh phÇn VËt liÖu nÒn VËt liÖu gia c−êng Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- 1.3. C¬ chÕ gia c−êng cña vËt liÖu compozit C¬ chÕ gia c−êng: ư ư Simpo PDFMergeandSplitUnregisteredVersion- Lý thuyÕt kÕt dÝnh t¹i bÒ mÆt tiÕp xóc VL gia c−êng/VL nÒn Vïng tiÕp xóc VL gia c−êng/VL nÒn VL gia c−êng VL nÒn …Vïng tiÕp xóc rÊt nhá (bÒ mÆt tiÕp