BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
CẤP ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NHỰA EPOXY BẰNG
PHƢƠNG PHÁP EPOXY HÓA DẦU THỰC VẬT VÀ
ỨNG DỤNG LÀM VẬT LIỆU COMPOSITE
Mã số: Đ2014-02-104

Chủ nhiệm đề tài: TS. Đoàn T

Đà Nẵng, 12/2014

1


MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Với những tính năng ưu việt như nhẹ, bền và đặc biệt là độ bền cơ lý riêng cao, chịu môi trường,
bền với môi trường ăn mòn hoá học, độ dẫn nhiệt, dẫn điện thấp và nhiều tính năng đặc biệt khác, loại
vật liệu mới polymer-composite đã và đang được nhiều nhà khoa học trên thế giới đặc biệt quan tâm
nghiên cứu và đã ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực từ giao thông vận tải (chế tạo nhiều chi tiết,
linh kiện ôtô, đóng tàu, xuồng, ca nô; dựa trên những ưu thế đặc biệt như giảm trọng lượng, tiết kiệm
nhiên liệu, tăng độ chịu ăn mòn, giảm độ rung, tiếng ồn và tiết kiệm nhiên liệu cho máy móc), hàng
không vũ trụ (cánh máy bay, mũi máy bay và một số linh kiện, máy móc khác của các hãng như Boing
757, 676 Airbus 310, y tế (hệ thống chân, tay giả, răng giả, ghép sọ…), ngành công nghiệp điện tử (các
chi tiết, các bảng mạch và các linh kiện điện tử,…), thể thao (gậy gôn, vợt tennit,..), xây dựng đến nuôi

dầu bán khô rất thuận lợi cho quá trình epoxy hóa vì vậy chúng tôi đã lựa chọn cho nghiên cứu này.
Nghiên cứu của chúng tôi nhằm tạo ra nhựa epoxy từ nguồn nguyên liệu trong nước nên có thể
chủ động được nguồn nguyên liệu, đó là loại nhựa được tổng hợp bằng phương pháp epoxy hóa dầu dầu

2


đậu nành. Mặt khác, nhu cầu sử dụng epoxy để chế tạo vật liệu composite trên thế giới cũng như ở trong
nước ngày càng tăng nên định hướng của chúng tôi là nghiên cứu ứng dụng loại nhựa epoxy này nhằm
thay thế một phần epoxy thương phẩm trong chế tạo vật liệu composite.
Chính vì vậy, đề tài “Nghiên cứu tổng hợp nhựa epoxy bằng phương pháp epoxy hóa dầu thực vật
và ứng dụng làm vật liệu composite” rất cần thiết nhằm tạo ra loại nhựa epoxy từ nguồn nguyên liệu
trong nước và cải thiện tính giòn của nhựa epoxy từ đó cải thiện tính chất của composite trên cơ sở nhựa
epoxy thương phẩm và sợi thủy tinh.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Tổng hợp nhựa epoxy bằng phương pháp epoxy hoá dầu đậu nành để thay thế một phần nhựa epoxy
thương phẩm trong chế tạo vật liệu composite từ nhựa epoxy thương phẩm và sợi thủy tinh.
3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:
- Phương pháp tổng hợp nhựa epoxy từ dầu đậu nành (epoxy hóa dầu đậu nành)
- Phương pháp gia công chế tạo mẫu nhựa đúc, mẫu composite
- Phương pháp đo mẫu: đo cơ lý, phân tích nhiệt lượng quét vi sai (DSC), FTIR…
- Phương pháp khảo sát khả năng chịu nước và môi trường
- Phương pháp phân tích xử lý số liệu bằng excel, oringin.
5. Ý NGHĨA ĐỀ TÀI
Ý nghĩa khoa học: Góp phần xây dựng cơ sở lý thuyết về phương pháp tổng hợp loại nhựa epoxy hóa từ
dầu đậu nành (ESO) và vật liệu composite nền nhựa epoxy kết hợp với ESO.
Ý nghĩa thực tiễn: Tạo sản phẩm mới có giá trị từ nguồn nguyên liệu trong nước, cải thiện tính chất của
nhựa đúc cũng như composite từ nhựa epoxy thương phẩm.


1.6.1. Phƣơng pháp lăn ƣớt (Hand lay- up)
1.6.2. Phƣơng pháp phun (Spray up)
1.6.3. Phƣơng pháp túi chân không (Vaccum bagging)
1.6.4. Phƣơng pháp đúc chuyển nhựa có sự trợ giúp của chân không (VARTM)
1.7. ỨNG DỤNG
1.7.1. Nhựa epoxy ứng dụng làm sơn
1.7.2. Nhựa epoxy ứng dụng làm keo dán
1.7.3. Nhựa epoxy ứng dụng làm vật liệu composite

4


CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
2.1. NGUYÊN LIỆU VÀ HÓA CHẤT
2.2. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM
2.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Quy trình nghiên cứu được thực hiện theo sơ đồ Hình 2.1.

Dầu đậu nành
Epoxy hóa
Epoxydian

Chất đóng rắn

ESO
Mẫu nhựa đúc

Xác định nhiệt độ hóa
thủy tinh
Epoxydian

Để khảo sát sự ảnh hưởng của hàm lượng ESO đến tính chất cơ lý của mẫu nhựa đúc từ epoxy
thương phẩm, mẫu được tạo thành với các hàm lượng ESO khác nhau lần lượt là 0%, 5%, 7%, 9% và
11%.

5


Đầu tiên ta chuẩn bị nguyên liệu gồm ESO, Epoxy thương phẩm, chất đóng rắn, chất chống dính
khuôn.
Để tăng khả năng trộn lẫn của ESO vào Epoxy thương phẩm, ta tiến hành khuấy trộn bằng máy
khuấy cơ học trong thời gian 30 phút, sau đó cho hút chân không để đuổi hết bọt khí [12].
Tiếp theo, cân chất đóng rắn với tỉ lệ đã định rồi cho vào hỗn hợp, khuấy trộn đến khi đồng nhất.
Sau đó ta tiến hành làm khuôn và chống dính khuôn và tạo mẫu.
Để mẫu ổn định 2 ngày, sau đó đem đi xác định nhiệt độ hóa thủy tinh t g, khảo sát khả năng chịu
môi trường và các tính chất cơ lý của mẫu.
2.4.3. Khảo sát ảnh hƣởng của tỉ lệ ESO đến tính chất cơ lý của composite sợi thủy tinh/nhựa
epoxy thƣơng phẩm
Để khảo sát sự ảnh hưởng của hàm lượng ESO đến tính chất cơ lý của mẫu composite ta tiến hành
tạo mẫu composite sợi thủy tinh và nhựa epoxy thương phẩm với các hàm lượng ESO lần lượt là 0%,
5%, 7%, 9%, 11%. Hàm lượng sợi thủy tinh là 35%. Mẫu được tạo bằng phương pháp lăn ướt, qua các
bước sau:
-Đầu tiên chuẩn bị nguyên liệu gồm ESO, Epoxy thương phẩm, chất đóng rắn, cắt sợi thủy tinh và
chống dính khuôn.
-Sau đó trãi nhựa, đắp sợi và lăn. Sau khi đạt chiều dày, mẫu được để đóng rắn hoàn toàn ở nhiệt
độ phòng trong 24 giờ và tháo sản phẩm. Để mẫu ổn định tối thiểu 2 ngày, sau đó ta tiến hành khảo sát
các tính chất cơ lý của mẫu.
2.5. CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH, KHẢO SÁT
2.5.1. Xác định chỉ số iod
Chỉ số iod là số gam iod bị hấp thụ bởi 100 gam mẫu.
Chỉ số iod được xác định theo phương pháp Wijs. Cách tiến hành như sau: Cân chính xác 0.220.25g dầu vào bình tam giác loại 250mL, cho thêm vào bình 20mL carbon tetrachloride. Dùng pipet cho

Điện Ngọc, Quảng Nam.
2.5.4. Khảo sát các tính chất cơ học của mẫu nhựa đúc và composite
Mẫu nhựa đúc và composite trên cơ sở sợi thủy tinh và nhựa epoxy thương phẩm chứa ESO với
các hàm lượng khác nhau sau khi đóng rắn ở nhiệt độ phòng trong vòng 48 giờ được cắt theo tiêu chuẩn
và đo cơ lý.
a. Đo kéo, uốn
Phép đo được thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM D638 (đo kéo) và ASTM D790 (đo uốn) tại Phòng
thí nghiệm Polymer trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng trên thiết bị AG-X plus, Shimadzu, Nhật. Mỗi
phép đo được thực hiện tối thiểu 5 mẫu để lấy giá trị trung bình.
b. Đo va đập
Phép đo được thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM D256 trên thiết bị HIT 50P, Zwick/Roell, Đức tại Phòng
thí nghiệm polymer, trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng. Mỗi phép đo được thực hiện tối thiểu
5 mẫu để lấy giá trị trung bình.
2.5.5. Khảo sát môi trƣờng của mẫu nhựa
Mẫu được sấy ở nhiệt độ 500C trong 8 giờ, để ổn định trong bình hút ẩm, rồi đem ra cân (m0).
Sau đó đem mẫu ngâm trong môi trường nước máy và môi trường nước biển.
Sau các khoảng thời gian ngâm khác nhau, mẫu được lấy ra lau sạch nước bằng giấy mềm và
cân lại (m).
Độ thay đổi khối lượng của mẫu (m) được tính theo công thức:
m (%) =

(2.2)

Sau khi ngâm 7 ngày, mẫu được đo độ bền kéo. Độ thay đổi độ bền kéo của mẫu (W) sau khi
ngâm được xác định theo công thức:
W (%) =
Với: W0 là độ bền kéo của mẫu trước khi ngâm trong môi trường.
W là độ bền kéo của mẫu sau khi ngâm trong môi trường.

7

40
20
0
6

7

8

9

Thoi gian (h)
Hình 3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian phản ứng đến chỉ số iod
Từ kết quả trên cho thấy nhiệt độ phản ứng càng cao và thời gian phản ứng càng dài thì chỉ số
iod càng thấp nghĩa là hàm lượng nhóm epoxy tăng dần theo nhiệt độ và thời gian phản ứng. Dựa vào
mức độ giảm chỉ số iod, nhiệt độ và thời gian phản ứng được lựa chọn thích hợp tương ứng là 55oC và
8h. Với điều kiện này, mẫu nhựa epoxy thu được từ dầu đậu nành (ESO) được tổng hợp và đem phân tích
phổ hồng ngoại để khẳng định sự có mặt của nhóm epoxy trong sản phẩm.
3.2. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CỦA PHỔ HỒNG NGOẠI
3.2.1. Kết quả phổ hồng ngoại của mẫu epoxy thƣơng phẩm
Mẫu nhựa epoxy thương phẩm được khảo sát phổ hồng ngoại cho kết quả như ở Hình 3.2.
Từ kết quả đo phổ hồng ngoại trên (Hình 3.2), ta thấy ở vị trí peak hấp thụ 3500cm-1 đặc trưng
cho dao động hoá trị của liên kết OH, ở peak hấp thụ 3057 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên
kết C-H của vòng oxirane, ở peak hấp thụ trải rộng từ 2965 – 2873 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị
của liên kết C-H của CH2, CH của aromatic và aliphatic, ở peak hấp thụ 1608 cm-1 đặc trưng cho dao
động hóa trị của liên kết C=C của vòng thơm, ở peak hấp thụ 1509 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị
của liên kết C-C của vòng thơm, ở peak hấp thụ 1036 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết CO-C của ether, ở peak hấp thụ 915 cm-1 là đặc trưng dao động hóa trị của liên kết của C-O trong nhóm
oxirane và ở peak hấp thụ 772 cm-1 là đặc trưng dao động hóa trị của nhóm CH2 [18].

8

Kết quả này phù hợp với phân tích của Pawan Meshram và cộng sự [13].

9


0.9
0.8

Absorbance

0.7
0.6
0.5
0.4
Soybean oil

0.3

ESO

0.2
0.1
4000

3500

3000

2500


70
60
50
40
30
20
10
0
0

2

4

6

8

10

12

Hàm lượng ESO (%)
Hình 3.4. Ảnh hưởng của hàm lượng ESO đến độ bền kéo của nhựa epoxy thương phẩm

10


Độ bền uốn (MPa)



3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0

2

4

6

8

10

12

Hàm lượng ESO (%)
Hình 3.6. Ảnh hưởng của hàm lượng ESO đến modul uốn của nhựa epoxy thương phẩm
Với mẫu epoxy thương phẩm thì nhược điểm của nó là giòn và độ bền va đập của nó kém. Từ đồ
thị ở Hình 3.7 ta thấy khi tăng hàm lượng ESO lên (5%, 7%, 9%) thì độ bền va đập có xu hướng tăng
dần. Điều này được giải thích là do ESO có mạch hydrocacbon dài hơn so với nhựa thương phẩm, khi ta
phối trộn nhựa thương phẩm với ESO thì ESO sẽ được phân bố vào giữa các mạch epoxy thương phẩm
làm cho đại phân tử epoxy trở nên mềm dẻo hơn và độ bền va đập tăng. Nhưng khi hàm lượng ESO tăng
cao, trong trường hợp này là 11% thì số liên kết ngang giảm quá nhiều, khi đó mạch đại phân tử epoxy

12

Hàm lượng ESO (%)
Hình 3.7. Ảnh hưởng của hàm lượng ESO đến độ bền va đập của nhựa epoxy thương phẩm (không có
vết cắt)
3.3.2. Khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng ESO đến nhiệt độ hóa thủy tinh của nhựa epoxy thƣơng
phẩm
Nhiệt độ hóa thủy tinh của nhựa epoxy thương phẩm có mặt ESO với các hàm lượng khác nhau
được xác định bằng phương pháp nhiệt lượng quét vi sai. Kết quả được thể hiện trên các Hình 3.8 ÷ 3.12.

Hình 3.8. Kết quả đo DSC của mẫu nhựa của epoxy thương phẩm

Hình 3.9. Kết quả đo DSC của mẫu nhựa thương phẩm chứa 5% ESO

12


Hình 3.10. Kết quả đo DSC của mẫu nhựa thương phẩm chứa 7% ESO

Hình 3.11. Kết quả đo DSC của mẫu nhựa thương phẩm chứa 9% ESO

Hình 3.12. Kết quả đo DSC của mẫu nhựa thương phẩm chứa 11% ESO
Hình 3.13 cho thấy ảnh hưởng của hàm lượng ESO đến nhiệt độ hóa thủy tinh của nhựa epoxy
thương phẩm.

13


Nhiệt độ hóa thủy tinh (oC)


tiễn và cũng có nhược điểm đó là tính giòn. Trong nghiên cứu này chúng tôi cũng khảo sát sự ảnh hưởng
của hàm lượng ESO đến các tính chất cơ lý của mẫu composite epoxy/sợi thủy tinh. Hàm lượng ESO
khảo sát là 5%, 7%, 9%, 11% và tỉ lệ epoxy/sợi thủy tinh là 35%/65% khối lượng. Mẫu được gia công
bằng phương pháp lăn ướt. Các kết quả khảo sát tính chất cơ lý của mẫu được thể hiện ở Bảng 3.3.
Tương tự như với mẫu nhựa, khi tăng hàm lượng ESO trong trường hợp này hàm lượng ESO là
5%, 7%, 9%, 11% thì độ bền và modul kéo, uốn của mẫu composite có khuynh hướng giảm dần (Hình
3.14 ÷ 3.17). Điều này cũng được giải thích là sự có mặt của ESO đã làm giảm mật độ liên kết ngang và
làm giảm sự liên kết giữa nhựa và vật liệu gia cường. Do vậy composite epoxy/sợi thủy tinh trở nên kém
bền hơn.

Độ bền uốn (MPa)

300
250
200
150
100
50

0
0

2

4
6
8
Hàm lượng ESO (%)

10


Hình 3.15. Ảnh hưởng của hàm lượng ESO đến modul uốn của composite nền nhựa epoxy thương phẩm

145

Độ bền kéo (MPa)

140
135
130
125
120
115
0

2

4
6
8
Hàm lượng ESO (%)

10

12

Hình 3.16. Ảnh hưởng của hàm lượng ESO đến độ bền kéo của composite nền nhựa epoxy thương phẩm

15


3.45
3.4

Độ giãn dài (%)

3.35
3.3

3.25
3.2
3.15
3.1
3.05
3

2.95
0

2

4
6
8
Hàm lượng ESO (%)

10

12

Hình 3.18. Ảnh hưởng của hàm lượng ESO đến độ giãn dài tại điểm đứt của composite nền nhựa epoxy


Hình 3.19. Ảnh hưởng của hàm lượng ESO đến độ bền va đập của composite nền nhựa epoxy thương
phẩm (có vết cắt)
Khi tăng hàm lượng ESO trong mẫu nhựa của composite sợi thủy tinh/epoxy thương phẩm lần lượt
là 5%, 7%, 9%, thì độ giãn dài tại điểm đứt và độ bền va đập của mẫu composite epoxy/sợi thủy tinh có
khuynh hướng tăng dần. Điều này chứng tỏ khả năng cải thiện độ dẻo dai của ESO đối với composite sợi
thủy tinh/nhựa epoxy thương phẩm.
3.5. KHẢO SÁT ĐỘ BỀN MÔI TRƢỜNG
Các mẫu composite sợi thủy tinh/nhựa epoxy thương phẩm chứa ESO với hàm lượng 0%, 5%,
7% và 9% được chế tạo và khảo sát độ thay đổi khối lượng và độ bền trong môi trường nước máy và
nước biển. Hàm lượng sợi thủy tinh trong mẫu là 35% khối lượng.
Sau các khoảng thời gian ngâm khác nhau, các mẫu được lấy ra và xác định độ thay đổi khối
lượng. Kết quả được trình bày ở hình 3.20 và 3.21.
Trong môi trường nước biển, khuynh hướng xảy ra tương tự như trong môi trường nước máy.
Tuy nhiên, trong môi trường nước biển độ tăng khối lượng của mẫu composite cao hơn trong môi trường
nước máy.
Hình 3.20 cho thấy các mẫu composite sợi thủy tinh/nhựa epoxy thương phẩm chứa và không
chứa ESO có khối lượng tăng theo thời gian ngâm trong môi trường nước. Ở cùng một khoảng thời gian
ngâm, độ tăng khối lượng mẫu giảm khi hàm lượng ESO tăng.
Mẫu sau khi ngâm trong nước máy và nước biển 7 ngày được lấy ra lau khô và đo độ bền kéo để xác
định độ giảm độ bền của mẫu. Kết quả ở Hình 3.22 cho thấy mẫu composite nhựa epoxy thương phẩm
có độ giảm độ bền cao nhất trong cả hai môi trường nước máy và nước biển. Khi có mặt ESO thì độ
giảm độ bền của mẫu thấp hơn. Điều này chứng tỏ sự có mặt của ESO đã tăng khả năng chịu nước cho
composite. Mặt khác, trong môi trường nước biển độ giảm độ bền kéo lớn hơn trong môi trường nước
máy, có thể do sự có mặt của các ion và các vi sinh vật có mặt trong nước biển gây nên sự suy giảm tính
chất của mẫu.

17



4
5
6
Thời gian ngâm (h)

7

Độ thay đổi khối lƣợng mẫu (%)

Hình 3.20. Độ thay đổi khối lượng của composite sợi thủy tinh/nhựa epoxy thương phẩm + ESO sau khi
ngâm trong môi trường nước máy

0.9
0.8
0.7
0.6
0.5

0% ESO

0.4

5% ESO

0.3

7% ESO

9% ESO


10
8

Nước máy
Nước biển

6
4
2
0
0

5

7

Hàm lượng ESO (%)

9

Hình 3.22. Độ giảm độ bền kéo của composite sợi thủy tinh/nhựa epoxy thương phẩm+ESO sau khi
ngâm trong môi trường nước biển và nước biển.

19


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
I. KẾT LUẬN
Qua nghiên cứu thực nghiệm chúng tôi đi đến một số kết luận sau:
1. Đã tổng hợp thành công ESO từ dầu đậu nành. Nhiệt độ và thời gian tổng hợp tối ưu là 55oC và

[4] Miyagawa H, Misra M and Drzal LT, Journal of Polymer Engineering Science, 2005, 45:487.
[5] Liu ZS, Erhan SZ and Calvert PD, Journal of Applied Polymer Science, 2004, 93:356.
[6] Park SJ, Jin FL and Lee JR, Macromol Rapid Commun, 2004, 25:724.
[7] Park SJ, Jin FL and Lee JR, Macromolecular Chemistry and Physics, 2004, 205:2048.
[8] Park SJ, Jin FL and Lee JR, Materials Science and Engineering A, 2004, 374:109.
[9] Dương Thế Hy, Biến tính polyester không no bằng monoglyceride dầu lanh và epoxy – cardanol,
Luận văn tốt nghiệp, Đại học bách Khoa, Đại học Đà Nẵng, 1998.
[10] Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Nghiên cứu phản ứng biến đổi
trên mạch và khâu mạch cao su thiên nhiên và dầu thực vật epoxy hóa. Đề tài trong chương trình
Nghiên cứu cơ bản của bộ KHCN giai đoạn 2004 – 2005.
[11] Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Đề tài trong chương trình Nghiên
cứu cơ bản của bộ KHCN giai đoạn 2006 – 2008: Nghiên cứu phản ứng tổng hợp và biến đổi một số
dẫn xuất của cao su và dầu thực vật Việt Nam chứa nhóm epoxy, acrylat.
[12] Edward M. Retrie, Epoxy adhesive formulations, The McGraw-Hill Companies, United States of
America, 2006.
[13] Pawan D. Meshram, Ravindra G. Puri, Harshal V. Patil, Epoxidation of wild safflower (Carthamus
oxyacantha) oil with peroxy acid in presence of strongly acidic cation exchange resin IR-122 as
catalyst, International Journal of ChemTech Research CODEN( USA), 2011, Vol. 3, No.3, 11521163.
[14] Fanica Mustata, Nita Tudorachi, Dan Rosu, Curing and thermal behavior of resin matrix for
composites based on epoxidized soybean oil/diglycidyl ether of bisphenol A. Composites: Part B
42, 2011, 1803–1812.

21