The influence of the content of epoxy resin modified by castor oil (ECO), dianhydrite piromelitic (PMDA) and dimetylbenzylamin (DMBA) on the crosslinking reaction of ECO by PMDA have been studied and the optimal conditions for the curing have been determined. It was showed that at the optimal conditions: The mol ratio of anhydrite/epoxy = 1.3, reaction temperature 120 oC, the DMBA content of 2.3 % of the total mass of ECO and PMDA, the epoxy and anhydrite groups had been totally converted after 60 min of reaction. The mol ratio of anhydrite/epoxy = 1.3 have been determined to be optimal condition for formation of the cured coating having gel fraction, swelling degree, flexibility, adhesion, impact resistance and relative hardness of 93 %; 150 %; 1 mm, 1 point, 200 kG.cm, and 0.88, respectively. Keywords. Epoxy resin, castor oil, dianhydrite piromelitic, curing

Hiền, Lê Xuân

Thành, Đỗ Minh

Việt Triều, Nguyễn Thị

Vietnam Academy of Science and Technology: Journals Online

 Tạp chí Hóa học, 55(1): 111-115, 2017 
DOI: 10.15625/0866-7144.2017-00427 
111 
 
 
 
Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ các hợp phần đến phản ứng khâu 
mạch nhựa epoxy biến tính dầu ve bằng dianhydrit piromelitic 
Đỗ Minh Thành*, Lê Xuân Hiền, Nguyễn Thị Việt Triều 
Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam 
Đến Tòa soạn 23-8-2016; Chấp nhận đăng 6-02-2017 
 
Abstract 
The influence of the content of epoxy resin modified by castor oil (ECO), dianhydrite piromelitic (PMDA) and 
dimetylbenzylamin (DMBA) on the crosslinking reaction of ECO by PMDA have been studied and the optimal 
conditions for the curing have been determined. It was showed that at the optimal conditions: The mol ratio of 
anhydrite/epoxy = 1.3, reaction temperature 120 oC, the DMBA content of 2.3 % of the total mass of ECO and PMDA, 
the epoxy and anhydrite groups had been totally converted after 60 min of reaction. The mol ratio of anhydrite/epoxy = 
1.3 have been determined to be optimal condition for formation of the cured coating having gel fraction, swelling 
degree, flexibility, adhesion, impact resistance and relative hardness of 93 %; 150 %; 1 mm, 1 point, 200 kG.cm, and 
0.88, respectively. 
Keywords. Epoxy resin, castor oil, dianhydrite piromelitic, curing. 
 
1. MỞ ĐẦU 
 
Nhựa epoxy nói chung và nhựa epoxy biến tính 
dầu thực vật nói riêng có nhiều nhóm định chức như 
nhóm epoxy, nhóm hydroxyl… nên có thể biến đổi, 
khâu mạch bằng nhiều phương pháp khác nhau, tạo 
các sản phẩm đóng rắn đa dạng, đáp ứng nhiều yêu 
cầu của thực tiễn [1-9]. 
Bài báo này trình bày một số kết quả nghiên cứu 
phản ứng khâu mạch nhựa epoxy biến tính dầu ve 
bằng dianhydrit piromelitic. 
 
2. THỰC NGHIỆM 
 
2.1. Nguyên liệu và hóa chất 
 
Nhựa epoxy đian E44 biến tính dầu ve (EDV) do 
Phòng Vật liệu cao su và dầu nhựa thiên nhiên, Viện 
Kỹ thuật nhiệt đới chế tạo, có hàm lượng dầu 39 %, 
hàm lượng nhóm epoxy = 2 mol/kg, hàm lượng 
nhóm hydroxyl = 4,5 mol/kg, độ nhớt vốn được tính 
theo công thức [10]: 
 ηvốn có =  = 4,8 dL/g. 
Trong đó: ηvốn có là độ nhớt vốn có; t là thời gian 
chảy của chất nghiên cứu nồng độ c; t0 là thời gian 
chảy của dung môi. 
Dung môi: Axeton, metyletylxeton loại kỹ thuật 
(Singapore). 
Dianhydrit piromelitic (PMDA) và N,N–dimetyl 
benzylamin (DMBA)  loại P, Aldrich (CHLB Đức). 
 
2.2. Tạo hệ khâu mạch 
 
Các hệ khâu mạch nghiên cứu được tạo bằng 
cách pha dung dịch nhựa EDV, PMDA và DMBA 
trong hệ dung môi axeton, metyl etyl xeton theo tỉ lệ 
khối lượng axeton/metyl etyl xeton = 2/1 với các tỷ 
lệ mol của nhóm anhydrit (A), epoxy (E) và hàm 
lượng DMBA (%) so với tổng khối lượng của EDV 
và PMDA khác nhau (bảng 1). 
   Bảng 1: Tỷ lệ thành phần của các mẫu nghiên cứu. 
Số mẫu 
Anhydrit Epoxy DMBA 
mol mol (%) 
Mẫu 1 0,5 1 2,3 
Mẫu 2 0,75 1 2,3 
Mẫu 3 1 1 2,3 
Mẫu 4 1,3 1 2,3 
Mẫu 5 1,6 1 2,3 
 
2.3. Khâu mạch 
 
Hệ khâu mạch nghiên cứu được tạo màng dày 25 
µm, sấy ở nhiệt độ 120 oC trong tủ sấy. Sau những 
khoảng thời gian nhất định lấy mẫu phân tích, thử 
nghiệm.  
 
2.4. Các phương pháp phân tích, thử nghiệm 
 
Màng khâu mạch được tạo trên viên KBr để 
 TCHH, 55(1) 2017                                                                                                    Đỗ Minh Thành và cộng sự 
112 
phân tích hồng ngoại; trên kính để xác định độ cứng 
tương đối, xác định phần gel, độ trương và trên thép 
CT3 để xác định độ bền va đập, độ bám dính; trên 
tấm đồng để xác định độ bền uốn. 
 
2.4.1. Phân tích hồng ngoại 
 
Sự biến đổi các nhóm chức trong quá trình khâu 
mạch được xác định bằng phổ hồng ngoại, trên máy 
FTIR, NEXUS 670, Nicolet (Mỹ) tại Viện Kỹ thuật 
nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ 
Việt Nam. 
Mẫu phân tích hồng ngoại là màng nhựa được 
tạo trên viên KBr. Biến đổi của các nhóm chức được 
xác định dựa vào sự thay đổi cường độ hấp thụ đặc 
trưng của chúng. Sự biến đổi này được xác định 
bằng phương pháp nội chuẩn theo hấp thụ của nhóm 
CH no tại 2929 cm-1, có cường độ hấp thụ không 
thay đổi trong quá trình khâu mạch. 
 
2.4.2. Xác định phần gel, độ trương 
 
Phần gel, độ trương xác định theo phương pháp 
đã được công bố [9]. 
 
2.4.3. Độ cứng tương đối: Độ cứng tương đối của 
mẫu được xác định bằng dụng cụ PENDULUM 
DAMPING TESTER model 300 (Đức), theo tiêu 
chuẩn ISO 1522 tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện 
Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. 
 
2.4.4. Độ bền va đập: Được xác định bằng dụng cụ 
IMPACT TESTER, model 304 (Đức) theo tiêu 
chuẩn ISO 6272 tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện 
Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. 
 
2.4.5. Độ bám dính: Được xác định bằng dụng cụ 
Elcometer Cross Hach Cutter (Anh), theo tiêu chuẩn 
ISO 2409 tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm 
Khoa học và Công nghệ Việt Nam. 
 
2.4.6. Độ bền uốn: Được xác định bằng dụng cụ Ш 
Г–1 theo tiêu chuẩn ГOCT 6806–53 tại Viện Kỹ 
thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công 
nghệ Việt Nam. 
 
2.4.7. Độ bóng: Được xác định theo tiêu chuẩn 
ASTM D523–14 tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện 
Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. 
 
2.4.8. Phân tích nhiệt: Được xác định bằng máy 
TGA 209 F1 của NETZSCH (Đức), máy DSC204 
F1 Phoneix của NETZSCH (Đức) tại Viện Kỹ thuật 
nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ 
Việt Nam, lượng mẫu 5,53 mg, chén đựng mẫu bằng 
nhôm, tốc độ tăng nhiệt 10 oC/phút, trong môi 
trường không khí.  
 
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
 
3.1. Phân tích nhiệt vi sai quét của hệ 
PMDA/EDV  
 
Giản đồ phân tích nhiệt vi sai quét (hình 1) cho 
thấy nhiệt phản ứng xảy ra trong khoảng 70-175 oC. 
Với vận tốc cực đại tại 127 oC và nhiệt phản ứng là 
49,94 J/g. Vật liệu bắt đầu phân hủy từ 300 oC và 
phân hủy cực đại ở 385 oC. 
 
Hình 1: Giản đồ phân tích nhiệt vi sai quét của 
PMDA/EDV 
Qua phân tích nhiệt vi sai quét đã lựa chọn nhiệt 
độ 120 oC để nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ các 
thành phần đến phản ứng khâu mạch nhựa epoxy 
biến tính dầu ve bằng dianhydrit piromelitic.  
 
3.2. Nghiên cứu khâu mạch ở 120 oC 
 
3.2.1. Nghiên cứu phổ hồng ngoại của hệ khâu mạch 
trên cơ sở nhựa epoxy biến tính dầu ve và dianhydrit 
piromelitic trước và sau khi khâu mạch 
 
Biến đổi các nhóm định chức của các hệ nghiên 
cứu trong quá trình khâu mạch được xác định bằng 
phổ hồng ngoại. 
Kết quả nghiên cứu các hấp thụ đặc trưng cho 
các nhóm định chức trong các hợp phần của hệ khâu 
mạch trên phổ hồng ngoại và biến đổi của chúng 
trong quá trình khâu mạch cho thấy trong quá trình 
khâu mạch, hấp thụ đặc trưng cho dao động hóa trị 
của CH no tại 2929 cm-1 cũng như cường độ của nó 
hầu như không thay đổi. Các hấp thụ đặc trưng cho 
nhóm epoxy tại 917 cm-1 và cho nhóm anhydrit của 
PMDA tại 1855 cm-1 giảm rất mạnh sau khi khâu 
mạch.  Vì vậy, trong nghiên cứu đã khảo sát sự thay 
 TCHH, 55(1) 2017                                                                                         Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ… 
113 
đổi của các nhóm định chức nêu trên dựa vào biến 
đổi cường độ của các hấp thụ của chúng bằng 
phương pháp nội chuẩn theo hấp thụ đặc trưng của 
CH no tại 2929 cm-1. 
 
91
7.0
9
11
10
.38
12
46
.20
14
62
.40
15
10
.171
72
5.2
7
18
54
.60
28
56
.61
29
28
.753
43
5.2
0
91
7.2
2
11
10
.32
12
46
.65
14
62
.40
15
10
.1617
32
.93
28
56
.64
29
28
.59
34
41
.99
4000
Độ
tru
yề
nq
ua
 (%
)
1000  2000  3000  
Số sóng (cm-1)
a
b
 
Hình 2: Phổ hồng ngoại của màng trên cơ sở nhựa epoxy biến tính dầu ve và dianhydrit piromelitic 
trước (a) và sau 60 phút khâu mạch ở 120 oC (b). Tỷ lệ mol A/E = 1,3 
 
3.2.2. Nghiên cứu biến đổi các nhóm chức trong quá 
trình khâu mạch 
 
Ảnh hưởng của tỷ lệ mol A/E đến biến đổi nhóm 
anhydrit trong quá trình phản ứng được trình bày trên 
hình 3. 
Từ hình 3 có thể thấy, khi tăng hàm lượng chất 
đóng rắn PMDA trong hệ, sự chuyển hóa nhóm 
anhydrit chậm dần. Với mẫu có tỷ lệ A/E = 0,5; 0,75 
chỉ sau 10 phút phản ứng nhóm anhydrit đã chuyển 
hóa hết. Với mẫu có tỷ lệ A/E = 1; 1,3 sau khoảng 
15 phút phản ứng nhóm anhydrit chuyển hóa gần 
như hoàn toàn. Mẫu có tỷ lệ A/E  = 1,6 hàm lượng 
nhóm anhydrit còn lại đến 16 % sau 30 phút phản 
ứng. 
 
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20 25 30
Bi
ến
 đ
ổi
 h
àm
 lư
ợ
ng
 n
hó
m
 a
nh
yd
ri
t 
(%
)
Thời gian phản ứng (phút)
1,6
1,3
1,0
0,75
0,5
Tỷ lệ mol A/E:
 
 
Hình 3: Biến đổi hàm lượng nhóm anhydrit 
Ảnh hưởng của tỷ lệ mol A/E đến biến đổi hàm 
lượng nhóm epoxy trong quá trình phản ứng được 
trình bày trên hình 4. 
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20 25 30
B
iế
n
 đ
ổ
i 
h
à
m
 l
ư
ợ
n
g
 n
h
ó
m
 e
p
o
x
y
 (
%
)
Thời gian phản ứng (phút)
1,6
1,3
1,0
0,75
0,5
Tỷ lệ mol A/E:
 
Hình 4: Biến đổi hàm lượng nhóm epoxy 
 
Từ hình 4 có thể thấy khi tỷ lệ mol A/E thay đổi 
từ 0,5 đến 1,6, hàm lượng nhóm epoxy giảm nhanh 
trong khoảng 5 phút đầu. Sau đó chuyển hóa nhóm 
epoxy chậm dần. Ở thời điểm 15 phút phản ứng, 
hàm lượng nhóm epoxy của các mẫu có tỷ lệ mol 
A/E = 0,5; 0,75; 1; 1,3; 1,6 đạt các độ chuyển hóa 
tương ứng 80 %; 87 %; 98 %; 100 %; 100 %. Ở mẫu 
có tỷ lệ A/E = 1,3 nhóm epoxy chuyển hóa được 99 
% sau 15 phút phản ứng. 
 
3.3. Một số tính chất của sản phẩm 
 
Giản đồ phân tích nhiệt TGA của màng phủ 
EDV/PMDA sau khi khâu mạch được trình bày trên 
hình 5. 
Qua giản đồ phân tích nhiệt TGA và DTG có thể 
thấy trên giản đồ DTG có xuất hiện hấp thụ trong 
khoảng 70-90 oC. Tuy nhiên trên giản đồ TGA hầu 
 TCHH, 55(1) 2017                                                                                                    Đỗ Minh Thành và cộng sự 
114 
như không thấy sự thay đổi khối lượng trong khoảng 
nhiệt độ này. Điều này có thể giải thích là do hấp thụ 
này là năng lượng hóa hơi của nước và năng lượng 
hóa hơi này lớn, nhưng do khối lượng nước rất nhỏ 
nên sự thay đổi khối lượng trên đường TGA là 
không đáng kể. Nhiệt độ bắt đầu phân hủy tính từ 
thời điểm tổn thất 5 % khối lượng là 330 oC. Tốc độ 
phân hủy cực đại tại 387,4 oC, tổn thất 65,9 % khối 
lượng ở 800 oC. 
  
 
Hình 5: Giản đồ TGA của EDV/PMDA 
 
Từ hình 6 có thể thấy độ cứng tương đối của 
màng nghiên cứu tăng mạnh trong 150 phút đầu 
phản ứng đối với các hệ A/E = 1; 1,3; 1,6, sau đó 
tăng chậm dần và hầu như không đổi sau 300 phút 
phản ứng. Màng phủ có tỷ lệ A/E = 1,3 đạt độ cứng 
tương đối cao nhất. Màng phủ có tỷ lệ A/E = 0,5 đạt 
giá trị độ cứng thấp nhất. Ở tỷ lệ A/E = 1,6 độ cứng 
đạt 0,86 sau 200 phút phản ứng. 
 
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 200 400 600 800
Đ
ộ
 c
ứ
n
g
 t
ư
ơ
n
g
 đ
ố
i
Thời gian phản ứng (phút)
1,6
1,3
1,0
0,75
0,5
Tỷ lệ mol A/E:
 
Hình 6: Biến đổi độ cứng của màng khâu mạch 
Vì sau 300 phút khâu mạch độ cứng của các mẫu 
nghiên cứu hầu như không thay đổi nên thời gian 
khâu mạch 300 phút được lựa chọn để nghiên cứu 
các tính chất cơ lý tiếp theo. Ở điều kiện đã lựa 
chọn: Hàm lượng ĐMBA là 2,3 % so với tổng lượng 
EDV và PMDA, nhiệt độ phản ứng 120 oC, thời gian 
phản ứng 300 phút màng phủ có các tính chất được 
trình bày trên bảng 2. 
 
Bảng 2: Tính chất của màng phủ polyme 
 
TT 
Tỷ lệ 
mol 
A/E 
Điều kiện đóng 
rắn 
Ngoại 
quan 
Phần 
gel 
(%) 
Độ 
trương 
(%) 
Độ cứng 
tương 
đối 
Độ bền 
va đập 
(kG.cm) 
Độ bền 
uốn 
(mm) 
Độ bám 
dính 
(điểm) 
Độ 
bóng 
(%) 
Nhiệt 
độ 
( C) 
Thời 
gian 
(phút) 
1 0,5 120 200 trong suốt 61 145 0,33 200 1 0 69 
2 0,75 120 200 trong suốt 82 177 0,57 200 1 0 78 
3 1 120 200 trong suốt 91 162 0,82 200 1 0 92 
4 1,3 120 200 trong suốt 93 150 0,90 200 1 0 91 
5 1,6 120 200 trong suốt 91 148 0,86 200 1 0 75 
 
4. KẾT LUẬN 
 
1. Qua phân tích nhiệt vi sai quét đã xác định 
được phản ứng của nhóm epoxy với nhóm anhydrit 
trong hệ trên cơ sở nhựa epoxy biến tính dầu ve và 
dianhydrit piromelitic xảy ra trong khoảng 70-162 
oC và lựa chọn nhiệt độ nghiên cứu là 120 oC. 
2. Từ các kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ 
lệ mol anhydrit/epoxy với hàm lượng N,N-dimetyl 
benzyl amin = 2,3 % tổng khối lượng PMDA và 
EDV đến phản ứng khâu mạch ở 120 oC đã lựa chọn 
được điều kiện tối ưu để thực hiện phản ứng là: Tỷ 
lệ mol A/E = 1,3, nhiệt độ 120 oC, thời gian khâu 
mạch 60 phút. Ở điều kiện này màng khâu mạch có 
phần gel và độ trương đạt tương ứng 93 % và 150 
%, độ cứng tương đối đạt 0,9, độ bám dính đạt điểm 
1, độ bền uốn đạt 1 mm, độ bền va đập đạt 200 
kG.cm, nhiệt độ bắt đầu phân hủy là 330 oC. 
3. Với các tính chất cơ lý trên, màng phủ trên cơ 
sở PMDA/EDV có thể dùng làm lớp phủ bảo vệ,
 TCHH, 55(1) 2017                                                                                         Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ… 
115 
trang trí trong một số lĩnh vực. 
 
Lời cảm ơn. Tập thể tác giả chân thành cảm ơn 
Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và 
Công nghệ Việt Nam đã hỗ trợ kinh phí để hoàn 
thành công trình này. 
 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
 
1. Lê Xuân Hiền. Biến đổi hóa học dầu thực vật và ứng 
dụng, Nxb. Khoa học tự nhiên và Công nghệ, Hà Nội 
(2013). 
2. Soo-Jin Park, Fan Long Jin. Thermal stabilities and 
dynamic machanical properties of sulfone-containing 
epoxy resin cured with anhydride, Polymer 
Degradation and Stabilitty, 86, 515-520 (2004). 
3. My Phuong Pham. Theoretical studied of 
mechanisms of epoxy curing systems, The University 
of Utah, USA (2001).  
4. Jen Rock, Friendrich Vohwinkel, L. Rintoul, Fraeme 
A. George. The kinetics and mechanism of cure of an 
amino-glicydyl epoxy resin by a co-anhydride as 
studied by FT-Raman spectroscopy, Polymer, 45, 
6799-6811 (2004). 
5. Brian J. Rohde, Megan L. Robertson, Ramanan 
Krishnamoorti. Concurrent curing kinetics of an 
anhydride-cured epoxy resin and 
polydicyclopentadiene, Polymer, 69, 204-214 (2015). 
6. Lê Xuân Hiền. Báo cáo tổng kết Dự án sản xuất thử 
nghiệm cấp Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam giai 
đoạn 2012-2013. Hoàn thiện công nghệ chế tạo sơn 
cách điện cấp F trên cơ sở nhựa epoxy biến tính dầu 
thực vật, Hà Nội (2014). 
7. A. Ručigaj, B. Alič, M. Krajnc, U. Šebenik. 
Investigation of cure kinetics in a system with 
reactant evaporation: Epoxidized soybean oil and 
maleic anhydride case study, European Polymer 
Journal, 52, 105-116 (2014). 
8. Lê Xuân Hiền, Đỗ Thị Ngọc Mai. Nghiên cứu ảnh 
hưởng của tỷ lệ các hợp phần đến phản ứng khâu 
mạch nhựa epoxy biến tính dầu đậu nành bằng 
dianhydrit piromelitic, Tạp chí Hóa học, 52(1), 107-
111 (2014). 
9. Lê Xuân Hiền, Đỗ Thị Ngọc Mai. Nghiên cứu ảnh 
hưởng của nhiệt độ đến phản ứng khâu mạch nhựa 
epoxy biến tính dầu đậu nành bằng dianhydrit 
piromelitic và tính chất của màng khâu mạch, Tạp 
chí Hóa học, 52(3), 312-315 (2014). 
10. Tiêu chuẩn ASTM D 2857-95.  
 
Liên hệ: Đỗ Minh Thành   
Viện Kỹ thuật nhiệt đới  
Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam 
Số 18, Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội 
E-mail: thanhnau.vn@gmail.com. 


Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ các hợp phần đến phản ứng khâu mạch nhựa epoxy biến tính dầu ve bằng dianhydrit piromelitic

http://vjs.ac.vn/index.php/vjchem/article/download/0866-7144.2017-00427/8068

Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ các hợp phần đến phản ứng khâu mạch nhựa epoxy biến tính dầu ve bằng dianhydrit piromelitic

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Vietnam Academy of Science and Technology: Journals Online