Modification of Alkyd with epoxy and its application for paint - Part 1: Epoxy alkyd ester manufacturing and some properties of paint made from this ester

Abstract: The article introduces the modification of alkyd resin by epoxy resin to make epoxy alkyd

ester. The study investigated the effects of reflux xylene content, the proportion of the constituents

participating in the esterification reaction on the reaction processing and acidity index of the product.

The infrared (IR) spectroscopy results confirmed the formation of ester bonds after the reaction. The

paper also studied the mechanical properties of paint film based on the synthesized ester epoxy alkyd

and compared them with the alkyd paint, the results showed that impact resistance and hardness of

the study sample were higher than those of the alkyd paint sample. In addition, investigation,

comparison of thermal stability of alkyd paint and epoxy alkyd paint film were also mentioned.

pdf9 trang | Chuyên mục: Khoa Học Vật Liệu | Chia sẻ: yen2110 | Lượt xem: 230 | Lượt tải: 0download
Tóm tắt nội dung Modification of Alkyd with epoxy and its application for paint - Part 1: Epoxy alkyd ester manufacturing and some properties of paint made from this ester, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút "TẢI VỀ" ở trên
ảng 8- 10% của tổng lượng nhựa 
alkyd và nhựa epoxy là phù hợp. 
3.1.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ các cấu tử tới 
phản ứng biến tính nhựa alkyd bằng nhựa epoxy 
Căn cứ vào kết quả thu được ở phần trên, 
lượng dung môi xylen hồi lưu đã lựa chọn là 10% 
tính theo tổng lượng nhựa alkyd và nhựa epoxy 
đưa vào phản ứng, tiến hành khảo sát ảnh hưởng 
của tỷ lệ các cấu tử tới chỉ số axit este epoxy 
alkyd. 
Bảng 4. Ảnh hưởng của tỷ lệ cấu tử tham gia phản 
ứng đến chỉ số axit của este epoxy alkyd 
Tên 
mẫu 
Tỷ lệ cấu tử 
tham gia phản ứng, 
% khối lượng 
Chỉ số axit 
(mgKOH/g) 
Alkyd Epoxy 
M1 66 34 Gel hóa 
M2 68 32 2,2 
M3 70 30 2,4 
M4 72 28 3,5 
M5 75 25 6,7 
M6 78 22 12,7 
Kết quả ở bảng 4 cho thấy, khi tỷ lệ khối 
lượng epoxy tăng dần chỉ số axit của sản phẩm 
N.T. Thanh / VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, Vol. 36, No. 1 (2020) 36-44 
41 
có xu hướng giảm nhanh do nhóm oxiran của 
nhựa epoxy phản ứng với nhóm cacboxyl của 
nhựa alkyd. Tuy nhiên, nếu tiếp tục tăng tỷ lệ 
nhựa epoxy thì sẽ xảy ra hiện tượng gel hóa. 
Điều này có thể được giải thích là do quá trình 
phản ứng được tiến hành ở nhiệt độ cao 
(160±2)ºC, nhựa epoxy dư dễ dàng phản ứng với 
anhydrit phtalic trong nhựa alkyd gây ra hiện 
tượng keo hóa cục bộ. 
3.1.3. Kết quả chụp phổ hồng ngoại (IR) các 
mẫu este epoxy alkyd đã tổng hợp 
Tiến hành chụp phổ hồng ngoại (IR) mẫu M3 
đã tổng hợp được ở trên và các mẫu nhựa alkyd 
và nhựa epoxy. Kết quả chụp phổ hồng ngoại 
được thực hiện trên thiết bị biến đổi chuỗi 
Fourier FTIR-8700 (Nhật Bản) tại Viện Kỹ thuật 
Nhiệt đới- Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ 
Việt Nam. 
Hình 1a. Phổ IR của mẫu nhựa alkyd. 
Hình 1b. Phổ IR của mẫu nhựa epoxy. 
Hình 1c. Phổ IR của mẫu nhựa este epoxy alkyd. 
Bảng 5. Kết quả các dao động hấp thụ hồng ngoại 
của mẫu este epoxy alkyd 
TT Vạch phổ đặc trưng 
Số sóng 
(cm-1) 
1 νOH (băng rộng) 3511 
2 νa-CH2 (bất đối xứng) 2925 
3 νs-CH2 (bất đối xứng) 2854 
4 
νC=O(este) 
1731 
5 1608 
6 1599 
7 
νC=C (vòng thơm epoxy) 
1515 
8 1454 
9 νs epoxy (COC) 1280 
10 νa C-O-C (bất đối xứng) 1124 
11 νa C-O-C (đối xứng) 1071 
12 νa epoxy (COC) 743 
Bản chất của phản ứng biến tính nhựa alkyd 
bằng nhựa epoxy là phản ứng este hóa xảy ra 
giữa nhóm cacboxyl của nhựa alkyd và nhóm 
oxiran của nhựa epoxy. Phản ứng mở vòng 
oxiran bởi nhóm cacboxyl làm xuất hiện các 
nhóm -OH mới. Do có nhiều nhóm -OH mới nên 
pic -OH của sản phẩm este epoxy alkyd tạo ra tù 
hơn (ít nhọn hơn) do hình thành liên kết hydro. 
Nhóm oxiran có hấp thụ rất đặc trưng (C-O-C) ở 
pic 914,16 cm-1 (Hình 1b), nhóm này mất đi 
(không có trong Hình 1c) do nó đã phản ứng với 
nhóm cacboxyl của alkyd và kết quả là làm xuất 
hiện một pic mới (este) tại 1608,02 cm-1 mà pic 
này không có trong Hình 1a. 
Như vậy, có thể khẳng định đã xảy ra phản 
ứng este hóa nhựa alkyd bằng nhựa epoxy để tạo 
ra este epoxy alkyd. 
N.T. Thanh / VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, Vol. 36, No. 1 (2020) 36-44 
42 
3.2. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ alkyd/epoxy 
tới thời gian khô của nhựa este epoxy alkyd 
Tiến hành khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ 
alkyd/epoxy thời gian khô của nhựa este epoxy 
alkyd. Các mẫu nhựa được gia công với chiều 
dày 30- 40µm trên tấm thép tiêu chuẩn. Kết khảo 
sát được thể hiện trong bảng 6. 
Bảng 6. Ảnh hưởng của tỷ lệ alkyd/epoxy đến thời 
khô của nhựa este epoxy alkyd 
TT Tên mẫu 
Thời gian khô đến cấp 1 
ở nhiệt độ 30oC (phút) 
1 M2 147 
2 M3 154 
3 M4 160 
4 M5 170 
5 M6 195 
Kết quả bảng 6 cho thấy, khi tăng hàm lượng 
epoxy thì thời gian khô cấp 1 của nhựa este 
epoxy alkyd giảm xuống. Điều này là do nhiều 
nhựa epoxy, mạch không gian nhiều, khối lượng 
phân tử của este epoxy alkyd tăng nên thời gian 
khô se bề mặt, khô cấp 1 giảm xuống. Để đảm 
bảo khả năng khô và chỉ số axit của sơn, lựa chọn 
nhựa este epoxy alkyd chế tạo theo mẫu số M3 
cho các nghiên cứu tiếp theo. 
3.3. Khảo sát tính chất cơ lý của màng sơn alkyd 
và màng sơn este epoxy alkyd 
Tiến hành khảo sát tính chất cơ lý (Độ bám 
dính, độ bền uốn, độ bền va đập, độ cứng) của 
màng sơn sử dụng mẫu nhựa este epoxy alkyd 
M3 để chế tạo sơn theo thành phần đơn nghiên 
cứu trong bảng 2 và mẫu sơn alkyd (thành phần 
đơn chế tạo tại bảng 1). Kết khảo sát được thể 
hiện trong bảng 7. 
Bảng 7. Tính chất cơ lý của màng sơn este epoxy alkyd và màng sơn alkyd 
Tên mẫu 
Tính chất cơ lý của màng sơn 
Độ bám dính (điểm) Độ bền uốn (mm) Độ bền va đập (Kg.cm) Độ cứng 
Mẫu sơn 
este epoxy alkyd 
1 2 200 0,28 
Mẫu sơn alkyd 
1 2 200 0,19 
Kết quả bảng 7 cho thấy, tất cả các mẫu sơn 
nghiên cứu đều có độ bám dính, độ bền uốn, độ 
bền va đập đạt mức cao nhất. Độ cứng của màng 
sơn nghiên cứu cao hơn so với mẫu sơn alkyd 
đối chứng. Điều này có thể được giải thích do 
trong mạch đại phân tử este epoxy alkyd có 
những đoạn mạch epoxy những đoạn mạch cứng 
hơn so với mạch đại phân tử alkyd, do đó, làm 
tăng độ cứng của màng sơn. 
3.4. Khảo sát độ bền nhiệt của sơn alkyd và 
màng sơn este epoxy alkyd 
Để nghiên cứu tính chất nhiệt của 02 loại 
màng sơn alkyd và sơn este epoxy alkyd, sử dụng 
phương pháp phân tích sự biến đổi khối lượng 
mẫu theo nhiệt độ (TGA). Độ bền nhiệt của mẫu 
xác định từ giản đồ mất khối lượng theo nhiệt độ. 
Tiến hành khảo sát đối với mẫu sơn este epoxy 
alkyd có thành phần như trong bảng 2 được chế 
tạo như đã đề cập ở trên và mẫu sơn alkyd có 
thành phần như trong bảng 1 được chế tạo như 
đã đề cập ở trên. 
Hình 2a. Giản đồ TGA của mẫu sơn alkyd. 
N.T. Thanh / VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, Vol. 36, No. 1 (2020) 36-44 
43 
Hình 2b. Giản đồ TGA của mẫu sơn 
este epoxy alkyd. 
Từ Hình 2a, 2b, cho thấy, hình dạng đường 
cong TGA của mẫu sơn alkyd và mẫu sơn este 
epoxy alkyd có sự khác biệt rõ rệt. Trong khoảng 
nhiệt độ từ nhiệt độ phòng đến 320oC: Là giai 
đoạn phân hủy của nhóm chức còn dư trong 
mạch polyme, các chất thấp phân tử, ... Đường 
cong TGA của sơn alkyd đều và tuyến tính. 
Đường cong TGA của sơn este epoxy alkyd có 
các khoảng mất khối lượng tương ứng với sự tiêu 
hao của các đoạn mạch alkyd, epoxy trong đại 
phân tử este epoxy alkyd. Mẫu sơn este epoxy 
alkyd có độ bền nhiệt cao hơn mẫu sơn alkyd. Ở 
nhiệt độ 500oC sơn alkyd đã mất khoảng 38,21% 
khối lượng trong khi mẫu sơn este epxy akyd mất 
khoảng 33,92% khối lượng. Nếu so sánh độ dốc 
của đường TGA trên Hình 2a và 2b ta cũng thấy, 
có sự khác biệt. Đường cong của đồ thị Hình 2b 
có độ dốc nhỏ hơn so với đường cong của đồ thị 
Hình 2a, nghĩa là độ bền nhiệt của sơn este epoxy 
alkyd cao hơn so với sơn alkyd. Điều này có thể 
được giải thích, trong mạch đại phân tử este 
epoxy alkyd có các đoạn mạch epoxy có độ bền 
nhiệt cao hơn alkyd. Các đặc trưng TGA của quá 
trình thử nghiệm bền nhiệt được thể hiện ở bảng 8. 
Bảng 8. Các đặc trưng TGA của các mẫu sơn alkyd và sơn este epoxy alkyd thử nghiệm bền nhiệt 
Ký hiệu mẫu 
Khối lượng mẫu bị mất ở các nhiệt độ khác nhau, % 
200oC 350oC 450oC 
Mẫu sơn 
este epoxy alkyd 
0,69 5,03 29,33 
Mẫu sơn alkyd 0,81 4,96 37,34 
4. Kết luận 
- Biến tính nhựa alkyd bằng nhựa epoxy với 
tỷ lệ alkyd/epoxy là 70/30, ở điều kiện nhiệt độ 
(160±2)ºC, trong thời gian 8 giờ thì hàm lượng 
xylen hồi lưu khảng 8- 10% tính theo tổng lượng 
nhựa alkyd và nhựa epoxy đưa vào phản ứng là 
phù hợp. 
- Tính chất cơ lý của màng sơn este epoxy 
alkyd có độ bám dính, độ bền uốn, độ bền va đập 
đạt mức cao nhất. Độ cứng của màng sơn este 
epoxy alkyd cao hơn so với mẫu sơn alkyd đối 
chứng. 
- Độ bền nhiệt của sơn este epoxy alkyd cao 
hơn giá trị này của sơn alkyd đối chứng. 
Tài liệu tham khảo 
[1] R. Talbert, Paint technology handbook, CRC 
Press, New York, 2008. 
[2] F.U. Mohamed, A.I. Aigbodion, Alkyd resin from 
rubber seed oil/linseed oil blend: A comparative 
study of the physiochemical properties, Materials 
Chemistry 5 (2019) 101-106. 
[3] Manawwer Alama, Deewan Akram, Eram 
Sharmin, Fahmina Zafar, Sharif Ahmad, 
Vegetable oil based eco-friendly coating 
materials: A review article. Arabian Journal of 
Chemistry 7 (2014) 469-479.  
10.1016/j.arabjc.2013.12.023. 
[4] E.U. Ikhuoria, A.I. Aigbodionb, F. E. Okieimena, 
Enhancing the quality of alkyd resins using 
methyl esters of rubber seed oil, Tropical Journal 
of Pharmaceutical Research 1 (2004) 311-317. 
N.T. Thanh / VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, Vol. 36, No. 1 (2020) 36-44 
44 
[5] N. Dutta, N. Karak, S.K. Dolui, Alkyd–epoxy 
blends as multipurpose coatings, Jounal of 
Applied Polymer Science 100 (2006) 516–521. 
[6] L.D. Toan, Fabrication and investigation of some 
properties of binder based on epoxy resin 
obtained from the recycling of waste 
polycarbonate, Thesis of Master, University of 
Natural Sciences, 2011 (in Vietnamese). 
[7] I.R. Jack , A.U. Anya, O.F. Osagie, Comparative 
Studies of Oil-Modified Alkyd Resins 
Synthesized from Epoxidized and Crude Neem 
Oil, American Journal of Applied Chemistry 4 
(2016) 120-124. 
[8] China Application CN201310451747.4A. Epoxy 
modified alkyd resin and its high hardness fast 
reaction coating. 
[9] M. Bajpai, S. Seth, Use of unconventional oils in 
surface coatings: Blends of alkyd resins with 
epoxy esters. Pigment and Resin Technology 2 
(2014) 82-87. 
[10] P. Gogoi, M. Boruah, Blends of Epoxidized 
Alkyd Resins Based on Jatropha Oil and the 
Epoxidized Oil Cured with Aqueous Citric Acid 
Solution: A Green Technology Approach. ACS 
Sustainable Chem. Eng. 2 (2015) 261-268. 
[11] P. Czub, I. Franek, Epoxy resins modified with 
palm oil derivatives preparation and properties, 
Polymer 2 (2013) 135-139. 
[12] S. Sinadinović-Fišer, M. Janković, Epoxidation 
of castor oil with peracetic acid formed in situ in 
the presence of an ion exchange resin”, Chemical 
Engineering and Processing: Process 
Intensification 62 (2012) 106-113. 

File đính kèm:

  • pdfmodification_of_alkyd_with_epoxy_and_its_application_for_pai.pdf
Tài liệu liên quan