Trong lĩnh vực vật liệu polymer nhiệt rắn, đặc biệt là hệ nhựa epoxy, việc hiểu và diễn giải chính xác các thông số kỹ thuật không chỉ là yêu cầu cần thiết trong khâu kiểm soát chất lượng hay phát triển công thức, mà còn là nền tảng quan trọng giúp liên kết giữa tính chất phân tử học và hiệu năng vật liệu cuối cùng.
1. Epoxy Equivalent Weight (EEW) – Trọng lượng đương lượng epoxy
EEW (Epoxy Equivalent Weight): Là khối lượng (tính bằng gam) của nhựa epoxy chứa một mol nhóm epoxide (oxirane). Về bản chất hóa học, nhóm epoxide là một vòng ba cạnh chứa một nguyên tử oxy và hai nguyên tử carbon có mức năng lượng ứng suất cao. Trong phản ứng đóng rắn (curing), việc thiết lập tỷ lệ mol chính xác giữa nhóm epoxy và nhóm nucleophile (thường là amine) là điều kiện bắt buộc để đảm bảo hiệu suất phản ứng tối đa và hình thành mạng lưới không gian ba chiều đồng nhất. EEW được xác định chủ yếu bằng chuẩn độ kiềm – chuẩn độ nhóm epoxy bằng HCl hoặc HBr theo tiêu chuẩn ASTM D1652 – “Standard Test Method for Epoxide Equivalent Weight of Epoxy Resins”.
Ý nghĩa kỹ thuật:
EEW là thông số quyết định tỷ lệ pha trộn giữa nhựa và chất đóng rắn (hardener). EEW càng cao, mật độ nhóm epoxy trên đơn vị khối lượng càng thấp, ảnh hưởng đến độ bền cơ học và tính liên kết mạng sau đóng rắn.
Epoxy equivalent weight (EEW) = (khối lượng epoxy)/(số nhóm epoxide có trong phân tử epoxy).
Amin hytrogen ( AHEW) = (khối lượng epoxy)/(số nhóm epoxide có trong phân tử epoxy).
Trong đó,
-EEW: khối lượng nhựa chứa 1 mol nhóm epoxide (g/eq).
-AHEW (đương lượng amin): khối lượng chất đóng rắn (amin) chứa 1 mol H hoạt động (g/eq).
Giá trị điển hình:
Đối với nhựa NPEL-128 (NanYa Epoxy), EEW ≈ 184–190 g/eq – phù hợp cho các hệ đóng rắn amin hoặc anhydrid với tỷ lệ pha trộn dễ kiểm soát.
2. Color (Gardner) – Màu sắc theo thang Gardner
Màu sắc Gardner là một hệ đo lường màu sắc ở dạng dung dịch hoặc chất lỏng trong suốt đến vàng đậm, được chuẩn hóa theo ASTM D1544, ASTM D6166 hoặc ISO 4630. Thang Gardner là thang đo tuyến tính không đơn sắc, kéo dài từ Gardner 1 (gần như không màu đến vàng nhạt) đến Gardner 18 (vàng nâu đậm)
Ý nghĩa kỹ thuật:
Màu sắc càng thấp (1.0 hoặc nhỏ hơn), nhựa càng tinh khiết, ít bị oxy hóa, ít chứa tạp chất hoặc phản ứng phụ.
Giá trị điển hình:
Với NPEL-128: Gardner ≤ 1.0 – chỉ ra mức độ tinh khiết cao, phù hợp cho ứng dụng điện tử và sơn phủ cao cấp.
3. Flash Point – Điểm chớp cháy (°C)
Flash Point (điểm chớp cháy) là nhiệt độ thấp nhất tại đó chất lỏng sinh ra hơi dễ cháy đủ để bốc cháy tạm thời (nhưng không duy trì cháy) khi tiếp xúc với nguồn lửa (tia lửa, ngọn lửa nhỏ, bề mặt nóng,…). Trong hệ epoxy, Flash Point là một thông số an toàn hóa lý cực kỳ quan trọng, được quy định chặt chẽ trong các tiêu chuẩn vận chuyển (UN, GHS), bảo quản hóa chất, và thiết kế hệ thống xử lý an toàn.
Ý nghĩa kỹ thuật:
Chỉ số quan trọng trong an toàn lưu trữ và vận hành. Epoxy có điểm chớp cháy càng cao thì càng thể hiện tính an toàn tốt hơn. Phép đo được xác định bằng cốc kín Pensky-Martens.
Tiêu chuẩn áp dụng:
ASTM D93 – “Flash Point by Pensky-Martens Closed Cup Tester”.
Giá trị điển hình:
NPEL-128: Flash Point ≥ 150°C – phù hợp cho vận chuyển hàng hóa không nguy hiểm
4. Độ nhớt
Độ nhớt (viscosity) là một đại lượng vật lý đặc trưng cho khả năng chống lại biến dạng trượt của chất lỏng, thường được mô tả bằng hệ số h trong đơn vị centipoise (cP) hoặc Pascal·giây (Pa·s). Trong vật liệu polymer đặc biệt là nhựa epoxy, độ nhớt không đơn thuần là một chỉ số cơ động học, mà là biểu hiện trực tiếp của khối lượng phân tử trung bình (Mₙ, Mw), mật độ liên kết hydro nội phân tử, tỷ lệ nhóm chức (epoxy, hydroxyl, ether,…), và mức độ kết tinh hoặc cấu trúc bán tinh thể nếu có.
Độ nhớt ảnh hưởng lớn đến khả năng gia công, tính thấm ướt lên nền vật liệu, sự phân tán hạt độn/phụ gia, và tốc độ khuếch tán chất đóng rắn vào hệ epoxy đây một yếu tố then chốt trong phản ứng đóng rắn hoàn toàn. Độ nhớt epoxy càng cao thì khối lượng phân tử càng lớn. Dưới đây là một số ví dụ cụ thể về những ảnh hưởng của khối lượng phân tử của epoxy theo chiều tăng dần đối với các thông số kỹ thuật điển hình:
Ý nghĩa kỹ thuật:
Nhựa có độ nhớt thấp (≤ 1000 cps) phù hợp cho các ứng dụng như đúc điện tử, thẩm thấu sợi (vacuum infusion). Ngược lại, độ nhớt cao phù hợp cho các ứng dụng cần độ đặc như keo dán, lớp phủ… Độ nhớt được xác định bằng máy đo Brookfield viscometer hoặc cone-and-plate viscometer theo tiêu chuẩn ASTM D445 hoặc ISO 3219.
Giá trị điển hình:
NPEL-128 có độ nhớt tại 25°C trong khoảng 12.000 – 15.000 cps – phù hợp cho epoxy kỹ thuật, composite và lamination.
5. Hydrolyzable Chlorine – Hàm lượng clo dễ thủy phân (ppm)
Hydrolyzable Chlorine (Cl có thể thủy phân) là lượng nguyên tử clo liên kết yếu hoặc không bền vững trong phân tử epoxy có khả năng bị thủy phân dưới điều kiện ẩm, tạo ra ion Cl⁻ tự do trong môi trường. Hầu hết các nhựa epoxy đều được tổng hợp từ phản ứng của epichlorohydrin (ECH) với bisphenol-A dưới xúc tác kiềm mạnh (NaOH, KOH), tuy nhiên, epichlorohydrin là hợp chất chứa chlorine trong quá trình phản ứng nếu ECH dư, hoặc không phản ứng hết sẽ tạo ra Cl dễ thủy phân. Phản ứng phụ tạo thành chlorohydrin từ quá trình mở vòng epoxy trong môi trường nước/clorua.
Ý nghĩa kỹ thuật:
Hàm lượng Hydrolyzable Chlorine cao gây ảnh hưởng đến tính cách điện, độ ổn định hóa học, dễ gây ăn mòn kim loại hoặc ảnh hưởng điện tử. Có thể phân tích lượng Cl dễ thủy phân bằng cách thủy phân epoxy trong nước ở điều kiện chuẩn sau đó định lượng Cl- bằng chuẩn độ bạc nitrat theo tiêu chuẩn ASTM D1726.
Giá trị điển hình:
NPEL-128: ≤ 1000 ppm – đáp ứng tiêu chuẩn cho thiết bị điện tử và linh kiện.
6. Density – Mật độ khối (g/cm³)
Mật độ là đại lượng vật lý cơ bản, được định nghĩa là khối lượng trên một đơn vị thể tích của vật chất:
ρ=m/V (g/cm^3 hoặc kg/m^3 )
Trong vật liệu polymer nói chung và epoxy nói riêng, thông số density thường được sử dụng với mục đích:
- Xác định khối lượng epoxy cần sử dụng trên diện tích cần phủ (coverage) của lớp sơn hoặc keo,
- Ước tính tổng khối lượng vật liệu cần dùng theo thể tích khuôn (resin casting),
- Tính toán các thông số vật lý khác như: khối lượng riêng sau đóng rắn, mô đun, tỷ trọng composite,…
Ý nghĩa kỹ thuật:
Mật độ ảnh hưởng đến tính toán khối lượng nguyên liệu, tỷ trọng khi phối trộn, đặc biệt quan trọng trong thiết kế vật liệu composite. Được xác định bằng tỷ trọng kế hoặc cân khối lượng mẫu trong dung môi chuẩn theo tiêu chuẩn ASTM D1475.
Giá trị điển hình:
NPEL-128: 1.16 g/cm³ tại 25°C – phù hợp với các hệ epoxy nền Bisphenol-A.
Kết luận
Việc đọc và hiểu sâu sắc các thông số kỹ thuật epoxy resin không chỉ là trách nhiệm của kỹ sư vật liệu, mà còn là kỹ năng bắt buộc để kiểm soát chất lượng và tối ưu ứng dụng công nghiệp. Từ EEW, độ nhớt, đến hàm lượng clo,… mỗi thông số là một mắt xích trong chuỗi kiểm soát hệ thống polymer.
