Nhựa epoxy là gì? Cơ chế đóng rắn và ứng dụng thực tế

Nhựa epoxy là gì, đóng rắn theo cơ chế nào và dùng vào việc gì? Tìm hiểu thành phần, ưu nhược điểm và cách chọn epoxy cho từng nhu cầu sử dụng thực tế.

Nhắc tới epoxy, nhiều người nghĩ ngay tới tuýp keo hai thành phần dán đồ trong nhà, hoặc lớp sơn bóng loáng dưới sàn nhà xưởng. Thật ra hai thứ đó cùng một gốc: một loại nhựa lỏng, khi trộn với chất đóng rắn sẽ chuyển thành khối rắn chắc, bám dính tốt và không chảy lại khi gặp nóng.

Hiểu đúng nhựa epoxy là gì và cách nó đông cứng giúp bạn pha đúng, thi công đúng, chọn đúng loại cho từng việc, thay vì đổ lỗi cho keo kém chất lượng khi bề mặt dính tay hay nứt sau vài tuần.

Nhựa epoxy là nhựa nhiệt rắn, gồm phần nhựa nền chứa nhóm epoxy và phần chất đóng rắn. Khi hai phần trộn đúng tỷ lệ, phản ứng hóa học tạo mạng liên kết ngang ba chiều, biến hỗn hợp lỏng thành khối rắn không nóng chảy lại. Nhờ bám dính tốt, kháng hóa chất và cách điện, epoxy được dùng làm keo dán, sơn phủ sàn, lớp lót chống ăn mòn, vật liệu composite và đổ khuôn đúc.

Nhựa epoxy là gì?

Nhựa epoxy là tên gọi chung cho nhóm polyme có chứa nhóm epoxy trong phân tử. Nhóm epoxy là một vòng nhỏ gồm hai nguyên tử carbon và một nguyên tử oxy nối với nhau thành hình tam giác. Vòng này ở trạng thái căng, nên dễ mở ra và phản ứng với chất khác. Nhờ vậy, epoxy có thể đông cứng ngay ở nhiệt độ phòng mà không cần lò nung.

Lúc mua về, epoxy thường là chất lỏng sệt, trong hoặc hơi vàng, đựng riêng trong một can hoặc một ống. Phần nhựa này để lâu cũng không tự cứng. Nó chỉ chuyển thành chất rắn khi được trộn với thành phần thứ hai, gọi là chất đóng rắn. Vì thế trên thị trường, epoxy hầu như luôn được bán theo bộ hai thành phần, thường ghi là phần A và phần B.

Epoxy thuộc nhóm nhựa nào?

Epoxy thuộc nhóm nhựa nhiệt rắn. Đây là loại nhựa sau khi đông cứng thì giữ nguyên hình dạng vĩnh viễn: đun nóng không chảy lỏng trở lại, chỉ mềm đi phần nào hoặc bị cháy, phân hủy nếu nhiệt quá cao. Điểm này khác hẳn nhựa nhiệt dẻo như PP, PE, PVC, vốn có thể nung chảy, ép, hàn và tạo hình lại nhiều lần.

Nếu đã đọc bài nhựa PP là gì, bạn sẽ thấy PP được xưởng gia công cắt tấm, hàn nhiệt để làm bồn, thùng, ống. Epoxy thì không hàn được theo kiểu đó. Muốn tạo hình epoxy, người ta phải đổ hỗn hợp lỏng vào khuôn, quét lên bề mặt hoặc thấm vào sợi gia cường rồi chờ nó tự cứng.

Thành phần của một bộ epoxy

Một bộ epoxy thông dụng gồm hai phần chính, có thể kèm thêm phụ gia tùy mục đích:

• Phần A, nhựa nền: loại phổ biến nhất được tổng hợp từ bisphenol A và epichlorohydrin, tạo ra chất lỏng có nhiều nhóm epoxy ở hai đầu mạch.
• Phần B, chất đóng rắn: chất có khả năng mở vòng epoxy và nối các phân tử nhựa lại với nhau, thường là các hợp chất amin, polyamide hoặc anhydride.
• Phụ gia: chất pha loãng giúp hỗn hợp loãng hơn, bột độn tăng độ đặc, bột màu, chất chống tia cực tím, chất tăng dai hoặc sợi gia cường.

Tỷ lệ giữa phần A và phần B, cùng loại phụ gia đi kèm, quyết định gần như toàn bộ tính chất của sản phẩm cuối: cứng hay dẻo, trong hay đục, khô nhanh hay chậm, chịu nhiệt tốt hay kém.

Cơ chế đóng rắn của epoxy

Đóng rắn là quá trình hóa học, không phải bay hơi dung môi như sơn nước hay keo sữa. Khi trộn phần A với phần B, các nhóm hoạt động trong chất đóng rắn tấn công vòng epoxy, mở vòng ra và gắn vào phân tử nhựa. Mỗi phân tử chất đóng rắn có thể nối với nhiều phân tử nhựa cùng lúc, nên dần dần các mạch nhựa riêng lẻ được kết lại thành một tấm lưới ba chiều dày đặc.

Tấm lưới này gọi là mạng liên kết ngang. Các mạch đã bị khóa chặt với nhau bằng liên kết hóa học bền, không thể trượt qua nhau khi gặp nhiệt. Đó là lý do epoxy sau khi cứng không nóng chảy lại, chịu lực tốt và khó bị dung môi hòa tan.

Đóng rắn diễn ra qua những giai đoạn nào?

Quá trình đóng rắn thường chia thành ba giai đoạn mà người thi công có thể nhận biết bằng mắt và tay:

• Giai đoạn lỏng: ngay sau khi trộn, hỗn hợp còn chảy, dễ quét, dễ đổ. Đây là khoảng thời gian thao tác, nhà sản xuất thường ghi là thời gian sống của hỗn hợp.
• Giai đoạn gel: hỗn hợp đặc dần, kéo sợi như mạch nha, rồi chuyển sang dạng dẻo như cao su. Lúc này không nên quét hay chỉnh sửa nữa.
• Giai đoạn rắn hoàn toàn: bề mặt khô, cứng, đạt dần độ bền thiết kế. Bề mặt có thể khô sờ được khá sớm, nhưng để đạt độ bền đầy đủ thường cần thêm một khoảng thời gian dài hơn.

Nhiều người thấy mặt sàn đã khô là cho xe nâng chạy hoặc đặt hàng nặng lên, rồi thắc mắc vì sao lớp phủ bị lún vết. Khô bề mặt chưa có nghĩa là đã đóng rắn hoàn toàn, nên luôn chờ đủ thời gian theo hướng dẫn của nhà sản xuất.

Vì sao phải pha đúng tỷ lệ?

Phản ứng đóng rắn cần số nhóm epoxy và số nhóm hoạt động của chất đóng rắn khớp nhau ở một mức nhất định. Nhà sản xuất đã tính sẵn mức này và ghi trên bao bì dưới dạng tỷ lệ pha theo khối lượng hoặc theo thể tích.

Pha dư chất đóng rắn không làm keo khô nhanh hơn như nhiều người vẫn tưởng. Phần dư không có chỗ phản ứng, nằm lại trong khối nhựa, làm bề mặt dính, mềm hoặc giòn, đôi khi đổi màu. Pha thiếu chất đóng rắn thì mạng lưới không khép kín, khối nhựa cứng không tới, dễ trầy và kém chịu hóa chất. Không tự ý tăng chất đóng rắn để mau khô; muốn khô nhanh thì chọn loại epoxy có tốc độ đóng rắn nhanh ngay từ đầu.

Trộn chưa đều cũng gây hậu quả giống pha sai tỷ lệ. Vệt nhựa chưa gặp chất đóng rắn sẽ thành mảng dính, mềm lẫn trong lớp đã cứng. Khi trộn nên vét kỹ thành và đáy ly pha, khuấy chậm tay để hạn chế bọt khí.

Nhiệt độ ảnh hưởng thế nào tới đóng rắn?

Phản ứng giữa epoxy và chất đóng rắn là phản ứng tỏa nhiệt. Nhiệt sinh ra lại làm phản ứng chạy nhanh hơn, nên một ly epoxy lớn để nguyên có thể nóng lên rất nhanh, bốc khói, nứt hoặc ngả vàng. Cùng một lượng hỗn hợp, đổ ra khay mỏng sẽ có thời gian thao tác dài hơn để trong ly sâu.

Nhiệt độ môi trường cũng tác động rõ. Mùa hè nắng nóng, hỗn hợp đặc lại nhanh, phải thao tác gọn. Những ngày lạnh, ẩm của mùa đông miền Bắc, epoxy khô chậm hơn hẳn, bề mặt dễ bị mờ hoặc nhờn do hơi ẩm. Một số loại epoxy kỹ thuật còn cần sấy hoặc gia nhiệt sau khi đổ để đạt tính chất tốt nhất, việc này phải làm đúng tài liệu kỹ thuật của từng sản phẩm.

Đặc tính, ưu điểm và hạn chế

Epoxy được dùng rộng rãi vì cùng lúc có nhiều đặc tính tốt, nhưng nó không phải vật liệu vạn năng. Biết cả hai mặt giúp bạn tránh dùng sai chỗ.

Ưu điểm nổi bật

• Bám dính rất tốt: epoxy dính chắc lên kim loại, bê tông, gỗ, gốm, kính và nhiều loại vật liệu composite, miễn bề mặt được làm sạch và tạo nhám đúng cách.
• Co ngót ít khi đóng rắn: vì không phải chờ dung môi bay hơi, khối epoxy giữ kích thước khá ổn định, hợp để đổ khuôn, trám khe, gắn chi tiết cần chính xác.
• Kháng hóa chất và nước: sau khi cứng, epoxy chịu được nhiều loại hóa chất thông dụng, nên hay được dùng làm lớp phủ bảo vệ sàn, bể, bề mặt kim loại.
• Cách điện tốt: epoxy thường được dùng để đổ phủ, bọc bảo vệ linh kiện và chi tiết điện.
• Dễ điều chỉnh tính chất: đổi chất đóng rắn và phụ gia là có thể tạo ra loại cứng, loại dẻo, loại trong suốt hay loại chịu nhiệt.

Hạn chế cần biết

• Không tái chế, không hàn lại được: khi đã cứng, epoxy không nung chảy để tạo hình lại. Sai kích thước thì chỉ còn cách cắt, mài hoặc làm mới.
• Dễ ngả vàng ngoài nắng: nhiều loại epoxy gốc bisphenol A bị tia cực tím làm vàng, phấn hóa bề mặt nếu dùng ngoài trời mà không có lớp phủ bảo vệ.
• Khá giòn nếu không biến tính: epoxy thông thường cứng nhưng chịu va đập kém, dễ nứt khi bị uốn hoặc va mạnh.
• Thi công khắt khe: phải pha đúng tỷ lệ, trộn kỹ, để ý nhiệt độ, độ ẩm và thời gian thao tác.

Với những việc như làm bồn chứa lớn, ống dẫn hóa chất hay thùng chứa cần hàn ghép, sửa chữa nhiều lần, nhựa nhiệt dẻo như PP, PE thường tiện hơn. Còn ở những chỗ cần lớp phủ bám chắc lên bê tông, kim loại hay cần đổ khuôn chi tiết, epoxy lại phát huy thế mạnh.

Ứng dụng phổ biến của epoxy

Nhờ có thể pha chế theo nhiều công thức, epoxy xuất hiện ở rất nhiều nơi, từ công trình xây dựng tới xưởng sản xuất và cả đồ thủ công trong nhà.

Sơn phủ sàn và lớp lót chống ăn mòn

Sơn sàn epoxy là ứng dụng quen thuộc nhất ở nhà xưởng, kho hàng, bãi đậu xe tầng hầm. Lớp phủ tạo bề mặt liền mạch, dễ lau chùi, hạn chế bụi bê tông và chịu được dầu nhớt ở mức nhất định. Epoxy cũng được dùng làm lớp lót bảo vệ bên trong bể bê tông, bề mặt thép, đường ống để hạn chế ăn mòn. Chất lượng lớp phủ phụ thuộc nhiều vào khâu xử lý nền: bê tông phải khô, sạch dầu, được mài tạo nhám trước khi thi công.

Keo dán và vật liệu trám

Keo AB, keo hai thành phần bán ở tiệm kim khí phần lớn là epoxy. Loại này dùng để dán kim loại, gốm sứ, gỗ, đá, trám vết nứt, gắn bu lông vào bê tông hoặc sửa chi tiết bị mẻ. So với keo một thành phần, keo epoxy cho mối dán chắc và chịu nước tốt hơn, đổi lại phải pha và chờ khô lâu hơn.

Composite và đổ khuôn

Epoxy là một trong những loại nhựa nền dùng trong vật liệu composite, tức vật liệu ghép giữa nhựa và sợi gia cường như sợi thủy tinh hoặc sợi carbon. Nhựa làm nhiệm vụ kết dính, giữ các lớp sợi lại thành khối cứng, còn sợi gánh phần lớn lực kéo. Ngoài epoxy, composite còn dùng các loại nhựa nền khác như polyester hay vinyl ester tùy yêu cầu và chi phí. Các sản phẩm bồn bể composite là ví dụ quen thuộc của dòng vật liệu này.

Trong ngành điện, epoxy được đổ bọc linh kiện, cuộn dây, bảng mạch để cách điện, chống ẩm. Ở mảng trang trí, epoxy trong suốt dùng làm mặt bàn gỗ đổ nhựa, tranh, đồ thủ công, móc khóa. Mỗi ứng dụng cần một loại epoxy riêng: loại đổ dày cần tỏa nhiệt chậm, loại phủ mỏng cần tự san phẳng, loại ngoài trời cần chống tia cực tím.

Epoxy khác nhựa nhiệt dẻo ở đâu?

Trong cùng cụm vật liệu nhựa, epoxy hay bị đặt cạnh PP, PE, PMMA hay PEEK. Điểm khác cốt lõi là epoxy chỉ thành hình sau phản ứng đóng rắn, đến tay người dùng ở dạng lỏng. Các loại còn lại là nhựa nhiệt dẻo, thường đến tay người dùng ở dạng hạt, tấm, ống đã định hình sẵn.

Muốn hiểu sâu từng loại nhựa nhiệt dẻo, có thể đọc thêm bài nhựa PMMA là gì cho nhóm nhựa trong suốt dạng tấm, hay nhựa PEEK là gì cho nhóm nhựa kỹ thuật chịu nhiệt cao. Còn nhóm nhựa dẻo, đàn hồi dùng làm xốp, đế dép thì nằm ở bài nhựa EVA là gì.

Trong thực tế công nghiệp, hai nhóm này thường bổ sung cho nhau. Bồn chứa hóa chất có thể làm bằng nhựa nhiệt dẻo hàn tấm, còn sàn khu đặt bồn được phủ epoxy để dễ vệ sinh. Ở những công trình cần dung tích lớn và hàn ghép linh hoạt, phương án bồn nhựa PP dung tích lớn cho nhà máy thường được cân nhắc trước, vì dễ chế tạo theo kích thước và dễ sửa chữa.

Lưu ý an toàn khi dùng epoxy

Epoxy khi đã đóng rắn hoàn toàn khá trơ, nhưng ở trạng thái lỏng, cả phần nhựa lẫn chất đóng rắn đều cần xử lý cẩn thận. Nhiều chất đóng rắn gốc amin có thể gây kích ứng da, mắt và đường hô hấp. Có người tiếp xúc nhiều lần còn bị dị ứng da tích lũy: lần đầu không sao, nhưng về sau chỉ dính chút ít cũng nổi mẩn.

Thi công epoxy cần chuẩn bị gì?

• Đồ bảo hộ: găng tay nitrile, kính bảo hộ, áo dài tay; không dùng tay trần để vuốt, miết keo.
• Thông gió tốt: làm việc ở chỗ thoáng, nhất là với loại có dung môi hoặc khi chà nhám bề mặt epoxy đã cứng vì bụi rất mịn.
• Dụng cụ đo: cân hoặc ly chia vạch để pha đúng tỷ lệ, que khuấy sạch, ly pha khô.
• Chuẩn bị bề mặt: làm sạch dầu mỡ, bụi, độ ẩm; tạo nhám bề mặt nhẵn bóng để keo bám chắc.

Epoxy có tiếp xúc thực phẩm được không?

Không phải loại epoxy nào cũng dùng được cho bề mặt tiếp xúc thực phẩm. Chỉ nên dùng sản phẩm mà nhà sản xuất ghi rõ phù hợp cho mục đích này, và phải để đóng rắn hoàn toàn theo hướng dẫn. Với khay, thớt, ly làm từ epoxy đổ thủ công, an toàn nhất là dùng làm đồ trang trí thay vì đựng thức ăn nóng hoặc đồ có tính axit.

Phần epoxy thừa đã pha nên để đóng rắn hết rồi mới bỏ đi. Không đổ nhựa lỏng hay chất đóng rắn xuống cống, ra đất. Hộp đựng còn sót hóa chất cần thu gom riêng theo quy định chất thải của địa phương.

Câu hỏi thường gặp về nhựa epoxy

Nhựa epoxy có độc không?

Ở dạng lỏng, nhựa epoxy và nhất là chất đóng rắn có thể gây kích ứng da, mắt, hô hấp và gây dị ứng khi tiếp xúc lặp lại. Sau khi đóng rắn hoàn toàn, epoxy khá trơ và ổn định. Rủi ro chủ yếu nằm ở khâu pha trộn, thi công và chà nhám, nên cần găng tay, kính bảo hộ và nơi làm việc thông thoáng. Mục đích tiếp xúc thực phẩm phải dùng đúng loại được nhà sản xuất công bố.

Vì sao epoxy pha xong mà không khô?

Nguyên nhân thường gặp nhất là pha sai tỷ lệ, trộn chưa đều hoặc thi công khi trời quá lạnh, quá ẩm. Phần nhựa không gặp đủ chất đóng rắn sẽ không phản ứng hết, để lại mảng dính tay. Cách xử lý là cạo bỏ phần chưa cứng, làm sạch bề mặt rồi pha lại đúng tỷ lệ ghi trên bao bì, trộn kỹ và thi công trong điều kiện nhiệt độ phù hợp.

Epoxy và keo AB có phải là một?

Keo AB là cách gọi theo kiểu đóng gói gồm hai phần A và B, còn epoxy là tên loại nhựa. Phần lớn keo AB bán ở tiệm kim khí là epoxy, nhưng cũng có keo hai thành phần làm từ nhựa khác như acrylic hay polyurethane. Muốn biết chính xác, nên xem thành phần ghi trên bao bì hoặc tài liệu kỹ thuật của sản phẩm.

Có thể dùng epoxy ngoài trời không?

Có thể, nhưng cần chọn đúng loại. Epoxy thông thường dễ bị tia cực tím làm ngả vàng, phấn hóa bề mặt khi phơi nắng lâu. Với công trình ngoài trời, nên chọn loại có phụ gia chống tia cực tím hoặc phủ thêm một lớp sơn bảo vệ bên trên. Lớp epoxy bên dưới vẫn đảm nhận phần bám dính và chống thấm.

Epoxy có tái chế được như nhựa PP không?

Không theo cách thông thường. Nhựa PP có thể nung chảy để tạo hạt và ép lại thành sản phẩm mới, như phân tích trong bài về nhựa PP nguyên sinh và PP tái chế. Epoxy là nhựa nhiệt rắn, mạng liên kết ngang đã khóa cố định nên không nóng chảy lại. Vì vậy, nên tính lượng pha vừa đủ dùng để hạn chế phần thừa.

Kết luận

Epoxy là vật liệu mạnh ở đúng chỗ của nó. Nắm được cơ chế đóng rắn, bạn sẽ thi công chắc tay hơn và chọn được loại phù hợp thay vì mua theo cảm tính.

• Nhựa epoxy là nhựa nhiệt rắn hai thành phần, chỉ đông cứng khi trộn với chất đóng rắn.
• Đóng rắn là phản ứng hóa học tạo mạng liên kết ngang, tỏa nhiệt và phụ thuộc nhiệt độ.
• Pha đúng tỷ lệ, trộn đều quan trọng hơn tăng chất đóng rắn để mau khô.
• Epoxy mạnh về bám dính, lớp phủ, composite; nhựa nhiệt dẻo như PP, PE mạnh về bồn, thùng, ống cần hàn ghép.
• Luôn dùng đồ bảo hộ khi thi công và chọn đúng loại cho ngoài trời hay tiếp xúc thực phẩm.

Nếu công trình của bạn cần bồn, thùng, ống hay chi tiết nhựa PP, PVC, PE chế tạo theo kích thước, tham khảo dịch vụ gia công nhựa theo yêu cầu của MTV Plastic, đơn vị với hơn 15 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực gia công nhựa chuyên nghiệp tại Hà Nội.

Liên hệ ngay MTV Plastic: Hotline 0918.710.622 để được tư vấn chi tiết về sản phẩm nhựa gia công theo yêu cầu và nhận báo giá cạnh tranh nhất.