Đồ án Nghiên cứu chế tạo sơn men bảo vệ kết cấu thép cho công trình và phương tiện giao thông vận tải

Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Khoa công nghệ hóa học Bộ môn công nghệ vật liệu polyme và compozit ĐỒ ÁN MÔN HỌC Đề tài : Nghiên cứu chế tạo sơn men bảo vệ kết cấu thép cho công trình và phương tiện giao thông vận tải Giáo viên hướng dẫn : PGS. TS Phan Thị Minh Ngọc ThS Nguyễn Thuý Hằng Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Nguyện Lớp : Công nghệ hóa lý_K51 Hà Nội 12/2010 Mục lục trang 1)Lịch sử phát triển cuả sơn ...................................................................................05 1.1) Định nghĩa sơn..............................................................................................05 1.2) Phân loại sơn.................................................................................................06 1.3)Thành phần của sơn.......................................................................................07 1.4) Cơ chế bảo vệ của màng sơn........................................................................08 2)Sơn men...............................................................................................................15 2.1) Chất tạo màng..............................................................................................15 2.1.1) Nhựa epoxy............................................................................................16 2.1.1.1) Nhựa epoxyđian..............................................................................16 2.1.1.2) Nhựa epoxy novolac (nhựa poly epoxy )........................................18 2.1.1.3) Nhựa epoxy mạch thẳng..................................................................18 2.1.1.4) Nhựa epoxy este..............................................................................18 2.1.1.5) Ứng dụng nhựa epoxy trong màng phủ...........................................19 2.1.2) Nhựa ankyd............................................................................................20 2.1.2.1) Biến tính ankyd bằng axit béo.........................................................20 2.1.2.2) Biến tính ankyd bằng dầu thực vật..................................................21 2.1.3) Nhựa acrylic...........................................................................................23 2.1.3.1) Nguyên liệu đầu..............................................................................23 2.1.3.2) Điều chế nhựa acrylic.....................................................................23 2.1.3.3) Ứng dụng nhựa acrylic....................................................................24 2.1.3.4) Biến tính nhựa acrylic.....................................................................25 2.1.4 ) Nhựa PU ( poly uretan )........................................................................25 2.1.4.1) Nguyên liệu đầu..............................................................................25 2.1.4.2) Phân loại màng phủ uretan.............................................................27 2.1.4.3) Màng phủ đóng rắn ẩm...................................................................29 2.1.5) Nhựa vinyl.............................................................................................29 2.1.5.1) Nhựa poly vinyl axetat ( PVAc )....................................................29 2.1.5.2) Nhựa poly vinyl ancol ( PVA ).......................................................30 2.1.5.3) Nhựa poly vinyl fomat ( PVF ).......................................................30 2.1.5.4) Nhựa poly butyral ( PVB )..............................................................31 2.1.5.5) Nhựa poly clorua ( PVC )...............................................................31 2.1.5.6) Đồng trùng hợp vinyl axetat và vinyl clorua..................................32 2.1.5.7) Peclo vinyl ( poly vinyl clorua clo hóa ).........................................32 2.2) Dung môi.......................................................................................................32 2.2.1) Yêu cầu đối với dung môi......................................................................33 2.2.1.1) Khả năng hòa tan ............................................................................33 2.2.1.2) Điểm sôi (nhiệt độ sôi )...................................................................33 2.2.1.3) Tốc độ bay hơi.................................................................................33 2.2.1.4) Khả năng độc hại và cháy nổ..........................................................34 2.2.1.5) Độ ổn định hóa học.........................................................................34 2.2.1.6) Mùi và mầu......................................................................................34 2.2.1.7) Tỷ trong và giá thành......................................................................34 2.2.2) Một số loại dung môi.............................................................................35 2.3) Bột mầu và chất độn......................................................................................35 2.3.1)Bột mầu...................................................................................................35 2.3.1.1) Bột mầu vô cơ.................................................................................36 2.3.1.2) Bột mầu hữu cơ...............................................................................37 2.3.2) Chất độn.................................................................................................37 2.4) Chất hóa dỏe và chất đóng rắn......................................................................37 2.4.1) Chất hóa dẻo...........................................................................................37 2.4.2) Chất đóng rắn (chát làm khô )................................................................38 2.5) Các chất phụ gia khác....................................................................................39 2.5.1) Chất phụ gia làm đặc..............................................................................39 2.5.2) Chất hoạt động bề mặt............................................................................40 2.5.3) Chất biến tính bề mặt.............................................................................40 2.5.4) Các chất có hiệu quả đặc biệt.................................................................41 3) Hướng nghiên cứu sắp tới...................................................................................41 3.1) Chế tạo màng sơn men bán bóng..................................................................41 3.2) Nghiên cứu đánh giá chất lượng sơn men qua tính chất cơ lý,đặc biệt là khả năng bám dính với các lớp phủ khác nhau...................42 3.3) Nghiên cứu công nghệ chế tạo sơn men phù hợp với từng lĩnh vực.............42 3.3.1) Sơn men bóng,trong suốt,không mầu KL-1...........................................42 3.3.2) Sơn bóng hệ nước phủ mầu cho gỗ,bịt vân gỗ T-13..............................43 3.3.3) Sơn phủ bóng cho gỗ W-3......................................................................44 4) Quy trình sản xuất sơn.........................................................................................45 Tài liệu tham khảo...................................................................................................49 1 ) Lịch sử phát triển của sơn Vào thời kỳ trước công nguyên,người Ai Cập cổ đại đã biết trang trí tường, hang hốc mình ở và các vật dụng trên cơ sở chất kết dính là lòng trắng trứng, sáp ong, nhựa cây trộn với bột màu thiên nhiên. Vài ngàn năm sau đó người Trung Hoa đã phát hiện và dùng mủ cây sơn làm sơn phủ và keo. Trước đây sơn được sản xuất từ các loại thảo mộc như: dầu lanh, dầu trẩu, dầu gai, dầu dừa, dầu hướng dương, dầu ngô, dầu cao su,... Các loại nhựa thiên nhiên như: nhựa cánh kiến, nhựa thông, bitum thiên nhiên,... Các loại bột như cao lanh, ỏi sắt. Đến thế kỷ 20, cùng với sự phát triển nhanh của ngành hóa chất, công nghiệp sơn tổng hợp ra đời với sự phát triển mạnh, đặc biệt là ở những nước có công nghiệp hóa chất phat triển mạnh. Toàn thế giới năm 1965 sản xuất khoản 10 triệu tấn sơn, năm 1975 tăng lên 16 triệu tấn. Trong công nghiệp sơn hiện nay người ta sử dụng 2700 loại nhựa làm chất tạo màng, 700 loại dầu, 2000 loại bột mầu, 1000 loại dung môi và khoảng 600 chất phụ gia. Trước đây, sơn dầu chiếm ưu thế trong công nghiệp chế tạo sơn. Nhưng trong vòng 10 năm trở lại đây, sơn tổng hợp đã tiến lên chiếm ưu thế hàng đầu trong các loại sơn. ) Định nghĩa sơn. Trước đây một số nhà nghiên cứu đã đưa ra một vài khái niệm sau : Sơn là huyền phù của bột màu, chất độn trong dung dịch chất tạo màng với dung môi tương ứng (Liên Xô). Sơn là tổ hợp lỏng chứa bột màu, khi phủ lên nền thành lớp mỏng sẽ tạo thành màng phủ không trong suốt (Mỹ). Hai định nghĩa này bao gồm các loại sơn màu đục, men (pigment paint) Dạng vật liệu sơn không chứa bột màu gọi là vec ni, là dung dịch tạo màng trong dung môi thích hợp. Định nghĩa tổng quat:Sơn là hệ phân tán gồm nhiều thành phần (chất tạo màng,chất màu,...trong môi trường phân tán ).sau khi phủ nên bề mặt vật liệu nền nó tạo thành lớp màng đều đặn,bám chắc,bảo vệ và trang trí bề mặt vật liệu cần sơn. Như vậy,chức năng của màng sơn là trang trí và bảo vệ vật liệu nền. 1.2 ) Phân loại sơn : Có rất nhiều cách phân loại : -Căn cứ vào chất tạo màng: +Sơn dầu thuần túy:thành phần chất tạo màng chỉ có dầu thảo mộc,ít dùng do không bền. +Sơn dầu nhựa :thành phần chất tạo màng gồm dầu thảo mộc và nhựa (thiên nhiên,nhân tạo ).Loại này được dùng phổ biến trong đời sống hằng ngày nhưng ít dùng trong các ngành kỹ thuật. +Sơn tổng hợp :Chất tạo màng là nhựa tổng hợp (gọi tên căn cứ vào tên của các loại nhựa: ví dụ sơn epoxy,sơn alkyd,...) -Căn cứ vào bản chât scuar môi trường phân tán : +Sơn dung môi:môi trường phân tán là dung môi hữu cơ +Sơn nước:môi trường phân tán là nước +Sơn bột:không có môi trường phân tán -Căn cứ vào ứng dụng: +Sơn gỗ + Sơn kim loại +Men tráng gốm sứ +Sơn chống hà +Sơn cách điện +Sơn chịu nhiệt +Sơn bền hóa chất +Sơn bền khí quyển -Căn cứ vào phương pháp sơn: +Sơn phun +Sơn tĩnh điện +Sơn tráng,mạ kim loại -Các dạng sơn đặc biệt khác: +Sơn dẫn điện +Sơn cảm quang +Sơn phát sáng 1.3 ) Thành phần của sơn : Bao gồm các thành phần sau: -Thành phần chính: +Chất tạo màng :là thành phần chủ yếu quan trọng nhát,quyết định các tính chất của màng sơn Chất tạo màng bao gồm:dầu thảo mộc,nhựa thiên nhiên,nhựa tổng hợp Đối với dầu thảo mộc thì chỉ có những loại dầu khô (dầu trẩu,dầu lanh )mới có khả năng tạo màng ( do trong phân tử có nhiều nối đôi liên hợp) còn các loại dầu bán khô,và không khô dùng để biến tính nhựa tổng hợp dùng làm chát hóa dẻo Nhựa thiên nhiên,nhựa tổng hợp được biến tính đẻ thay đổi tính chất +Chất màu (bột màu,bột độn ) +Dung môi +Các chất phụ gia:Chất hóa dẻo,chất làm khô đóng rắn,chất ổn định.Ngoài ra còn có những chất đặc biệt như chất diệt khuẩn,dẫn nhiệt,dẫn điện,chất phát sáng,cảm quang,... 1.4 ) Cơ chế bảo vệ của màng sơn Điều quan trọng nhất của sơn là bảo vệ bề mặt sản phẩm ( đặc biệt là kim loại ) Màng sơn mỏng hình thành trên bề mặt chi tiết cách li với môi trường như nước,không khí,ánh sáng mặt trời, và môi trường ăn mòn (như axit,kiềm ,muối ,SO2,...)bảo vệ được sản phẩm không bị ăn mòn.Nếu như bề mặt có lớp màng cứng,có thể làm giảm sự va đập,ma sát do đó sơn còn tác dụng bảo vệ cơ khí. Trong công nghiệp sản xuất sơn chống rỉ, việc lên đơn công thức và quy trình công nghệ sản xuất phù hợp phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố môi trường nơi sử dụng, vùng nền mà vật liệu sơn phủ sẽ bảo vệ, chiến lược và cách chống ăn mòn, tính năng nguyên vật liệu sử dụng... Hệ màng phủ trong sơn chống rỉ có chức năng bảo vệ bề mặt nền theo một trong các cơ chế : +Hiệu ứng cản có được trong hệ màng phủ nhờ vào tính thấm khí, nước và dẫn ion kém của màng. +Hiệu ứng ức chế quá trình ăn mòn bề mặt nền nhờ vào quá trình thụ động hóa bề mặt nền bởi hệ màng phủ có khả năng chuyển hóa hoặc nhờ sự có mặt các thành phần màu có tính ức chế trong màng phủ. +Ngoài ra, trong công nghiệp, các màng phủ kim loại, hữu cơ, vô cơ còn dùng rộng rãi cơ chế chống ăn mòn bằng cách hy sinh thành phần kim loại hoạt động mạnh hơn. Thành phần kim loại này phải đang tiếp xúc với bề mặt nền. Một số so sánh về các chủng lọai sơn chống rỉ được phân loại theo chức năng hoạt động theo 3 cơ chế bảo vệ chính: A ) Ăn mòn trong môi trường ẩm và có nhiều ion: Khi bề mặt thép phơi ra trong môi trường ẩm mà không có sự bảo vệ, quá trình ăn mòn điện hóa trên bề mặt được diễn giải theo sơ đồ mình họa sau:  Việc lựa chọn một công thức và quy trình phù hợp cho sơn chống rỉ cần phải cân nhắc và lựa chọn theo các yếu tố quan trọng như sau: Không phải hệ màng phủ nào cũng phục vụ tốt trong mọi môi trường. Từng loại môi trường có hệ màng phủ phù hợp riêng. Ba loại môi trường chính thường thấy trong các ứng dụng được lưu ý đến như sau: B)Sơn giàu kẽm Là một loại sơn chống rỉ dùng kẽm như kim loại thay thế cho kim loại nền (thường là sắt thép) có quá trình hoạt động bảo vệ nền như sau: Sau đó : Với sơn chống rỉ có tính cản tốt, đường dẫn ion gây ăn mòn bề mặt nền thường có tổng chiều dài lớn hơn rất nhiều so với sơn không có tính cản. Một so sánh dưới đây giúp hình dung được nguyên lý thú vị này:  Sơn không có tính cản: Sơn có tính cản: C) Sơn chống rỉ có chất tạo màng gốc vô cơ (thường là từ silicate) dùng bụi kẽm làm thành một hổn hợp có tác dụng ức chế hữu hiệu sự tấn công các ion của chất gây ăn mòn. Cấu tạo của màng sơn loại này như sau: 2) Sơn men -Thành phần cơ bản: Trên cơ bản nhựa epoxy,alkyt,PU (poli Urethane),acrylic,vinyl -Sử dụng: Dùng để bảo vệ công trình hàng hải, hệ thống máy móc xa bờ, nền các cao ốc…v v những nơi cần được trang trí bảo vệ cũng như chịu được môi trường hóa chất. -Đặc điểm: + Sơn phủ cao cấp dùng trong xây dựng cho bề mặt láng bóng, chịu hóa chất và mài mòn.+Độ bóng và màu sắc không bị ảnh hưởng bởi môi trường bên ngoài.+Khả năng chống ăn mòn và va đập cao.+Có thể phủ thêm lớp sơn mới nếu cần thiết.+Chịu nhiệt độ đến 100oC.+Nhanh khô 2.1 ) Chất tạo màng Chất tạo màng là một pha liên tục trong một màng sơn,quyết định chủ yếu đặc tính bảo vệ và các đặc tính cơ học chung của màng ( ngoài ra các đặc tính cũng bị ảnh hưởng bởi bản chất bột màu cũng như mức độ khuếch tán bột màu trong chất tạo màng và thể tích bột màu trong đó) Có thể phân biệt các chất tạo màng như sau: -Chất tạo màng thiên nhiên: dâù thực vật,nhựa thiên nhiên,... -Chất tạo màng bán tổng hợp :các dẫn xuất hóa học của polimer thiên nhiên (cao su,...) -Chất tạo màng tổ hợp 2.1.1 ) Nhựa epoxy Nhựa epoxy là sản phẩm đa tụ từ hợp chất chưa nhóm epoxy CH2− CH− CH2− O haytừ hợp chất có khả năng tạo thành nhóm epoxy Là một trong những chất tạo màng quan trọng nhất trong công nghệ sơn Có ba phương pháp cơ bản sử dụng để tổng hợp nhựa epxy -Phản ứng của các chất cho proton với epiclohyđrin CH2− CH− CH2−Cl O -Epoxy hóa các hợp chất không no -Trùng hợp hoặc đồng trùng hợp các hợp chất không no chứa nhóm epoxy 2.1.1.1 ) Nhựa epoxyđian Là một loại nhựa quan trọng nhất và phổ biến nhất,sử dụng trong màng phủ,được tổng hợp từ Bis phenol A (BPA,đi phenol propan ) với epiclohyđrin Bis phenol A + Epiclohyđrin Epoxyđian CH3 HO− − C− −OH + H2C −CH−CH2−Cl CH3 O CH3 HO− − C− − O − CH2 −CH−CH2−Cl CH3 O CH3 +NaOH HO− − C− − O−CH2−CH − CH2 -NaCl –H2O CH3 O CH3 H−−O− − C− −O−CH2−CH−CH2− −O CH3 OH n CH3 CH2−CH−H2C−O− −C− O CH3 2.1.1.2 ) Nhựa epoxy novolac (nhựa polyepoxy ) Được tạo thành từ novolac và epoxy O−CH2−CH−CH2 O−CH2−CH−CH2 O−CH2−CH−CH2 O O O CH2 CH2 n 2.1.1.3 ) Nhựa epoxy mạch thẳng Là loại glixerin ete 2 hay 3 nhóm chức,nhiên liệu đầu để tổng hợp : đi etylen glycol glixerin ( hoặc etylen glicol tri etylen glycol glixerin ) với epiclohyđrin Gần giống cấu trúc nhựa epoxylđian ,nhưng có khối lượng phân tử thường thấp hơn và hàm lượng nhóm epoxy cao hơn 2.1.1.4 ) Nhựa epoxy este Chính là sản phẩm của phản ứng giữa nhựa epoxy và các axit béo đơn chức.Phổ biến nhất là nhựa đi từ epoxy có khối lượng phân tử 800-1600 Những axit béo hay sử dụng là từ dầu khô và dầu bán khô (dầu trẩu,dầu lanh.chứ a liên kết đôi,ba liên hợp ).Ngoài ra có thể sử dụng nhựa thông,chủ yếu là axit abietic. Qúa trình tổng hợp xẩy ra : CH2− CH− + RCOOH −CH−CH2−OCOR O OH −CH2−CH−CH2− + RCOOH −CH2−CH−CH2 − + H2O OH OCOR Nếu có 2 nhóm epoxy CH2− CH− CH−CH − CH2 +RCOOH O OH O CH2 − CH – CH – CH − CH2 epoxy không hoàn toàn OCOR OH OH OH OCOR Tiếp tục phản ứng với axit Epoxy biến tính với anhyđrich maneic ( AM )hay với anhyđrich phtarich (AP ) để tan trong nước 2.1.1.5 ) Ứng dụng nhựa epoxy trong màng phủ Sử dụng nhiều và đa dạng,trong nhiều lĩnh vực khác nhau. A ) Màng phủ bảo vệ công nghiệp Hệ nhựa epoxy đóng rắn nguội được sử dụng nhiều nhất cho các hệ ăn mòn,từ trung bình đến khắc nghiệt. Thường là nhựa epoxy lỏng được hòa tan trong dung môi,chất pha loãng,... Chất đóng rắn thường sử dụng là poliamin mạch thẳng (DETA,TETA,PEPA),poli amit amin,màng phủ thu được có độ bền đối với dung môi hóa học,bền mài mòn,bám dính tốt Màng phủ epoxy đóng rắn bằng amin sử dụng sơn máy bay,tầu thủy B ) Màng phủ epoxy nhựa than đá Phối hợp nhựa than đá với epoxy tạo nên cho sơn có lớp màng độ dầy lớn,hàm rắn cao ( thường sử dụng cho lớp sơn trung gian để tạo độ dầy ) Bền với nước,nước mưa,hoa shocj,tương đối bền với xăng dầu và các hiđrocacbon khác ( nhưng không sử dụng được với các dung môi đặc thơm,hoặc dung môi có cực,vì khi đó than đá sẽ bị hòa tan ) C ) Sơn lót epoxy giầu Zn Được sử dụng làm sơn lót cho kết cấu bằng thép ở biển hoặc cầu,cống ( nhờ có độ bám dính tốt ). Trong thực tế,lượng bột Zn thường chiếm khoảng 90 % toàn bộ lượng sơn lót.Nhằm chống ăn mòn điện hóa ( màng sơn đóng vai trò điện cực hy sinh để bảo vệ kết cấu bằng kim loại hoạt động yếu hơn ) 2.1.2 ) Nhựa ankyd Là nhựa poli este có cấu trúc R3 được chế tạo từ anhyđric của axit lưỡng chức mà chủ yếu là anhđric phtalic và rượu đa chức (chủ yếu là glycerin và penta ery thrytric ) CO CH2−OH HOCH2 CH2OH O CH−OH C CO CH2−OH HOCH2 CH2OH ( AP: alhđrich phtalic ) ( glycerin ) ( penta ery thrytric ) Nhựa ankyd đi từ AP + glycerin gọi là glyphtal AP + penta ery thrytric gọi là penta phtal -Màng sơn trên cơ sở nhựa ankyd không biến tính có đặc điểm : bám dính tốt với nhiều vật liệu,đàn hồi,bóng ,bền dưới tác dụng của ánh sáng nhưng lại có nhược điểm là dòn,dễ nứt,hút nước,khó hòa tan trong dung môi do cấu trúc chặt chẽ.Do đó trong thực tế rát ít dùng nhựa alkyd không biến tính để làm sơn -Người ta thường biến tính ankyd bằng axit béo hoặc dầu thực vật 2.1.2.1 ) Biến tính ankyd bằng axit béo Nguyên liệu : glycerin,AP,axit béo có thể cho vào một lúc hoặc tổng hợp monoglyceric của axit béo trước CH2−OH CH2−OCOR CH−OH + RCOOH CH−OH CH2−OH CH2−OH Mono glyceric +AP tạo ra cấu trúc nhánh : R R CO CO O O CH2− CH−CH2 CH2−CH−CH2−..... O O O CO CO... CO CO Tuy nhiên việc tách axit béo từ dàu thực vật rát phức tạp và giá thành cao nên phương pháp này ít sử dụng 2.1.2.2) Biến tính ankyd bằng dầu thực vật Thành phần : Triglyceric , glycerin , AP Đối với phương pháp này không thể đưa nguyên liệu vào cùng một lúc vì AP tác dụng với glycerin tạo sản phẩm không tan trong dầu Cấu tạo của nhựa alkyd biến tính bằng dầu thực vật có thể biểu diễn như sau HOOC COO −C3H5−OOC COO−C3H5−OOC COO... OH OCOR Trong thực tế người ta thường dùng cả dầu bán khô và dầu khô.Các gốc R này còn có các nối đôi có khả năng kết hợp với nhau bằng những càu nối oxy -O- ( trong quá trình đóng rắn ) làm cho polyme có cấu tạo mạng lưới rất thích hợp để làm sơn HOOC COO −C3H5−OOC COO−C3H5−OOC COO... O O CO CO -Nhựa ankyd biến tính bằng dầu thực vật có thể pha thêm một ít nhựa thông ( hàm lượng nhựa thông không nên vượt quá 10 % ) để giảm độ nhớt nhưng làm cho màng sơn dòn -Tính chất của alkyd biến tính bằng dầu thực vật phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố : lượng dầu,độ không no của dầu +Hàm lượng nhựa trong dầu được đánh giá bằng % trọng lượng dầu ( hay axit béo ) trong nhựa .Nó thường dao động trong khoảng 30-70 % . Căn cứ vào hàm lượng dầu trong nhựa ankyd biến tính có thể phân làm 4 loại nhựa : Loại nhựa hàm lượng dầu ( % ) béo >60 % béo trung bình 45-59 % gầy 35-44 % rất gầy <35 % Hàm lượng dầu ( độ béo ) càng cao thì dung dịch nhựa càng ít nhớt,khả năng hòa tan vào dung môi cacbuahydro mạch thẳng càng dễ dàng,sơn càng dễ ngấm bột mầu và có khả năng dung chổi quét gia công ,màng sơn co giãn tốt,bền với thời tiết nhưng kém rắn,ít bám dính,kém bền với dung môi dầu nhờn và chậm khô +Độ không no ( đọ khô ) của dầu : Dầu càng khô thì màng sơn càng khô nhanh ,nhưng nó làm cho dung dịch nhựa có độ nhơt cao,dễ bị keo hóa,màng sơn chóng bị lão hóa. Do đó thường dùng kết hợp dầu khô và bán khô để màng sơn chậm lão hóa và có tác dụng hóa dẻo Nhựa alkyd biến tính bằng dầu thực vật có độ bóng cao,cứng,bền với nước,ánh sáng thời tiết,bám dính tốt với kim loại và tương đối co giãn .Ngoài ra còn có khả năng phối hợp với nhiều loại nhựa khác nên phạm vi sử dụng khá rộng VD ) + Biến tính nhựa alkyd với uretan tạo uretan alkyd + Biến tính nhựa alkyd với poliamit tạo tính chất lưu biến trong sơn + Biến tính nhựa alkyd với silicon để tăng và duy trì độ bóng + Biến tính nhựa alkyd với nhựa PF để tăng độ cứng và bền hóa chất + Biến tính nhựa alkyd với nhựa vinyl để tăng khô nhanh,tăng cứng,duy trì độ màu,bền nước và hóa chất 2.1.3 Nhựa acrylic Các polime acrylic được sử dụng rộng rãi do các đặc tính tuyệt vời của chúng về độ trong,chịu được hóa học,thới tiết và các tính chất về độ bền 2.1.3.1 ) Nguyên liệu đầu Các monome được xếp theo dạng ‘’ cứng ‘’,’’mềm’’,’’hoạt tính ‘’ trên cơ sở các đặc tính của chúng biểu hiện trên polyme cuối cùng +Monome cứng : MMA ( metyl metacrylat ) , styren , vinyl axetat +Monome mềm : các acrylat mềm hơn (metacrylat,etyl acrylat, 2-etyl hexyl acrylat,metacrylat mạch dài,...) +Monome hoạt tính :thường chưa nhóm hydroxyl như hydroxyl etyl acrylat,acryl amit.Các monome dạng axit như axit metacrulic cũng là những monome hoạt tính và thường sử dụng lượng nhỏ trong hợp chất để làm tăng sự khuếch tán của bột mầu,và đóng vai trò xúc tác cho việc đóng rắn các dẫn xuát polyme 2.1.3.2 ) Điều chế nhựa acrylic Phụ thuộc vào monome ban đầu ( độ beebf,giá thành,độ hoạt động ) Tỷ lệ monome cứng /monome mềm sẽ điều chỉnh khối lượng phân tử,và từ tỉ lệ này có thể dự đoán tương đối chính xác các ứng dụng của chúng trong màng phủ Bình thường tiến hành trong dung dịch 50%,nhiệt độ phụ thuộc dung môi,tỷ lệ chấ khơi mào ( hàm lượng ) từ 0.1 – 4 %,nhiệt độ sử dụng chất khơ mào từ 90 – 1300C Monome acrylic có thẻ thực hiện trùng hợp khối,huyền phù,nhũ tương,khuếch tán trong dung dịch 2.1.3.3 ) Ứng dụng nhựa acrylic -Nhựa acrylic nhiệt dẻo Khi sử dụng cần chú ý đến khối lượng phân tử và phân bố khối lượng phân tử vì sự đồng đều,phân bố khối lượng ảnh hưởng đến tính chát màng sơn.đặc biệt là đối với những loại sơn có bột kim loại,đặc tính lưu biến của nó ảnh hưởng đến hướng của vẩy nhôm,vẩy kim loại trên màng phủ Khi khối lượng phân tử của nhựa quá cao,khi phun sơn,lượng rắn phun ra chậm,còn khi khối lượng phân tử rất cao thì có thể gây ra dạng mạng nhên khi phun Nếu khối lượng phân tử tháp thì lại giảm độ bền và giảm đặc tính cơ học Đối với sơn polymetyl metacrylat,thường khối lượng phân tử tối ưu nằm trong vùng 80 000.Ngoài ra đối với màng này phải tiến hành dẻo hóa để tăng độ bền chống rạn,thường chất dẻo hóa là benzyl,butyl benzyl ftalat hoặc polyeste thấp phân tử +Nhựa acrylic nhiệt dẻo đặc biệt được ứng dụng cho lớp phủ ngoài của ôtô +Nhựa acrylic nhiệt dẻo trộn hợp với nitroxenlulo hoặc trộn với chất hóa dẻo ankit để sơn ôtô - Nhựa acrylic nhiệt rắn + Được hình thành để khắc phục một số nhược điểm của acrylic nhiệt dẻo,đặc biệt là áp dụng trong công nghiệp + Ưu điểm : tăng độ bền hoá học và kiềm,sử dụng được phàn rắn cao hơn,trong dung môi rẻ hơn và mềm ít hơn khi làm việc ở nhiệt độ cao + Nhựa acrylic nhiệt rắn có M = 20 000 - 30 000 + Hàm lượng monome hoạt động 5 – 25 % 2.1.3.4 ) Biến tính nhựa acrylic +Tăng tính chất của nhựa,nhựa polyme đi từ copolyme acrylic (trùng hợp 2,3 monome khác nhau ) có các nhóm chức là hidroxyl có thể khâu mạch với nhựa metamin focmandehit để tạo vật liệu có độ bền thời tiết và có tính chất cơ học tốt + Nhựa acrylic biến tính với poly butadien được sử dụng làm lớp lót trên bề mặt thép trần 2.1.4 Nhựa PU (poly uretan ) Nhựa poli uretan là các polyme chứa liên kết uretan ( -NH-CO-O- ). Ngoài ra,dạng cacbamat cũng đồng nghĩa uretan,được hình thành bởi 1 polyme(ancolhol ) và một iso xianat.Ngoài ra có thể tổng hợp bằng các phương pháp khác. 2.1.4.1 ) Nguyên liệu đầu 2,4-TDI,hoặc 2,6- TDI ( toluilen ddiiisso xianat )hoặc hỗn hợp dẫn xuất của chúng CH3 N=C=O N=C=O Ngoài ra còn dùng 1,6-hexametylen đi iso xianat.Nhưng trong công nghiệp sơn hạn chế sử dụng isoxianat để tổng hợp màng poliuretan,do độ độc cao,dễ bay hơi do khối lượng nhỏ.Thường sử dụng các dãn xuât scuar chúng (poly xianat ) có độ độc nhỏ hơn,và độ bay hơi nhỏ hơn (vì khối lượng lớn hơn ) Thường dùng : +Sản phẩm tương tác của 2,4-TDI với rượu đa chức Vd ) với đietylen glicol O=C=N O O H3C NH-C-O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-O-C-NH OCN CH3 Hoặc với trimetylol propan,sản phẩm CH2-O-C-NH- CH3 O NCO C2H5 –C CH2-O-C-NH- CH3 O NCO CH2-O-C-NH- CH3 O NCO Hoặc với sản phảm alcol phân hóa dầu chẩu NCO CH2-O-CO-NH- -CH3 NCO CH-O-CO-NH- -CH3 CH3 CH2 NCO CH2-O-CO ( CH2 )7CH=CH-CH2-CH-O-CO-NH- -CH3 +Sản phẩm tương tác của 1,6-HMDI (1,6 hexa metylen điío xianat ) với nước tạo ra poly iso xianat OCN ( CH2 )6 N-CO-NH ( CH2 )6 NCO O=C-NH ( CH2 )6 NCO +Polyol : đế tổng hợp polyuretan là các este,et,EP,oligome.Loại polyeste không no với yêu cầu có giá trị hidroxyl cao và axit nhỏ,được sử dụng rộng rãi nhất cho phản ứng tổng hợp polyuretan (nếu polyeste có chỉ số axit cao thì khi tổng hợp polyuretan sẽ giải phóng CO2 , không tốt ) Khi tạo màng,bản chất màng tạo ra phụ thuộc vào cả 2 nguyên liệu đầu Màng tạo từ poly este mạch thẳng ,màng tạo sẽ mềm Màng tạo bởi axit phtalic,iso phtalic,tere phtalic,màng sẽ cứng và giòn hơn Nếu sử dụng erythrin,thì màng cứng hơn 2.1.4.2 ) Phân loại màng phủ polyuretan -Loại 1 cấu tử hoặc 2 cấu tử,mỗi một loại ddeuf có tính chất đặc biệt liên quan đến cấu trúc ban đầu trong cơ chế chất đóng rắn cũng như thành phần chất tạo màng Mỗi một loại đều có tính chất đặc bieetjlieen quan cấu trúc ban đầu trong cơ chế chất đóng rắn cũng như thành phần chất tạo màng -Sơ đồ phân loại PU Vật liêu sơn polyuretan Hai cấu tử một cấu tử urankit Poliisoxianat prepolyme với nhóm isoxianat+ polyol khối NCO đóng rắn bằng không khí ẩm đóng rắn theo phản ứng nhóm NCO với nước đóng rắn theo phản ứng nhóm NCO và OH -Màng phủ 2 cáu tử trên cơ sở polyisoxianat và polyol +Là dạng màng phủ được sử dụng phổ biến,quan trọng nhất là tỉ lệ của isoxianat và polyol (NCO/OH ).Khi tỉ lệ NCO giảm thì màng mềm hơn do OH nhiều,NCO càng nhiều thì màng càng cứng +Polyol rất đa dạng,nếu polyol 2 thành phần thì lượng OH khó tính toán.Tiến hành trộn 2 cấu tử polyol và poly isoxianat theo tỉ lệ tính toán trước ( đựng vào 2 hộp khác nhau,chỉ trộn trước khi gia công ) +Trộn bột mầu vào polyol để tạo sơn có mầu( không trộn vào polyisoxianat vì dễ bị hút ẩm và keo tụ ) khó bảo quảnvà vì khối lượng và thể tích polyisoxianat nhỏ hơn nhiều polyol,nên không trộn bột mầu polyol và chất tạo màng,còn poly isoxianat đóng rắn.Cho bột mầu vào polyol.Mặt khác một số bột màu có tính chất Bazơ (ZnO,Fe2O3,...) gây hiện tượng gel cục bộ trong quá trình bảo quản + Có thể đóng rắn ở 00C . Phụ thuộc chất đóng rắn là poly este,..màng phủ nằm trong một dải độ cứng,độ mềm dẻo.Màng này có độ bám dính rất tốt với bề mặt sạch.Khi sử dụng ngoài trời,cần bền thời tiết,sử dụng sơn lót epoxy.Đặc tính trang trí,khi sử dụng isoxianat thơm,màng biến thành vàng,sử dụng isoxianat thẳng giữ mầu.Bền dung môi,bền hóa chất,bền ẩm 2.1.4.3)Màng phủ đóng rắn ẩm Glixerin +ddiiaxxit poly este triol xuất hiện OH bậc 2,tham gia phản ứng chậm hơn poly este bình thường.Nếu trộn hợp chúng với một lượng iso xianat thì không đóng rắn và tạo ra prepolyme ( tiền polyme ) nếu trộn đủ hoặc thiếu thì đóng rắn.Khi đem ra ngoài không khí ,phản ứng với O2,H2O,đóng rắn ,gọi là đóng rắn ẩm.Màng này rất cứng,bám dính,bóng,chịu mài mòn cao,chúng được sử dụng cho bề mặt sàn gỗ hoặc bê tông cần độ bền kiềm 2.1.5 Nhựa Vinyl CH2=CH2 trùng hợp 1 monome tạo homo polyme,trùng hợp bởi 2 hoặc nhiều monome khác nhau tạo copolyme.Nhựa vinyl là các polyme nhiệt dẻo ,mạch thẳng,tạo thành bởi trùng hợp các hợp chát chứa nhóm vinyl Có 2 phương pháp phổ biến để trùng hợp các polyme vinyl +Trùng hợp dung dịch,các monnome phải hòa tan trong dung môi +Trùng hợp nhũ tương,monome phải được nhũ hóa trong 1 dung môi,không tan trong dung môi,chất khởi đầu phải tan trong dung môi,Chất khởi đầu thường sử dụng là peroxit,thường dùng là peroxit benzoyl do ( t0 : 800C đến 1000C,thời gian bán phân hủy,rẻ tiền,dễ kiếm )Ngoài peroxit còn có thể sử dụng nhiệt,bức xạ,ánh sáng.Thường chọn phương pháp trùng hợp nhũ tương vì những yếu tố cơ bản của nó (rẻ hơn,dễ kiểm soát quá trinh hơn ) 2.1.5.1 ) Nhựa poly vinylaxetat ( PVAc) Đây là sản phẩm trùng hợp từ vinylaxetat Vac n CH2=CH CH2-CH n OCOCH3 OCOCH3 ( ứng dụng làm keo dính ) PVAc là loại nhựa không mầu và có nhiệt chảy mềm tương đối thấp (380C) .Nó không độc và là nhựa nhiệt dẻo.Tuỳ theo phương pháp tổng hợp sẽ thu được 1 loạt các loại nhựa có mật độ trùng hợp và đặc tính hòa tan khác nhau.Loại có độ trùng hợp thấp hòa tan trong etanol,este,xeton và dung môi thơm.Những màng phủ tạo ra từ loại nhựa này thường bị giòn và bám dính kém với các bề mặt nhẵn ,do đó phải cho thêm chất hóa dẻo vào Ngoài ra đặc điểm của PVAc là dễ bị hút ẩm 2.1.5.2) Nhựa poly vinylancol ( PVA ) PVA được sản xuất trong công nghệ từ PVAc bằng cách xà phòng hóa với kiềm hoặc thủy phân với 1 axit vô cơ làm xúc tác -CH2-CH- + ROH -CH2-CH-CH2-CH- + n CH3COOH OCOH OH OH PVA tinh khiết là một loại bột mầu trắng tan trong nước và không tan trong đa số các dung môi hữu cơ,màng phủ từ PVA bền nước với các chất lỏng hữu cơ như nhiên liệu,dàu mỡ,không thấm với nhiều loại khí như H2,N2,O2,...Trong composit,PVA thường được dùng để chống dính 2.1.5.3 ) Nhựa poly vinyl fomal ( PVF ) PVF được tổng hợp từ PVA phản ứng với andehit fomalic -CH2-CH-CH2-CH- + n HCHO - CH2-CH-CH2-CH- OH OH O O CH2 PVF là một loại bột hoặc hạt không mùi,mầu trắng hoặc vàng nhạt,tan trong một số ít loại dung môi như dung môi clo hóa hoặc hexanol đi ocxan PVF có đặc tính là chịu ánh sáng ,bám dính và có độ cách điện ( do đó hay sử dụng làm cách điện,sơn chịu xăng dầu ) 2.1.5.4 ) Nhựa poly vinyl butyral ( PVB ) Giiongs PVF là cũng được tổng hợp từ PVA với butyraldehit -CH2-CH-CH2-CH- + CH3-CH2-CH2-CHO - CH2-CH-CH2-CH- OH OH O H O C CH3-CH2-CH2 PVB là loại poly vinyl axetal quan trọng nhất vì được sử dụng nhiều để làm lớp sơn lót cho kim loại để tăng độ bền,độ bám dính và tính chống rỉ cho các lớp sơn sau.PVB tồn tại dạng hạt trắng hoặc vàng nhạt ,có độ ổn định với ánh sáng,màng sơn có độ đàn hồi cao hơn PVF Ứng dụng chủ yếu làm sơn cách điện,sơn lót chống rỉ cho thiết bị hoặc công trình làm việc ở biển hoặc những nơi mà điều kiện ăn mòn khắc nghiệt 2.1.5.5 ) Poly vinyl clorua ( PVC ) Được tổng hợp từ vinylclorua bằng một trong những phương pháp trùng hợp khối,nhũ tương hoặc huyền phù n CH2 = CH CH2-CH n Cl Cl PVC là một loại nhựa không mầu,hòa tan rát hạn chế trong các dung môi trông dụng,do đó trong lĩnh vực màng phủ nó được sử dụng ở dạng huyền phù,chủ yếu là hai dạng sau : -Plastisol : đây là PVC mịn ,phân tán trong một chất hóa dẻo phù hợp ,chúng thường kết hợp với bột mầu,tạo ra màng dầy sấy nóng ở nhiệt độ 1700C đến 1930 C Ở nhiệt độ này PVC nóng chảy và nó hấp thụ chất hóa dẻo tới dạng mềm và tạo ra một màng liên tục ,những màng này rất bền với các tác nhân hóa học ,tuy nhiên plastisol có độ bám dính kém trên nền thép -PVC mịn phân tán trong chát hóa dẻo và chất loãng.Loại này cũng thường kết hợp với bột mầu tạo ra màng mỏng hơn và nhẵn hơn plastisol,ngoài ra nó cũng yêu cầu quá trình xử lý nhiệt 2.1.5.6 ) Đồng trùng hợp vinylaxetat và vinyl clorua Có thể tiến hành đồng trùng hợp Vac với một loạt các monome để tạo ra các sản phẩm có độ cứng yeu cầu hoặc độ mềm dẻo yêu cầu Monome trùng hợp có thể sử dụng : acrylat,maleat,caprolactam Phương pháp đồng trùng hợp phổ biến nhất là phương pháp trùng hợp huyền phù Trong lĩnh vực trang trí,người ta tiến hành đồng trùng hợp vinylaxetat với etylen và thường etylen chiếm 8-25 % màng này chịu được hóa chất ,độ bền tốt,đặc tính không biến vangfkhi so sánh với các polyme đồng trùng hợp khác.Hoặc đồng trùng hợp VAc và VC ( VC chiếm 80-90 % ) để tạo polyme nhiệt dẻo không hoạt tính,rất bền với sự xuyên thấm của ẩm và sự tấn công của hóa chất 2.1.5.7 )Peclovinyl ( poly vinyl clorua clo hóa ) Peclovinyl được điều chế bằng cách clo hóa PVC tạo ra bột mầu trắng,peclovinyl thương mại có hàm lượng Cl khoảng 66-67 % .Ở PVC ,Cl chiếm 56,8 % Peclovinyl hòa tan trong axeton,toluen,axetat và trộn hợp được với nhiều loại nhựa khác nhau và các chất hóa dẻo thông dụng Một đặc điểm nổi bật của peclovinyl là chống cháy,ngoài ra có độ bền hóa học.Sử dụng cho sơn chống cháy,sơn chịu hóa chát,nhưng độ bóng của màng không cao 2.2 ) Dung môi Trong sơn,dung môi là hợp phần chính,nó thường chiếm khối lượng lớn hơn so với chất tạo màng.Một số loại sơn,dung môi chiếm đến 80 %,chỉ còn 20 % là chất tạo màng như sơn nitro xenlulo,clo cao su,... Dung môi là chất lỏng dễ bay hơi dùng để hòa tan một số chất tạo màng ,chất hóa dẻo ,... chuyển hệ sơn vào trạng thái thuận lợi cho việc chế biến,sử dụng và sẽ bay hơi hết trong quá trình tạo thành màng sơn 2.2.1 ) Yêu cầu đối với dung môi 2.2.1.1) Khả năng hòa tan Mỗi loại dung môi chỉ có khả năng hòa tan một số chất tạo màng nhất định,nếu dung môi và chát tạo màng có độ phân cực càng giống nhau thì càng dễ hòa tan Dựa vào khả năng hòa tan người ta chia dung môi làm ba loại -Dung môi thật ( dung môi hoạt động ) -Dung môi ẩn:bản thân nó không hòa tan chất tạo màng,nhưng hỗn hợp của nó với dung moi thật làm tăng khả năng hòa tan so với chỉ dùng dung môi thật -Chất pha loãng :Dung môi thật đối với một chất tạo màng là những chất lỏng hòa tan thật sự chất tạo màng đó,còn chát pha loãng tự mình nó không thể hòa tan chất tạo màng , mà chỉ góp phần làm giảm độ nhớt của dung dịch Tỷ lệ chất pha loãng với dung môi thường có một giới hạn nhát định.Nếu vượt quá giới hạn này sẽ làm keo kết chất tạo màng,làm dung dịch bị đục 2.2.1.2) Điểm sôi ( nhiệt độ sôi ) Nhiệt độ sôi không là tiêu chuẩn thực để đánh giá tốc độ bay hơi của dung môi,các phân tử có kích thước càng nhỏ thì bay hơi càng nhanh,điều này chỉ đúng với các chất lỏng không phân cực như hydrocacbon ( các phân tử tồn tại độc lập nhau ) còn các chất lỏng phân cực thì các phân tử kết hợp chặt chẽ với nhau do tồn tại các lực hóa trị phụ giữa chúng.Sự kết hợp này làm tăng nhiều kích thước của chúng,Do vậy sự bay hơi sẽ bị cản trở.Mức độ kết hợp giữa các phân tử sẽ bị giảm khi nhiệt đọ tăng,và ở điểm sôi sự kết hợp thực tế bằng không 2.2.1.3 )Tốc độ bay hơi Tốc độ bay hơi đặc trưng cho khả năng rời khỏi bề mặt của một chất lỏng Nếu một dung môi bay hơi quá nhanh thì nó có những nhược điểm sau -Sơn nhanh chóng bị đặc lại vậy khó gia công -Các phân tử không bay hơi chưa kịp sắp xếp lại ở những vị trí thuận lợi làm cho tính năng cơ lí của màng bị giảm -Lớp dung môi trên cùng bay hơi quá nhanh làm cho rắn lại sớm trong khi các phân tử dung môi ở các lớp bên dưới chưa kịp thoát ra hết gây nên hiện tượng phồng rộp,nhăn màng Đối với những dung môi bay hơi quá chậm thì màng sẽ chậm khô,làm giảm năng suất Do vậy khi dùng dung môi nên dùng dung môi gồm 3 loại:bay hơi nhanh,vừa và chậm .Bộ 3 này giúp cho màng sơn có độ chảy tốt nhất,bề mặt sơn đều,bóng và đẹp 2.2.1.4) Khả năng độc hại và cháy nổ Do đặc điểm của dung môi là dễ bay hơi nên khi sản xuất và gia công dung môi sẽ vào cơ thể con người qua hô hấp,miệng,hấp thụ qua da.Hầu hết dung môi đều độc hại,một số dung môi gây viêm da,cháy da,gây mê hoặc trạng thái không nhận thức được,một số ảnh hưởng mạnh đến máu,thận 2.2.1.5) Độ ổn định hóa học Khi dùng dung môi phải lưu ý xem dung môi có chứa những nhóm hoạt động có khả năng phản ứng với các phần tử hay không,nếu có sẽ ảnh hưởng rất lớn đến tính năng của màng sơn Dung môi được dùng không nên chứa những hợp chất sunfua và không nên có tính axit vì nó sẽ ăn mòn kimloaij hoặc phản ứng với một số bột màu hoặc nhựa trong sơn 2.2.1.6) Mùi và mầu Mùi mạnh hoặc khó chịu trong dung môi ảnh hưởng sinh lí trầm trọng đến công nhân và người sử dụng sơn,tốt nhất nên chọn dung môi không mùi Màu cũng ảnh hưởng đến sơn trắng và mầu sáng,nên cần phải chú ý 2.2.1.7 ) Tỷ trọng và giá thành Để tiện việc sử dụng và theo dõi giá thành thì nên chú ý đến tỷ trọng của dung môi Dung môi được dùng phải đảm bảo giá cả phải chăng,dễ kiếm Việc sử dụng chất pha loãng làm giảm đáng kể giá thành sản phẩm 2.2.2 Một số loại dung môi -Dung môi terpen: được lấy từ cây thông -Dung môi hidro cacbon -Dung môi có chứa oxi:thường là những dung môi phân cực nên trong công nghệ sơn người ta thường dùng kết hượp với các dung môi khác để thay đổi tính năng của màng và giảm giá thành -Dung môi chưa clo:có khả năng chống cháy,nhưng giá cao,thường là dộc hại,nên hạn chế sử dụng -Dung môi nitro parafin : dùng tốt cho các loại sơn có chất tạo màng là polyvinyl,xenlulo và các dẫn xuất của xenlulo,đặc biệt là axetat xenlulo.Cca loại dung môi này thường không độc,không có khả năng gây cháy nổ trừ nitro metal -Dung môi furan và các dẫn xuất 2.3 Bột mầu và chất độn 2.3.1 Bột màu : là thành phần quan trọng tạo mầu cho màng sơn,bột mầu không hòa tan trong dung môi hoặc dầu,nó được nghiền đồng đều với chất hóa dỏe có tác dụng che phủ bề mặt,chống xuyên thấu của tia tử ngoại,làm cho màng sơn có màu,chịu nước,chịu khí hậu,nâng cao độ cứng .độ mài mòn,kéo dài tuổi thọ màng sơn,... Bột màu là những hạt rắn mịn,phân tán đều trong môi trường sơn,tạo cho màng sơn một số tính chất đặc biệt,tính chất quan trọng nhất của bột màu là làm cho màng sơn có màu sắc nhất định,mất độ trong suốt ( ngoài ra còn có thể làm tăng độ bám dính,tăng độ bèn,tăng khả năng chịu thời tiết cũng như khả năng chống ăn mòn,làm giảm độ bóng và thay đổi tính chảy ) Phân loại -Bột mầu vô cơ :dạng tự nhiên và dạng tổng hợp -Bột mầu hữu cơ :chỉ có dạng tổng hợp 2.3.1.1 ) Bột mầu vô cơ : Thường bột mầu vô cơ có chiết suát cao hơn nên tạo màu hiệu quả hơn. -Mầu sắc phụ thuộc cấu trúc hóa học,được xác định bởi sự hấp thụ và phản xạ chọn lọc sóng ánh sáng khác nhau trên bề mặt bột mầu -Cấu trúc tinh thể:bột mầu có thể sắp xếp theo dạng tinh thể ( chủ yếu ) hay vô định hình -Hình dạng hạt :hình cầu,lập phương,que,dĩa dẹp,mấu nhỏ.Trong quá trình sản xuất các hạt liên kết với nhau tạo ra dạng kết tụ hay tập hợp (Nhà sản xuất không mong muốn ) +dạng tập hợp :dạng này phân tách chúng ra rất khó,nên tranh shinhf thành dạng này +dạng kết tụ :các hạt sơ cấp tụm lại,có thể vỡ ra trong quá trình phân tán -Kích thước hạt và phân bổ kích thước hạt:kích thước hạt bằng đường kính trung bình của hạt sơ cấp,hạt lớn nhanh lắng,hạt nhỏ khó phân tán -Chiết suất (chỉ số khúc xạ ) RI :chiết suất của bột mầu và của môi trường phân tán càng khác xa nhau thì độ đục càng lớn (bột độn chiết suát nhỏ nên độ đục nhỏ ) - Bản chất hóa học:bản chất hóa học,cấu trúc bột mầu sẽ quy định mầu sắc do sự hấp thụ,phản xạ chonjlocj ánh sáng.Thường bột mầu vô cơ có chiết suát cao hơn nên tạo màu hiệu quả hơn VD: -Bột mầu trắng ( TiO2,BaSO4 ) Tất cả bột mầu trắng đều có nguồn gốc vô cơ,dùng phổ biến nhất là TiO2 do mầu sạch,bền hóa chất,dung môi hữu cơ bền nhiệt,độ đục lớn ( do chiết suất cao nTiO2 =2.76 ) không độc ,trơ hóa học Ứng dụng để sơn đồ đựng thực phẩm,sơn đồ chơi trẻ em Nhược điểm :dễ bị phân hóa và giá thành cao Oxit kẽm : dùng như chất bộn độn,bột mầu xúc tiến quá trình lưu hóa cao su,trạng thái tinh thể ZnO có khoảng trống (do kích thước Zn và Oxy khác nhau )tạo tính bán dẫn ZnO lưỡng tính ,với chất tạo màng độ axit thấp ZnO sẽ cải thiện quá trình thấm ướt bột mầu,phân tán bột mầu dễ hơn,tăng độ nhớt,giảm sự lắng,với chất tạo màng độ axit cao,sẽ gây đặc,gel cục bộ -Bột mầu đen ( cacbon,grafit,Fe3O4 ) -Bột mang mầu khác :là các oxit,hydroxyt vô cơ vơí ưu điểm là chiết suất cao tạo độ đục lớn,rẻ tiền và dễ kiếm ( oxit sắt không độc,đa rạng về mầu sắc đỏ,nâu,vàng,dacam.CrO3 có mầu xanh .....) 2.3.1.2 ) Bột màu hữu cơ : mầu sắc chấp nhận được,có giải dộng về giá thành 2.3.2 ) Chất độn : là bột mầu vô cơ có chỉ số khúc xạ ánh sáng thấp ( RI = 1,45-1,46 ) Tác dụng giống chất làm đặc,giảm xu hướng lắng của bột mầu,tăng đặc tính chảy,quét,cơ học,giảm độ bóng,giảm giá thành của sơn Vd chất độn dạng sunfat ( Ca thạch cao ),chát độn dạng cacbamat ( vôi sống ) 2.4 ) Chất hóa dẻo và chất đóng rắn 2.4.1) Chất hóa dẻo Là chất làm tăng và duy trì tính mềm dỏe của màng sơn,nhất là dối với những chất tạo màng có tính giòn Có 2 loại chất hóa dẻo : -chất hóa dẻo ngoại,có thể trộn cơ học với chất tạo màng trong quá trình tạo sơn -chất hóa dẻo nội,có thể phản ứng với chất tạo màng Đặc điểm: khối lượng phân tử nhỏ,dạng lỏng,khó bay hơi,trộn lẫn hoàn toàn với chất tạo màng Yêu cầu :không ảnh hưởng tới tính chất cơ học,độ bền mầu sắc của màng sơn,làm màng sơn đàn hồi đến mức tối đa VD +DBP ( đi butyl phtanat ) COOC4H9 COOC4H9 Ưu điểm là trộn lẫn với nhiều chất tạo màng khác nhau Nhược điểm dễ bay hơi + DOP ( đi octyl phtanat ) COOC8H17 COOC8H17 Đặc điểm là khó bay hơi,ổn định cao với nhiệt độ và ánh sans +Parafin clo hóa:tăng tính dẻo của màng sơn,chống cháy do có cl 2.4.2 ) Chất đóng rắn ( chất làm khô ) Có tác dụng tăng nhanh quá trình đóng rắn màng sơn,chất đóng rắn làm tăng nhanh tốc độ khô cứng màng sơn gốc dầu,dầu nhựa,sơn gốc tổng hợp biến tính dầu ( sơn alkyd,epoxy,...) Trước đây chất làm khô chủ yếu làm bằng xà phòng chì,cobal,mangan của axit béo dầu lanh hoặc axit nhựa như :chất làm khô linoleat,chất làm khô resinat.Hiện nayconf có xà phòng của một số axit hữu cơ được dùng làm chất làm khô ( chất làm khô là xà phòng kim loại nặng của các axit hữu cơ ) Yêu cầu quan trọng với chất làm khô là phải duy trì độ hòa tan tốt và ổn định trong dung dịch,kết hợp tốt với chất tạo màng Chất làm khô linoleat,resinat và tallat được ddieuf chế từ các axit có khả năng bị oxi hóa nên có khuynh hướng thay đổi theo thời gian Những chất làm khô naphtenat và octoat được điều chế từ axit hữu cơ no do đó không bị oxi hóa nên ổn định hơn -chất làm khô linoleat được điều chế từ axit hỗn hợp của dàu lanh -chất làm khô resinat được điều chế từ axit nhựa thiên nhiên -chất làm khô naphtenat được điều chế từ những axit naphtenic là sản phẩm của quá trình tinh luyện dầu mỏ Cơ chế làm khô: 2(RCOO)2Mn + O2 2(ROO)2Mn4+O 2Mn(ROO)2 + 2-O- Không có chất làm khô : 120h đến 125h sơn mới khô K Khi có Mn t= 12h Pb t= 26h Pb + Mn t= 7,5h Pb + Mn+ Co t= 6h VD:Chất làm khô Pb 32%, Co 10%, Mn 10%, Ca 5%, cho sơn Alkyd 2.5 ) Các chất phụ gia khác Các chất phụ gia là thành phần không thể thiếu trong sơn ,có ảnh hưởng chủ yếu đến đặc tính khác nhau của sơn,.Khi thêm một lượng nhỏ vào 1 vật liệu màng phủ thì sẽ cải thiện hoặc biến đổi đặc tính của màng phủ hoặc vật liêu sơn trong quá trình sản xuất ,lưu kho ( bảo quản ),hoặc vận chuyển,hoặc sử dụng Thường phụ gia đưa vào thành phần sơn ít khi lớn hơn 5%,tỉ lệ trung bình của một phụ gia đơn trong một công thức sơn thường từ 1-1,5% khối lượng sơn.Trong công thức có thể phối hợp nhieeufchaats phụ gia ( tổng các chất phụ gia phải nhỏ hơn 5 % ) Phân loại chất phụ gia theo chức năng 2.5.1 )Chất phụ gia làm đặc Đưa vào trước giai đoạn nghiền nhằm tăng độ nhớt ,tạo đặc tính lưu biến cần thiết (tăng độ nhớt nhằm chống lại sự lắng của các hạt bột mầu nặng,tác động đến tính chẩy,lỏng,chống lắng và dễ quét ) -Chất làm đặc vô cơ: Gồm các clay hữu cơ ( orgaro clay )là họ khoáng tự nhiên tan tốt trong nước VD đất sét trắng.Hiệu quả làm đặc ở tốc độ trượt nhỏ,tác dụng tăng độ nhớt (do có liên kết hydro với môi trường sơn)nên chống lắng bột mầu khi để yên .Còn khi khuấy ,tác động lực làm liên kết hydro bị phá hủy,độ nhớt giảm,dễ quét Ưu điểm:chống xa lawngskhi bảo quản,chống chảy xệ lớp sơn Nhược điểm :khả năng chảy và tạo phẳng kém (do tỷ lệ nghịch với độ nhớt ) -Chất làm đặc hữu cơ Sử dụng cho cả 2 hệ sơn:sơn nước và sơn dung môi + Với sơn nước:CMC (cacboxy metyl xenlulo ) , tinh bột,xenlulo ( dạng este,êt ),acrylic.Chất làm đặc kết hợp HEUR (hydro phobically modified ethoxylated urethane ),HASE (hydro phobically modified alkali swellable emusions ) + Với sơn dung môi : độ nhớt quyết định chính từ chất tạo màng. Dầu ve khử nước,poly amit,sunphonat 2.5.2) Chất hoạt động bề mặt Chất thấm ướt ,phân tán Chất phá bọt Chất tăng độ bám dính 2.5.3 ) Chất biến tính bề mặt Liên quan đến đặc tính chảy,gồm chất trượt và làm đầy.Ảnh hưởng trực tiếp đến bề mặt màng sơn ( tác dụng đến đặc tính cơ học và quang học ) Phụ gia tawngtinhs làm trượt bề mặt và làm đầy bề mặt giúp trống xước,làm bề mặt bóng,tránh được trầy xước.Sử dụng chất bôi trơn tạo lớp màng mỏng giữa hai bề mặt , phân cách các bề mặt này Chất làm đày sẽ lấp đầy các lỗ rỗ trên bề mặt của sơn 2.5.4 ) Các chất có hiệu quả đặc biệt Chất chống tạo váng,chất ổn định ánh sáng,chất ức chế ăn mòn,chát chống mốc,nấm ,côn trùng,...chất chống cháy,chất quang hóa,... 3) Hướng nghiên cứu sắp tới 3.1) Chế tạo sơn men bán bóng Sơn men chịu mài mòn hóa chất KL5N Bóng mờ, màu trắng KL-5N: Là loại sơn ngoài trời, hai thành phần, hệ nước trên cơ sở chất tạo màng Epoxy biến tính Urethane và dẫn xuất Silicon-298, chống tia cực tím, chịu mưa nắng, mài mòn, va đập và nước mặn. KL-5N: Có cấu trúc mang nhiều nhóm chức biểu hiện đặc tính của màng sơn phù hợp trong mọi điều kiện, như nhóm chức OH cho khả năng bám dính tốt, gốc R cho khả năng co giãn, các vòng no cho khả năng chịu tia cực tím và bền va đập, những nhóm chức biểu thị tính kháng nước tuyệt vời. Nhờ các yếu tố trên nên KL-5N có bề mặt cứng như lớp men và cho độ bền 10 năm trên nền xi măng. KL-5N:Có độ bóng khác nhau từ không bóng,đến bán bóng và bóng tùy theo không gian kiến trúc và nhu cầu sử dụng KL-5N: Sử dụng để sơn ngoài trời cho sàn, nơi đi lại, sân thượng, khu vui chơi, công viên, các bể bơi, khu vực giao thông, bãi đỗ xe…, trang trí cho các công trình kiến trúc đặc biệt với nhiều màu sắc, tạo các bề mặt nhẵn bóng, đẹp như men hoặc tạo thành các hoa văn giống đá tự nhiên. KL-5N: Có thể sơn lên nền Epoxy nguyên chất, đảm bảo các lớp Epoxy và PU bình thường không bị phấn hoá, bạc màu bởi tác động của tia cực tím. KL-5N: Dùng để sơn lên kim loại như  sắt, thép, nhôm…, sơn lên gỗ ở ngoài trời, bảo vệ gỗ không mối mọt, không bị nước mưa xâm thực, có thể sử dụng loại    KL-5N trong suốt để giữ vân gỗ, bảo vệ gỗ…. KL-5N: Có 1010 màu, tuỳ lựa chọn Thành phần: Trên cơ sở chất tạo màng hệ Epoxy biến tính Urethane và dẫn xuất Silicon-298, Titan Oxit, các chất phụ gia hoạt tính và các chất bổ trợ. Thông số kỹ thuật : Tên chỉ tiêu Kết quả: Phương pháp thử Màu sắc: Màu trắng TCVN 2102- 1993 Độ nhớt đo bằng BZ-4 ở 25 ± 0.20C, (giây): 38 ± 5 TCVN 2092-1993 Độ mịn, (mm): <= 26 TCVN 2091- 1993 Thời gian khô: - Khô bề mặt, (giờ):- Khô toàn bộ, (giờ): <= 7 <= 12 TCVN 2096- 1993 Hàm lượng chất không bay hơi, (%): >= 50,0 TCVN 2093-1993 pH của hỗn hợp sơn: 9-10 TCVN 4860- 1997 Độ bám dính trên nền bê tông: Điểm 1 TCVN 2097- 1993 Độ cứng màng sơn: 0.37 TCVN 2098- 1996 Độ bền uốn, (mm): 1 TCVN 2099- 1993 Độ bền va đập, (KG.cm): 50 TCVN 2100- 1993 Ngâm mẫu 48 giờ trong dung dịch HCI 2%: Màng sơn bền 22TCN235 - 1997 Ngâm mẫu 48 giờ trong dungdịch NaCl 3%: Màng sơn bền 22TCN235 - 1997 Ngâm mẫu 48 giờ trong dầu biến thế: Màng sơn bền 22TCN235 - 1997 3.2 ) Nghiên cứu đánh giá chất lượng sơn men qua tính chất cơ lý,đặc biệt là khả năng bám đinh với các lớp phủ khác nhau 3.3 ) Nghiên cứu công nghệ chế tạo sơn men phù hợp với từng lĩnh vực 3.3.1) Sơn men bóng, trong suốt, không màu KL-1 Mô tả: KL -1: Là sơn dung môi hệ Epikote-amin trong suốt không màu, hai thành phần, chống thấm, chịu va đập, chịu tia cực tím, chịu hóa chất tốt. KL -1: Khô nhanh, tránh bụi tốt, chống nứt, dùng để phủ bóng, bảo vệ gỗ, đá granit và các loại đá khác đã mất bóng, cũng có thể đươc dùng để phủ kim loại, tàu thuyền, bồn chứa nước, bể nước. KL -1: Không độc hại, không chứa chì, thuỷ ngân và các chất độc hại khác. An toàn cho người thi công và người sử dụng. Lưu ý: Tránh khuấy sơn mạnh. Làm như vậy sơn sẽ tạo nhiều bọt, làm rỗ màng sơn. Thành phần chính: Trên cơ sở chất tạo màng Epikote-amine, các phụ gia hoạt tính và các chất bổ trợ. Đặc tính màng sơn sau khi khô ( sau 14 ngày): - Độ bền giãn, (%): 0.9 - Modul đàn hồi, (GN/m2): 5,5 - Độ bóng (góc 60o): 90 - 95 - Thời gian hình thành màng sơn mềm, (giờ): ³ 4 - Đạt độ cứng cực đại: Sau 7 ngày, tuỳ thuộc độ ẩm và bề mặt vật liệu. 3.3.2) Sơn bóng hệ nước phủ màu cho gỗ, bịt vân gỗ T-13 Mô tả: T-13: Là loại sơn trên cơ sở chất tạo màng Acrylic hệ nước, dùng để phủ bóng cho các loại gỗ (đặc biệt là gỗ tạp), có khả năng che kín các khuyết tật của gỗ, làm tăng thẩm mỹ cho gỗ, bảo vệ gỗ được bền lâu ở các điều kiện ánh sáng, nhiệt độ cao, ở ngoài trời khi nắng to, tránh bị mốc và hoen ố. T-13: Là sơn một thành phần, dễ thi công, khi sử dụng chưa hết có thể đậy nắp kín và sau đó tiếp tục dùng. Tuy sơn phân tán trong nước nhưng khi khô thì bền trong nước. Nhờ vậy, khi bị bẩn có thể lau chùi nhẹ bằng nước. T-13: Có 1010 màu khác nhau thích hợp với mọi không gian kiến trúc xây dựng. Chất lượng màu sắc luôn ổn định, không phai màu. T-13: Hàm lượng VOC (các chất hữu cơ độc hại bay lên không khí) thấp, chỉ bằng 1/3 hệ sơn dung môi, vì vậy rất an toàn về mặt môi trường. Không cháy, không độc hại, không chứa chì, thuỷ ngân và các chất độc hại khác. An toàn cho người thi công và người sử dụng. Thành phần chính: Trên cơ sở chất tạo màng hệ Acrylic, Titan Oxit, các phụ gia hoạt tính và các chất bổ trợ. 3.3.3 ) Sơn phủ bóng cho gỗ W-3 Mô tả: W-3: Là loại sơn một thành phần, hệ nước, cấu tạo từ hợp chất PU và dẫn xuất Nitryl. W-3: Chịu mài mòn, va đập, chịu hoá chất, chống trầy xước cho bề mặt vật liệu. W-3: Là loại sơn trong suốt, không màu, khô nhanh, bám dính tốt lên mọi bề mặt gỗ, đá, gạch, các bề mặt sơn mịn hệ Acrylic, Alkyt, Polyurethane… W-3: Có độ bóng cao đạt 65-80o (với góc đo 60o), luôn giữ được trạng thái tự nhiên của vân gỗ, vân đá và các bề mặt khác. Được dùng đẻ phủ lên gỗ, gạch, đá, các bề mặt sơn giả đá, làm tăng độ bóng, bảo vệ và chống thấm cho gạch đá, gỗ. Thành phần chính: Trên cơ sở chất tạo màng là hợp chất PU và dẫn xuất Nitryl, các phụ gia hoạt tính và các chất bổ trợ. Thống số kỹ thuật : Tên chỉ tiêu Kết quả: Phương pháp thử Ngoại cảm: Chất lỏng trong suốt TCVN 2102-1993 Độ nhớt ở 25o C, (KU):Độ bóng: 75 ± 1060o - 80o (tuỳ bề mặt) ASTM D562 Thời gian khô: - Khô bề mặt, (phút):- Khô toàn bộ, (giờ): <= 50<= 24 TCVN 2096 - 1993 Tỷ trọng , (kg/l): 1,10 ± 0,10 Độ bám dính trên gỗ: Điểm 1 TCVN 2097 - 1993 Độ phủ (01 lớp), (g/m2): <= 50 TCVN 2095 - 1993 Độ cứng màng sơn: 0,35 ±0,05 TCVN 2098 - 1993 4) Quy trình sản xuất sơn Chuẩn bị và phối trộn nghiền mịm lọc pha trộn sơn phân tích nguyên kiểm tra đóng gói ( chát tạo màng, bột mầu, chất làm khô, dung môi,....) Tài liệu tham khảo 1) Kỹ thuật sơn_Nguyễn Văn Lộc Nhà xuất bản giáo dục 2005 2)Bài giảng môn học công nghệ sơn,vecni_Dương Thế Hy Đại học Bách Khoa Đà Nẵng 3) hoahocvietnam.com 4)