Công nghiệp rừng 47TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1 2016 ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ NHỚT CHẤT PHỦPOLYURETHAN (PU) ĐẾN CHẤT LƯỢNG CỦA MÀNG SƠN Phạm Thị Ánh Hồng1, Nguyễn Thị Minh Nguyệt2, Cao Quốc A[.]
Công nghiệp rừng ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ NHỚT CHẤT PHỦPOLYURETHAN (PU) ĐẾN CHẤT LƯỢNG CỦA MÀNG SƠN Phạm Thị Ánh Hồng1, Nguyễn Thị Minh Nguyệt2, Cao Quốc An3 ThS Trường Đại học Lâm nghiệp TS Trường Đại học Lâm nghiệp PGS.TS Trường Đại học Lâm nghiệp TÓM TẮT Ảnh hưởng độ nhớt đến chất lượng màng sơn PU thực nghiệm trên loại sơn gồm dung môi, tỷ lệ thành phần chất lựa lọn thông số công nghệ phun cố định Kết với độ nhớt chuẩn bị cho phun ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng màng sơn thời gian khô, độ bóng, độ nhẵn, độ đồng bề mặt, độ dày, độ cứng, khả chống mài mịn, độ bám dính bề mặt (theo phương pháp kẻ ô), chống tia UV Độ nhớt hợp lý để phun trường hợp sơn lựa chọn thiết bị Iwata W101-101S cốc đo độ nhớt NK-2 cup (Anest Iwata Japan), với áp suất phun: 0,24-0,29 Mpa cho mức độ nhớt từ đến 18s Từ khóa: Chất lượng màng sơn, độ nhớt, phun, phun khí nén, sơn PU I ĐẶT VẤN ĐỀ Trang sức bề mặt gỗ sơn PU phổ biến Sơn PU có nhiều ưu điểm màng sơn khơ nhanh, bám dính tốt, phẳng mịn, độ bóng cao, cứng có tính dẻo, có giá thành phù hợp Trên thị trường có nhiều loại sơn PU với hãng sản xuất khác nhau, xu hướng tự tạo sơn PU nhà sản xuất sơn quan tâm Độ nhớt thuộc tính ảnh hưởng đến tất giai đoạn từ điều chế đến công nghệ sử dụng chất lượng màng sơn Do đó, việc nghiên cứu ảnh hưởng độ nhớt chất tạo màng sơn PU đến chất lượng màng sơn cần thiết có ý nghĩa II VẬT LIỆU, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu nghiên cứu - Sơn PU (sơn lót, sơn màu, sơn phủ) thành phần tự tạo; STT Loại sơn PU Sơn PU lót Sơn PU màu Sơn PU phủ (bóng/mờ) Độ nhớt (s) 12 15 18 10 13 16 12 15 - Ván nền: Ván ghép sản xuất từ gỗ Keo lai có = 0,58 g/cm3; - Phương pháp đo độ nhớt: Đo độ nhớt sơn trước phun phễu chảy Ф = mm nhiệt độ T = 25 ± 0,5oC; - Phương pháp phun khí nén: Áp suất phun: (0,24 - 0,29) MPa, khoảng cách phun: (20 – 30) mm 2.2 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp kế thừa: Kế thừa tài liệu lý thuyết dán dính, lý thuyết sơn PU, tài liệu nghiên cứu công bố sơn PU - Phương pháp thực nghiệm: Thí nghiệm đơn yếu tố Tiến hành thí nghiệm thay đổi độ nhớt sơn xác định tính chất màng sơn theo tiêu chuẩn hành Xử lý số liệu dùng phần mềm excel Bố trí thí nghiệm trình bày bảng 01 Bảng 01 Bố trí thí nghiệm Tính chất kiểm tra - Thời gian khô (khô bề mặt, khô triệt để); - Độ bền dán dính - Thời gian khơ (khơ bề mặt, khơ triệt để); - Độ bền dán dính - Thời gian khô (khô bề mặt, khô triệt để); - Độ bóng màng sơn; - Độ bền hóa chất: axit, kiềm - Khả chống tia UV - Độ bền dán dính; - Độ cứng màng sơn; - Độ mài mòn Phương pháp kiểm tra - TCVN2096-1:2015 - TCVN 2097 – 1993 - TCVN2096-1:2015 - TCVN 2097 – 1993 - TCVN2096-1:2015 - TCVN 2101: 2008 - TCVN 9013-2011 - TCVN 8785 - 2011 - TCVN 2097 – 1993 - ASTMD 3363 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2016 47 Công nghiệp rừng III KẾT QUẢ VÀ THẢO O LUẬN LU 3.1 Kết ết kiểm tra thời gian khô màng m sơn Thời gian khô bề mặt (giờ) 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 1.28 1.23 1.18 12 15 18 1.27 1.23 12 15 Thời gian khô bề mặt (giờ) Thời gian khô củaa màng sơn đư kiểm tra theo TCVN 2096 – 1993 1.32 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 10 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 1.37 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 1.36 9 1.21 13 16 Độ nhớt sơn PU màu ((s) Thời gian khô bề mặt (giờ) Thời gian khô bề mặt (giờ) Độ nhớt sơn PU lót (s) 1.24 1.26 1.22 12 15 Độ nhớt sơn PU bóng ((s) Độ nhớt sơn PU mờ (s) ( 14.0 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 12.99 12.52 12.34 Thời gian khô triệt để (giờ) Thời gian khơ triệt để (giờ) Hình 01 Ảnh hưởng độ nhớt ớt sơn PU (đo T = 25±0,5oC) đến thờii gian khô b bề mặt màng sơn 12.75 12.46 12 15 Độ nhớt sơn PU mờ (s) Thời gian khô triệt để (giờ) Thời gian khô triệt để (giờ) 13.33 12.61 12.42 10 13 16 Độ nhớt sơn PU màu (s) 12 15 18 Độ nhớt sơn PU lót (s) 14 12 10 13.09 14.0 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 14.0 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 13.22 12.63 12.46 12 15 Độ nhớt sơn PU bóng (s) Hình 02 Ảnh hưởng độ nhớtt sơn PU (đo T = 25±0,5oC) đến thờii gian khô tri triệt để màng sơn 48 TẠP P CHÍ KHOA HỌC H VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP PS SỐ 1-2016 Công nghiệp rừng 35 30 28.11 29.56 29.00 25 20 15 10 12 15 Độ nhớt sơn PU mờ (s) nhóm chức NCO (isocyanate) với OH (hydroxyl) Do đó, độ nhớt sơn tăng lượng dung môi sơn giảm, dẫn đến thời gian bay dung môi màng sơn giảm phản ứng tạo mạng nhóm chức NCO với OH xảy sớm Khi độ nhớt sơn giảm, lượng dung môi màng sơn tăng lên, làm cho thời gian bay dung môi màng sơn dài, dẫn đến phản ứng tạo mạng nhóm chức NCO với OH xảy muộn 3.2 Kết kiểm tra độ bóng màng sơn Độ bóng màng sơn (%) Độ bóng màng sơn (%) Kết từ hình 01, 02 cho thấy: Độ nhớt sơn PU khác nhau, thời gian khô bề mặt khô triệt để màng sơn khác Điều chứng tỏ độ nhớt ảnh hưởng đến thời gian khô màng sơn Khi độ nhớt sơn PU (lót, màu, phủ) tăng lên thời gian khô bề mặt, thời gian khô triệt để màng sơn giảm ngược lại Điều giải thích sau: Sự tạo thành màng sơn PU ván gồm giai đoạn: giai đoạn dung môi bay hơi, giai đoạn xảy phản ứng tạo mạng hệ polymer 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 85.78 89.67 88.22 12 15 Độ nhớt sơn PU bóng (s) Hình 03 Ảnh hưởng độ nhớt sơn PU (đo T = 25±0,5oC) đến độ bóng màng sơn Kết từ hình 03 cho thấy: Độ nhớt chất tạo màng sơn PU khác nhau, độ bóng màng sơn khác Điều chứng tỏ độ nhớt ảnh hưởng đến độ bóng màng sơn Độ bóng màng sơn PU phủ (bóng, mờ) độ nhớt 9s thấp so với độ bóng màng sơn độ nhớt 12s, 15s độ bóng màng độ nhớt 12s cao so với độ bóng màng độ nhớt 15s Điều giải thích sau: Khi phun sơn độ nhớt thấp, q trình sấy khơ màng sơn lượng dung môi bay nhiều, chất tạo màng ván ít, mức độ che phủ bề mặt ván kém, làm giảm độ bóng màng sơn Ngược lại, phun sơn độ nhớt cao, lượng dung môi bay ít, chất tạo màng ván lớn, khả dàn trải sơn kém, làm giảm mức độ đồng màng sơn, dẫn đến độ bóng màng bị giảm Vì vậy, trang sức ván khơng nên phun sơn độ nhớt thấp cao 3.3 Kết kiểm tra độ bám dính màng sơn TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2016 49 2 1 1 Độ bền dánh dính màng sơn (điểm) Độ bền dánh dính màng sơn (điểm) Cơng nghiệp rừng 2 1 1 1 12 15 Độ nhớt sơn PU màu (s) Độ bền dánh dính màng sơn (điểm) Độ bền dánh dính màng sơn (điểm) 1 12 15 Độ nhớt sơn PU lót (s) 2 2 1 1 12 15 Độ nhớt sơn PU mờ (s) 12 15 Độ nhớt sơn PU bóng (s) Hình 04 Ảnh hưởng độ nhớt sơn PU (đo T = 25±0,5oC) đến độ bền dán dính màng sơn 3.0 2.5 2.33 2.56 2.67 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 12 15 Độ nhớt sơn PU mờ (s) màng sơn bền vững Khi phun sơn độ nhớt ηlót = 12s, ηmàu= 10s, ηphủ = 9s, độ bền dán dính màng sơn điểm, nghĩa màng sơn có mảng bong điểm cắt với diện tích chiếm 5% so với diện tích bề mặt mạng lưới Điều giải thích sau: Khi độ nhớt sơn giảm, lượng dung môi màng sơn tăng, hàm lượng chất tạo màng ván ít, làm giảm mức liên kết tạo mạng nhóm chức màng sơn 3.4 Kết kiểm tra độ cứng màng sơn Độ cứng màng sơn (H) Độ cứng màng sơn (H) Kết từ hình 04 cho thấy: Độ nhớt sơn PU khác nhau, độ bền bám dính màng sơn khác Điều chứng tỏ độ nhớt ảnh hưởng đến độ bền bám dính màng sơn Khi phun sơn PU (lót, màu, bóng, mờ) độ nhớt ηlót = 15s, 18s, ηmàu= 13s, 16s, ηphủ =12s, 15s độ bền dán dính màng sơn điểm, tương ứng với vết cắt hoàn toàn nhẵn, màng sơn khơng có mảng bong Điều giải thích sau: độ nhớt sơn tăng lượng dung môi sơn giảm, hàm lượng chất tạo màng ván tăng, làm cho liên kết tạo mạng nhóm chức 3.0 2.5 2.22 2.44 2.56 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 12 15 Độ nhớt sơn PU bóng (s) Hình 05 Ảnh hưởng độ nhớt sơn PU (đo T = 25±0,5oC) đến độ cứng màng sơn Kết từ hình 05 cho thấy: Độ nhớt sơn PU khác nhau, độ cứng màng sơn 50 khác Điều chứng tỏ độ nhớt ảnh hưởng đến độ cứng màng sơn TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2016 Cơng nghiệp rừng 0.15 Độ mài mịn màng sơn (g) 0.16 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 0.14 0.14 độ nhớt sơn giảm, lượng dung môi màng sơn tăng, hàm lượng chất tạo màng ít, làm cho mối liên kết tạo mạng nhóm chức NCO với OH giảm, dẫn đến độ cứng màng sơn giảm 3.5 Kết kiểm tra độ mài mòn màng sơn Độ mài mòn màng sơn (g) Khi độ nhớt sơn PU (lót, màu, bóng, mờ) tăng lên độ cứng màng sơn tăng ngược lại Điều giải thích sau: Khi độ nhớt sơn tăng, lượng dung môi sơn giảm, hàm lượng chất tạo màng ván tăng, làm cho mối liên kết tạo mạng nhóm chức NCO với OH bền vững Khi 0.15 0.16 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 12 15 Độ nhớt sơn PU mờ (s) 0.14 0.14 12 15 Độ nhớt sơn PU bóng (s) Hình 06 Ảnh hưởng độ nhớt sơn PU (đo T = 25±0,5oC) đến độ bền mài mòn màng sơn Độ bền axít màng sơn (%) 100 81.53 85.14 85.90 80 màng ván tăng, làm cho liên kết tạo mạng nhóm chức NCO với OH bền vững Khi độ nhớt sơn giảm, hàm lượng chất tạo màng ván ít, làm cho mối liên kết tạo mạng nhóm chức NCO với OH giảm, đó, độ mài mịn màng sơn lớn 3.6 Kết kiểm tra độ bền hóa chất màng sơn 100 Độ bền axít màng sơn (%) Kết từ hình 06 cho thấy: Độ nhớt sơn PU khác nhau, độ mài mòn màng sơn khác Điều chứng tỏ độ nhớt ảnh hưởng đến khả chịu mài mòn màng sơn Khi độ nhớt sơn PU phủ (bóng, mờ) tăng độ mài mịn màng sơn giảm ngược lại Điều giải thích sau: Khi độ nhớt sơn tăng, hàm lượng chất tạo 82.71 85.03 87.04 80 60 60 40 40 20 20 12 15 Độ nhớt sơn PU bóng (s) 12 15 Độ nhớt sơn PU mờ (s) 100 82.55 85.01 86.28 80 Độ bền kiềm màng sơn (%) Độ bền kiềm màng sơn (%) Hình 07 Ảnh hưởng độ nhớt sơn PU đến độ bền axít màng sơn 100 83.1 85.74 87.02 80 60 60 40 40 20 20 0 12 15 Độ nhớt sơn PU bóng (s) 12 15 Độ nhớt sơn PU mờ (s) Hình 08 Ảnh hưởng độ nhớt sơn PU (đo T = 25±0,5oC) đến độ bền kiềm màng sơn TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2016 51 Cơng nghiệp rừng Kết từ hình 07, 08 cho thấy: Độ nhớt chất tạo màng sơn PU khác nhau, độ bền axít, kiềm màng sơn khác Điều chứng tỏ độ nhớt ảnh hưởng đến độ bền hóa chất màng sơn Khi độ nhớt sơn tăng độ bền axít, kiềm màng sơn tăng ngược lại Điều giải thích sau: Khi độ nhớt sơn tăng, sau sấy khô chất tạo màng ván tăng, độ phủ sơn lớn Khi độ nhớt sơn giảm, sau sấy khô chất tạo màng ván hơn, độ phủ sơn thấp Do đó, trang sức ván không nên phun độ nhớt thấp q lượng dung mơi bay nhiều, chất tạo màng ván ít, dẫn đến độ phủ thấp, làm giảm khả chịu axít, kiềm màng sơn 3.7 Kết kiểm tra độ bền nước màng sơn 80 75.54 78.26 79.74 60 40 20 12 Độ bền nước màng sơn (%) Độ bền nước màng sơn (%) 100 100 80 73.66 77.20 79.48 12 15 60 40 20 15 Độ nhớt sơn PU mờ (s) Độ nhớt sơn PU bóng (s) o Hình 09 Ảnh hưởng độ nhớt sơn PU (đo T = 25±0,5 C) đến độ bền nước màng sơn Kết từ hình 09 cho thấy: Độ nhớt chất tạo màng sơn PU khác nhau, độ bền nước màng sơn khác Điều chứng tỏ độ nhớt ảnh hưởng đến độ bền nước màng sơn Khi độ nhớt sơn tăng độ nước sơn tăng ngược lại Điều giải thích sau: Khi độ nhớt sơn tăng, sau sấy khô chất tạo màng ván tăng Khi độ nhớt sơn giảm, sau sấy khô chất tạo màng ván Do đó, trang sức ván khơng nên phun độ nhớt thấp trình sấy lượng dung môi bay nhiều, chất tạo màng ván ít, dẫn đến độ phủ thấp, làm cho khả chịu nước màng sơn giảm 3.8 Kết kiểm tra khả chống tia UV màng sơn 5.07 4.68 4.47 Độ lệch màu ∆E Độ lệch màu ∆E 5.55 4.97 4.75 0 12 15 Độ nhớt sơn PU bóng (s) 12 15 Độ nhớt sơn PU mờ (s) Hình 10 Ảnh hưởng độ nhớt sơn PU (đo T = 25±0,5oC) đến độ bền tia UVcủa màng sơn 52 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2016 Cơng nghiệp rừng Kết từ hình 10 cho thấy: Độ nhớt chất tạo màng sơn PU khác nhau, độ bền tia UV màng sơn khác Điều chứng tỏ độ nhớt ảnh hưởng đến khả chịu tia UV màng sơn Khi độ nhớt sơn tăng độ bền tia UV sơn tăng ngược lại Điều giải thích sau: Khi độ nhớt sơn tăng, sau sấy khô chất tạo màng ván tăng, độ phủ cao hơn, làm cho khả chịu tia UV màng tăng lên Khi độ nhớt sơn giảm, sau sấy khô chất tạo màng ván ít, độ phủ hơn, làm giảm khả chịu tia UV màng, trang sức ván không nên phun độ nhớt thấp IV KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu, rút số kết luận sau: Khi độ nhớt tăng, đa phần tính chất màng sơn PU (lót, màu, phủ) tăng đáng kể Tuy nhiên, phun PU lót độ nhớt η =18s, PU màu η = 16s, PU phủ η =15s độ dàn trải sơn kém, độ bóng màng sơn giảm so với độ bóng mức ηlót =15s, ηmàu =13s, ηphủ =12s Vì vậy, để đạt yêu cầu trang sức cho ván nên phun sơn PU (lót, màu, phủ) mức ηlót =15s, ηmàu =13s, ηphủ =12s thích hợp mức độ nhớt khả dàn trải sơn tốt, màng sơn đạt độ bóng cao Khi phun sơn cấp độ nhớt khác nhau, loại sơn PU tạo có khả chịu axít, kiềm, nước, tia UV không cao Điều chứng tỏ, loại sơn PU tạo chưa cải thiện tính độ bền a xít, kiềm, nước, tia UV TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Văn Chứ (2004) Công nghệ trang sức vật liệu gỗ NXB Nông nghiệp, Hà Nội Nguyễn Văn Lộc (2008) Kỹ thuật sơn đồ gỗ NXB Giáo dục, Hà Nội Nguyễn Văn Lộc (2005) Kỹ thuật sơn NXB Giáo dục, Hà Nội Nguyễn Huy Tòng (2013) Sổ tay kiến thức sơn NXB Bách khoa, Hà Nội Trường Đại học Lâm nghiệp (2005) Công nghệ trang sức đại Tài liệu dịch tiếng Anh, Hà Tây EFFECTS OF VISCOSITY POLYURETHANE (PU) COATING TO QUALITY OF DRIED PAINT FILM Pham Thi Anh Hong, Nguyen Thi Minh Nguyet, Cao Quoc An SUMMARY The effects of viscosity to quality of PU-coatings experimented by the chosen paint, solvent, ratio and determined spraying-technological-parameters have been investigated The results show that, the viscosity prepared for spraying significantly affect on dry time and quality of the coating such as gloss, appearance (smooth and uniform), film thickness, hardness, abrasion resistance, cross-cut adhesion (by the method of “ crosshatch”), UV resistance, chip resistance… The reasonable viscosity for air spraying in the case of one type of PU chosen and used, chosen spraying gun is Iwata W101-101S and viscosity meter used is NK-2 cup (Anest Iwata Japan); the air pressure used is 0.24-0.29 MPa at viscosity9 to 18s Keywords: Air spraying, PU coating, quality of coating, viscosity Người phản biện Ngày nhận Ngày phản biện Ngày định đăng : TS Võ Thành Minh : 23/11/2015 : 20/12/2015 : 26/12/2015 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2016 53 ... chứng tỏ độ nhớt ảnh hưởng đến độ bóng màng sơn Độ bóng màng sơn PU phủ (bóng, mờ) độ nhớt 9s thấp so với độ bóng màng sơn độ nhớt 12s, 15s độ bóng màng độ nhớt 12s cao so với độ bóng màng độ nhớt. .. cho thấy: Độ nhớt chất tạo màng sơn PU khác nhau, độ bền axít, kiềm màng sơn khác Điều chứng tỏ độ nhớt ảnh hưởng đến độ bền hóa chất màng sơn Khi độ nhớt sơn tăng độ bền axít, kiềm màng sơn tăng... nước màng sơn Kết từ hình 09 cho thấy: Độ nhớt chất tạo màng sơn PU khác nhau, độ bền nước màng sơn khác Điều chứng tỏ độ nhớt ảnh hưởng đến độ bền nước màng sơn Khi độ nhớt sơn tăng độ nước sơn