BÁO CÁO TIỂU LUẬN HỌC PHẦN ĐIỆN TỪ - QUANG CHỦ ĐỀ CÔNG NGHỆ PHUN SƠN TĨNH ĐIỆN

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP HCMKHOA MÔI TRƯỜNG

NGÀNH QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

BÁO CÁO TIỂU LUẬN

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 10/2021

LỜI NÓI ĐẦU

Trải qua quá trình nghiên cứu và phát triển, lịch sử ngành sơn ngày càng phát triển trong giai đoạn thế kỷ 20 đến nay với nhiều loại sơn khác nhau được sản xuất đi cùng với đó là công nghệ sản xuất sơn được cải tiến giúp tăng hiệu quả bảo vệ, trang trí đồng thời giảm giá thành và an toàn hơn cho sức khỏe con người Trong đó hơn 75% sơn hiện nay là sơn gốc nước thay thế cho sơn gốc dầu với nhiều tính năng và chất lượng vượt trội hơn Các công nghệ sơn hiện nay có thể kể đến như công nghệ đan chéo, công nghệ hybrid hay công nghệ sơn nano đang được ứng dụng và phát triển.

Trong bài tiểu luận môn học Điện từ - Quang, nhóm của chúng em sẽ khái quát về Công nghệ sơn tĩnh điện đã được phát triển vào những năm 50 của thế kỷ XX.

Kiến thức là vô hạn và sự tiếp nhận kiến thức của mỗi người luôn tồn tại những điểm hạn chế nhất định Do đó trong quá trình hoàn thiện bài tiểu luận sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót Chúng em rất mong nhận được sự góp ý của cô để hoàn thiện hơn nữa bài tiểu luận này.

Chúng em kính chúc cô có thật nhiều sức khỏe, hạnh phúc, thành công hơn nữa trong sự nghiệp giảng dạy

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nhóm sinh viên thực hiện

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 5

1 Lịch sử hình thành và phát triển 5

2 Sơ lược về thị trường 6

3 Sơn tĩnh điện tại Việt Nam 8

CHƯƠNG 2 : CÔNG NGHỆ SƠN TĨNH ĐIỆN 11

1 Giới thiệu chung 11

2 Cơ chế sơn tĩnh điện 12

2.1 Tích điện corona 13

2.2 Tích điện do ma sát 14

2.3 So sánh ưu và nhược điểm 15

2.4 Các lỗi thường gặp và cách khắc phục 15

CHƯƠNG 3 : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BỘT SƠN TĨNH ĐIỆN 17

1 Công nghệ trộn hợp ở trạng thái nóng chảy các thành phần để chế tạo sơn

Sơn tĩnh điện thường được sử dụng trên những nguyên lý phủ sơn dạng bột được gia nhiệt và phủ bằng những hợp chất hữu cơ, công nghệ này được áp dụng thử đầu tiên tại Châu Âu do Tiến sĩ Dr Erwin Gemmer thực hiện vào đầu thập niên 1950, tuy nhiên cho tới những năm 60 thì quy trình sơn tĩnh điện này mới được chứng thực thành công, được tiến hành thương mại hóa hiệu quả và rộng rãi.

1966 – 1973 Bốn loại hóa học khởi điểm- Epoxy, Hybrid, Polyurethane, và TGIC - được giới thiệu trên thị trường Một vài loại Melamine và Acrylic vẫn chưa thành công Đầu thập niên 1970, Sơn Tĩnh Điện phát triển nhanh và được sử dụng rộng rãi ở Châu Âu Đầu thập niên 1980, Phát triển nhanh và được sử dụng rộng rãi ở Bắc Mỹ và Nhật Giữa thập niên 1980, Phát triển nhanh và được sử dụng rộng rãi ở Viễn Đông (thềm Lục Địa Thái Bình Dương).

1985 – 1993, Những loại bột sơn mới được giới thiệu trên thị trường Có đủ loại Acrylic và hỗn hợp của những loại bột sơn được tung ra.

Các phương pháp trộn nóng chảy ngày nay để sản xuất sơn tĩnh điện, trước đó là một kỹ thuật sử dụng nhựa epoxy lỏng và chất làm cứng Hỗn hợp chất kết

dính lỏng đồng nhất / hỗn hợp liên kết chéo được phản ứng trước cho đến khi đóng rắn một phần và thu được rắn nguyên liệu, nghiền mịn trong bước tiếp theo, thu được bằng cách nung bột ở nhiệt độ cao Một nhược điểm của kỹ thuật này là thiếu khả năng tái tạo và khó kiểm soát quá trình.

Hợp chất nóng chảy trên máy nghiền con lăn đôi được gia nhiệt hoặc trong máy trộn lưỡi Z được gia nhiệt là một bước tiến trong sự phát triển của sơn bột nhiệt rắn, nhưng làm sạch vô cùng khó, các vấn đề do sơn bột đóng rắn nhanh tạo ra, hầu như đã loại trừ hoàn toàn máy trộn lưỡi Z và tất nhiên là máy nghiền con lăn đôi từ các máy (máy đùn) được sử dụng để sản xuất sơn tĩnh điện Tuy nhiên, máy trộn Z-blade vẫn được sử dụng để trộn theo mẻ sản xuất bột nhựa nhiệt dẻo, trong đó phản ứng hóa học không đóng vai trò gì.

Các phương pháp đùn để sản xuất sơn bột nhiệt rắn, hiện đang được áp dụng sử dụng, được phát triển trong Phòng thí nghiệm Hóa học Shell ở Anh và Hà Lan trong giai đoạn 1962 đến 1964 Năm 1962, bột epoxy / dicyandiamide (DICY) trang trí đầu tiên lớp phủ, được sản xuất bởi Wagemakers (nay là DuPont) ở Breda, và ngay sau đó là Libert trong Ghent và Van Couwenberghe ở Le Havre, xuất hiện trên thị trường châu Âu Cũng trong năm 1962 SAMES ở Pháp đã phát triển thiết bị đầu tiên để phun sơn tĩnh điện Điều này đã đóng góp đáng kể vào sự thành công của sơn bột nhiệt rắn trang trí, vì lần đầu tiên sơn phủ với một lớp “mỏng” có thể chấp nhận được độ dày có thể được áp dụng.

Một nhược điểm nghiêm trọng của sơn tĩnh điện epoxy/DICY là độ nhạy của chúng dưới sự tấn công bởi tia UV Tiếp xúc với ánh nắng mặt trời, chúng xuống cấp và xấu đi nhanh chóng Tiếp theo là khả năng chống ố vàng kém, hạn chế việc sử dụng chúng chủ yếu cho lớp phủ bảo vệ hoặc trang trí lớp phủ để sử dụng nội thất, nơi khả năng chống ố vàng không phải là mục tiêu hàng đầu.

Những nỗ lực để khắc phục những vấn đề này đã dẫn đến hệ thống polyester melamine được Scado BV và UCB giới thiệu vào năm 1970 tại Hà Lan và Bỉ Gần như ở đồng thời Hüneke báo cáo rằng khả năng giữ bóng và chống ố vàng của bột lớp phủ dựa trên hỗn hợp nhựa epoxy và polyester được cải thiện đáng kể so với thành bột epoxy nguyên chất.

Sự phát triển của các hệ thống sơn tĩnh điện mới nhanh chóng được theo sau bởi những cải tiến trong thiết bị sản xuất và ứng dụng Mặc dù phương pháp đùn nóng chảy, "vay mượn" trong những năm 60 của ngành công nghiệp nhựa, hầu như

vẫn là quy trình duy nhất được sử dụng cho bột sản xuất, các nhà máy đương đại đang thay đổi đáng kể và rất thường sử dụng khái niệm liên tục về sản xuất sơn bột.

2 Sơ lược về thị trường

Thị trường ô tô là một trong những thị trường khắt khe nhất liên quan đến việc bảo vệ và đặc điểm trang trí của lớp phủ Việc thiếu dòng chảy tốt là một điểm yếu bẩm sinh của hệ thống bột và hiệu ứng vỏ cam là một trong những mối quan tâm lớn Các vấn đề khác gặp phải khi sơn bột được sử dụng làm lớp phủ thân xe ô tô là hiệu quả chuyển màu không nhất quán, thời gian chuyển màu, nhiễm màu, khó tiếp cận các khu vực xung quanh cửa ra vào, dưới mui xe và khu vực cốp xe Cùng với độ bảo dưỡng tương đối cao nhiệt độ là những lý do chính khiến sơn tĩnh điện không trở thành đối thủ cạnh tranh thành công của sơn ướt để hoàn thiện thân xe Do đó, trong một thời gian dài tất cả các ứng dụng đã được giới hạn ở các thành phần trang trí gầm và nội thất và sau đó là trang trí ngoại thất các bộ phận và bánh xe bằng thép và nhôm và các nhà sản xuất xe hơi vẫn miễn cưỡng sử dụng phấn phủ như một lớp phủ toàn thân.

Trong nhiều năm, lớp phủ trong dành cho ô tô được coi là một lĩnh vực quá khó đối với bột sơn tĩnh điện Nhưng những lợi thế sinh thái và kinh tế mà sơn tĩnh điện mang lại, và cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng, thành công đã được chứng minh với lớp sơn lót dạng bột, được khởi xướng công việc nghiên cứu sâu rộng ở cả nhà sản xuất sơn phủ và nhà sản xuất xe hơi General Motors, Ford và Chrysler đã thành lập cái gọi là Hiệp hội Sơn phát thải thấp (LEPC) để cùng phát triển các công nghệ mới để ứng dụng sơn phủ dạng bột trên thân ô tô BMW, Volvo, Audi và Renault đã hoặc nằm trong số các nhà sản xuất xe hơi châu Âu, thử nghiệm với lớp phủ ngoài bằng bột trên lớp nền kim loại.

BMW là nhà sản xuất ô tô đầu tiên trên thế giới sử dụng sơn phủ bột trong tiêu chuẩn sản xuất Cho đến cuối năm 2000 sơn phủ ngoài dạng bột đã được sử dụng thương mại trong Nhà máy của BMW tại Đức với hơn 500.000 xe hơi Từ năm 2007, nhà cung cấp chính của bột clear áo khoác, PPG và BASF, được BMW giao 800 tấn mỗi năm.

Hơn 1000 nhà sản xuất sơn tĩnh điện đang hoạt động trên toàn thế giới, hầu hết trong số họ phục vụ một khu vực địa lý hạn chế Ba công ty lớn nhất chiếm 30%

thị trường toàn cầu nếu Trung Quốc bị loại trừ Ba công ty đa quốc gia này là AkzoNobel, DuPont và Rohm và Haas Ở Trung Quốc có khoảng 600 công thức sơn tĩnh điện, nhưng phần lớn trong số đó rất nhỏ.

Hình 1.1 Thị trường sơn tĩnh điện thế giới theo khu vực trong năm 2000 và 2007

Hình 1.2 Thị phần (tính theo%) của các loại sơn tĩnh điện

3 Sơn tĩnh điện tại Việt Nam

Trong quá trình nghiên cứu, các nhà khoa học cũng đã lựa chọn được loại hệ phụ gia làm nền TiO2 và sử dụng bột CACO3 biến tính bằng parafin sản xuất trong nước thích hợp cho sản xuất sơn bột để giảm giá thành sản phẩm.

Theo PGS TS Đỗ Trường Thiện - chủ nhiệm đề tài nghiên cứu, trong công nghệ sản xuất sơn bột tĩnh điện, yếu tố quan trọng nhất quyết định chất lượng của sơn là công nghệ trộn hợp ở trạng thái chảy nhớt và nghiền siêu mịn Sơn tĩnh điện phải được trộn trên thiết bị trộn trục vít với nhiệt độ thích hợp nhất từ 95 - 1050C và nghiền theo nguyên lý búa văng tốc độ quay của roto hơn 7.000 vòng/phút với nhiệt độ buồng nghiền không quá 500C.

Không chỉ thành công về mặt công nghệ, Việt Nam đã có thể tự chế tạo cả thiết bị để sản xuất sơn bột tĩnh điện gồm: thiết bị trộn khô công suất 40 kg/mẻ, trộn trục vít công suất 1,75 KW với năng suất 10 - 15 kg/h, thiết bị phun sơn tĩnh điện áp

60 - 120KV, buồng phun sơn tĩnh điện có thu hồi theo nguyên lý xyclon và túi lọc buồng sấy bằng gas nhiệt độ cao nhất 2500C.

Trên cơ sở làm chủ công nghệ, nhóm nghiên cứu đã sản xuất hơn 3.000 kg sơn bột các loại mầu đen, trắng, đỏ để sơn hơn 10.000m2 các sản phẩm là các chi tiết vỏ cột bơm xăng, kết cấu khung thép nhà máy mạ Thái Bình, các chi tiết xe máy, vỏ nồi cơm điện, khung bếp gas ; đồng thời cung cấp sản phẩm thử nghiệm cho Liên hiệp khoa học sản xuất vật liệu mới và thiết bị, Công ty TNHH sơn tĩnh điện và chuyển giao công nghệ Nam Thắng, số Xí nghiệp mạ sơn tĩnh điện thuộc Công ty tư vấn phát triển xây dựng cho công trình dân dụng.

Theo đánh giá của giới chuyên môn, mặc dù đây là sản phẩm lần đầu tiên được nghiên cứu và sản xuất thành công ở Việt Nam nhưng có thể bảo đảm chất lượng gần tương đương và giá rẻ hơn so với các sản phẩm sơn bột tĩnh điện nhập ngoại đang có mặt tại thị trường Việt Nam.

Các sản phẩm sơn bột tĩnh điện chưa chính thức có mặt tại thị trường nhưng khả năng ứng dụng là rất lớn TS Thiện cho biết, một nhà máy sản xuất sơn bột tĩnh điện công suất 1.000 tấn/năm đã được nghiên cứu xây dựng đề án Tuy nhiên, để có thể phục vụ nhu cầu thị trường trong nước cần tiếp tục qua dự án sản xuất thử nghiệm để tiếp tục hoàn thiện công nghệ.

Tầm nhìn về công nghệ sơn tĩnh điện 2020:

Quy hoạch của Bộ Công thương đặt mục tiêu cụ thể về: tốc độ tăng trưởng bình quân giá trị sản xuất công nghiệp ngành công nghiệp sơn tĩnh điện (đến năm 2020 đạt 13%; giai đoạn 2021 – 2030 đạt 14%), cụ thể:

– Thời điểm đầu tư 2014-2015: các cơ sở hiện có sẽ thực hiện mở rộng, đổi mới công nghệ, nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng công suất các cơ sở sản xuất in, mực in, nguyên liệu nhựa hiện có.

– Thời điểm 2016-2010:

+ Mở rộng các cơ sở sản xuất sơn trang trí-xây dựng, cơ sở sản xuất sơn bột tĩnh điện, cơ sở sản xuất sơn gỗ, cơ sở sản xuất nguyên liệu nhựa hiện có.

+ Xây dựng Nhà máy sản xuất sơn trang trí – xây dựng (tại miền Bắc), Nhà máy sản xuất sơn gỗ (tại miền Bắc hoặc miền Nam), Nhà máy sản xuất mực in chất lượng cao và Nhà máy sản xuất bột màu vô cơ (miền Nam), Nhà máy sản xuất nguyên liệu nhựa (alkyd, acrylic, epoxy, polyurethane… và Nhà máy sản xuất dung môi hữu cơ (miền Trung), …

Dòng sản phẩm với công nghệ mới nhất của thế giới và khu vực là sơn trang trí gốc nước sử dụng bột dioxit titan (TiO2) nano chất lượng cao đã được nhiều hãng sơn tại Việt Nam sản xuất bán ở thị trường hoặc các loại sơn công nghiệp gốc nước từ Epoxy, Polyurethan chất lượng cao cũng đã được sản xuất bán ra thị trường theo xu hướng sản phẩm thân thiện môi trường Tuy nhiên, số lượng yêu cầu sử dụng chưa nhiều do giá sản phẩm còn cao.

Các công ty Sơn tĩnh điện tại Việt Nam: Nhật Minh (TP HCM), Hoàng Hiệp Thành (TP.HCM), Mạnh Hoa (Hà Nội), phần lớn các trang thiết bị được nhập khẩu từ Trung Quốc, Nhật Bản.

CHƯƠNG 2 : CÔNG NGHỆ SƠN TĨNH ĐIỆN1 Giới thiệu chung.

Sơn tĩnh điện là 1 phương pháp phun sơn ứng dụng nguyên lý tĩnh điện có nghĩa là tích điện cho bột sơn và phun vào bề mặt cũng được tích điện bằng súng phun và tạo ra liên kết mạnh giữa bột sơn và vật cần sơn.

Nhờ tác động lực đẩy của khí nén và lực hút của các ion trái dấu làm phân tử sơn bám chặt hơn lên bề mặt vật liệu nền cần sơn.

Phủ một lớp chất dẻo lên bề mặt các chi tiết cần che phủ Có 2 loại chất dẻo phổ biến:

 Nhựa nhiệt dẻo: là các chất hình thành một lớp phủ mà không cần phải trải qua quá trình biến đổi cấu trúc phân tử (như polyetylen, polypropylene, nylon, polyvinyclorua và nhựa nhiệt dẻo polyyeste)

 Nhựa nhiệt rắn: xếp chéo qua nhau tạo ra một lớp màng vĩnh cửu chịu nhiệt và sẽ không bị tan chảy lại (epoxy, hybrit, uretan polyester, acrylic, polyester triglycidyl isoxyanuric (TGIC))

Sơn tĩnh điện còn được gọi là sơn khô vì tính chất phủ ở dạng bột và khi sử

dụng nó sẽ được tích một điện tích (+) khi đi qua một thiết bị được gọi là súng sơn tĩnh điện, đồng thời vật sơn cũng sẽ được tích một điện tích (-) để tạo ra hiệu ứng giữa bột sơn và vật sơn

Hiện nay trên thị trường có 2 loại sơn dùng để sơn tĩnh điện: sơn bột và sơn nước.

Hình 2.1 Sơn bột Hình 2.2 Sơn ướt

Sơn bột: Dùng để sơn các sản phẩm bằng kim loại, sắt thép, hiệu suất sử dụng bột sơn lên đến 95%.

Sơn ướt: Dùng để sơn các vật liệu nền khác nhau: sản phẩm bằng kim loại, nhựa, gỗ

2 Cơ chế sơn tĩnh điện.

Bột sơn sẽ được tích một điện tích khi đi qua súng sơn tĩnh điện Vật cần sơn cũng được tích một điện tích (trái dấu với bột sơn) Bột sơn và vật sơn đặt trong một điện trường giữa súng phun và vật sơn Khi phun sơn dưới một áp lực nén, hạt sơn bay trong điện trường bám dính vào vật sơn do lực hút tĩnh điện.

Cơ chế tĩnh điện gồm có 2 cơ chế: Tích điện corona, tích điện ma sát.

2.1 Tích điện corona.

Là phương pháp sử dụng truyền thống Bột sơn được tích điện (-), vật sơn được nối đất (+) Dưới điện áp 40-100kV, tại vòi phun xảy ra sự ion hóa không khí Các ion tự do sẽ tích điện (-) cho bột sơn theo tỉ lệ nhất định trước khi phun vào nền Lực hút tĩnh điện tạo ra lớp màng bám trên vật sơn, bột được giữ lại đến khi chảy ra dưới tác động tạo màng trên nền Các hạt bột không được tích điện sẽ thu hồi và tái sử dụng.

Các ion (-) tự do thừa nhanh chóng di chuyển đến nền (+) Tùy vào điện áp ban đầu, vật sơn sẽ trung hòa điện, nếu lượng ion (-) ở nền (+) quá lớn sẽ xảy ra sự ion hóa ngược

Hạt sơn đã tích điện di chuyển theo các đường sức từ Với bề mặt nền phức tạp, bên ngoài có mật độ

đường sức từ cao nhất, bên trong chứa ít đường sức từ Màng sơn không đồng đều về độ dày, còn gọi là hiện tượng Faraday-cage.

Hình 2.3 Tích điện corona

2.2 Tích điện do ma sát.

Sự tích điện (+) xảy ra do ma sát của các hạt khi chuyển động trong nòng súng phun Không cần điện áp

cao, có thể tạo ra các ion tự do hoặc tạo ra điện trường Hiệu quả ma sát phụ thuộc vào sự cọ xát của hạt vào nòng súng phun.

Điều chỉnh khả năng ma sát bằng cách điều chỉnh các luồng khí nén qua súng cũng như tỉ lệ bột / không khí để có hiệu suất tối ưu Tích điện ma sát tạo ra điện trường với sự phân bố các đường sức từ đồng đều hơn Màng sơn đồng đều về độ dày hơn.

Hình 2.4 Tích điện do ma sát

2.3 So sánh ưu và nhược điểm.

Thông sốquantrọng

Ưu và nhược điểm

Tích điện corona Tích điện ma sát

- Phụ thuộc nhiều vào điều kiện sản xuất.

Ứng dụng Có thể sử dụng cho tất cả

các loại bột Yêu cầu các loại bột phù hợp.

2.4 Các lỗi thường gặp và cách khắc phục.

Bẫy không khí: do bọt khí không thoát ra được khi sơn còn ướt, chúng di

chuyển và nằm lại gần sát bề mặt màng sơn Do súng phun quá gần, di chuyển chập,

áp suất khí nén thấp Khắc phục: Dùng giấy nhám mịn chà xát để bỏ lớp sơn có

bọng khí, phủ nhẹ lại lớp sơn, sau đó đánh bóng.

Màng sơn phồng dộp: có hiện tượng bị dộp, sần sùi, nổi bong bóng trên bề

mặt Thường xuất hiện 1 tháng sau khi sơn Khắc phục: Sau khi rửa cần sấy đủ thời gian thích hợp Xả nước từ máy phun sơn tĩnh điện và máy bơm khí Xả lọc khí của hệ thống cung cấp khí Chú ý thời gian giữa các lần sơn Chọn dung môi thích hợp Để lớp sơn lót thật khô mới tiến hành sơn lớp cuối.

Vết loang màu trắng đục: các vệt đám mây màu trắng đục như sữa trên bề

mặt ngay sau khi sơn hoặc muộn hơn một chút Khắc phục: Sấy cục bộ khu vực bị loang, sơn phủ thêm một lớp nữa Trường hợp sơn đã khô với vùng bị loang nhỏ có thể đánh bóng, với vết loang lớn hơn phải đánh nhám và sơn lại Dùng dung môi tốt Có thể thêm chất làm chậm quá trình khô của sơn (chỉ khi sơn trong môi trường ẩm cao)

Hình 2.5 Lỗi vết loang màu trắng đục

Mắt cá: trên mặt sơn nổi lên các vết giống như mắt cá, do phun sơn lên bề

mặt dính dầu mỡ, wax, silicone… Khắc phục: Khi sơn còn ướt dùng dung môi bỏ

lớp sơn đi, làm sạch và phủ lại Nếu sơn đã khô, làm nhám cho đến khi hết mắt cá và phủ lại lớp sơn mới Làm sạch bề mặt thật cẩn thận trước khi sơn, máy nén khí phải có bộ lọc, phải được thay và làm sạch thường xuyên.

Da cá sấu: trên mặt sơn xuất hiện các vết xù xì, gồ ghề

như da cá sấu xảy ra trong quá trình khô Do dung môi của sơn mới tác dụng lên sơn cũ, khi phủ thêm một lớp sơn lên lớp sơn cũ Khắc phục: Nhám và sơn phủ lại, với lớp sơn cuối không nên phủ quá dày, để cho chúng khô thật sự mới tiến hành sơn phủ hay sửa chữa trên bề mặt chúng Ngoài ra nên tránh sơn lớp cuối quá ướt

Hình 2.6 Lỗi Da cá sấu