nghiên cứu tổng hợp nhựa acrylic nhũ tương ứng dụng cho sơn nước

Nhựa acrylic nhũ tương tạo ra màng sơn kháng tia cực tím hay tia tử ngoại– UV tốt, có tính thẩm mỹ, dễ thi công… Các công thức sơn này đã và đangđược ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác n

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHENIKAA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NHỰA ACRYLIC NHŨ TƯƠNG, ỨNG DỤNG CHO SƠN NƯỚC

Sinh viên: Phạm Thị Anh

Mã số sinh viên: 19010075 Khóa: 13

Ngành: Vật liệu Polyme Hệ: Chính quy

Giảng viên hướng dẫn: TS Phạm Anh Tuấn

Hà Nội - Năm 2024

Copies for internal use only in Phenikaa University

BẢN GIẢI TRÌNH SỬA CHỮA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Kính gửi:- Hội đồng đánh giá đồ án tốt nghiệp;

- Khoa Khoa học và Kỹ thuật vật liệu

Họ và tên tác giả đồ án/khoá luận: Phạm Thị Anh

Mã sinh viên: 19010075 Lớp: K13 CNVL

Ngành: Vật liệu Polyme

Đã bảo vệ đồ án/khóa luận tốt nghiệp ngày 18 tháng 03 năm 2024

Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp nhựa acrylic nhũ tương, ứng dụng cho sơnnước

Giảng viên hướng dẫn: T.S Phạm Anh Tuấn

Theo góp ý của Hội đồng, dưới sự định hướng của giảng viên hướng dẫn,tác giả đồ án/khoá luận đã nghiêm túc tiếp thu những ý kiến đóng góp của Hộiđồng và tiến hành sửa chữa, bổ sung đồ án/khoá luận theo đúng tinh thần kếtluận của Hội đồng Chi tiết về các nội dung chỉnh sửa như sau:

1 Tác giả chỉnh sửa và bổ sung đồ án/khóa luận theo góp ý của Hội đồng

Nội dung Trang cũ Sửa thành Trang mới

Viết lại kết quả, đóng góp

mới của đồ án 2

“Đã chế tạo ra sơn nước trên cơ

sở nhựa tổng hợp được, màngsơn acrylic có độ cứng tươngđối 0,25; độ bền va đập 57inch.pound; độ bền uốn điểm1mm; độ bám dính điểm 1; độbền cào xước 10N gần nhưtương đương với mẫu sơn sửdụng nhựa acrylic nhũ tươngthương mại IFC-400A, phù hợpứng dụng trong lĩnh vực sơn xây

dựng.”

2Copies for internal use only in Phenikaa University

Quy trình tổng hợp nhựa

Trên đây là Bản giải trình về những điểm sửa chữa, bổ sung đồ án/khoáluận của tác giả theo đúng yêu cầu của Hội đồng đánh giá ĐAKLTN ngành Côngnghệ vật liệu (Vật liệu Polyme) tại Trường Đại học Phenikaa ngày 18 tháng 03năm 2024

Tên đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp nhựa acrylic nhũ tương, ứng dụng cho sơn

nước”.

Sinh viên: Phạm Thị Anh MSSV: 19010075 Ngày sinh: 06/02/2001 Lớp: K13 – CNVL Khoá: 13 Hệ đào tạo: Chính quy Khoa: Khoa học và Kỹ thuật vật liệu Ngành: Vật liệu polyme Giảng viên hướng dẫn: TS Phạm Anh Tuấn

Tóm tắt nội dung đồ án tốt nghiệp:

Nhũ tương acrylic chủ yếu được sử dụng làm chất tạo màng của sơn latex,chiếm một vị trí quan trọng trong thị trường chất phủ và ứng dụng của nó vẫnđang được mở rộng Trong những năm gần đây, sự phát triển và ứng dụng củanhựa acrylic phân tán trong nước ngày càng thu hút được nhiều sự quan tâm và

nó được sử dụng rộng rãi trong các lớp phủ công nghiệp, dân dụng

Trong luận án này, đã tìm ra được quy trình công nghệ và công thức phốiliệu phù hợp để tổng hợp nhựa acrylic theo phương pháp nhũ tương Theo đó, đãtổng hợp thành công nhựa acrylic nhũ tương có công thức phối liệu như sau:Nước 42,8%; chất nhũ hóa Tween 85 là 8%; Butyl acrylate (BA) là 20%; Axitacrylic (AA) là 8,8%; Methyl methacrylate (MMA) là 19,4% và chất xúc tácPersulfate kali (K2S2O8) là 1% Sản phẩm nhựa acrylic thu được có các thông số

kỹ thuật và tính chất cơ lý đạt tiêu chuẩn để đáp ứng vào công nghiệp như: pH8,32; độ nhớt ở 25oC 1268cP; hàm lượng phần rắn 50,12%; kích thước hạt 0,087

÷ 1 µm; độ cứng tương đối 0,24; độ bền va đập 58 inch.pound; độ bền uốn 1mm;

độ bám dính điểm 1; độ bền cào xước 12N gần như tương đương với mẫu nhựaacrylic nhũ tương thương mại IFC-400A, phù hợp ứng dụng trong các lĩnh vựcsơn xây dựng

Copies for internal use only in Phenikaa University

Tên tôi là: Phạm Thị Anh

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký, ghi rõ họ tên)

Hà Nội, ngày 18 tháng 03 năm 2024

SINH VIÊN(Ký, ghi rõ họ tên)

Copies for internal use only in Phenikaa University

Để có được một đồ án tốt nghiệp chỉn chu và đạt được kết quả tốt đẹp, em

đã nhận được sự giúp đỡ, hỗ trợ của nhiều cơ quan, tổ chức, cá nhân Em xinchân thành cảm ơn TS Phạm Anh Tuấn đã quan tâm giúp đỡ, trực tiếp hướng dẫn

và tạo mọi điều kiện để em hoàn thành tốt đồ án này trong thời gian qua

Em cũng xin cảm ơn các thầy cô trong khoa Khoa học và Kỹ thuật vật liệu

và Khoa Công nghệ sinh học, Hóa học và Kỹ thuật môi trường - Trường Đại họcPhenikaa đã trang bị cho em những kiến thức vô cùng quý giá trong quá trình họctập và tích lũy kinh nghiệm tại đây

Đồng thời, em xin gửi lời cảm ơn đến các anh chị trên Trung tâm Polyme Công ty cổ phần VICOSTONE đã quan tâm, giúp đỡ và động viên em trong quátrình thực hiện khóa luận

-Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn bên cạnh chia sẻ,quan tâm, động viên em trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài

Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế, luận văn nàykhông thể tránh được những thiếu sót, em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đónggóp ý kiến của các thầy cô để em có thể sửa chữa, bổ sung và hoàn thiện hơn đồ

án của mình

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 18 tháng 03 năm 2024

Sinh viên

Copies for internal use only in Phenikaa University

DANH MỤC BẢNG BIỂU ii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT iii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về nhựa acrylic 3

1.1.1 Lịch sử phát triển nhựa acrylic 3

1.1.2 Giới thiệu chung về nhựa acrylic 3

1.1.3 Nhu cầu sử dụng nhựa acrylic nhũ tương trong và ngoài nước 5

1.2 Cơ sở lý thuyết quá trình tổng hợp polyme hữu cơ 6

1.2.1 Trùng hợp nhũ tương 6

1.2.2 Cơ chế phản ứng trùng hợp nhũ tương 8

1.2.3 Nguyên liệu tổng hợp nhựa acrylic nhũ tương 11

1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trùng hợp nhũ tương 11

1.3 Tình hình nghiên cứu nhựa acrylic trong và ngoài nước 14

1.4 Sơn nước 16

1.4.1 Các loại chất phụ gia trong sơn nước 17

1.4.2 Bột màu, bột độn sử dụng trong sơn nước 18

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20

2.1 Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm 20

2.1.1 Hóa chất 20

2.1.2 Thiết bị và dụng cụ sử dụng trong nghiên cứu 21

2.2 Một số đặc trưng kỹ thuật của nhựa acrylic nhũ tương 23

2.2.1 Hàm lượng phần rắn 23

2.2.2 Kích thước hạt 23 Copies for internal use only in Phenikaa University

2.2.4 Độ nhớt và tính lưu biến 24

2.2.5 Giá trị pH 25

2.3 Quy trình tổng hợp nhựa acrylic nhũ tương 26

2.4 Các phương pháp phân tích hóa học, hóa lý 26

2.4.1 Phương pháp xác định độ nhớt Brookfield 26

2.4.2 Phương pháp xác định hàm lượng phần rắn 27

2.4.3 Phương pháp phân tích kích thước hạt nhựa acrylic nhũ tương 27

2.4.4 Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) 27

2.5 Các phương pháp xác định tính chất cơ học của màng 28

2.5.1 Phương pháp xác định độ cứng tương đối 28

2.5.2 Phương pháp xác định độ bền uốn dẻo 28

2.5.3 Phương pháp xác định độ bền cào xước 29

2.5.4 Phương pháp xác định độ bền va đập 29

2.5.5 Phương pháp xác định độ bám dính điểm 30

2.6 Quy trình chế tạo sơn nước 31

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33

3.1 Xây dựng quy trình tổng hợp nhựa acrylic nhũ tương 33

3.1.1 Thông số kỹ thuật nhựa acrylic lỏng 34

3.1.2 Phân tích phổ hồng ngoại của nhựa tổng hợp theo hai quy trình 36

3.2 Khảo sát ảnh hưởng của chất nhũ hóa 38

3.3 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất xúc tác 41

3.4 Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ cấu tử đến quá trình tổng hợp nhựa 43

3.4.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ cấu tử đến đặc tính kỹ thuật nhựa 43

3.4.2 Phân tích phổ hồng ngoại 45

3.4.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ cấu tử đến tính chất cơ lý của màng 46 Copies for internal use only in Phenikaa University

3.5.1 Đánh giá đặc trưng kỹ thuật của nhựa acrylic nhũ tương 47

3.5.2 Đánh giá tính chất cơ lý của nhựa 47

3.6 Chế tạo sơn nước sử dụng nhựa acrylic tổng hợp được 48

3.6.1 Chế tạo sơn nước 48

3.6.2 So sánh đặc tính kỹ thuật của sơn nước sử dụng nhựa acrylic nhũ tương đã tổng hợp và nhựa acrylic nhũ tương IFC-400A 49

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO A PHỤ LỤC 1 E

Copies for internal use only in Phenikaa University

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Phương trình tổng hợp nhựa acrylic nhũ tương 4

Hình 1 2 Mixen dạng tấm (a) và mixen dạng cầu (b) 7

Hình 1 3 Cơ chế trùng hợp nhũ tương 9

Hình 2 1 Sơ đồ quy trình tổng hợp nhựa acrylic nhũ tương theo lý thuyết 26

Hình 2 2 Máy đo độ nhớt Brookfield LVDVE 27

Hình 2 3 Máy phân tích kích thước hạt tán xạ laser LA-960V2 HORIBA 27

Hình 2 4 Máy đo phổ hồng ngoại FTIR 28

Hình 2 5 Dụng cụ xác định độ cứng tương đối ERICHSEN Model 299/300 28

Hình 2 6 Dụng cụ xác định độ bền uốn dạng gập với trục hình trụ 29

Hình 2 7 Dụng cụ kiểm tra độ bền cào xước ERICHSEN Model 239/I 29

Hình 2 8 Dụng cụ xác định độ bền va đập tải trọng rơi có thể điều chỉnh độ cao .30

Hình 2 9 Dụng cụ xác định độ bám dính kiểu cắt chéo cầm tay ERICHSEN Model 295/I 30

Hình 2 10 Quy trình chế tạo sơn nước 31

Hình 3 1 Sơ đồ quy trình tổng hợp nhựa acrylic nhũ tương đề xuất 33

Hình 3 2 Ảnh mẫu nhựa acrylic nhũ tương sau tổng hợp 35

Hình 3 3 Phân bố kích thước hạt nhựa acrylic nhận được (M1, M2) 36

Hình 3 4 So sánh phổ hồng ngoại của hai mẫu nhựa acrylic nhũ tương đã tổng hợp và nhựa IFC - 400A 37

Hình 3 5 Ảnh mẫu nhựa lỏng sau tổng hợp 39

Hình 3 6 Ảnh hưởng của chất nhũ hóa đến sự phân bố kích thước hạt 40

Hình 3 7 Phân bố kích thước hạt nhựa acrylic nhận được (N1, N2, N3) 42

Hình 3 8 Ảnh hưởng của tỷ lệ cấu tử đến phân bố kích thước hạt 44

Hình 3 9 So sánh phổ hồng ngoại nhựa acrylic Q3 và nhựa IFC-400A 45

Hình 3 10 Mẫu sơn nước đã chế tạo 49

Hình 3 11 Màng sơn phủ trên nền thép 49 Copies for internal use only in Phenikaa University

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 1 Các monome sử dụng trong tổng hợp nhựa 12

Bảng 2 1 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 21

Bảng 2 2 Thông số kỹ thuật nhựa acrylic nhũ tương 25

Bảng 3 1 Công thức phối liệu tổng hợp nhựa acrylic nhũ tương 33

Bảng 3 2 Thông số kỹ thuật nhựa tổng hợp theo 2 quy trình và nhựa IFC-400A .34

Bảng 3 3 So sánh phổ hồng ngoại hai mẫu nhựa nhũ tương đã tổng hợp và acrylic nhũ tương IFC-400A 37

Bảng 3 4 CTPL tổng hợp nhựa acrylic nhũ tương theo hàm lượng chất nhũ hóa khác nhau 38

Bảng 3 5 Ảnh hưởng của chất nhũ hóa đến thông số kỹ thuật của nhựa 38

Bảng 3 6 CTPL tổng hợp nhựa acrylic nhũ tương theo hàm lượng chất xúc tác khác nhau 41

Bảng 3 7 Thông số kỹ thuật nhựa nhận được theo hàm lượng chất xúc tác khác nhau 41

Bảng 3 8 CTPL tổng hợp nhựa acrylic nhũ tương theo tỷ lệ cấu tử khác nhau.43 Bảng 3 9 Thông số kỹ thuật nhựa acrylic nhận được theo tỷ lệ cấu tử khác nhau .43

Bảng 3 10 So sánh phổ hồng ngoại nhựa nhũ tương Q3 và IFC-400A 45

Bảng 3 11 Ảnh hưởng của tỷ lệ cấu tử đến tính chất cơ lý của màng 46

Bảng 3 12 So sánh thông số kỹ thuật của mẫu A1 và IFC-400A 47

Bảng 3 13 So sánh tính chất cơ lý của mẫu A1 và IFC-400A 48

Bảng 3 14 Công thức sơn nước acrylic nhũ tương 48

Bảng 3 15 So sánh tính chất cơ lý của màng sơn P-A và P-400A 50 Copies for internal use only in Phenikaa University

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

EHA 2 – ethylhexyl acrylate 2 – etylhexyl acrylat

HEMA Hydroxyethyl methacrylate Hydroxyetyl metacrylat

MAA Acid methacrylic Axit metacrylic

MMA Methyl methacrylate Metyl metacrylic

Span 80 Sorbitan Monoleate Sobitan Monoleat

Tween 85 Polyoxyethylene Sorbitan

Trioleate

Polyoxyetylen SobitanTrioleat

VOC Volatile Organic Compound Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi

Copies for internal use only in Phenikaa University

Hiện nay, nhựa acrylic nhũ tương sử dụng trong sơn xây dựng tại ViệtNam hầu như được nhập khẩu hoàn toàn từ các nước như: Trung Quốc, Đài Loan,Thái Lan, … mà chưa có bất kỳ tổ chức nào sản xuất nhựa acrylic, các nghiêncứu về nhựa acrylic, cũng như quy trình sản xuất cũng chưa được quan tâm,nghiên cứu đúng mức Vì vậy, trong công trình nghiên cứu này đã lựa chọn đề tài:

“Nghiên cứu tổng hợp nhựa acrylic nhũ tương, ứng dụng cho sơn nước”.

Nội dung nghiên cứu

1 Nghiên cứu quy trình phù hợp để tổng hợp nhựa acrylic nhũ tương

2 Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố: nhiệt độ, hàm lượng chất nhũ hóa, chấtxúc tác, tỷ lệ các cấu tử đến tính chất nhựa acrylic thu được

3 Khảo sát và so sánh tính chất của nhựa acrylic nhũ tương tổng hợp được

và nhựa acrylic nhũ tương thương mại

4 Chế tạo sơn nước sử dụng nhựa acrylic nhũ tương đã tổng hợp, so sánhtính chất cơ lý của màng đã chế tạo và màng sử dụng nhựa thương mại

Copies for internal use only in Phenikaa University

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Ý nghĩa khoa học

Đưa ra quy trình tổng hợp và công thức phối liệu để tổng hợp nhựa acrylicbằng phương pháp trùng hợp nhũ tương Quy tình làm sáng tỏ lý thuyết trùnghợp nhũ tương theo cơ chế gốc tự do Đồng thời các yếu tố ảnh hưởng đến tínhchất của nhựa như: nhiệt độ, hàm lượng chất nhũ hóa, chất xúc tác, tỷ lệ cấu tửcũng đc thảo luận đầy đủ

- Ý nghĩa thực tiễn

Đề tài nghiên cứu đã tổng hợp thành công sản phẩm nhựa acrylic nhũ tương

có thông số kỹ thuật và các tính chất cơ lý tương đương với mẫu nhựa acrylicnhũ tương thương mại, có khả năng ứng dụng ở các điều kiện thực tế Điều nàygợi mở ra khả năng tổng hợp nhựa acrylic nhũ tương hiệu quả hơn, có thể kiểmsoát được chất lượng nhựa theo ý muốn mà không phải phụ thuộc vào các nướcxuất khẩu Từ đó có thể ứng dụng vào lĩnh vực sơn và chất phủ

Đóng góp mới của đồ án

Đã tổng hợp thành công nhựa acrylic nhũ tương sử dụng dung môi nước là42.8%; chất nhũ hóa Tween 85 là 8%; Butyl acrylate (BA) là 20%; Axit acrylic(AA) là 8.8%; Methyl methacrylate (MMA) là 19.4% và chất xúc tác Persulfatekali (K2S2O8) là 1% Sản phẩm nhựa acrylic nhũ tương thu được có các thông số

kỹ thuật và tính chất cơ lý đạt tiêu chuẩn để đáp ứng vào công nghiệp như: pH8,32; độ nhớt ở 25oC 1268cP; hàm lượng phần rắn 50,12%; kích thước hạt 0,087

÷ 1 µm

Đã chế tạo ra sơn nước trên cơ sở nhựa tổng hợp được, màng sơn acrylic

có độ cứng tương đối 0,25; độ bền va đập 57 inch.pound; độ bền uốn điểm 1mm;

độ bám dính điểm 1; độ bền cào xước 10N gần như tương đương với mẫu sơn sửdụng nhựa acrylic nhũ tương thương mại IFC-400A, phù hợp ứng dụng tronglĩnh vực sơn xây dựng

Copies for internal use only in Phenikaa University

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về nhựa acrylic

1.1.1 Lịch sử phát triển nhựa acrylic

Năm 1880, polyme acrylic lần đầu tiên được điều chế bởi nhà hóa họcngười Thụy Sĩ Georg W A Kahlbaum Năm 1915, tại Đức, Otto Röhm được cấpbằng sáng chế cho quy trình trùng hợp axit acrylic [2] Năm 1921, Röhm và Haas

đã thực hiện các quy trình sản xuất este của axit acrylic

Năm 1928, Bauer và Adolf Gerlach phát hiện ra rằng có thể trùng hợp esteacrylic giữa các tấm kính Vật liệu thu được cứng hơn và tạo ra sự liên kết chặtchẽ giữa các tấm kính đến mức chúng không thể tách rời Năm 1929, Rohm vàHaas có sản phẩm nhựa đầu tiên, được tạo ra bởi quá trình trùng hợp, được đặttên thương mại là Luglas [2]

Năm 1933, Röhm và Haas phát hiện ra rằng họ có thể trùng hợp metylmethacrylate giữa các tấm kính để tạo ra vật liệu tấm được thương mại có tên làPlexiglas Đến năm 1936, quy trình này đã được sử dụng để tạo thành vật liệuthành một cấu trúc có thể thay thế kính Luglas

Khoảng năm 1934, Röhm và Haas đã phát triển nhũ tương acrylic ổn địnhđầu tiên Phòng thí nghiệm sơn được thành lập vào năm 1938 nhưng nhũ tươnghoàn toàn bằng nước acrylic cho đến những năm 1950 mới được sản xuất thươngmại Ngay sau đó, lớp phủ acrylic đã được phát triển vào khoảng năm 1970, sơnnhũ tương acrylic chịu được thời tiết đã được phát triển để sử dụng trên gỗ vàhiện đã thay thế phần lớn sơn gốc dầu trong nhiều ứng dụng

1.1.2 Giới thiệu chung về nhựa acrylic

Nhựa acrylic là một loại nhựa được tạo ra bằng cách đồng trùng hợp cáceste acrylic và este metacrylic và các monome ethylene khác Bằng cách chọncác cấu trúc nhựa khác nhau, công thức, quy trình sản xuất và dung môi khácnhau, có thể tổng hợp các loại và tính chất khác nhau

Copies for internal use only in Phenikaa University

Hình 1 1 Phương trình tổng hợp nhựa acrylic nhũ tương [3]

Theo sự khác biệt về cấu trúc và cơ chế hình thành màng, nhựa acrylic cóthể được chia thành ba loại: nhựa acrylic nhiệt dẻo, nhựa acrylic nhiệt rắn vànhựa acrylic nhũ tương [4]

 Acrylic nhiệt dẻo

Nhựa acrylic nhiệt dẻo là các polyme acrylic được trùng hợp trực tiếp trongmột dung môi thích hợp bằng cơ chế vật lý (bay hơi dung môi) hoặc trùng hợpkhối Loại này không cần phải oxy hóa hoặc tạo liên kết ngang để tạo màng.Nhựa acrylic nhiệt dẻo nhanh khô nhưng vẫn có khả năng hòa tan lại trong cácdung môi đặc biệt

Nhựa acrylic thông thường được hòa tan trong các dung môi mạnh nhưtoluene, xylene hoặc methyl ethyl ketone Nhựa acrylic thường tạo ra một hỗnhợp nghiền trung gian tốt để phân tán bột màu Ngoài ra các loại polyme acrylic

ít hoạt tính nên ổn định khi trộn với bột màu, bột độn Chúng không làm mất màukim loại bột, ví dụ như nhôm

 Acrylic nhiệt rắn

Các loại nhựa acrylic nhiệt rắn có cấu tạo giống với các loại acrylic nhiệtdẻo, ngoại trừ chúng có chứa các nhóm chức như carboxyl hoặc hydroxyl có khảnăng phản ứng tạo liên kết ngang với polyme đa chức khác để tạo nên mạng lướikhông gian ba chiều hình thành màng

Copies for internal use only in Phenikaa University

Polyme acrylic nhiệt rắn cho các ưu điểm vượt trội hơn so với acrylic nhiệtdẻo như: (1) cải thiện độ cứng và dộ dẻo dai, (2) ở nhiệt độ cao thì màng khôngmềm ra như acrylic nhiệt dẻo, (3) cải thiện khả năng chống lại dung môi, vết bẩn

và chất tẩy rửa, (4) khối lượng phân tử dùng cho sơn thấp nên hàm lượng rắn tại

độ nhớt gia công cao hơn loại acrylic nhiệt dẻo, điều này giúp giảm phát thảiVOC

 Acrylic nhũ tương

Acrylic nhũ tương là một hệ hai pha trong đó các giọt acrylic được phân tántrong nước với sự có mặt của chất nhũ hóa Không giống như một số nhũ tươngpolyme như alkyd hoặc epoxy được nhũ hóa dưới dạng nhựa có trước, nhũ tươngacrylic được tạo ra bằng cách phân tán các giọt monome được nhũ hóa trongnước và sau đó trùng hợp Tính chất hóa lý của polyacrylic nhũ tương cũngtương tự như các loại khác, tính chất của màng có thể được kiểm soát bằng cáchđiều chỉnh thành phần và khối lượng phân tử Kích thước hạt của sơn nhũ tươngcũng rất quan trọng trong việc xác định chất lượng và cần phải kiểm soát cẩnthận Ví dụ: khả năng tạo màng của sơn nhũ tương và khả năng liên kết với bộtmàu phụ thuộc vào kích thước hạt Kích thước hạt nhỏ tốt hơn so với hạt to.Polyme acrylic nhũ tương từ lâu đã là thành phần chủ đạo của sơn kiến trúc,đặc biệt là sơn ngoại thất, nơi độ bền cao rất quan trọng Việc sử dụng loại sơnnày cho các ứng dụng sơn công nghiệp cũng phát triển do hạn chế phát thải VOC

1.1.3 Nhu cầu sử dụng nhựa acrylic nhũ tương trong và ngoài nước

 Nhu cầu sử dụng nhựa acrylic nhũ tương trong nước

Nhũ tương acrylic chủ yếu được sử dụng làm vật liệu cơ bản của sơn latex,

và chiếm một ứng dụng quan trọng trong thị trường chất phủ, và ứng dụng của nóvẫn đang được mở rộng; Trong những năm gần đây, sự phát triển và ứng dụngcủa nhựa acrylic phân tán trong nước ngày càng thu hút được nhiều sự quan tâm,

và nó được sử dụng rộng rãi trong các lớp phủ công nghiệp, dân dụng Các ứngdụng trong lĩnh vực sơn phủ tiếp tục được mở rộng

Theo thống kê của hiệp hội nhựa Việt Nam, nhựa acrylic nhũ tương nhậpkhẩu nhựa từ EU vào Việt Nam năm 2019 là 11 triệu USD Trong đó nhựa acrylicCopies for internal use only in Phenikaa University

nhũ tương ứng dụng cho ngành sơn xây dựng chiếm 50% tổng sản lượng nhậpkhẩu [5]

 Nhu cầu sử dụng nhựa acrylic nhũ tương trên thế giới

Việc sử dụng nhựa acrylic nhũ tương dần trở nên phổ biến trên toàn cầu đểsản xuất các sản phẩm khác nhau Thị trường nhũ tương acrylic dự kiến sẽ tăngvới tốc độ tăng trưởng kép trên 5% trong giai đoạn 2018 - 2028

Quá trình đô thị hóa và công nghiệp hóa nhanh chóng, đặc biệt là ở các nềnkinh tế mới nổi trên toàn cầu, đã thúc đẩy các chính phủ tăng chi tiêu xây dựng

Xu hướng này đã thúc đẩy nhu cầu sử dụng nhựa acrylic trong các lĩnh vực xâydựng và kiến trúc Nhu cầu về nhựa acrylic ngày càng tăng ở các nước đang pháttriển như Ấn Độ, Brazil, Trung Quốc và Mexico do chúng được sử dụng ngàycàng nhiều trong ngành sơn và chất phủ, dẫn đến sự gia tăng nhu cầu về nhựaacrylic Theo Cục điều tra dân số Mỹ, vào tháng 12/2021, chi tiêu xây dựng ởnước này ước tính với tỷ lệ hàng năm được điều chỉnh theo mùa là 1.639,9 tỷUSD Năm 2022, số đơn vị nhà ở thuộc sở hữu tư nhân được ủy quyền hoànthành đạt 16,647 nghìn đơn vị tại Hoa Kỳ Dân số toàn cầu ngày càng tăng làmtăng tiêu thụ các tòa nhà dân cư, làm tăng nhu cầu về nhũ tương polyme được sửdụng trong sơn và lớp phủ [6]

1.2 Cơ sở lý thuyết quá trình tổng hợp polyme hữu cơ

1.2.1 Trùng hợp nhũ tương

Phương pháp trùng hợp nhũ tương được sử dụng rộng rãi nhất trong côngnghiệp Trùng hợp nhũ tương xảy ra với tốc độ lớn ở nhiệt độ tương đối thấp,điều này cho phép thu được những polyme có phân tử lượng cao và ít đa phân tán.Trong quá trình trùng hợp nhũ tương thường sử dụng nước làm môi trường phântán để tạo nhũ tương và hàm lượng monome vào khoảng 30 - 60%, được phân bốđều trong hệ Hệ nhũ tương thường không bền, nên người ta cho thêm vào hệchất nhũ hóa để tăng cường sự tạo nhũ và tính bền vững của nhũ tương Các chấtnhũ hóa thường dùng là xà phòng oleat, palmitat, laurat của kim loại kiềm Phân

tử chất nhũ hoá có cấu tạo gồm mạch hydrocacbon dài không phân cực và mộtCopies for internal use only in Phenikaa University

nhóm phân cực, trong dung dịch chúng tạo thành những mixen Có 2 dạng cấutạo của mixen là mixen dạng tấm và dạng cầu.

Hình 1 2 Mixen dạng tấm (a) và mixen dạng cầu (b)

Nếu cho monome không tan trong nước vào thì một phần các monome sẽkhuếch tán vào trong các mixen, phần còn lại sẽ lơ lửng trong nước Chất khơimào thường dùng là những chất tan trong nước như hydropeoxide, persulfate,perborate Người ta cũng sử dụng rộng rãi hệ khơi mào oxy hoá khử trong trùnghợp nhũ tương, vì những hệ này có tác dụng rất tốt trong môi trường nước Trongtrùng hợp nhũ tương người ta thường đưa thêm chất điều chỉnh quá trình trùnghợp và các chất đệm (photphat, axetat ) để giữ cho pH của môi trường ổn định,

vì pH của môi trường có ảnh hưởng đến độ ổn định của nhũ tương cũng như đếnđộng học của phản ứng, nhất là trong trường hợp sử dụng hệ khơi mào oxy hoákhử [7]

Quá trình trùng hợp sẽ diễn ra bên trong các mixen, nồng độ của monomeluôn luôn được bù đắp từ những giọt monome bên ngoài Quá trình cứ thế tiếptục cho đến khi một gốc tự do khác khuếch tán vào mixen và gây phản ứng ngắtmạch Kích thước của các mixen dần dần tăng lên và đến một lúc nào đó thì bịphá vỡ, khi đó phản ứng trùng hợp vẫn tiếp tục xảy ra trong các hạt polyme bịtrương Thực nghiệm cho thấy rằng ở độ chuyển hoá khoảng 15 - 20% các mixen

bị phá huỷ [7]

Nghiên cứu động học trùng hợp nhũ tương cho thấy rằng vai trò của chấtnhũ hoá không chỉ ở chỗ tăng cường và ổn định nhũ tương mà còn ảnh hưởngtrực tiếp đến quá trình trùng hợp và ở một mức độ đáng kể, quyết định cơ chế củaquá trình trùng hợp Khi tăng nồng độ chất nhũ hoá, tốc độ trùng hợp tăng lên.Trùng hợp nhũ tương có ưu điểm là: không có hiện tượng quá nhiệt cục bộ xảy ratrong toàn hệ phản ứng, polyme có trọng lượng phân tử lớn, tốc độ phản ứng cao,Copies for internal use only in Phenikaa University

kích thước và hình dạng sản phẩm cuối cùng có thể khống chế được với việc thayđổi tỷ lệ chất phản ứng.

Phản ứng trùng hợp nhũ tương có một số ưu điểm so với các quá trìnhtrùng hợp khác (1) Do trong toàn bộ quá trình trùng hợp vẫn duy trì trạng tháilỏng, nên nhiệt sinh ra do phản ứng trùng hợp gốc tự do tỏa nhiệt có thể dễ dàngtiêu tán vào pha nước (2) Tốc độ trùng hợp thường cao hơn nhiều so với tốc độtrùng hợp trong quá trình trùng hợp khối (3) Polyme được tạo thành thường cótrọng lượng phân tử cao hơn so với polyme được tạo thành trong quá trình trùnghợp khối hoặc dung dịch (4) Polyme được hình thành dưới dạng nhũ tương cóthể xử lý dễ dàng hơn (5) Có thể dễ dàng kiểm soát trọng lượng phân tử bằngcách bổ sung các chất chuyển chuỗi và do đó kiểm soát được các đặc tính của sảnphẩm cuối cùng (6) Quá trình trùng hợp và tạo ra nhũ tương polyme là gốc nướcnên giảm thiểu các mối nguy hại cho môi trường [8]

Tuy nhiên, quá trình trùng hợp nhũ tương cùng với polyme thu được cũng

có những nhược điểm nhất định Ví dụ, vì nhũ tương được hình thành có chứachất hoạt động bề mặt và các sản phẩm phân hủy chất khơi mào, thường khó loại

bỏ nên các polyme nhũ tương thường bị loại khỏi các ứng dụng đòi hỏi vật liệu

có độ tinh khiết cao Hơn nữa, là một quy trình công nghiệp, thể tích của thiết bịphản ứng bị giảm đi bởi thể tích của môi trường phân tán chứa nước, so với phảnứng trùng hợp khối

1.2.2 Cơ chế phản ứng trùng hợp nhũ tương

Phương pháp trùng hợp nhũ tương được sử dụng phổ biến nhờ các ưu điểmnhư vận tốc quá trình trùng hợp cao, nhiệt độ phản ứng thấp, khối lượng phân tửpolyme cao hơn và mức độ phân tán nhỏ Đặc biệt, để tổng hợp các polyme ưanước và trương nở trong nước người ta ưu tiên sử dụng phương pháp trùng hợpnhũ tương thuận nghịch Các hạt polyme hình thành trong pha nước và phân tántrong pha dầu liên tục nhờ vào các ion chất nhũ hóa hấp phụ lên trên bề mặtpolyme hình thành lớp điện kép Lớp điện kép này làm tăng khả năng chống lắng

và kết tụ của các hạt, hạn chế việc tăng độ nhớt theo thời gian do polyme có tính

ưa nước sẽ trương nở trong pha phân tán làm mất tính ổn định của hệ nhũ tươngtrong quá trình trùng hợp [9] Do vậy, phương pháp trùng hợp nhũ tương cóCopies for internal use only in Phenikaa University

những ưu điểm vượt trội như điều chế được các polyme có khối lượng phân tửcao lên tới hàng chục triệu Dalton, hàm lượng chất rắn cao với khoảng 20 ÷ 50%polyme và độ nhớt của hệ nhũ tương thấp Ngược lại, với các phương pháp trùnghợp khác điều chế polyme tan trong nước có khối lượng phân tử cao thường bịhạn chế bởi hàm lượng chất rắn thấp (<5% polyme) và/ hoặc độ nhớt của dungdịch rất cao dẫn đến thu được sản phẩm có khối lượng phân tử thấp [10].

Độ ổn định của các hạt nhũ tương được xác định bởi sự cân bằng giữa lựcđẩy tĩnh điện, lực đẩy không gian và lực hút Van-der-Waals Lực đẩy tĩnh điệnphát sinh từ các ion bị hấp phụ hoặc liên kết hóa học của chất hoạt động bề mặt,lực này bị ảnh hưởng nhiều bởi nồng độ và hóa trị của phản ứng Các lực đẩykhông gian phát sinh từ các chất hoạt động bề mặt không tích điện ngậm nướchoặc các liên kết hóa học, lực này bị ảnh hưởng bởi các thông số khác của hệthống Lực Van-der-Waals phát sinh từ sự khác biệt về hằng số điện môi giữa cáchạt và môi trường, lực này không bị ảnh hưởng bởi các thông số của hệ thống [9]

Hình 1 3 Cơ chế trùng hợp nhũ tương [11]

Copies for internal use only in Phenikaa University

D: Gốc tự do khơi mào tan trong nước (x)

E: Monome trong pha nước

F: Phân tử chất nhũ hóa hòa tan, phân tán về mặt phân tử

G: Phân tử nước

Việc chuẩn bị các dung dịch phân tán trong nước diễn ra thông qua mộtdạng trùng hợp gốc tự do cụ thể được gọi là trùng hợp nhũ tương Trong quátrình này, các monome được tạo ra để phản ứng trong nước với sự có mặt của cáchợp chất hoạt động bề mặt có trọng lượng phân tử thấp (chất nhũ hóa) hoặcpolyme bằng cách thêm chất khơi mào gốc tự do, hòa tan trong nước và đun nóng.Các monome được nhũ hóa trùng hợp để tạo thành các đại phân tử phân tán

Cơ chế của trùng hợp nhũ tương lần đầu tiên được mô tả bởi Harkins [12],Smith và Ewart [13] Theo các tác giả này, các monome trong lò phản ứng trùnghợp trước khi thêm chất khơi mào được ổn định bởi chất nhũ hóa (có đường kính

từ 1 đến 10µm) và các mixen, tức là tập hợp từ 20 đến 100 phân tử chất nhũ hóa(với đường kính từ 5 đến 15nm) Tỷ lệ monome có trong dung dịch phân tử nước

là rất nhỏ Khi đun nóng, chất khơi mào bị phân hủy trong pha nước để tạo thànhcác gốc tự do ban đầu, nó phát triển bằng cách gắn vào phần monome nhỏ hòatan trong nước để tạo thành các gốc tự do oligome Vì số lượng mixen trong lòphản ứng trên một đơn vị thể tích (khoảng 1018/cm3) cao hơn đáng kể so với sốlượng các giọt monome (khoảng 1010/cm3) và do tổng diện tích bề mặt của cácmixen lớn hơn nhiều so với diện tích bề mặt của các hạt các giọt monome, cácgốc tự do oligome hầu như chỉ xâm nhập vào các mixen

Ở đó, các chuỗi tiếp tục phát triển, kết quả là các mixen trên thực tế ngàycàng cạn kiệt monome Tuy nhiên điều này không xảy ra vì có đủ các phân tửmonome được vận chuyển từ các giọt monome đến các mixen thông qua phaCopies for internal use only in Phenikaa University

nước Do đó, nồng độ monome trong pha nước không đổi trong khi vẫn còn cácgiọt monome trong lò phản ứng Trong khi đó, ở các mixen, chuỗi polyme pháttriển, tạo thành các hạt latex cho đến khi tất cả các giọt monome biến mất Do đó,trong quá trình trùng hợp, các mixen chứa đầy polyme đang phát triển sẽ biếnthành các hạt latex được ổn định bằng chất nhũ hóa.

Cơ chế trùng hợp nhũ tương gồm 3 giai đoạn: khơi mào, phát triển mạch, ngắtmạch [14]

 Khơi mào:

Chất khơi mào persulfate được pha trong nước:

Mỗi phân tử chất khơi mào tạo ra hai gốc tự do chính có thể là ion sulfathoặc gốc hydroxyl

 Phát triển mạch:

Gắn trung tâm hoạt động (gốc tự do) lên monome, tiếp tục bổ sung một sốlượng lớn các phân tử monome đến các trung tâm hoạt động cho sự phát triển củachuỗi polyme

 Ngắt mạch:

Chuỗi polyme đang phát triển bị chấm dứt Trong giai đoạn này, chuỗipolyme đang phát triển phản ứng với một chuỗi đang phát triển khác hoặc mộtgốc tự do khác

1.2.3 Nguyên liệu tổng hợp nhựa acrylic nhũ tương

Các monome thường được sử dụng tổng hợp nhựa acrylic nhũ tương như:axit acrylic (AA), axit methacrylic (MAA), hydroxyethyl methacrylate (HEMA),methyl methacrylate (MMA), n - butyl acrylate (BA) và n - butyl methacrylate(BMA) [ 15, 16] Trong đó, các axit cacboxyl như AA, MAA có chức năng cungCopies for internal use only in Phenikaa University

cấp nhóm phân cực COOH- giúp cho nhựa acrylic sau khi tổng hợp tan trongnước và có tác dụng tăng tính kết dính của polyme [17], các nhóm hydroxyltrong HEMA có thể được liên kết ngang với nhựa amino [18], nhờ đó màng biếntính có cấu trúc liên kết ngang thể hiện tính chất cơ học tốt [19] MMA có chứcnăng tăng độ cứng, độ bóng và có thể làm tăng nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh củapolyme [20] BA có chức năng nâng cao tính linh hoạt cho nhựa [21].

Bảng 1 1 Các monome sử dụng trong tổng hợp nhựa

2 n -butyl acrylate

(BA)

Tăng tính linh độngcho nhựa

có tác dụng tăng tínhkết dính của polyme

1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trùng hợp nhũ tương

Trùng hợp nhũ tương chịu sự ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như độ ổn định củapha phân tán và pha liên tục; bản chất và hàm lượng các chất như: chất nhũ hóa,monome, chất khơi mào; các điều kiện phản ứng như nhiệt độ phản ứng, thời gianphản ứng, tốc độ khuấy, môi trường pH, …

a Ảnh hưởng của chất nhũ hóa đến độ ổn định của hệ nhũ tương

Copies for internal use only in Phenikaa University

Tác dụng của chất nhũ hóa trong các hệ thống trùng hợp nhũ tương có thểđược liệt kê như sau: 1) ổn định monome trong nhũ tương 2) hòa tan monometrong các mixen 3) ổn định các hạt latex polyme 4) hòa tan polyme 5) xúc tác chophản ứng ban đầu 6) hoạt động như một tác nhân chuyển hoặc chất làm chậm.Khi sử dụng chất nhũ hóa, loại và nồng độ của nó ảnh hưởng chủ yếu đến sốlượng hạt latex được hình thành, từ đó xác định tốc độ trùng hợp và cũng tùythuộc vào tốc độ bắt đầu, trọng lượng phân tử của polyme hình thành [22]

b Ảnh hưởng của monome đến khả năng trùng hợp

Khả năng phản ứng của monome tham gia trong phản ứng trùng hợp phụthuộc vào các yếu tố như hiệu ứng hút - đẩy điện tử của nhóm thế đính kèm, hiệuứng không gian và độ phân cực của liên kết đôi … Trong đó, đặc tính của cationmonome có chứa các điện tích dương trong mạch phân tử tạo khả năng hòa tantrong nước tốt, tính linh hoạt cao cho phép dễ dàng điều chỉnh khối lượng phân tử

và tính chất của polyme hiệu quả ứng dụng cao nên chúng được sử dụng rộng rãitrong các ngành công nghiệp

c Ảnh hưởng của môi trường pH đến phản ứng trùng hợp

Quá trình trùng hợp nhũ tương là quá trình từ hai pha không hòa tan với nhau,được ngăn cách bởi lớp chất nhũ hóa, môi trường pH ảnh hưởng đến tính chất bềmặt của các pha làm thay đổi tương tác giữa các pha và ảnh hưởng đến khả nănghình thành và ổn định của nhũ tương Tuy nhiên, trong một nghiên cứu đã chỉ rakhi thay đổi giá trị pH trong khoảng từ 2,5 - 4,5 không ảnh hưởng nhiều đến khốilượng phân tử của nhũ tương polyme thu được [23]

d Ảnh hưởng của nhiệt độ

Khi tăng nhiệt độ, vận tốc của tất cả các phản ứng trong quá trình trùng hợpđều tăng, nhưng mức độ tăng của chúng khác nhau Vận tốc khơi mào tăng dẫnđến vận tốc phát triển mạch tăng đồng thời làm tăng vận tốc đứt mạch Phản ứngkhơi mào xảy ra với năng lượng cao còn năng lượng hoạt hóa của phản ứng pháttriển mạch và đứt mạch nhỏ hơn nhiều Năng lượng hoạt hóa càng cao thì sự ảnhhưởng của nhiệt độ đến mức độ tăng vận tốc càng lớn Do đó, khi tăng nhiệt độ,vận tốc khơi mào tăng nhiều hơn so với vận tốc phát triển mạch và đứt mạch

e Ảnh hưởng của thời gian phản ứng

Copies for internal use only in Phenikaa University

Khi tăng thời gian phản ứng trùng hợp, lượng monome được tiêu thụ tăngdẫn đến tăng số lượng gốc tự do và tốc độ trùng hợp Từ đó, các chuỗi polyme tạothành có khối lượng phân tử và độ chuyển hóa phản ứng có xu hướng tăng [24].Nhưng khi tiếp tục thời gian quá lâu, khối lượng polyme không tăng mà có xuhướng giảm dần do bắt đầu giai đoạn ngắt mạch phản ứng, xuất hiện các phảnứng thứ cấp như chuyển mạch, các phản ứng này tăng dần theo thời gian dẫn đếnkhối lượng phân tử polyme bị suy giảm.

f Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trong trùng hợp nhũ tương

Tốc độ khuấy có vai trò quan trọng trong việc phân tán các hạt mixen, cácgiọt monome trong pha liên tục; ảnh hưởng đến kích thước hạt trung bình của hệnhũ tương, khối lượng phân tử của polyme và độ chuyển hóa của quá trình Khikhuấy trộn, nhũ tương được đảo trộn làm tăng sự tiếp xúc giữa các phân tửmonome và gốc tự do Tuy nhiên, nhũ tương bị đảo trộn mạnh khiến các hạtmixen bị phá vỡ đồng thời gây ra cản trở gốc tự do khuếch tán vào trong các hạt

do thời gian tiếp xúc ngắn, làm giảm khả năng phát triển mạch dẫn đến dưmonome và khối lượng phân tử giảm xuống

1.3 Tình hình nghiên cứu nhựa acrylic trong và ngoài nước

 Tình hình nghiên cứu nhựa acrylic trên thế giới

Việc nghiên cứu phát triển nhựa acrylic được các nhà khoa học và các công

ty trên thế giới đầu tư nghiên cứu mạnh

Năm 2009, Chao Liu và cộng sự [25] đã được điều chế thành công nhũtương acrylic với cấu trúc lõi-vỏ bằng cách sử dụng phương pháp trùng hợp nhũtương Nhũ tương acrylic với cấu trúc lõi - vỏ sẽ được ứng dụng sâu hơn trongcác lớp phủ chống hà và hiệu quả của lớp phủ trong điều kiện biển sẽ được kiểmtra

Năm 2015, Pihui Pi và cộng sự [26] đã tổng hợp được nhũ tương acrylic tựliên kết ngang ở nhiệt độ thấp bằng công nghệ trùng hợp nhũ tương bán liên tục

sử dụng metyl methacrylate (MMA), butyl acrylate (BA), axit acrylic (AA) vàdiaceton acrylamide (DAAM) dưới dạng monome và adipic dihydrazide (ADH)như một liên kết chéo Sản phẩm thu được là các hạt nhũ tương hình cầu có cấuCopies for internal use only in Phenikaa University

trúc lõi-vỏ Nhũ tương này có tiềm năng ứng dụng tốt trong mực gốc nước chomàng polyethylene.

Năm 2019, Maryam Taheri và cộng sự [27] đã tổng hợp thành công nhựaacrylic dựa trên methyl methacrylate, butylacrylate, axit acrylic và styrene trongcác dung môi khác nhau sử dụng các chất khởi đầu peroxide hữu cơ nhưperoxyester, peroxyketal, dialkylperoxide và azo Sau khi trùng hợp, trọng lượngphân tử khối (Mw), chỉ số đa phân tán PDI = (Mw/Mn), độ nhớt, tổng monome dư

và màu APHA được đánh giá và kết quả của chất khởi đầu peroxit hữu cơ butyl và t-amylderivatives) được so sánh với chất khởi đầu azo

(t-Năm 2019, H Abd El-Wahab và cộng sự [28] đã chế tạo được nhũ tươngpolyme acrylate bằng phương pháp bán liên tục, sau đó tạo thành nhũ tương co-polyme của styrene/2- ethylhexyl acrylate và ter-polyme của styrene/methylmethacrylate/2-ethylhexyl acrylate và sử dụng làm chất kết dính cho sơn gốcnước để cải thiện tính chất vật lý chống lại tia UV, nước mưa và sự đổi màu củasơn

Năm 2021, Sonja Popić và cộng sự [29] đã nghiên cứu ảnh hưởng của việc

bổ sung methyl methacrylate (MMA) lên các tính chất của nhũ tương acrylatetổng hợp dựa trên butyl acrylate (BA) và 2-ethylhexyl acrylate (EHA) Các mẫuđược tổng hợp bằng cách bổ sung MMA vào cấu trúc copolyme, chiếm từ 10 đến50% trọng lượng trên tổng khối lượng BA và EHA Phân tích tính chất nhiệt chothấy việc bổ sung metyl metacrylate làm tăng nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh củamàng acrylate thu được bằng cách làm khô nhũ tương tổng hợp Độ bền kéo và

độ giãn dài khi đứt tăng tỷ lệ thuận với sự tăng hàm lượng MMA trong các mẫutổng hợp được Vật liệu acrylate thu được có thể được sử dụng để cải thiện khảnăng chống thấm nước của giấy và các vật liệu khác, nên nhũ tương thu đượcđược phủ một lớp mỏng lên một tờ giấy và khả năng chống thấm nước và dầucủa giấy đã được nghiên cứu Kết quả cho thấy tất cả các nhũ tương đều khôngthấm nước và dầu

 Tình hình nghiên cứu nhựa acrylic trong nước

Tại Việt Nam, nhựa acrylic cũng được nghiên cứu nhiều tập trung vào cácứng dụng của nhựa acrylic trong lĩnh vực sơn và composite

Copies for internal use only in Phenikaa University

Năm 2017, TS Nguyễn Thị Mai - Trường đại học giao thông vận tải [30] đãnghiên cứu chế tạo thành công sơn nước acrylic làm sơn phủ để bảo vệ các côngtrình giao thông Qua quá trình nghiên cứu, tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng củacác chất tạo mảng acrylic khác nhau lên các tính chất vật lý, cơ lý và tính chốngthấm của màng sơn phủ acrylic thông qua các phương pháp đo tính chất vật lý,

cơ lý của màng sơn, qua đó đã chế tạo sơn nước acrylic từ nhựa Viscopol dohãng Nuplex sản xuất, dùng làm sơn phủ để bảo vệ công trình giao thông Kếtquả thử nghiệm cho thấy các tinh chất vật lý, cơ lý của loại sơn chế tạo đáp ứngđược các yêu cầu kỹ thuật theo tiêu chuẩn Việt Nam

Năm 2022, Hoàng Thị Hương Thủy và cộng sự [31] đã nghiên cứu chế tạothành công lớp phủ composite trên cơ sở nhựa acrylic styrene có chứa tro bay,sau đó đánh giá ảnh hưởng của tro bay đến độ bám dính và độ bền mài mòn cátrơi của lớp phủ Lớp phủ có hàm lượng tro bay 10% thể hiện những đặc tính tốtnhất trong các công thức lớp phủ đã nghiên cứu

Năm 2023, PGS Lê Trọng Lư[32]cùngnhóm các nhà khoa học thuộc Viện

Kỹ thuật Nhiệt đới (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) vừanghiên cứu và phát triển thành công sản phẩm sơn phản xạ nhiệt nano trên cơ sởnhựa acrylic nhũ tương giúp chống nóng cho các công trình xây dựng ngoài trời,các bồn, bể chứa xăng dầu

Tuy nhiên, các nghiên cứu về quá trình tổng hợp nhựa acrylic hoặc xâydựng quy trình sản xuất nhựa acrylic thì chưa được công bố, cũng như chưa cóđơn vị nào tại Việt Nam sản xuất loại nhựa có nhiều tính năng này

Do vậy, trong luận văn tốt nghiệp này, tập trung nghiên cứu quy trình chếtạo và tổng hợp nhựa acrylic nhũ tương với các đặc tính kỹ thuật phù hợp để ứngdụng làm sơn nước, tương đương với nhựa acrylic thương mại trên thị trường

1.4 Sơn nước

Sơn nước là một hệ hỗn hợp đồng nhất được cấu tạo bởi các thành phầnchính là: chất tạo màng (binder), bột màu (pigment), bột độn (extender), dungmôi (solvent) và một số chất phụ gia khác [33] Sơn nước chủ yếu là sơn nhũtương dựa trên polyme tổng hợp, còn gọi là sơn latex Khi phủ lên bề mặt cần sơnCopies for internal use only in Phenikaa University

sẽ tạo một lớp mỏng, bám chắc không những có thể bảo vệ bề mặt, mà còn tăngtính thẩm mỹ.

Sơn nước là sản phẩm có màu sắc phong phú đa dạng, với các tính chất lýhóa quan trọng giúp bám dính trên nhiều bề mặt khác nhau nhằm bảo vệ vật liệutránh hư hỏng và kéo dài tuổi thọ vật liệu theo thời gian Chính vì thế sơn nướcđược sử dụng rất rộng rãi với các mục đích như:

- Bảo vệ bề mặt vật nền, chống nóng, chống thấm, chống han gỉ, …

- Biến tính bề mặt ngoài của nền để tạo màu sắc, tạo độ bóng, trang trí, …

- Điều chỉnh độ dẫn nhiệt, dẫn điện, chống bám bẩn, phản xạ, làm lệch hayhấp thụ âm thanh, …

1.4.1 Các loại chất phụ gia trong sơn nước

Phụ gia là các loại nguyên liệu được thêm vào với số lượng nhỏ để cungcấp hoặc tăng cường các đặc tính cụ thể nhất định cho sản phẩm [34]

Theo tính chất vật lý và hóa học của sơn phủ, phụ gia cho sơn có thể đượcchia thành nhiều loại, chẳng hạn như phụ gia cho sơn gốc dung môi, phụ gia chosơn gốc nước và phụ gia dành cho sơn tĩnh điện Phụ gia sơn nước có thể đượcchia thành các loại sau:

- Phụ gia làm phẳng: bao gồm chất làm ướt, làm phẳng và chất giảm sức

căng bề mặt, chất làm phẳng mịn, chất làm phẳng silicon, chất làm phẳng acrylic,chất làm phẳng Polyether siloxan

- Phụ gia thấm ướt: bao gồm chất làm ướt vật liệu nền và chất làm ướt chất

độn bột màu, chất làm ướt bề mặt chống tạo bọt, phụ gia thấm ướt không ion

- Chất phân tán: chất phân tán làm ướt và chất mang phân tán sắc tố, chất

phân tán keo tụ có kiểm soát, chất phân tán làm ướt keo tụ

- Phụ gia phá bọt: Phụ gia phá bọt kim, phụ gia phá bọt to, bao gồm chất

tạo bọt, chất chống tạo bọt, chất phá bọt, chất tạo bọt silicone gốc nước, chất khửbọt dầu khoáng, chất khử bọt silicon flo, chất khử bọt silicon, chất khử bọt khôngsilicon, chất khử bọt polyme

- Phụ gia bảo quản: Phụ gia chống thối, phụ gia chống nấm mốc, bao gồm

chất bảo quản bồn chứa, thuốc diệt nấm và lớp phủ algaecide

Copies for internal use only in Phenikaa University

- Phụ gia điều chỉnh độ pH: Phụ gia dung để điều chỉnh pH theo ý muốn,

đáp ứng yêu cầu đề ra

- Chất bảo dưỡng: chất liên kết chéo polyisocyanate, chất liên kết chéo

aziridine, chất liên kết chéo epoxy siloxane, chất liên kết chéo nhựa melamine vàchất liên kết ngang isocyanate biến tính

- Chất ức chế ăn mòn, chất chống gỉ, chất chống gỉ thép bể, chất ức chế ăn mòn hỗn hợp vô cơ hữu cơ

- Chất làm khô, chất chống bong và chất xúc tác

- Chất chống oxy hóa và chất ổn định ánh sáng

- Phụ gia tác dụng đặc biệt: bao gồm chống trượt, chống mài mòn, chống

xước, cứng, mềm, chống bám dính, kỵ nước, chống vẽ, cải thiện độ bám dính,làm trắng và các phụ gia khác

1.4.2 Bột màu, bột độn sử dụng trong sơn nước

Bột màu và bột độn là thành phần chính của sơn nhằm tạo nên màu sắc và

độ che phủ của màng sơn Bột màu và bột độn có ảnh hưởng đến nhiều tính chất

cơ học của màng sơn

 Bột màu

Bột màu là những hạt rắn, mịn phân tán trong môi trường sơn tạo chomàng sơn một số tính chất đặc biệt Tính chất quan trọng nhất của bột màu là làmcho màng sơn có màu sắc nhất định, mật độ trong suốt [35]

Tính chất của bột màu: không hoà tan nhưng phân tán trong chất tạo màng,nước và dung môi Tỷ lệ chiếm 1 – 10% thành phần

Có 2 loại bột màu:

- Màu vô cơ (Màu tự nhiên): tone màu tối, độ phủ cao bền màu

- Màu hữu cơ (màu tổng hợp): tone màu tươi, độ phủ và bền màukhông bằng màu vô cơ

Nhìn chung, bột màu có thể là một hợp chất vô cơ hay hữu cơ, có cấu trúchóa học thích hợp để chịu được thời tiết mà không bị hủy hoại đáng kể Hơn nữa,chúng phải trơ trong môi trường sơn và không bị ảnh hưởng bởi bản chất hóa họccủa vật liệu được sơn

 Bột độn

Copies for internal use only in Phenikaa University

Bột độn được xem là các loại vật liệu làm tăng cường hiệu quả của các loạibột màu đắt tiền nhằm giảm giá thành của sơn, không những không ảnh hưởngđến chất lượng mà còn tạo cho sơn có thêm những tính chất ưu việt khác Lựachọn loại và số lượng bột độn dùng trong sơn có ảnh hưởng đến hàng loạt các yếu

tố chất lượng của sơn như: [36]

- Độ đặc (tính lưu biến)

- Tính dàn trải và láng mặt

- Độ đóng lắng của bột màu khi lưu kho

- Cường độ của màng sơn

- Tính thấm nước của màng sơn

- Độ che phủ của màng sơn

- Độ bong của màng sơn

Tính chất của bột độn: không hoà tan nhưng phân tán trong chất tạo màng,nước, dung môi Tỷ lệ chiếm 30 – 50% thành phần

Copies for internal use only in Phenikaa University