Bộ môn công nghệ hoá học sơn epoxy gốc nước

Trong số các biện pháp bảo vệ hiệu quả, việc sử dụng lớp phủ đóng một vai trò quan trọng, đặc biệt là sơn nước, trong đó sơn nước đặc biệt quan trọng bởi nó là loại sơn không chứa dung m

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC

SƠN EPOXY GỐC NƯỚC

MÔN HỌC: CÔNG NGHỆ SƠN GVHD: TS NGUYỄN HƯNG THUỶ NHÓM SVTH: NHÓM 06

1 Lê Huỳnh Anh 21128113

2 Nguyễn Xuân Khoa 21128340

3 La Khải Lợi 21128342

4 Lê Thành Nhân 21128348

5 Nguyễn Minh Trọng 21128359

Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2024

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến sự hướng dẫn tận tình của cô Nguyễn Hưng Thủy Cảm ơn cô đã dành thời gian để xem xét, giảng dạy và hỗ trợ nhiệt tình trong suốt thời gian qua để chúng em có thể hoàn thành tốt nhất có thể báo cáo đề tài sơn epoxy gốc nước Nhờ những kiến thức cô đã trang bị cho chúng em về môn học công nghệ sơn và những kiến thức thực tế xử lý các tình huống từ nhà máy mà chúng

em có thể hoàn thành tốt mục tiêu của môn học đề ra Thông qua đó chúng em có những

nền tảng cơ bản để có thể hoàn thành tốt các công việc trong tương lai

Chúng em xin chân thành cảm ơn đến tất cả quý thầy cô trong bộ môn Công nghệ Hóa học trường đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy, trang bị cho chúng em đầy đủ kiến thức cơ bản, là nền tảng trong suốt quá trình học tập tại trường để từ đó chúng em có đủ hành trang để hoàn thành các môn học năm 3 tốt nhất có thể

Một lần nữa chúng em xin gửi lời cảm ơn đến cô Nguyễn Hưng Thủy

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

NỘI DUNG 2

1 Giới thiệu về sơn epoxy gốc nước 2

1.1 Khái niệm 2

1.2 Ưu điểm của sơn 2

1.3 Nhược điểm của sơn 3

1.4 Phân loại 3

1.5 Thành phần chính 3

1.5.1 Thành phần A (part A) 4

1.5.2 Thành phần B (part B) 7

1.6 Ứng dụng của sơn epoxy gốc nước 9

2 Công thức sơn 9

3 Sản xuất sơn epoxy 14

3.1 Sản xuất nhựa epoxy 14

3.2 Sản xuất thành phần A (part A) 15

4 Tiêu chuẩn Việt Nam cho sơn epoxy 16

4.1 Tiêu chuẩn Việt Nam 16

4.2 Một số tiêu chuẩn cụ thể cho từng loại sơn epoxy gốc nước 21

4.2.1 EC-11 Water-Based Epoxy 21

4.2.2 NATIONAL AQUA EPOXY PRIMER ( WATER BASED EPOXY) 21

5 Gia công (sơn sàn) 22

6 Các sự cố thường gặp khi thi công 22

KẾT LUẬN 26

TÀI LIỆU THAM KHẢO 27

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 Cấu trúc của vòng oxirane 4

Hình 2 Phản ứng tổng hợp DGEBA 4

Hình 3 Một vài co-solvent được sử dụng trong sơn epoxy gốc nước 5

Hình 4 Một vài chất hoá dẻo được sử dụng trong sơn epoxy gốc nước 6

Hình 5 Cơ chế phản ứng đóng rắn với amine 7

Hình 6 Cơ chế phản ứng đóng rắn với melamine 7

Hình 7 Cơ chế phản ứng đóng rắn với amide 8

Hình 8 Cấu trúc của một phân tử silane 8

Hình 9 Cơ chế đóng rắn cảu silane với epoxy 9

Hình 10 Quy trình sản xuất sơn epoxy 15

Hình 11 Phổ hấp thụ hồng ngoại của nhựa epoxy (loại bisphenol A) 20

Hình 12 Màng sơn bị rỗ 23

Hình 13 Màng sơn bị nhăn 23

Hình 14 Màng sơn bị bong tróc 24

Hình 15 Màng sơn bị phồng 25

DANH MỤC BẢNG Bảng 1 Công thức sản xuất sơn lót Epoxy trắng gốc nước của công ty Hexion tại

Columbus 10

Bảng 2 Công thức sản xuất sơn phủ bê tông Epoxy gốc nước 2K của công ty Allnex 13

Bảng 3 Hấp thụ đặc trưng của nhựa epoxy (loại bisphenol A) 20

Bảng 4 Thông số kĩ thuật của EC-11 Water-Based Epoxy 21

Bảng 5 Thông số kĩ thuật của NATIONAL AQUA EPOXY PRIMER 22

1

MỞ ĐẦU

Việt Nam, với khí hậu nhiệt đới gió mùa, nhiệt độ cao và độ ẩm lớn, cùng với lượng mưa nhiều, tạo ra điều kiện thuận lợi cho quá trình ăn mòn và phá hủy các công trình xây dựng Do đó, việc tăng cường bảo vệ và nâng cao tuổi thọ của các công trình trở thành một ưu tiên hàng đầu Trong số các biện pháp bảo vệ hiệu quả, việc sử dụng lớp phủ đóng một vai trò quan trọng, đặc biệt là sơn nước, trong đó sơn nước đặc biệt quan trọng bởi nó là loại sơn không chứa dung môi hữu cơ, thân thiện với môi trường và người sử dụng Trong công trình nghiên cứu này đã đưa ra được hàm lượng bột màu, bột độn tối ưu, được xác định thông qua tính chất cơ lý nhằm mục đích đưa ra hệ sơn tốt, đáp ứng chỉ tiêu kỹ thuật của sơn theo quy trình trong ngành giao thông vận tải Trong thời đại ngày nay, sự nhấn mạnh vào bảo vệ môi trường và sức khỏe con người ngày càng trở nên quan trọng hơn Trong lĩnh vực công nghiệp sơn phủ, sơn epoxy gốc nước đang trở thành một lựa chọn phổ biến đối với các nhà sản xuất và người tiêu dùng Việc chuyển đổi từ sơn epoxy gốc dung môi sang sơn epoxy gốc nước mang lại nhiều lợi ích môi trường và sức khỏe đồng thời vẫn đảm bảo chất lượng và hiệu suất của sản phẩm

Sơn epoxy gốc nước được phát triển, ra đời sau sơn gốc dầu Nhờ vào các cải tiến khoa học kỹ thuật hiện đại, sơn epoxy gốc nước đạt được các tính năng tạo mặt chai cứng, chịu va đập, chịu được ăn mòn acid nồng độ nhẹ… như sơn gốc dầu nhưng khắc phục cải tiến các nhược điểm của sơn epoxy gốc dầu

Với những lí do trên chúng em đã chọn đề tài “Sơn epoxy gốc nước” làm đề tài tiểu luận cho nhóm mình

1.2 Ưu điểm của sơn

- Hàm lượng VOCs (Volatile Organic Compounds – các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi) thấp do thành phần là dung môi nước nên không gây hại cho sức khỏe con người trong quá trình thi công và không tạo ra mùi khó chịu, thân thiện với môi trường nên được dùng phổ biến để dần thay đế cho sơn epoxy gốc dầu

- Có thể sử dụng trong môi trường có độ ẩm cao, ít nhạy cảm với độ ẩm Độ ẩm là yếu

tố quan trọng quyết định đến loại sơn cần thi công Vì vậy có thể thi công cho cả những khu vực có địa hình cao và tại nhiều khu vực địa hình khác nhau Trong khi sơn epoxy gốc dầu lại không thể có được những đặc điểm này

- Có khả năng chống bám bụi, dễ vệ sinh

- Khả năng chịu lực tốt, độ bền cao và tuổi thọ lâu dài

- Có nhiều cải tiến như: phản ứng hóa học xảy ra khi trộn sơn và bay hơi trong quá trình này nên đảm bảo hạn chế được sự cố; thời gian sử dụng sơn dài hơn; khả năng khô sơn tốt hơn trong môi trường ẩm

- Sơn phủ epoxy gốc nước có khả năng chịu lực, chống va đập tốt, chịu mài mòn, khả năng chống trượt, chống thấm, chống cháy, chống vi khẩn, chống ăn mòn axit… Sơn lót epoxy gốc nước làm tăng độ bám dính giữa bề mặt nền và lớp sơn màu, tăng độ bền và chống bong tróc sơn

3

1.3 Nhược điểm của sơn

- Kém bền hơn so với những loại sơn epoxy khác (epoxy gốc dầu, epoxy không dung môi)

- Giá thành cao hơn epoxy gốc dầu từ 20 – 30% do tính chất ít độc hại

- Độ bóng kém hơn, chỉ tạo bền mặt sơn nền bóng mờ chứ không được bóng đẹp như sơn epoxy gốc dầu

- Thời gian khô lâu hơn

- Loại II: sử dụng nhựa epoxy bisphenol A rắn có trọng lượng phân tử cao Nhựa epoxy

là một phân tử ưa mỡ và độ cân bằng ưa nước - ưa mỡ (HLB) của nó thấp hơn loại III

- Loại III: bao gồm nhũ tương nhựa epoxy lỏng có trọng lượng phân tử thấp và chất đóng rắn epoxy gốc nước

- Loại IV: Nhựa epoxy gốc nước loại IV được cải tiến từ loại III Nó bao gồm nhũ tương nhựa epoxy gốc nước và chất đóng rắn epoxy biến tính polyurethane (PU)

1.5 Thành phần chính

Sơn Epoxy loại gốc nước bao gồm 2 thành phần: thành phần A (part A) bao gồm nhựa epoxy, bột màu, dung môi và các chất phụ gia; thành phần B (part B) là chất đóng rắn

Hình 1 Cấu trúc của vòng oxirane

Loại nhưa epoxy được sử dụng phổ biến là Bisphenol A diglycidyl ether (BADGE/ DGEBA) được điều chế từ phản ứng alkyl hoá bisphenol-A với epichlorohydrin với sự

5

Khác với sơn epoxy gốc dầu sử dụng các dung môi dễ bay hơi, độc hại, sơn epoxy gốc nước sử dụng các dung môi gốc nước có nhiệt độ sôi cao, khó bay hơi Người ta thường dùng các co-solvent để điều chỉnh các tính chất của dung môi sử dụng trong sơn epoxy gốc nước

Hình 3 Một vài co-solvent được sử dụng trong sơn epoxy gốc nước

- Chất hoá dẻo: mang lại sự cải thiện về tính linh hoạt, hiệu suất ở nhiệt độ thấp và sửa đổi một số tính chất khác Các chất hóa dẻo khác nhau ảnh hưởng đến các tính chất vật

lý và hóa học khác nhau của màng sơn

Hình 4 Một vài chất hoá dẻo được sử dụng trong sơn epoxy gốc nước

- Chất hoạt động bề mặt: cải thiện khả năng phân tán của nhựa trong dung môi, cải thiện khả năng bám dính của chất màu, bột độn trong sơn Các chất hoạt động bề mặt được

sử dụng phổ biến là: sulfosuccinic acid esters, alkoxylates, sodium lauryl sulfate, chất hoạt động bề mặt fluoro và các sản phẩm dựa trên acetylenic diol

7

1.5.2 Thành phần B (part B)

Chất đóng rắn được thêm vào sơn để thực hiện phản ứng khâu mạng ngang, tạo cấu trúc nhiệt rắn ba chiều, hình thành màng sơn trong quá trình thi công.Việc lựa chọn chất đóng rắn là chìa khoá để đạt được chất lượng màng sơn theo ý muốn

Hình 5 Cơ chế phản ứng đóng rắn với amine

độ cao, chủ yếu được sử dụng khi có hệ thống sấy khô

Hình 6 Cơ chế phản ứng đóng rắn với melamine

8

- Chất đóng rắn loại amide:

trong phân tử chứa các amine bậc một và bậc hai Các polyamide tạo màng linh hoạt với

độ bám dính, khả năng kháng nước tốt, tốc độ đóng rắn chậm cho phép kéo dài thời gian thi công

Chúng ít bay hơi hơn và có thể được sử dụng trong các công thức có hàm lượng VOCs thấp và hàm lượng sắc tố cao Chúng mang lại độ bám dính tốt cho bê tông và có thể tăng cường khả năng chống ăn mòn Thông qua sửa đổi thích hợp, độ bám dính với kim loại và khả năng chống va đập có thể được tăng cường

Hình 7 Cơ chế phản ứng đóng rắn với amide

- Chất đóng rắn loại silane:

được (R: alkoxy, acyloxy, halogen hoặc amine) và nhóm không thuỷ phân được (amino, epoxy hoặc vinyl) Silane có thể được dùng để đóng rắn nhiều loại nhựa khác nhau tuỳ theo cấu trúc R và X

Hình 8 Cấu trúc của một phân tử silane

- Sử dụng trong công nghiệp ô tô, hàng hải làm lớp phủ bảo vệ chống gỉ

- Ứng dụng trong nhiễu khía cạnh của lĩnh vực điện – điện tử

- Sử dụng làm lớp phủ vệ sinh trong các nhà máy thực phẩm

- Các loại sơn phủ sàn, bê tông, nội thất; sơn lót cho kim loại, bê tông,…

2 Công thức sơn

Sơn epoxy thường được kết hợp từ 2 thành phần chính:

- Phần A bao gồm sơn epoxy (thông thường sẽ là thùng lớn)

- Phần B là chất đóng rắn trong sơn (thùng nhỏ)

Hai thùng này thường được pha trộn với nhau theo đúng một tỉ lệ nhất định (thường

là tỉ lệ 4:1) tạo nên lớp sơn epoxy, nếu chênh lệch ít thì phải mất một vài ngày mới khô cứng, nếu chênh lệch quá nhiều sẽ không bao giờ đông cứng Khi đưa vào sử dụng thì chỉ việc trộn đều hai thành phần này lại với nhau theo đúng một tỉ lệ nhất định đã được chỉ định sẵn

10

Thành phần A là thành phần chính của sơn epoxy, chủ yếu là nhựa epoxy được phối trộn với các hạt tạo màu siêu mịn, các chất gia cường, chất hoạt động bề mặt, dung môi, phụ gia… nó có tác dụng che lấp khuyết tật, tạo tính thẩm mỹ, độ bóng sáng cho nền sàn sau thi công Phần đóng rắn còn gọi là phần B công dụng chính là làm đóng rắn khi trộn hai thành phần của sơn epoxy, phần B giúp sơn epoxy có khả năng chống chịu các lực tác động từ bên ngoài

Trong công thức sản xuất sơn lót Epoxy gốc nước của công ty Hexion bao gồm 2 thành phần:

Phần A: Sơn epoxy, trong đó:

- Nhựa EPI-REZ 6520-WH-53 là chất phân tán nước không chứa ion, 53% nhựa epoxy

rắn loại EPON™ Resin 1001 đã biến tính Loại nhựa này chứa hàm lượng dung môi thấp (acetone và propylene glycol monomethyl ether) và được thiết kế để mang lại hiệu suất cao cho lớp phủ epoxy truyền thống trong lớp phủ gốc nước có hàm lượng VOC thấp, không HAP (hazardous air pollutants) Mặc dù EPI-REZ Resin 6520-WH-53 có

Bảng 1 Công thức sản xuất sơn lót Epoxy trắng gốc nước của công ty Hexion tại Columbus

11

khả năng tương thích tốt với nhiều chất đóng rắn amin khử nước nhưng nó được thiết

kế để sử dụng với Chất đóng rắn EPIKURE™ 6870-W-53

- Dowanol PPh (propylene glycol phenyl ether) là ete glycol đóng vai trò là một

cosolvents có tốc độ bay hơi chậm và tồn tại trong màng lâu hơn có một số chức năng quan trọng trong lớp phủ epoxy gốc nước: chất hỗ trợ kết tụ, chất làm phẳng và tạo dòng, chất làm ướt bột màu, kiểm soát bọt… Khi cho các cosolvents này vào hệ phân tán nhựa, chúng sẽ phân chia giữa pha nước và pha nhựa nhưng sự phân chia này là một quá trình động và tương đối chậm Vì lý do này mà nếu muốn đo độ nhớt của thành phần cuối cùng sau khi phân tán sắc tố hoặc kiểm tra độ ổn định ở nhiệt độ cao cần phải cân bằng thành phần này bằng cách là để chúng qua đêm

- EFKA 2526 Defoamer là một chất khử bọt được thêm vào để làm giảm sự tạo bọt

trong bước phân tán và giảm bọt khí trên bề mặt Trong một số trường hợp, lượng chất khử bọt thứ hai có thể được thêm vào sau giai đoạn phân tán, nếu phần lớn chất khử bọt được tiêu thụ trong bước phân tán

- Ti-Pure R-960 là các Titanium Dioxide đóng vai trò là bột màu có khả năng chịu được

thời tiết, được xử lý bề mặt để tăng cường đặc tính, dễ phân tán có độ ổn định và hiệu suất cao

- 10 ES Wollastocoat (Canxi meta-slicat) là một chất gia cường màng hữu ích nhờ vào

hình dạng hình kim của nó

- Sparmite A Barytes là chất độn Barium sulfate góp phần tăng khả năng kháng nước

và hóa học

- Halox SW-111 là các bột màu chống ăn mòn đóng vai trò quan trọng trong việc nâng

cao độ bền và tuổi thọ của sơn và chất phủ Những chất màu chuyên dụng này được thiết

kế để bảo vệ chống ăn mòn và hình thành rỉ sét trên các chất nền khác nhau Chúng hoạt động như một rào cản giữa bề mặt và môi trường xung quanh, ngăn chặn độ ẩm, hóa chất và các tác nhân ăn mòn khác tiếp xúc với bề mặt

- Wet ground Mica là các mica (nhôm kali silicat) có dạng tấm góp phần chống nước

và chống ẩm Nó là một loại khoáng chất silicat có độ giòn cao với thành phần hóa học

12

đa dạng, giúp giữ được độ sáng rực rỡ của các mặt phân cắt Mica có thể được sử dụng trong sơn và chất phủ để giảm tác hại của tia cực tím hoặc tác hại của ánh sáng và nhiệt khác đối với màng sơn, thúc đẩy lớp phủ axit, kiềm và cách nhiệt, đồng thời tăng cường

độ bền, chống đóng băng, chống ăn mòn, chống nước, v.v giúp tăng cường độ bám dính của lớp, cải thiện cường độ, độ sáng, độ bền và độ nén của nó Do đó, nó có tác dụng làm giảm sự trao đổi không khí, ngăn ngừa các đốm và vết nứt cũng như giảm cặn trong sơn Là chất độn trước trong sơn, bột mica có thể được sử dụng để thay thế một số nguyên liệu thô đắt tiền trong sơn nhằm giảm giá thành sản xuất

- CoatOSil 1770 là các silane chức năng epoxy được dùng trong các lớp phủ epoxy gốc

nước nhằm cải thiện độ bám dính và làm ướt bề mặt Những cải tiến hiệu suất tốt nhất đạt được bằng cách kết hợp chất kích thích bám dính silane vào thành phần epoxy trong quá trình nghiền bột màu

- DI water là nước khử ion, việc sử dụng nước khử ion là rất quan trọng vì nước máy

tiêu chuẩn chứa nhiều hợp chất ion phản ứng với các nhóm chức năng của hệ epoxy, điều này sẽ dẫn đến các vấn đề về hiệu suất và bảo quản

Phần B: Chất đóng rắn, trong đó:

- Chất đóng rắn EPIKURE 6870-W-53 là chất đóng rắn có trọng lượng phân tử cao

dành cho nhựa epoxy Nó là chất phân tán nước không chứa ion, 53% chất rắn, không chứa dung môi của chất phụ gia polyamine biến tính Nó được thiết kế để mang lại hiệu suất cao cho các lớp phủ epoxy truyền thống với hàm lượng VOC thấp, lớp phủ epoxy gốc nước không chứa HAPS Nó thể hiện khả năng tương thích tốt với các chất phân tán nhựa epoxy

- Raybo 60 là một phụ gia chống rỉ sét nhanh gốc nước ở dạng lỏng trong suốt có màu

vàng rơm Rỉ sét là một hiện tượng ngẫu nhiên có thể xảy ra trong quá trình thi công lớp phủ epoxy gốc nước lên nền kim loại ở điều kiện độ ẩm cao