bài giảng giới thiệu về sơn

Chương I: GIỚI THIỆU VỀ SƠNSơn Paintsđược sử dụng trong thời kỳ Đồ Đá với hợp phần của nhiều chất như: mỡ động vật, màu đất và carbon?. Khoảng 7% lượng sơn tiêu thụ trên toàn cầu được

Trang 1

Chương I: GIỚI THIỆU VỀ SƠN

1 Sơn là gì? Sự khác nhau cơ bản giữa sơn và

Vecni?

2 Những thành phần cơ bản của sơn là gì? Chức

năng chính của các thành phần cơ bản này?

3 Có mấy cách phân loại sơn? Nêu tên một số

loại sơn được phân loại theo cách thông thường.

Trang 2

Sơn (Paints)được sử dụng trong thời kỳ Đồ Đá với hợp phần

của nhiều chất như: mỡ động vật, màu đất và carbon Con

người đã dùng những nguyên liệu này để trang trí hang hốc

mình ở và các vật dụng …

Tuy nhiên chúng chưa phù hợp với những khái niệm về màng như ngày nay Họ chỉ dựa trên mỡ động vật làm tác nhân kết dính và chất màu.

Trang 3

I Lịch sứ phát triển

Vài ngàn năm sau đó (2000 BC), người Trung Quốc đã phát

minh và dùng mũ cây sơn (Rhus vernicifera) làm sơn phủ và

keo như nguyên liệu kết dính Bề mặt màng sơn nhẵn và bóng hơn so với bề mặt sơn trong các hang động Và những khái niệm thời bấy giờ cũng gần gũi với lý thuyết về sơn của chúng

ta hiện nay.

Trang 4

Trong thế kỷ XVI, vật phẩm sơn bùn nổ ở châu Âu dẫn đến nhu cầu phát triển keo gỗ ở châu Âu và một thực tế là sáp cây keo không đủ ỗn định Vì thế, Sự kết hợp giữa dầu thực vật và

nhựa cây được tiếp tục phát triển và cải tiến Theo đó, sơn

được sản xuất từ các loại dầu thảo mộc như: dầu lanh, dầu

trầu, dầu gai, dầu dừa, dầu hướng dương, dầu ngô, dầu cao

su, …; các loại nhựa thiên nhiên như: cách kiến, nhựa thông, bitum thiên nhiên …; đến các loại bột như cao lanh, oxit sắt …

Trang 5

Những sản phẩm từ thực vật vẫn đóng vai trò quan trọng cho đến đầu thế kỷ XX Sự phát triển nhanh của khoa học kỹ thuật và sự cần thiết nâng cao hơn chất lượng

màng đặt ra yêu cầu phải phát triển những loại sơn mới

Cellulose nitrat, phenolic tổng hợp và nhựa alkyl ra đời được xem là chất kết dính

“hiện đại” Ngày nay, nguyên liệu chất kết dính có nguồn gốc từ ngành công nghiệp dầu mỏ đã có thể đáp ứng thỏa mãn nhu cầu của người tiêu dùng Dầu thực vật và nhựa không còn sử dụng ở dạng tự nhiên nữa, chúng vẫn được sử dụng như hợp phần chất kết dính, tuy nhiên chúng ở dạng biến tính

Trang 6

Trang 7

II Xu hướng phát triển ngành sơn trên thế giới

và công nghiệp sơn ở Việt Nam

Toàn thế giới, năm 1965 sản xuất khoản 10 triệu tấn sơn, năm 1975 tăng lên 16 triệu tấn Năm 1996 sản lượng sơn của thế giới vào khoảng 23 triệu tấn

Khoảng 7% lượng sơn tiêu thụ trên toàn cầu được sử dụng ở các nước công

nghiệp có các quy định về môi trường nghiêm ngặt

Kỹ thuật sơn dung môi truyền thống hiện đang chiếm hơn một nữa lượng sơn Công nghiệp ở Tây âu và Bắc Mỹ và hơn 80% ở Nhật Bản – nơi có ngành công nghiệp ôtô phát triển mạnh

Công nghiệp sơn trên thế giới

Trang 8

Các áp lực về môi trường chưa đủ để bắt các nhà sản xuất chuyển sang loại sơn bột, sơn nước, sơn dung môi với hàm lượng các chất hữu cơ dễ bay hơi (Volatile Organic Chemicals-VOC) thấp hoặc không có VOC hay sơn đóng rắn bằng bức xạ

Công nghệ sạch – Sản xuất sơn có hàm lượng chất rắn cao và Sơn đóng rắn bằng bức xạ chỉ có thể phát triển nếu các đặc tính của sơn và yếu tố chi phí-lãi được cải thiện

Nỗ lực tìm kiếm nguyên liệu mới và pha chế những loại sơn mới làm tăng sự cạnh tranh trong thị trường sơn, đồng thời thúc đẩy các nhà sản xuất phải hợp nhất

Trang 9

Trang 10

Hiện nay sơn bột đang phát triển với mức tăng trưởng 10% năm Trong sơn bột có tới 90% thành phần nhựa nhiệt rắn (gốc epoxy, PU, Epoxy polyeste…) PPG và ICL

là hai công ty Mỹ có thế mạnh trong lĩnh vực sơn bột Sơn bột còn nhiều tiền năng lớn

Trong những năm gần đây, sơn Latex được sử dụng nhiều để chống ăn mòn trong công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp ôtô với mức tăng trưởng 10%/năm, chủ yếu là

để tạo ra lớp sơn nền

Sơn lót sử dụng sơn dung môi nước và được sơn bằng phương pháp điện di có

nhiều ứng dụng rộng rãi, chiếm 7% lượng sơn thân thiện môi trường, có đặc điểm là tạo lớp sơn đồng đều, sơn được các chi tiết phức tạp và dễ tự động hóa Sơn theo phương pháp điện di là các sản phẩm tổng hợp của epoxyamin trong đó các axit mono và polycacbonat biến tính

Trang 11

Sơn khô nhờ bức xạ (không chứa VOC) là loại có tốc độ đóng rắn nhanh và được

sử dụng có hiệu quả Năm 1994, nhu cầu sơn khô nhờ bức xạ ở Mỹ là 42,000 tấn, còn Tây Âu là 70,000 tấn với hơn 90% là đóng rắn bằng tia cực tím

Sự phát triển của sơn thân thiện môi trường làm nhu cầu sử dụng sơn dung môi giảm đi Các dung môi hydrocacbon clo giảm 9.8%/năm và hydrocacbonthom và thẳng sẽ giảm 5.7%/năm

Người ta đã sử dụng khoảng 2700 loại nhựa đễ làm chất tạo màng, 700 loại dầu,

2000 loại bột màu, 1000 loại dung môi và khoản 600 chất phụ gia

Trang 12

Công nghiệp sơn ở Việt Nam

Từ rất lâu đời, người Việt Nam đã biết khai thác và sử dụng sơn trong việt trang trí

Mỹ Thuật cũng như bảo vệ vật liệu gỗ và kim loại, tượng, sơn son thiếp vàng…

Năm 1913-1914 ở nước ta xuất hiện một nhà máy sản xuất sơn dầu đầu tiên ở Hải Phòng mang nhãn hiệu Testudo do hai kỹ sư pháp sản xuất và kinh doanh

Năm 1920 một số người VN di sâu nghiên cứu chế tạo sơn dầu, tìm kiếm nguyên liệu trong nước rồi hùn vốn sản xuất như Cty sơn Nguyễn Sơn Hà sản xuất thủ công 2-3 tạ/tháng Sau đó ngày càng lớn dần mang nhãn hiệu Résistanco (100 tấn/năm) đặt tại Hải Phòng, đến hãng sơn Thăng Long tại Hà Nội

Những năm 60 của thế kỷ XX, các cơ sở sản xuất được duy trì và khuyến khích với sản lượng ở miền Bắc lên đến 700-800 tấn/năm

Trang 13

Đầu những năm 70, miền Bắc có 5 cơ sở chính chiếm sản lượng lớn:

Năm 1975, miền Nam có 25 cơ sở sản xuất như: Á Đông, Bạch tuyết, Đồng

Nai, hàng năm sản xuất 5000 – 6000 tấn chủ yếu là sơn dầu, sơn

Nitrocelluloze, sơn nước Công suất tối đa của các xưởng sơn niềm Nam và Bắc là 26,000 tấn/năm.

Những năm gần đây, do ngành hóa chất phát triển mạnh mẽ nên sơn tổng hợp

đã vượt lên hàng đầu trong các chủng loại sơn.

Ngành công nghiệp sơn Việt Nam cần phải gắn với nhiệm vụ chống ăn mòn kim loại và bảo vệ vật liệu.

Nhà máy sơn Thái Bình (HN) 1500 Tấn/năm Sơn Phú Hà (HP) 1000 Tấn/năm Nhà máy sơn Quân Đội (Gia Lâm) 400-500 Tấn/năm

-Sơn Tổng hợp Hà Nội Nhà máy sơn Tổng hợp (1975) 1000 Tấn/năm

Trang 14

-Chương I: GIỚI THIỆU VỀ SƠN

Năm 1975, miền Nam có 25 cơ sở sản xuất như: Á Đông, Bạch tuyết, Đồng Nai, hàng năm sản xuất 5000 – 6000 tấn chủ yếu là sơn dầu, sơn Nitrocelluloze, sơn nước Công suất tối đa của các xưởng sơn niềm Nam và Bắc là 26,000 tấn/năm

Những năm gần đây, do ngành hóa chất phát triển mạnh mẽ nên sơn tổng hợp đã vượt lên hàng đầu trong các chủng loại sơn

Ngành công nghiệp sơn Việt Nam cần phải gắn với nhiệm vụ chống ăn mòn kim loại và bảo vệ vật liệu

Trang 15

III Khái niệm về sơn

Trước đây, một số nhà nghiên cứu đã đưa ra một vài khái niệm như sau:

Paint là huyền phù của bột màu, chất độn trong dung dịch chất tạo màng với

dung môi tương ứng (Liên xô)

Paint là hỗn hợp lỏng chứa bột màu, khi phủ lên nền thành lớp mỏng sẽ tạo

thành màng phủ không trong suốt (Mỹ)

Sau đó, tiêu chuẫn ISO4618/1 ra đời đã định nghĩa Paint và Varnishes như

sau:

Paint: là một sản phẩm (ở dạng lỏng hoặc dạng bột) chứa đựng chất màu

được ứng dụng như một chất nền cho dạng màng không trong suốt nhằm để bảo vệ, trang trí hoặc đáp ứng những tính chất kỹ thuật đặc biệt.

Varnishes: là một sản phẩm được ứng dụng như một chất nền cho dạng màng

trong suốt liên tục nhằm bảo vệ, trang trí hoặc đáp ứng những tính năng kỹ thuật đặc biệt

Trang 16

III Các thành phần của sơn

Trang 17

−Film – forming substrances: có thể là một đại phân tử hoặc hợp chất có trọng lượng phân tử thấp phản ứng với chất đóng rắn tạo thành một đại phân tử lớn hơn người ta thường gọi là màng polymer (film)

Ví dụ: Nhóm màng tiêu biểu đầu tiên là Cellulose nitrate và PVC copolymer Nhóm màng tiêu biểu thứ hai là Polyurethane và Epoxy resin

Sự tăng trọng lượng phân tử của màng polymer dẫn đến cải thiện tính chất

cơ học của màng Độ nhớt của dung dịch polymer tăng liên tục khi tăng trọng lượng phân tử, tuy nhiên đến một giới hạn nào thì độ nhớt sẽ không tăng nữa

Những tính chất cơ học tốt của màng phụ thuộc vào các bước tiến hành, với

độ nhớt thấp và hàm lượng dung môi thấp là cần thiết để cho quá trình được

dễ dàng và thân thiện với môi trường Khoảng khối lượng phân tử phải được cân nhắc để cho ra màng phù hợp và độ nhớt có thể chấp nhận được.

Trang 18

-Resins: Hầu hết các nguyên liệu sử dụng để tạo màng là nhựa như: Alkyl resins, epoxy resins Thuật ngữ resin chính xác là dùng để chỉ những nguyên liệu vô định hình, không có nhiệt độ nóng chảy xác định Tuy nhiên công nghệ sơn sử dụng thuật ngữ resin để chỉ một nhóm chất màng tự nhiên hoặc tổng hợp nào đó với tính chất nhất định

Nhựa tự nhiên quan trong nhất được sử dụng trong sơn là Rosin (colophony), được sản xuất từ cây Đa số nhựa còn lại là được tổng hợp hoặc bán tổng hợp bởi con người

Nhựa tan dễ dàng trong các dung môi hữu cơ hoặc nước nhưng gần như không có nhựa tan tốt trong cả hai

Chúng làm tăng hàm lượng rắn trong sơn và cải thiện độ bóng láng cũng như khả năng bám dính cho màng sơn Chức năng cơ bản nhất của chúng

là làm tăng độ cứng và giảm thời gian khô trong quá trình đóng rắn Tác dụng này rất quan trọng đối với sơn dầu.

Trang 19

U.S Resin Sales by Type, 2004

Trang 20

-Plasticizers: thông thường là chất lỏng hữu cơ của gốc dầu và có độ bay hơi thấp như: Dioctyl phthalate

Plasticizer có tác động ngược lại với resin, chúng hạ thấp khoảng nhiệt độ chảy mềm của binder, kết quả là hạ thấp nhiệt độ màng sơn, cải thiện tính chảy, tăng tính mềm dẽo

Chúng chỉ tác động vào tính chất vật lý mà không tham gia với các thành phần khác của binder

Quá nhiều resin trong binder tạo cho màng sơn cứng và giòn, trong khi nhiều plasticizer tạo cho màng sơn mềm và dính ướt

Chỉ một lượng nhỏ resin và plasticizer được sử dụng, chúng đóng vai trò như một phụ gia cho sơn

Trang 21

sắc, độ che phủ (hiding power) và trong một trường hợp nào đó cải thiện khả năng chống chịu của màng sơn như: chống lại sư ăn mòn Chúng được phân tán trong sơn và màng

Pigment bao gồm: kim loại, chất vô cơ, chất hữu cơ và hợp chất cơ kim Độ che phủ và màu sắc của màng sơn phụ thuộc vào kích cở hạt của pigment đưa vào Kích thướt hạt mong muốn là từ 1μm - 2μm, năng lượng bề mặt cao

có thể sẽ dẫn đến một số tác động bất lợi trong sơn và màng sơn

Công nghệ sơn cố gắng khắc phục những tác động không mong muốn này bằng cách thêm vào những phép đo lường thích hợp và sử dụng những phụ gia đặc biệt trong suốt quá trình sản xuất sơn

Tuy nhiên, không một pigment nào có thể kết hợp với tất cả các thành phần của binder.

Trang 22

nguyên liệu pigment đắc tiền thành chất độn màu (extender pigments) rẽ tiền hơn như: bari, CaCO3, Kaolin

Những chất độn này có kích thướt tương tự pigment Mặc dù chỉ số khúc xạ thấp, chúng góp phần làm giảm độ che phủ của màng so với pigment nhưng màu sắc vẫn không thay đổi nhiều.

Độ màu được biễu diễn nồng độ thể tích của pigment (PVC-pigment volume concentration) : là tỷ lệ giữa thể tích của (pigment + extender pigment)/ tổng thể tích của thành phần không bay hơi (ISO 4618/1)

Mỗi công thức sơn có một PVC tối ưu Nếu nồng độ pigment vượt giá trị giới hạn này, màng sơn sẽ dễ bị hư hỏng hoặc xấu di thất thường.

Trang 23

hỗ trợ sản phẩm, có tính chất đặc biệt, có khả năng cải tiến một số tính chất của công nghệ sơn và màng sơn ngay khi sử dụng với một hàm lượng rất nhỏ.

 Driers (chất làm khô): Xúc tác cho phản ứng phân hủy peroxit hoặc hydroperoxit dưới tác dụng của oxi không khí như nhựa Alkyl Xúc tiến sự hình thành các radical và phản ứng polymer hóa của binder, vì vậy nó khơi nào cho phản ứng đóng rắn nhanh Metallic Soaps (Cobalt naphthenat, Chì Octalat …) hòa tan trong sơn có tác dụng làm khô.

Antiskinning agents: là phần lớn các chất chống oxi hóa, có xu hướng chống lại sự hình thành bề mặt không tan của sơn nơi tiếp xúc với Oxi không khí Trong màng sơn chúng xúc tiến sự khô đồng đều và vì vậy ngăn cản những nếp nhăn, nếp gấp Antiskinning agents loại Oxime (butanone oxime) chặn sự khô bằng tạo ra hợp chất chelat Trong suốt quá trình khô của màng sơn, chúng bay hơi cùng với dung môi, vì vậy chúng không kéo dài thời gian khô.

Trang 24

 Curing agents: đóng vài trò như một chất xúc tác cho sự liên kết ngang của các phần tử binder Chúng cho phép đóng rắn trong thời gian ngắn hoặc

tại nhiệt độ thấp hơn p-Toluenesulfonic acid là một ví dụ, đóng rắn bằng việc

xúc tác proton cho sự nối mạng của polyeste – melamine resin.

Leveling agents: xúc tiến sự hình thành màng sơn phẳng và đồng đều (phá

vỡ sức căng bề mặt) Một lượng nhỏ của dung môi với độ bay hơi thấp (xiclohexanon hoặc glycol ete) hạ thấp độ nhớt của binder trong suốt quá trình hình thành màng Loại Leveling agents sử dụng phụ thuộc vào binder

và nhiệt độ tạo màng của nó Một số loại nhựa mạch ngắn đáp ứng vai trò như một Leveling agents Phụ gia này hơn nữa được sử dụng cho sơn bột nhằm tạo màng film phẳng một cách dễ dàng.

Trang 25

 Wetting agents: duy trì độ bóng (gloss), độ bao phủ (hiding power) và tính đồng nhất của hình dáng Các chất hoạt động bề mặt xúc tiến quá trình phân tán của pigment trong binder và chống lại xu hướng kết tụ của các hạt thiếu thấm ướt

 Antifloating và Antiflooding agents ngăn cản sự chia cắt theo chiều dọc và chiều ngang của pigment với tỷ trọng khác nhau và độ hoạt động bề mặt Hiện tượng này có thể là nguyên nhân cho sự khác nhau về màu sắc và bề mặt trang trí với độ bóng giảm Những chất hoạt động bề mặt cation và nonion được sử dụng (aluminium soap hoặc silica) như một tác nhân cho trường hợp này Các nhà sản xuất phụ gia luôn tìm cách khác phụ để đáp ứng nhu cầu cho những vấn đề giữa pigment và binder.

Dispersion agent: là tác nhân chống lại xu hướng lắng động của pigment, đặc biệt là đối với các pigment có tỷ trọng cao Vì khi các hạt có sự thấm ướt tốt và ở một độ nhớt nhất định nào đó sẽ giữ pigment ở dạng huyền phù Những phụ gia đã kể trên cũng có khả năng phân tán tốt.

Trang 26

 Flattening (matting) agents: là tác nhân được sử dụng để đạt độ phẳng của màng hoặc độ bóng láng cần thiết Những nguyên liệu có trong tự nhiên như: Talc, diatonite…hoặc những nguyên liệu tổng hợp như: silica biến tính, polyolefin waxes,…được sử dụng cho mục đích này Tính phẳng còn có thể đạt được bởi công thức sơn phù hợp.

 Defoamers: hay còn có tên là anti-foaming agents: là một phụ gia hóa học

có tác dụng làm giảm hoặc ngăn cản sự hình thành bọt trong quá trình sử dụng chất lỏng Tùy vào từng loại sơn mà mà loại defoamer sử dụng có nguồn gốc khác nhau như: defoamer dựa trên gốc dầu: mineral oil, vegetable oil, white oil, ethylene bis stearamide (EBS), paraffinic waxes, ester waxes and fatty alcohol waxes; defoamer dựa trên gốc ưa nước: fatty alcohol , fatty acid soaps or esters; defoamer dựa trên gốc silicon …

Trang 27

Solvents (dung môi): là một chất lỏng dễ bay hơi, sự bay hơi xãy ra trong suốt thời gian tạo màng Đây là một thành phần rất quan trọng của công thức sơn lỏng và ngay cả với các loại sơn khác như: sơn nước, sơn bột,…

Một số dung như: rượu, xylen, toluen, butylacetat… dùng để hòa tan chất rắn hoặc giảm độ nhớt một số hợp phần của binder mà không xãy ra phản ứng hóa học, giúp điều chỉnh độ nhớt của sơn theo ý muốn

Thành phần dung môi thích hợp sẽ cải thiện độ dính ướt (wetting) và độ phân tán (dispersion) của pigment, sự đóng rắn sẽ dễ dàng hơn, độ bóng (gloss) và tính phẳng (leveling) cũng tăng lên.

Sau khi ứng dụng, solvent sẽ bay hơi liên tục Nếu không có biện pháp ngăn chặn hoặc thu hồi thì chúng sẽ mất mát và làm ô nhiễm không khí

Ở những nơi sản xuất sơn công nghiệp, một lượng lớn dung môi được thải

ra ngoài thông qua hệ thống thông gió Những thùng đốt đắc tiền được vận hành để ngăn chặn dung môi thoát ra ngoài không khí và tuân theo những quy định của luật pháp của nước đó

Định dạng
Số trang	55
Dung lượng	574,5 KB