bài giảng tiêu chuẩn đánh giá và kiểm tra sơn hữu cơ

Bao nhiêu sơn được yêu cầu cho một diện tích bao phủ có thể tính toán được từ % thể tích rắn và độ dày màng khô yêu cầu.. - Độ nhớt ảnh hưởng quá trình trộn các thành phần của sơn trong

1

GIẢI PHÁP NÀO ĐỂ HẠN CHẾ???

GIẢI PHÁP NÀO ĐỂ HẠN CHẾ???

Kiểm tra,đánh giá đặc tính của sơn

2 Kiểm tra lớp sơn sau khi bao phủ trên chất nền

1 Tính chất

về thành phần sơn và tính chất vật lý

Yếu tố kiểm tra đánh giá

1.Tính chất về thành phần sơn và tính chất vật lý

 % Thể tích chất rắn – giúp tính toán độ bao phủ

 Thành phần không bay hơi

Thể tích chất rắn

Thể tích chất rắn là một tính chất quan trọng của sơn phủ

Được định nghĩa đơn giản là lượng chất phủ sẽ không bay hơi, Ví dụ: chất kết dính, chất màu và những phụ gia khác

Hàm lượng chất rắn được tính như sau:

Trong đó: V1: thể tích thành phần không bay hơi

V2: thể tích thành phần bay hơi

V = V1 + V2VS: volume solid (thể tích chất rắn)

1

% VS V *100

V



% thể tích chất rắn của sơn là một yếu tố quan trọng bởi vì những lý do sau:

1 Nó xác định được khả năng phân bố của một hệ sơn

2 Nó quyết định độ dày màng khô (DFT – dry film thickness) Hàm lượng chất rắn cao

sẽ cho độ dày màng khô cao Vì vậy có ba hệ sơn khác nhau như sau:

- Quy định sơn để pha với thể tích rắn 40 – 60%, độ dày màng khô 50 -70m

- Sơn có cấu trúc cao (HB – High build) với thể tích chất rắn trên 80%, độ dày

màng khô 80 - 100m

- Sơn không dung môi với thể tích chất rắn 99 – 100% Thường áp dụng bằng cách sử dụng súng phun sơn áp lực cho độ dày màng khô 100 -

1000m, tùy thuộc vào thông số của súng

3 Nó có thể được sử dụng để tính độ bao phủ Bao nhiêu sơn được yêu cầu cho một

diện tích bao phủ có thể tính toán được từ % thể tích rắn và độ dày màng khô yêu cầu Kết quả tính toán này gọi là tỷ lệ bao phủ lý thuyết:

Tỷ lệ bao phủ lý thuyết = % thể tích rắn x 10/ DFT

Tuy nhiên, tỷ lệ bao phủ lý thuyết này là một giá trị không chính xác để tính toán tổng bao phủ Một khái niệm khác, được gọi là tỷ lệ bao phủ thực tế, tính toán cả những thất thoát trong quá trình sơn Tuân theo tiêu chuẩn ASTM D 2697

NVM được định nghĩa là tổng thành phần không bay hơi trong sơn – bao gồm

chất kết dính, chất màu và phụ gia

Được tính toán bằng phương pháp phân tích trọng lượng đơn giản như sau:

a Cân 2 g mẫu sơn trong một đĩa và trải rộng chúng theo phương ngang

b Đặt vào lò sấy 1050C trong 3h hoặc 1200C trong 1h

c Tính toán khối lượng còn lại như phần trăm

Xác định thành phần không bay hơi (NVM – non volatile matter)

giữa hướng lên trên để cho mẫu dư ra ngoài mà không

bị nhiễm bọt khí vào bên trong

Ý nghĩa của việc đo tỷ trọng:

- Nếu tỷ trọng không nằm trong tiêu chuẩn, có thể có lỗi trong quá trình nạp liệu

- Kiểm tra lại hàm lượng chất rắn trong sơn

Cốc đo tỷ trọng

- Tỷ trọng là khối lượng trên một đơn vị thể tích Tuy

nhiên, trong sơn phủ, nó được đo bằng khối lượng

trên một lít (WPL – weight per litter)

Phương pháp đo như sau:

Tỷ trọng (tt)

1 Cân cẩn thận cốc đo sạch và ghi lại khối lượng – m (g)

2 Cho đầy mẫu sơn cần đo vào trong cốc

3 Đặt cốc trên mặt phẳng Cẩn thận để tránh bột khí xâm nhập

4 Sơn tràn ra ngoài sau khi đậy nắp sẽ được lau chùi cẩn thận

5 Cân khối lượng của cốc đã được điền đầy lần nữa – m1 (g)

Độ nhớt

- Độ nhớt của sơn là một tính chất quan trọng Nó đặc trưng cho sự chảy của một hệ sơn Quyết định khi sơn sẽ sử dụng công cụ gì? bàn chải hay con lăn hay máy phun không khí hay phun áp lực

- Độ nhớt cũng có thể ướt tính từ % thể tích chất rắn Một hệ sơn có thể tích chất rắn cao sẽ có độ nhớt cao hơn hệ sơn có thể tích chất rắn thấp

- Độ nhớt có thể hiệu chỉnh bằng cách chọn các chất kết dính, chất liên kết , dung môi và khối lượng phân tử của chúng

- Độ nhớt ảnh hưởng quá trình trộn các thành phần của sơn trong quá trình sản xuất, sự ổn định của chúng trong quá trình tồn trữ, sự nhẹ nhàng trong quá trình áp dụng trên chất nền và phương thức chảy để tạo ra lớp bề mặt mịn màng, không có sự thiếu hụt lồi lõm như quá trình chảy và vết lằn của bàn chải

- Độ nhớt được đo bằng nhiều thiết bị và kỹ thuật khác nhau Trong công

nghiệp sơn, nhiều kỹ thuật khác nhau từ phương pháp cốc chảy đơn giản đến nhớt kế quay điều khiển bằng máy tính, cũng đã được thiết lập để đo độ nhớt

Độ nhớt (tt)

- Đây là phương pháp đơn giản nhất,

một lượng sơn được chảy qua một lổ có

kích thước cố định Ban đầu, dòng chảy

xuyên qua lỗ là liên tục Tại điểm mà có

sự ngắt quãng dòng liên tục là thời gian

tính bằng giây, được sử dụng như là độ

nhớt của sơn

- Sơn có độ nhớt thấp là những sơn

có độ nhớt < 40s

- Bàn chải có thể áp dụng đến độ nhớt

75s.Sơn có độ nhớt cao hơn 75s, cần

phải áp dụng phương pháp phun không

khí hoặc phun áp lực

- Đây là phương pháp sử dụng nhớt kế quay Bao gồm một cánh quay kiểu mái chèo, ngập trong một cốc đo độ nhớt hình trụ Tốc độ cánh khuấy có thể thay đổi bằng cách thay đổi lượng mẫu

- Tiêu chuẩn xác định khối lượng mẫu cần thiết để cánh khuấy quay 200

vòng/phút

- Tiêu chuẩn bao gồm một biểu đồ để chuyển đổi số liệu tốc độ khuấy và khối lượng thành đơn vi Kerbs Units

Biểu đồ để chuyển đổi số liệu tốc độ khuấy và khối lượng thành đơn vi Kerbs Units.

Thành phần hữu cơ dễ bay hơi (VOC – volatile organic components)

- VOC được định nghĩa là những chất hữu cơ có nhiệt độ sôi thấp hơn hoặc bằng

2500C, đo ở điều kiện áp suất tiêu chuẩn 101.3 kPa

- Hàm lượng VOC được định nghĩa khối lượng hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, g/l, trong công thức của sản phẩm

- VOC liên quan lớn đến các tổ chức bảo vệ môi trường trên thế giới Trong quá trình khô của sơn, các dung môi (VOC) bay hơi là nguyên nhân gây ảnh hưởng đến sức khỏe

- Một vài hợp chất hữu cơ dễ bay hơi: formaldehyde, xylene, toluene, benzen,…

- VOC được tính toán từ hàm lượng tác chất không bay hơi:

VOC = 100 - %NVM

Thành phần hữu cơ dễ bay hơi (VOC – volatile organic components) (tt)

- Hầu hết những ảnh hưởng nghiêm trọng gây ra bởi một hàm lượng nhỏ chất hữu cơ trong không khí không phải là kết quả trực tiếp từ chính chất

đó, mà là thành phần nguy hiểm từ sản phẩm của phản ứng giữa VOC với oxide nitơ, và ánh sáng mặt trời

- Sự hiện diện của tia cực tím, VOC và nito oxide phản ứng tạo ra ozone, một dạng oxy hoạt động, tấn công vào mô phổi

Những biện pháp khắc phục:

- Sử dụng sơn với hàm lượng VOC không lớn hơn 450mg/l

- Sử dụng hệ sơn không dung môi

- Sử dụng công thức sơn nước

Nồng độ thể tích chất màu (Pigment volume concentration – PVC)

PVC được định nghĩa là tỷ lệ chất màu (theo thể tích, đơn vị %) trong tổng số chất rắn

V1: Thể tích chất màuV2: Thể tích chất kết dính

Nồng độ màu tới hạn (Critical pigment volume concentration – CPVC)

- CPVC là điểm mà tại đó không có đủ chất liên kết để bảo vệ và bao bọc tất

cả chất màu Những hạt màu có kích thước khác nhau (đa phân tán) có mật độ

nén chặt lớn hơn những hạt màu cùng kích thước (đơn phân tán) Trong trường

hợp hạt đa phân tán, CPVC tăng bởi vì thể tích lổ rỗng giữa các hạt màu có kích

thước lớn sẽ được điền đầy bởi các hạt nhỏ hơn

- Trên điểm CPVC, những lỗ trống được tạo thành Dưới điểm CPVC, những

hạt màu sẽ được tách rời bởi các chất kết dính Có nhiều sự thay đổi độ ngột

trong tính chất của sơn xảy ra tại điểm CPVC được thể hiện ở sơ đồ sau:

Độ bóng

Độ ăn mòn

Tính thấm

Độ rộp

Tính thấm ướt

- Sự thấm ướt xảy ra khi có sự tiếp xúc giữa một chất lỏng và bề mặt

- Khi chất lỏng có sức căng bề mặt lớn (liên kết nội phân tử lớn), nó sẽ tạo thành giọt

- Ngược lại chất lỏng với sức căng bề mặt thấp sẽ trãi rộng ra diện tích bề mặt lớn hơn Hầu hết các kiểm tra tính thấm ướt đều là xác định góc tạo nên bởi bề mặt của giọt lỏng và bề mặt tiếp xúc

- Thông thường, góc càng nhỏ, tính thấm ướt càng tốt Độ thẩm ướt hoàn hảo là không có góc tiếp xúc ( = 0o)

2 Kiểm tra lớp sơn sau khi bao phủ trên chất nền

a Xác định bề dày

b Thời gian khô

a Xác định bề dày

Kiểm tra lớp sơn sau khi bao phủ trên chất nền (tt)

Độ dày màng sơn khô (DFT) là độ dày của lớp sơn đạt được sau khi dung môi bay hơi hoàn toàn

Có thể xác định chính xác độ dày màng sơn khô thông qua độ dày màng sơn ướt (WFT):

DFT = WFT x %volume solid / 100

Một số thiết bị đo độ dày màng sơn ướt WFT:

Kiểm tra lớp sơn sau khi bao phủ trên chất nền (tt)

b Thời gian khô

Khi sơn được phủ trên bề mặt, có nhiều trạng thái khác nhau Mỗi trạng thái chỉ

ra tốc độ khô khác nhau và tùy thuộc vào loại sơn, thành phần của chúng

- Khoảng thời gian từ khi gia

công màng lên tấm mẫu đến thời

điểm màng đạt độ khô bề mặt gọi

là thời gian khô bề mặt

Khô hoàn toàn:

- Là trạng thái mà màng khô suốt dọc theo chiều dày màng

- Đối với tiêu chuẩn này, màng được coi là đạt độ khô cấp I (hoặc cấp II) khi một miếng vải, dưới một áp lực, sự xoắn và thời gian qui định không tạo vết hay khuyết tật trên bề mặt màng

- Khoảng thời gian từ khi gia công màng lên tấm mẫu đến thời điểm màng khô đạt độ khô cấp I (cấp II) được gọi là thời gian khô cấp I (hoặc cấp II)

Kiểm tra lớp sơn sau khi bao phủ trên chất nền (tt)

b Thời gian khô – Xác định trạng thái khô

Khô bề mặt:

- Sau thời gian qui định đặt tấm mẫu cần

kiểm tra theo phương nằm ngang.

- Sau 10s, giữ tấm mẫu ở góc 200C theo

phương nằm ngang và quét nhẹ cát đi

bằng chổi lông mềm.

- Màng được coi là đạt độ khô bề mặt nếu

tất cả các hạt cát được quét đi không để

lại khuyết tật trên bề mặt màng.

Khô hoàn toàn:

- Sau 10s, xoay bộ nén đi một góc 900 trong thời gian 2 ± 0,5s Nhấc bộ nén lên, bỏ tấm mẫu thử ra và kiểm tra.

-Lặp lại phép thử này ba lần Nếu màng không

bị khuyết tật hay để lại vết trong cả 3 lần thử thì màng được coi là đạt độ khô cấp I

Kiểm tra lớp sơn sau khi bao phủ trên chất nền (tt)

b Thời gian khô – Xác định thời gian khô

Khô bề mặt:

- Tại các khoảng thời gian phù hợp,

ngay trước khi màng được dự kiến là

đã khô bề mặt, thực hiện việc kiểm

tra như trên cho đến khi đạt độ khô

bề mặt và ghi lại thời gian

Khô hoàn toàn:

Xác định thời gian khô cấp I

- Sau khoảng thời gian phù hợp, tiến hành kiểm tra như trên Kiểm tra xem màng có

bị khuyết tật không, nếu có thì dừng việc kiểm tra lại

- Nếu không có khuyết tật để lại trên màng, làm lại phép thử trên hai tấm mẫu khác

- Ghi lại thời gian dài nhất đã đo được sau khi thử ba lần đạt độ khô cấp I

Xác định trạng thái khô cấp II và thời gian khô cấp II.

Các bước thử được tiến hành như cấp I và quả cân được sử dụng có khối lượng sao cho tạo nên áp lực nén lên tấm mẫu là 500 G/cm2

3 Kiểm tra khả năng chống ăn mòn

Kiểm tra sự phun muối

- Là một phương pháp kiểm tra quan trọng để đánh giá khả năng chống ăn mòn của lớp màng trong điều kiện không khí Tiêu chuẩn kiểm tra tuân theo

ASTM B117

- Phương pháp thử nghiệm phun muối là một thử nghiệm ăn mòn gia tốc, tạo

ra một sự tấn công ăn mòn các mẫu phủ để dự đoán chúng có phù hợp cho mục đích bảo vệ chống ăn mòn hay không Sự xuất hiện sản phẩm ăn mòn (oxit)

được đánh giá sau một thời gian

- Thời gian của phương pháp tùy thuộc vào khả năng chống ăn mòn của màng phủ Các lớp phủ có khả năng chống hơn mòn cao hơn là thời gian kiểm tra dài hơn nhưng không có dấu hiệu của sự ăn mòn

- Phương pháp thử nghiệm phun muối là một biện pháp phổ biến vì nó rẻ,

nhanh chóng, được tiêu chuẩn hóa và độ lặp lại cao

Kiểm tra khả năng chống ăn mòn - Kiểm tra sự phun muối (tt)

- Đầu tiên của phương pháp thử là tạo ra dung dịch muối ASTM B117 cho phép nồng độ muối 3.5% đến 20% khối lượng; thông thường sử dụng nồng độ là 5%,

tương đương với nước biển

- Dung dịch được khuấy trộn đến khi muối tan hoàn toàn Dung dịch được gia nhiệt đến 350C và kiểm tra pH Dung dịch trung tính pH từ 6.2 – 7.2

- Dung dịch muối được phun bằng cách trộn nó với không khí nén ẩm tại vòi phun

và đưa vào buồng phun hơi muối Hơi ẩm tối đa của buống được giữ trong khoảng

95 – 98% và đều cần thiết là gia nhiệt dòng khí vào để tránh sự giảm độ bão hòa xảy

ra do sự mất nhiệt trong quá trình bay hơi Áp suất vòi phun khoảng 12psi Nhiệt độ buồng đảm bảo 350C trong suốt quá trình kiểm tra

- Một màng sơn đạt được 1000h phun muối, thì có thể xem tuối thọ tương ứng với một năm trong môi trường tự nhiên và 2000h tương ứng với hai năm

- Tuổi thọ mong muốn cho một màng sơn lớn hơn hai năm, thường trong phương pháp kiểm tra phải đạt 3000h – 5000h

Phương pháp:

Sự kết dính

Sự kết dính

Độ bền mài mòn

Độ bền mài mòn

Độ mền dẻo (ASTM D 522 )

bề mặt

Kiểm tra khuyết tật

bề mặt

4 ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT VẬT LÝ MÀNG SƠN

4 ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT VẬT LÝ MÀNG SƠN

Sự kết dính

Mục đích của việc kiểm tra độ kết dính:

Tìm ra vị trí, địa điểm màng phủ có độ bám dính tốt trên chất nền.Yêu cầu điều khiển chất lượng sơn

Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sức bám dính của màng phủ:

Độ dày của màng phủ, Điều kiện khí hậu trong quá trình phủ, Thời gian và nhiệt độ hong khô.,

Loại chất nền và độ ẩm, Phương pháp chuẩn bị bề mặt không phù hợp,

Sự nhiễm bẩn bề mặt, Công thức màng phủ,

Sự kết dính (tt) – Một số phương pháp kiểm tra

Kiểm tra độ bám dính băng:

Hai phương pháp mô tả sau đây được trích ra từ ASTM D 3359 Chúng bao gồm việc sử dụng các kiểm tra nhạy cảm với áp suất

Phương pháp A:

Tạo một mặt cắt chữ X trên màng

phủ, tiếp theo dán miếng băng bám

dính tiêu chuẩn Kéo rới băng dán,

lượng sơn phủ bóc ra theo được

đánh giá khối lượng và tỷ lệ với độ

chia từ 0-5

Phương pháp B:

Một mô hình mạng với sáu hoặc bảy mảnh cắt được tạo ra trên màng Băng nhạy cảm với áp suất được dán trên ô mạng và sau đó tách rời Sự kết dính được đánh giá bằng cách so sánh với

mô tả và hình minh họa

Sự kết dính (tt) – Một số phương pháp kiểm tra

Kiểm tra độ bám dính dao :

Trong phương pháp này, một con dao bén được sử dụng để cắt xuyên đến chất nền, tạo hai miếng cắt giao nhau góc phải Sau đó con dao được sử dụng để cậy màng phủ khỏi chất nền và nhiều mảng khác nhau được tách từ sự giao nhau của hai đường cắt Lượng mẫu được tách ra được sử dụng để xác định hạng bám dính

Kiểm tra độ bám dính kéo bật ra

Nguyên tắc của phương pháp là

gắn những dolly bằng nhôm trên

bề mặt đã được phủ sơn bằng một

loại keo thích hợp và để cho khô

khoảng 24h

Sau đó, gắn dolly nhôm vào một

kích nâng và kéo lên bằn bơm

thủy lực

Dolly

Độ bền mài mòn

- Độ bền mài mòn của sơn căn cứ vào lượng sơn tiêu hao trong quá trình tiếp xúc với mẫu thử quay quanh trục thẳng đứng với 2 bánh xe mài quay tròn

- Xác định khối lượng mẫu hao hụt (mg) sau

1000 chu kỳ mài dưới một tải trọng 1kg.

Độ cứng

Độ cứng là khả năng chống lại những tác động cơ học của màng sơn chẳng hạn như: áp suất, sự cọ sát, hoặc sự cào xước.

Phương pháp thử độ cứng của bề mặt lớp sơn là một yếu tố quan trọng trong việc đánh giá chất lượng của màng sơn

Tùy thuộc vào yêu cầu , có nhiều phương pháp khác nhau để đánh giá độ cứng Bao gồm: độ cứng lắc đập, độ cứng theo vết lõm và khắc rãnh,

Độ cứng (tt) - Độ cứng Herbert (Độ cứng lắc đập)

Cả hai con lắc đều có dạng hình cầu được treo trên một đòn bẩy

Chúng đều làm việc chung một nguyên tắc: màng phủ sơn càng mền, dao động con lắc càng nhanh giảm, thời gian để làm giảm góc dao động con lắc càng ngắn

Hai con lắc khác nhau về hình dạng, khối lượng và thời gian dao động và không có một mối quan hệ giữa những kết quả thu được từ việc sử dụng hai thiết bị này Ghi nhận thời gian (tính bằng giây) cho sự giảm dao động góc từ 60 đến 30 (con lắc Konig) hoặc 120 đến 40 (con lắc Kersoz)