Quy trình và công nghệ sản xuất son alkyd

Sơn phải có sự đồng đều về màu sắc , màu sắc phải giữ được bền lâu , chống nhiệt độ cao , độ ẩm , nước , môi trường hóa chất.• Độ cứng và độ bền va đập : sơn chất lượng tốt phải có độ cứ

trang

I. Giới thiệu về sơn

1. Khái niệm và các yêu cầu kỹ thuật

1.1. Khái niệm

Sơn là một hệ phân tán ở trạng thái lỏng bao gồm nhiều thành phần có khả năng bám dính lên bề mặt của vật liệu trong điều kiện nhất định tạo ra một lớp màng che phủ để bảo vệ các tính chất của vật liệu dưới tác dụng của các điều kiện khác nhau của môi trường : nhiệt độ , ánh sáng , áp suất ,ăn mòn…

1.2. Các yêu cầu kỹ thuật

• Độ nhớt : sơn phải có độ nhớt thích hợp Độ nhớt quá cao hay quá thấp đều ảnh hưởng việc gia công và tính thẩm mỹ của màng sơn , khi độ nhớt cao thì

sẽ khó gia công , còn khi độ nhớt thấp thì màng sơn mỏng , độ che phủ kém

• Độ bám dính : sơn phải bám dính được trong môi trường ẩm , bền trong môi trường nước , bền ở mọi nhiệt độ khác nhau , bền trong hóa chất , xăng dầu , nước biển … Sức căng bề mặt sản phẩm và sơn càng tốt thì tuổi thọ sơn càng dài

• Thời gian khô : phụ thuộc vào cấu tạo của sản phẩm dày hay mỏng , hình dáng phức tạp hay đơn giản , ở nơi thoáng gió hay kín gió , nơi có nhiều ánh sáng hay bóng râm …Tuy nhiên ở bất cứ môi trường nào , sơn phải có tốc độ khô vừa phải Nếu khô quá nhanh màng sơn sẽ bị chảy , kém bóng ,dễ bị bụi bẩn bám vào

• Màu sắc : màng sơn phải nhẵn , bóng , đẹp và bền màu theo thời gian Sơn phải có sự đồng đều về màu sắc , màu sắc phải giữ được bền lâu , chống nhiệt độ cao , độ ẩm , nước , môi trường hóa chất.

• Độ cứng và độ bền va đập : sơn chất lượng tốt phải có độ cứng cao Đối với các loại sơn dùng trong động cơ và máy móc có độ rung lớn , đòi hỏi sơn phải chịu được lực rung động đó

• Độ bền uốn và độ đàn hồi : màng sơn luôn chịu tác dụng của khí quyển , độ

ẩm , độ nóng lạnh của môi trường do đó màng sơn phải có độ co dãn thích hợp để không bị phá vỡ hay rạn nứt

2. Các phương pháp tạo thành màng sơn

2.1. Cơ chế khô vật lý

Khi lượng dung môi trong sơn bay hơi hết , để lại một màng sơn khô bám dính trên bề mặt sản phẩm , ta gọi đó là hiện tượng khô vật lý Các loại sơn khô theo cơ chế này : sơn nitroxenlulo , sơn clovinyl , sơn cao su …

2.2. Cơ chế khô hóa học

a. Phản ứng oxy hóa

Quá trình tạo màng sơn của loại này phân làm 2 bước : bước một dung môi bay hơi hết , bước hai phản ứng trùng hợp oxi hóa tạo thành màng sơn rắn chắc , bền Các loại sơn khô theo cơ chế này : sơn alkyd , sơn silicon, sơn bitum

b. Phản ứng đóng rắn

Sự tạo thành màng sơn của loại này nhờ vào chất đóng rắn ví dụ : sơn epoxi, sơn poli amin …

c. Phản ứng nhớ nhiệt độ cao

Quá trình tạo thành màng sơn của loại này phải qua sấy mới tạo ra phản ứng trùng hợp Ví dụ: sơn alkyd gốc amin, sơn silicon…

3. Các thành phần cơ bản của sơn

3.1. Nhựa dung trong sơn

a. Khái niệm

Nhựa là thành phần cơ bản của màng sơn , có thể tan trong dung môi hữu cơ không tan trong nước Khi hòa tan nhựa trong dung môi hữu cơ , quét lên bề mặt sản phẩm, dung môi sẽ bay hơi hình thành màng cứng trong suốt

b. Vai trò của nhựa

• Liên kết giữa các phân tử bột màu , bột độn , phụ gia với nhau và giữ chúng lại trên màng sơn Chuyển chúng từ dạng rời sang dạng liên kết

• Tạo màng sơn đồng nhất sau khi khô và đóng rắn

• Làm cho sơn bám dính vào bề mặt vật liệu

c. Phân loại nhựa

• Hổ phách : là loại nhựa màu vàng hoặc màu nâu đỏ có thể hòa tan trong dầu thông Hổ phách dùng để chế tạo sơn dầu , màng sơn bóng , cứng đàn hồi

• Cánh kiến : là mủ của một loại côn trùng qua quá trình gia công tinh luyện mà thành

• Nhựa bitum : bitum đã được dùng rất lâu đời Bitum là chất rắn hoặc bán rắn , khi gia nhiệt sẽ nóng chảy thành chất lỏng Bitum tan trong

các dung môi như dầu thông , benzen , chịu nước , chịu hóa chất tốt , dùng

để chế tạo sơn chống ăn mòn cho kim loại và gỗ

• Tùng dương : là loại nhựa thiên nhiên được sử dụng nhiều nhất

và lâu đời nhất Tùng dương thu được từ mủ cây thông sau khi chưng cất dầu thông Tùng dương có màu vàng nhạt đến màu đen , không hòa tan trong nước nhưng có thể hòa tan trong dầu , kiềm và dung môi hữu cơ

 Nhựa tổng hợp : hiện nay công nghiệp sơn dùng rất nhiều nhựa tổng hợp để chế tạo sơn như :

chỉ hòa tan trong cồn (rượu etilic) , không hòa tan trong hỗn hợp dầu , chịu acid ,kiềm Khi hòa tan trong cồn , quét lên sản phẩm sẽ hình thành màng mỏng cứng , dòn có thể sơn trang trí thiết bị hóa chất , nhưng công dụng không rộng rãi

rắn trong suốt , chịu acid , chịu kiềm , chịu nước, chịu khí hậu và cách điện Khi hòa tan với dầu chẩu , chế tạo sơn chịu nước , chịu acid , chịu kiềm ,là chất chống ăn mòn kim loại rất tốt Nhựa được sử dụng rộng rãi

tan trong dầu , dung môi dầu mỏ Nhựa có tùng dương , hàm lượng nhựa phenolformaldehit chiếm 15-35% Nhựa có tính năng tốt của nhựa

phenolformaldehit như chịu kiềm , chịu nước , cách điện , tính năng tốt hơn ester tùng hương

chắc tốt , chịu ánh sáng , đàn hồi tốt , bền khi dùng ngoài trời

• Nhựa amin :nhựa gốc amin có màu sắc nhạt Cần phải gia nhiệt mới tạo thành màng , màng bóng , cứng , chịu nước , chịu kiềm , nhưng màng sơn dòn , vì thế không sử dụng đơn độc , thông thường phải pha chế nó với các loại nhựa khác như nhựa alkyd , nitro xenlulozo thành sơn sấy có tính năng bảo vệ tốt

, có thể gắn chắc bề mặt giữa các vật liệu , ngoài ra còn có tính năng chịu mài mòn và cách điện tốt Nhựa epoxi là loại nhựa chống ăn mòn hóa học tốt , được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sơn

loại : một loại nhựa poliester không bão hòa là hợp chất cao phân tử của acid bậc 2 không bão hòa với rượu bậc 2, loại còn lại là giữa acid bậc 2 bão hòa và rượu bậc 2

sơn rất ít , bởi vì nó chịu ánh sáng , chịu nhiệt không tốt , hòa tan trong dung môi kém , vì vậy độ bám chắc kém khi tạo màng Dùng nhựa

clovinyl và nhựa axetat vinyl để điều chế nhựa poli clovinyl axetat Độ hòa tan của nhựa này được cải tiến hơn rất nhiều so với nhựa poli

clovinyl , chịu ăn mòn hóa học và chịu nước tốt , có thể dùng để chế tạo sơn chống ăn mòn Căn cứ vào tỉ lệ cảu clo vinyl và axetat vinyl mà chế tạo các loại nhựa quy cách khác nhau , nếu tỉ lệ axetat vinyl lớn có thể làm tăng độ hòa tan của nhựa này với các loại nhựa khác và với dung môi : độ bám chắc , độ hòa tan được nâng cao , nhưng tính trang trí của loại nhựa này không tốt

• Nhựa acrylat:là loại nhựa tổng hợp mới Nhựa acrylat

có nhiều tính năng quý như không biến màu , chịu ánh sáng chịu khí hậu , chịu ăn mòn hóa học …

cao(2500C) , cách điện tốt , chống ẩm ướt , chịu ăn mòn hóa học , chịu khí hậu tốt , dùng để chế tạo sơn chịu nhiệt sơn cách điện

3.2. Dung môi

a. Khái niêm

Dung môi là chất lỏng dễ bay hơi dùng để hòa tan chất tạo màng Sau khi màng đóng rắn toàn bộ dung môi bay hơi , không lưu lại trên màng

b. Các yêu cầu của dung môi

• Hòa tan hoàn toàn chất tạo màng

• Có tốc độ bay hơi nhất định( không quá nhanh hoặc quá chậm) , và không để lại mùi gì ở sơn

• Dung môi phải trung tính và ổn định, ít độc hại , khó cháy nổ , giá rẻ và không quá hiếm

• Nhiệt độ sôi của dung môi chỉ nên vào khoảng 50-2000C, vì nếu quá cao thì dung môi sẽ khó bốc hơi ra khỏi màng sơn

• Yêu cầu về liều lượng dung môi không được nhiều quá , làm sao để dung dịch chất tạo màng có đủ độ nhớt để sơn phủ một lớp mỏng , đều và không quá mỏng cũng không quá đặc lên bề mặt vật liệu cần sơn

• Không nên dùng loại dung môi dễ bay hơi , cần có thời gian để cho chất tạo màng phân bố lên đều toàn mặt sơn

c. Nguyên tắc nựa chọn dung môi

Khi lựa chọn dung môi , thông thường phải dùng khái niệm tham số hòa tan

để phán đoán năng lực hòa tan của dung môi đối với nhựa Tham số độ hòa tan của dung môi (δ ) được xác định theo công thức Hansen’s như sau :

Bảng 1.1 Thông số hòa tan của dung môi theo Hansen’s [4]

Dung môi Thông số hòa tan (MJ) 0,5 m -1,5 /2,04

Methyl isobutyl ketone 7,5 3,0 2,0 8,4

Bảng 1.2 Thông số hòa tan của nhựa [4]

Loại nhựa Thông số hòa tan (δ) (MJ) 0,5 m -1,5 /2,04)

Bảng 1.3 Tốc độ bay hơi của dung môi [1]

Công thức hóa học Tỉ trọng (20 0 C) Điểm sôi ( 0 C) Tốc độ bay

d. Những chú ý khi sửu dụng dung môi

Hầu hết các dung môi đều độc , hơi của chúng rất hại cho đường hô hấp ,

hại đến máu và có tác dụng vào da, vì thế khi tiếp xúc phải chú ý Ở nơi làm việc , nồng độ cho phép bay hơi của một vài loại dung môi trong không khí là :

Bảng 1.4 Nồng độ cho phép của dung môi [9]

Dung môi Nồng độ cho phép (mg/lít)

3.3. Chất pha loãng

a. Khái niệm: chất pha loãng chủ yếu làm loãng thể tích của sơn , đạt đến

độ nhớt sử dụng , có tác dụng hòa tan nhựa

b. Tính chất cảu chất pha loãng

• Hòa tan được nhựa

• Làm loãng thể tích của sơn giúp sơn đạt đến độ nhớt sử dụng

• Giá thành rẻ hơn dung môi

• Tốc độ bay hơi phải nhanh hơn dung môi

c. Những chất pha loãng thường sử dụng

• Chất pha loãng sơn gốc Nitro: etyl axetat, butyl axetat, butilic, benzen,

toluen, xilen, axeton

• Chất pha loãng sơn Clovinyl: butyl axetat, toluen,xilen, axeton

• Chất pha loãng sơn gốc Amin: xilen, butilic

• Chất pha loãng sơn Acrylat: ester rượu, benzen

• Chất pha loãng nhựa Alkyd: dầu thông, xăng, xilen, có thể dùng cho sơn Alkyd

3.4. Bột màu

a) Khái niệm

Bột màu là thành phần quan trọng tạo màu cho màng sơn.Bột màu là chất rắn

có độ hạt rất nhỏ , không hòa tan trong dầu hoặc dung môi Bột màu là chất rắn

có độ hạt rất nhỏ , không hòa tan trong dầu hoặc dung môi Bột màu được mài nghiền đồng đều với chất làm dẻo ,có tác dụng che phủ bề mặt , chống xuyên thấu của tia tử ngoại làm cho màng sơn có màu , chịu nước , chịu khí hậu , nâng cao độ cứng , độ mài mòn , kéo dài tuổi thọ màng sơn…

b) Chức năng của bột màu

• Chức năng quang học: bột màu với kết hợp với chất tạo màng quyết định tính phủ, màu và độ bóng của sơn.Chính bột màu hấp thụ và phản chiếu các bước sóng tạo cho sơn có màu sắc như mong muốn, mang tính thẩm mỹ cao

• Chức năng bảo vệ: bột màu làm tăng tính năng ổn định của sơn , độ cứng bề mặt, độ dẻo ,khả năng chống bám bụi , mài mòn, tăng độ bám dính và các khả năng bảo vệ khác

• Chức năng tăng cường: việc lựu chọn đúng bột màu sẽ làm tăng nhiều tính chất cho sơn như tính đàn hồi, khả năng chịu mài mòn mà không cần giảm

c) Phân loại bột màu

i Bộ màu vô cơ: là muối và phức của kim loại đa hóa trị Màu vô cơ có

đặc điểm là không tan mà chỉ phân tán trong chất tạo màng và dung môi

Độ đa dạng và độ sáng của màu kém Tuy nhiên độ bền nhiệt và môi trường của màu vô cơ rất cao Màng sơn pha màu vô cơ có độ truyền suốt kém

Bột màu vô cơ thiên nhiên thường có kết cấu thô, màu sắc không tươi , chúng có độ bền ánh sáng tốt và cho màng sơn có độ đục cao , độ bền hóa chất rất cao

Bột màu vô cơ tổng hợp có kết cấu mịn hơn , do đó dễ phân tán hơn trong môi trường sơn , tính ổn định ánh sáng và độ đục tốt , có nhiều màu từ nhạt đến đậm

Bảng 1.5 Thành phần và tính chất của bột màu vô cơ [1]

Màu trắng 1 TiO

2 -Che phủ thể hiện màu mạnh, chịu ánh sáng , chịu nhiệt ,

chịu kiềm , chịu acide loãng , không biến màu , dễ bột hóa

-Thể hiện màu mạnh , tính chống gỉ tốt không biến màu , không bột hóa , chịu nhiệt tốt , che phủ kém hơn TiO2 , ZnS +BaSO4.

CdS

Bột vàng có Fe

2 O 3

-Che phủ tốt , thể hiện tính màu , chịu khí quyển , chịu ánh sáng kém , độc , tỉ trọng lớn

-Thể hiện màu mạnh , chịu ánh sáng , chịu nhiệt , chịu kiềm , không chịu acide , dễ bột hóa , che phủ kém PbCrO4 -Che phủ , thể hiện màu tốt , chịu ánh sáng , chịu kiềm , rẻ , màu không đẹp.

2 SO 4

-Thể hiện màu tốt , chịu khí hậu, chịu acide , không chịu kiềm

-Màu đẹp chịu ánh sáng , chịu nhiệt độ , chịu kiềm , che phủ kém , không chịu acide.

4

Cr

2 O 3

-Màu đẹp , chịu ánh sáng tốt, không chịu kiềm , che phủ không tốt.

-Chịu ánh sáng , chịu nhiệt , chịu kiềm , chịu acide

Màu đen 1 Cacbon -Che phủ tốt , thể hiện màu mạnh Rất ổn định , chịu nhiệt ,

không biến màu , tỉ trọng nhỏ Màu kim

loại

1 Bột đồng kẽm Al -Màu đẹp rất ổn định , chịu tia tử ngoại , chịu nhiệt , không

chịu nước , chống gỉ

ii Bột màu hữ cơ: : là các hợp chất hữu cơ hoặc phức của chúng Nó có khả

năng tan trong dung môi thích hợp Tính đa dạng và độ sáng cao Tuy

nhiên kém bền trong các môi trường khí hậu nhiệt đới so với màu vô cơ , màng sơn pha màu hữu cơ có độ truyền suốt cao hơn so với màu vô cơ.Các loại màu hữu cơ thông dụng trong sơn Alkyd :

 Đỏ Toluidin : một loại hợp chất hữu cơ có tên là thuốc nhuộm azo , không tan trong nước Bột màu Toluidin được dùng rộng rãi , có màu

đỏ nhạt , tươi , sức phủ tốt , có độ ổn định cao với ánh sáng Tuy nhiên khi phối trộn với các loại bột màu khác, nhất là bột màu trắng tính ổn định màu của nó bị giảm đi Bột màu có cấu tạo hóa học như sau

Đỏ Toluidin tan trong dung môi thơm , tan ít trong rượu và các loại dung môi thẳng , có độ bền axit và kiềm tốt nên được ứng dụng làm sơn chịu hóa chất , không độc và có thể dùng thay thế crom chì

 Đỏ Pyrazolone : thuộc họ màu diazo , độ cho màu cao , có màu đỏ tươi có tính trong suốt và chịu nhiệt tốt , có khả năng chống mất màu hơn nhóm họ màu mono azo , khả năng chịu hóa chất tốt , màu sắc bền ánh sáng kém

 Vàng hansa : là một dẫn xuất của nhóm bột màu azo , và có màu từ vàng da cam cho đến vàng nhạt Khi dùng riêng có độ ổn định ánh sáng tốt, nhưng độ ổn định này giảm khá nhanh khi trộn với bột màu trắng Nó có độ đục nhỏ nhưng vì không độc nên được dùng để thay thế chì Cromat trong một số trường hợp như sơn đồ chơi trẻ em Bột màu hansa tan trong dung môi thơm , xeton và este nhưng tan ít trong dung môi thẳng Vì vậy được dùng phổ biến trong các loại sơn trang trí , có cấu tạo tiêu biểu như sau :

 Bột màu xanh da trời ( green Phthalocyanine) : có màu từ xanh da trời đến xanh lá cây Nó được dùng rất nhiều trong sơn ,có sức nhuộm màu và độ đục lớn , chịu ánh sáng rất tốt Thuộc loại bột màu không độc và ổn định đến 5000C , nó bền với hầu hết các loại hóa chất trừ

acid mạnh Không tan trong hầu hết các dung môi dùng trong công nghiệp sơn do đó không bị loãng Do có tính ổn định cao nên bột màu Phthalocyanine green có thể dùng trong tất cả các hệ sơn trang trí và công nghiệp

Bảng 1.6 So sánh tính chất của màu hữu cơ và vô cơ [5]

Chịu sáng và thời tiết Khác nhau Thường cao

Khả năng chịu dung môi Khác nhau Rất tốt

Khả năng chịu hóa chất Thường là tốt Khác nhau

Ổn định nhiệt Khác nhau Thường cao

d) Các yếu tố cần thiết khi chọn bột màu

• Mức độ mịn của bột màu , bột màu càng mịn màng sơn càng bền nhưng không nên quá mịn vì sẽ hao phí nhiều bột màu

• Khả năng che phủ của bột màu (là số gam bột màu/ 1m2 bề mặt sơn ) Cần làm sao để khả năng phủ càng lớn nghĩa là tốn ít bột màu , muốn thế bột màu không nên quá mịn và phải nhẹ

• Bột màu phải có màu sắc và độ bền màu đối với tác dụng của tia tử ngoại

• Khả năng phòng gỉ của bột màu, độ bền của nó với khí quyển và môi trường xung quanh

• Độ ngấm dầu của bột màu càng bé càng tốt , căn cứ vào độ ngấm dầu ta xác định lượng dầu cần phải dùng Thực tế lượng dầu cần dùng gấp đôi độ ngấm dầu

3.5. Chất độn

a. Khái niệm : là chất màu trắng hoặc không có màu , không thể hiện màu

,độ che phủ kém Bột độn là nguyên liệu rẻ tiền , dễ kiếm.chất độn cho vào sơn làm tăng độ dày màng sơn , nâng cao độ cứng , chịu mài mòn , chịu nước, và đặc biệt là làm giảm giá thành của sơn

b. Phân loại : có 2 loại chất độn sử dụng phổ biến trong sơn đó là :

 Chất độn tự nhiên : là các loại đá , khoáng được khai thác trong tự nhiên và được nghiền mịn

 Chất độn tổng hợp: thu được từ quá trình hóa học

Bảng 1.7 Thành phần và tính chất của bột độn như sau [1]

Số thứ tự Thành phần Tính chất

4 Chịu acide , chịu kiềm , chống tia tử ngoại, làm màng sơn cứng, tỉ

trọng lớn, dễ kết tủa , dùng làm mattít,sơn lót , sơn chịu acide.

2 O Hấp thụ nước mạnh Dùng rất ít cho sơn lót, mattit.

Ngoài ra còn có bột chống gỉ : không thể hiện màu trang trí , nhưng có màu và độ che phủ tốt , có tính năng chống gỉ tốt , để phòng cho kim loại bị ăn mòn , kéo dài thời gian sử dụng vật liệu

4 -Là chất chống gỉ tốt nhất trên bề mặt nhôm ,Magie, cũng có thể

dùng cho sắt thép Tính chống gỉ tốt Dùng chủ yếu chống gỉ cho kim loại nhẹ.