Nghiên cứu chế tạo sơn lót epoxy đóng rắn trong điều kiện ẩm có chứa

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Nhựa epoxy là một trong những loại nhựa quan trọng nhất để sản xuất sơn chống ăn mòn do nó có một loạt tính chất quý hiếm như sau: Có độ nhớt th

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 4

HỆ THỐNG DANH MỤC HÌNH VẼ 5

HỆ THỐNG DANH MỤC BẢNG BIỂU 8

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT 9

MỞ ĐẦU 10

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 14

I Ăn mòn kim loại và bảo vệ kim loại 14

I.1 Ăn mòn kim loại……… 14

I.2 Phân loại ăn mòn……… 15

I.3 Biện pháp bảo vệ chống ăn mòn……… 16

II Sơn bảo vệ chống ăn mòn 20

II.1 Lịch sử phát triển sơn bảo vệ chống ăn mòn……… 20

II.2 Sơn epoxy………21

1 Nhựa epoxy 23

2 Chất đóng rắn cho nhựa epoxy 26

II.3 Bột màu……… 32

II.4 Bột độn………39

II.5 Phụ gia……….39

1 Phụ gia phân tán 39

2 Chất chống sa lắng 42

II.6 Biến tính màng sơn epoxy bằng nanoclay……… 43

1 Giới thiệu chung về nanoclay 44

2 Các phương pháp phân tán nanoclay vào trong nhựa epoxy 46

3 Ảnh hưởng của nanoclay vào trong nhựa epoxy 48

II.7 Phương pháp đo thế mạch hở đánh giá sự ăn mòn lớp phủ hữu cơ trên nền điện

kim loại 53

CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 55

II.1 Hóa chất 55

II.2 Các phương pháp nghiên cứu 56

II.2.1 Khảo sát quá trình đóng rắn của nhựa epoxy 56

II.2.2 Phương pháp xác định độ nhớt của hệ sơn 57

II.2.3 Quá trình chế tạo mẫu sơn 57

II.3 Các phương pháp xác định tính chất cơ lý của màng sơn 57

II.3.1 Phương pháp xác định độ bền va đập của màng sơn 57

II.3.2 Phương pháp xác định độ bền uốn của màng sơn 58

II.3.3 Phương pháp xác định độ cứng tương đối của màng sơn 59

II.3.4 Phương pháp xác định độ bám dính của màng sơn 59

II.3.5 Phương pháp xác định độ bền cào xước của màng sơn 60

II.3.6 Phương pháp xác định độ bền ép dãn của màng sơn 60

II.3.7 Độ thẩm thấu hơi nước 61

II.3.8 Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X ( XRD) 62

II.3.9 Phương pháp đo thế điện cực theo thời gian 62

II.3.10 Phương pháp thử nghiệm mù muối 63

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 65

III.1 Khảo sát quá trình đóng rắn của nhựa epoxy Kingdom 1001 x 75 bằng chất đóng rắn TN13 ở điều kiện độ ẩm cao………65

III.2 Khảo sát ảnh hưởng của phụ gia tới tính chất của màng sơn……… 67

III.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của phụ gia phân tán đến tính chất cơ lý của màng sơn 67 III.2.2 Khảo sát ảnh hưởng phụ gia chống chảy đến tính chất cơ lý của màng sơn

III.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của phụ gia hóa dẻo đến tính chất cơ lý của màng sơn 70 III.3 Khảo sát ảnh hưởng của bột độn đến tính chất cơ lý của màng sơn epoxy… 71 III.4 Khảo sát ảnh hưởng của bột màu đến tính chất cơ lý của màng sơn với hệ bột màu cromat kẽm – oxit sắt……… 72 III.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia nano đến tính chất cơ lý của màng sơn….74 III.5.1 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng nanoclay I30E đến tính chất cơ lý của màng sơn 75 III.5.2 Khảo sát ảnh hưởng của kỹ thuật phân tán đến tính chất cơ lý của màng sơn 77 III.5.3 Khảo sát cấu trúc và hình thái cấu trúc vật liệu epoxy nanocompozit 78 III.7 Ảnh hưởng của độ ẩm môi trường đến tính chất cơ lý của màng sơn 82 III.8 Đánh giá khả năng chống ăn mòn của màng sơn bằng phương pháp thế điện cựu theo thời gian 85 III.9 Đánh giá khả năng chống ăn mòn của màng sơn bằng phương pháp mù muối 87 KẾT LUẬN 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan những nội dung mà tác giả viết trong Luận văn này là do

sự tìm hiểu, nghiên cứu của bản thân, cùng với sự hướng dẫn tận tình của TS Nguyễn Phạm Duy Linh Mọi số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác.Trừ các phần tham khảo đã được trích dẫn nguồn gốc cụ thể trong Luận văn

Hà Nội, tháng 6 năm 2015

Tác giả

Hà Thị Hà

HỆ THỐNG DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Sơ đồ quá trình ăn mòn thép

Hình 1.2: Bịt kín bề mặt kim loại không cho tiếp xúc với môi trường ăn mòn Hình 1.3: Cung cấp điện cực bảo vệ

Hình 1.3: Cung cấp điện cực bảo vệ

Hình 1.4: Phản ứng đóng rắn bằng amin

Hình 1.5: Cơ chế đóng rắn nhựa epoxy bằng anhydryt axit

Hình 1.6: Phản ứng khâu mạch epoxy

Hình 1.7: Tổng trở điện cực thép phủ màng epoxy với bột màu ZnO

Hình 1.8: Phổ tổng trở của các lớp sơn phosphat kẽm

H nh 1.9: Ảnh SEM mẫu khi ngâm trong môi trường NaCl 3%

Hình 1.10: Cơ chế chống ăn mòn của bột màu phosphat kẽm biến tính canxi Hình 1.11 Cấu trúc lý tưởng của khoáng sét MMT

Hình 1.12 Cấu trúc kết tụ của khoáng sét nanoclay

Hình 1.13 Các dạng phân tán của nanoclay trong nhựa

Hình 1.14 Các cấu trúc của khoáng sét trao đổi ion

Hình 1.15: Khả năng chống ăn mòn màng sơn bằng phương pháp đo điện trở Hình 1.16: Thử nghiệm phun mù muối

Hình 1.17: Phân tán nano vào nhựa nền

Hình 1.18 Sơ đồ của phép đo thế mạch hở

Hình 2.1 Dụng cụ xác định độ bền va đập tải trọng rơi có thể điều chỉnh độ cao ERICHSEN Model 304 ASTM phiên bản tiêu chuẩn

Hình 2.2 Dụng cụ xác định độ bền uốn dạng gập với trục hình trụ ERICHSEN Model

Hình 3.2: Phổ XRD của nhựa epoxy 1001 x 75

Hình 3.3: Phổ XRD của nanoclay I30E

Hình 3.4: Phổ nhiễu xạ tia X của vật liệu compozit từ nhựa epoxy /3% nanoclay không

có hỗ trợ khuấy siêu âm

Hình 3.5: Phổ nhiễu xạ tia X của vật liệu compozit từ nhựa epoxy /3% nanoclay I30 E

có hỗ trợ siêu âm

Hình 3.6: Thế điện cực theo thời gian của các mẫu thép với các màng phủ khác nhau

Hình 3.7 : Ảnh mẫu sơn chứa 3% nanoclay: (a) trước khi thử nghiệm; (b) sau khi thử nghiệm 24 giờ, (c) sau khi thử nghiệm 96 giờ, (d) sau khi thử nghiệm 360 giờ, ( e) sau khi thử nghiệm 480 giờ

Bảng 3.10: Tính chất cơ lý của màng sơn epoxy nanoclay I30E với hệ bột màu cromat kẽm – oxit sắt

Bảng 3.12: Tính chất cơ lý của sơn lót epoxy ở các điều kiện độ ẩm tương đôi khác nhau

Bảng 3.13: Kết quả đánh giá độ gỉ của mẫu sơn chứa 3% nanoclay theo tiêu chuẩn ASTM D714 – 02

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT

1 Giao thông vận tải GTVT

3 Hàm lượng nhóm epoxy HLE

4 Đương lượng nhóm epoxy DLE

8 Scanning electron microscope SEM

10 Pigment volume concentration PVC

13 Cation-exchange capacity CEC

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Ngành công nghệ vật liệu Polyme hiện nay đang ngày càng được phát triển rộng rãi với nhiều ứng dụng trong tất cả các ngành công nghiệp cũng như đời sống xã hội Một trong những ứng dụng quan trọng của vật liệu polyme đó là ứng dụng trong ngành công nghiệp sơn

Với sự phát triển bùng nổ của xây dựng và công nghiệp, nhu cầu về sơn dân dụng lẫn sơn công trình đều gia tăng từng năm Việt Nam là một nước có nền khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa, do đó mà nhu cầu sơn bảo vệ càng cần thiết Do điều kiện độ ẩm không khí cao, nên việc nghiên cứu các vật liệu sơn trong các điều kiện ẩm ướt hết sức quan trọng Cùng với đó, những loại sơn này còn có thể sơn phủ bảo vệ các công trình ngầm dưới nước, các đường ống, sơn bảo vệ kim loại

Chất tạo màng sơn phổ biến và quan trọng bậc nhất hiện nay đó là nhựa epoxy, một loại nhựa đã được nghiên cứu từ rất lâu, có ứng dụng rộng khắp trong các ngành công nghiệp Việc đóng rắn epoxy để tạo màng sơn ở nhiệt độ thường đóng vai trò quyết định cho việc lựa chọn loại nhựa này làm chất tạo màng Epoxy đóng rắn ở nhiệt

độ thường, thường sử dụng các chất đóng rắn polyamin mạch thẳng hoặc polyamit Tuy nhiên khi đóng rắn trong điều kiện độ ẩm cao thì phương pháp trên lại không hiệu quả vì polyamin rất nhạy cảm với độ ẩm, đặc biệt là khí CO2, các amin chuyển hóa thành các muối cacbamat, làm sơn bị mờ đục và có độ bám dính kém trên bề mặt ẩm ướt

Một trong những phương pháp tăng tính chất cơ lý và tính bảo vệ chống ăn mòn

là bổ xung phần tử nano vào màng sơn

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu khả năng chống ăn mòn của sơn lót epoxy đóng rắn trong điều kiện

thêm phần tử nano để tăng khả năng chống ăn mòn của màng sơn

- Để tăng cường khả năng bảo vệ kim loại của màng phủ đã đưa phần tử nano – nanoclay I30E vào hệ sơn epoxy đóng rắn trong điều kiện ẩm Khi có mặt của nanoclay đã làm tăng đáng kể chiều dài con đường của nước và các ion xâm thực vào bề mặt kim loại, nhờ đó mà chúng có ảnh hưởng tích cực đến tính chất bảo vệ của màng sơn

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Nhựa epoxy là một trong những loại nhựa quan trọng nhất để sản xuất sơn chống ăn mòn do nó có một loạt tính chất quý hiếm như sau: Có độ nhớt thấp, có khả năng đóng rắn ở nhiệt độ phòng, có độ co ngót trong quá trình đóng rắn thấp, độ bền

cơ lý cao và đặc tính chống ăn mòn tốt

Việc lựa chọn và phối hợp một cách thích hợp chất tạo màng epoxy với bột màu, bột độn phụ gia và phụ gia nano sẽ dẫn tới sự tạo thành màng sơn với tính năng bảo vệ chống ăn mòn cao

Các công trình đã công bố thường không nêu rõ hàm lượng cụ thể các chất trong

thành phần sơn chống ăn mòn epoxy do đó việc “nghiên cứu chế tạo sơn lót epoxy

đóng rắn trong điều kiện ẩm có chứa phần tử nano” là cần thiết

5 Phương pháp nghiên cứu

Luận văn đã nghiên cứu:

- Khảo sát hàm lượng chất đóng rắn tối ưu cho loại nhựa epoxy đã lựa chọn

- Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng bột màu, bột độn và phụ gia đến tính chất

cơ lý của màng sơn

- Khảo sát ảnh hưởng của phụ gia nanoclay I30E đến tính chất cơ lý của màng sơn từ đó tìm ra được hàm lượng tối ưu cho màng sơn có tính chất tốt

- Khảo sát ảnh hưởng của môi trường ẩm đến tính chất của màng sơn từ đó tìm

ra được chất đóng rắn phù hợp với từng môi trường ẩm khác nhau

- Đánh giá khả năng chống ăn mòn của màng sơn tối ưu trên cơ sở nhựa epoxy thông qua phương pháp điện hóa và mù muối

6 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm có ba phần: phần mở đầu, phần nội dung, phần kết luận Trong

đó phần nội dung gồm bốn chương

Chương I: Tổng quan

Chương II: Các phương pháp nghiên cứu

Chương III: Kết quả và thảo luận

Trong quá trình xây dựng đề tài này, tác giả nhận được sự hướng dẫn tận tình và

quan tâm giúp đỡ của các thầy cô giảng dạy tại Trung tâm Polyme ,Viện kỹ thuật Hóa

Học trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, tác giả mong nhận được sự quan tâm góp ý của tất cả các thầy, cô giáo và các đồng nghiệp để sau này khi có điều kiện

nghiên cứu sâu hơn tác giả có thể giải quyết tốt và hoàn thiện hơn

Đề tài được hoàn thành tại Trung tâm Polyme ,Viện kỹ thuật Hóa Học trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội dưới sự hướng dẫn khoa học của TS.Nguyễn Phạm Duy Linh Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành cảm ơn tới TS Nguyễn Phạm Duy Linh người đã cung cấp tài liệu và hướng dẫn phương pháp nghiên cứu trong quá trình thực hiện đề tài.Tác giả chân thành cám ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện

của các thầy cô và đồng nghiệp Trung tâm Polyme

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

I Ăn mòn kim loại và bảo vệ kim loại

I.1 Ăn mòn kim loại

Sự ăn mòn kim loại là quá trình làm giảm chất lượng và tính chất của kim loại

do sự tương tác của chúng với môi trường xâm thực Ăn mòn kim loại là một phản ứng không thuận nghịch, xảy ra trên bề mặt giới hạn giữa vật liệu kim loại và môi trường xâm thực, được gắn liền với việc mất mát hay tạo ra trên bề mặt kim loại một thành phần nào đó do môi trường cung cấp

Nếu xem hiện tượng ăn mòn kim loại xảy ra theo cơ chế điện hóa thì sự ăn mòn kim loại có thể được định nghĩa như sau: Ăn mòn kim loại là một quá trình xảy ra phản ứng oxi hóa khử trên mặt tiếp xúc giữa kim loại và môi trường chất điện li với sự chuyển kim loại thành ion kim loại, đồng tời kèm theo sự khử một thành phần của môi trường và sinh ra một dòng điện

Do cấu trúc kim loại không đồng nhất, nên khi có mặt nước và oxy thì trên bề mặt kim loại xuất hiện các pin tế vi cục bộ và kim loại sẽ bị ăn mòn Quá trình ăn mòn kim loại xảy ra theo cơ chế điện hoá Để sự ăn mòn xảy ra, phản ứng oxy hoá (sự hoà tan kim loại hoặc sự hình thành oxit) và phản ứng khử catot (như phản ứng khử ion hydro hoặc oxy) phải xảy ra đồng thời:

Quá trình ăn mòn sắt xảy ra theo các phản ứng sau:

Phản ứng anốt : Fe  Fe2+ + 2e Phản ứng catốt : O2 + 2H2O + 4e  4OH-

Tổng quát : 2Fe + O2 + 2H2O  2Fe(OH)2

Do có mặt oxy trong không khí nên hydroxyt sắt (II) bị biến đổi thành gỉ sắt:

Có tể nói rằng sự ăn mòn phá hủy kim loại do môi trường gây ra phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố:

- Thành phần hóa học, cấu trúc kim loại

- Thành phần hóa học của môi trường

- Các thông số vật lý – nhiệt độ, sự đối lưu, sự phát xạ

- Những tác động cơ học – sự va đập, ma sát, ứng lực [34]

Sơ đồ quá trình ăn mòn thép được đưa ra trong hình 1.1

Hình 1.1: Sơ đồ quá trình ăn mòn thép

I.2 Phân loại ăn mòn

 Theo cơ chế quá trình ăn mòn [27, 38, 42]:

 Ăn mòn hóa học

 Ăn mòn điện hóa

 Theo điều kiện của quá trình ăn mòn:

 Ăn mòn khí

 Ăn mòn khí quyển

 Ăn mòn trong chất điện giải

 Ăn mòn trong đất

 Ăn mòn do dòng điện ngoài

 Ăn mòn do tiếp xúc (ăn mòn galvanic)

 Ăn mòn do ứng suất

 Ăn mòn do vi sinh vật

 Theo đặc trưng của dạng ăn mòn [27, 38, 42]:

 Ăn mòn đều (thép các bon trong dung dịch axit sunphuaric)

 Ăn mòn không đều (thép các bon trong nước biển)

 Ăn mòn chon lựa (chỉ một pha bị phá hủy ví dụn gang trong axit)

 Ăn mòn vết, tạo thành những vết dài trên bề mặt (đồng thau trong nước biển)

 Ăn mòn hố (ăn mòn trong đất)

 Ăn mòn điểm, đường từ 0.1 – 2 mm (thép không gỉ trong nước biển)

I.3 Biện pháp bảo vệ chống ăn mòn

loại bằng cách ngăn chặn các phản ứng catot hoặc anot, hoặc bằng cách ngăn cản dòng

ăn mòn trong chất điện phân Ba phương pháp này được gọi là ức chế catot, ức chế

 Trong phản ứng catot tác nhân phản ứng là oxy và nước Thực nghiệm chứng tỏ rằng các màng sơn có độ dày bình thường không thể ngăn cản hoàn toàn oxy và nước thấm qua màng, có nghĩa là màng sơn không thể hiện tác dụng ức chế catot một cách triệt để

 Phản ứng anot là quá trình dịch chuyển ion kim loại vào chất điện phân kèm theo việc giải phóng điện tử lưu lại trong kim loại Có thể ức chế anot theo hai cách:

 Cung cấp đầy đủ điện tử cho kim loại để ngăn cản các ion kim loại đi ra khỏi bề mặt Điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các màng sơn bảo vệ catot chứa các bột màu kim loại có thế ăn mòn thấp hơn thế

ăn mòn của kim loại cần bảo vệ, như sơn giàu kẽm

 Sắt ở ngoài không khí thường bị oxy hoá tạo thành màng oxyt, tuy nhiên

do tính không đồng nhất về thành phần và cấu trúc cho nên ăn mòn kim loại vẫn tiếp tục xảy ra Có hai nhóm bột màu có tác dụng ức chế ăn mòn, làm dày thêm, hoàn thiện thêm màng oxyt và ngăn cản quá trình ăn mòn Nhóm thứ nhất là các oxyt kim loại như oxyt sắt, oxyt chì, oxyt kẽm

và nhóm thứ hai là các bột màu có khả năng thụ động như bột cromat, photphat và molybdat

 Ức chế điện trở là cơ chế bảo vệ chung nhất được thực hiện bởi màng sơn Khi phủ trên bề mặt kim loại, có nghĩa là đặt một điện trở vào mạch điện hoá, sự di chuyển ion kim loại từ bề mặt kim loại vào dung dịch chất điện ly bị ngăn cản

Do đó ăn mòn kim loại được ngăn cản hoặc ít nhất cũng giảm xuống giá trị thấp Nói chung các tính chất bảo vệ của màng sơn được xác định bởi khả năng hoạt động điện hoá của nó, mà bản thân khả năng này phụ thuộc vào cấu trúc màng, bản chất các nhóm chức, độ dẫn ion, và khả năng thụ động của bột màu [16, 38]

Thông thường hệ sơn phủ bảo vệ kim loại bao gồm ba lớp: lớp sơn lót, lớp sơn trung gian và lớp sơn phủ bên ngoài Mỗi lớp có chức năng và yêu cầu kỹ thuật khác nhau tuỳ thuộc vào môi trường ăn mòn Trong thực tế, tuỳ theo mục đích sử dụng số lớp sơn có thể nhiều hoặc ít hơn

Chức năng chính của lớp sơn lót là ngăn cản ăn mòn kim loại Một sơn lót lý tưởng

có các tính chất sau :

- Thích hợp với phương pháp và điều kiện sơn

- Tốc độ bay hơi dung môi thích hợp, đảm bảo sơn khô trong thời gian cho phép

- Bám dính tốt với bề mặt kim loại

- Độ bền cào xước và va đập cao

- Đủ mềm dẻo để thích hợp với sự thay đổi kích thước của kim loại

- Phải có bề mặt tốt cho việc sơn các lớp tiếp theo

- Khi sử dụng các bột màu ức chế ăn mòn, các bột màu này phải không độc hại và hàm lượng bột màu phải đủ

- Mức độ thẩm thấu nước và oxy thấp

Sơn trung gian là loại sơn chứa lượng bột màu, chất độn cao, chúng được sơn trực tiếp trên sơn lót và cung cấp nền cần thiết cho lớp sơn phủ bên ngoài Sơn trung gian cần có các tính chất sau:

- Bám dính tốt với sơn lót

- Độ che phủ thích hợp

- Khả năng se kết tương đối nhanh để tránh hiện tương chảy và tràn đầy ở các mép cạnh, song vẫn đảm bảo thuận lợi khi thi công

- Màu sắc phải tương tự và nhạt màu hơn lớp sơn phủ bên ngoài

Lớp sơn phủ chịu tác dụng trực tiếp của môi trường ăn mòn Tuỳ theo bản chất môi trường ăn mòn và loại sơn lót hoặc loại sơn trung gian sử dụng, người ta lựa chọn loại sơn phủ thích hợp Màng sơn phủ phải bám dính tốt với sơn lót hoặc sơn trung gian, bền trong môi trường ăn mòn Bên cạnh tính chất bảo vệ chống ăn mòn, màng sơn phủ còn có chức năng trang trí bên ngoài cho kết cấu cần bảo vệ[16]

Cơ chế quá trình chống ăn mòn được miêu tả trong hình 1.2 [21]:

Hình 1.2: Bịt kín bề mặt kim loại không cho tiếp xúc với môi trường ăn mòn

Và cơ chế chống ăn mòn dưới màng phủ cần cung cấp điện cực bảo vệ:

Hình 1.3: Cung cấp điện cực bảo vệ

II Sơn bảo vệ chống ăn mòn

II.1 Lịch sử phát triển sơn bảo vệ chống ăn mòn

Năm 427 – 347 trước Công nguyên, nghiên cứu đầu tiên của Plato đã miêu tả về

sự ăn mòn do sự gỉ của kim loại 2000 năm sau, nghiên cứu của nhà địa chất học

Georgius Agricola trong ấn phẩm “De natura fossilium” đã giải thích chi tiết về sự ăn

mòn của kim loại sắt [7, 8] Ông cho rằng nó có thể được bảo vệ chống lại các ảnh hưởng của môi trường ăn mòn bằng các biện pháp bao phủ bằng các chất như: chì đỏ, chì trắng, thạch cao, bitum hoặc vữa Gaius Secundus Pliny cũng đưa ra một số chất có khả năng bảo vệ kim loại thép, hợp kim đồng đỏ chống lại sự ăn mòn gồm: bitum, dầu hắc in, chì trắng và thạch cao Ông đã gửi báo cáo nghiên cứu của mình tới Alexander

để thực hiện các biện pháp chống gỉ khi xây dựng cầu phao tại Zeugmar, Eupharates

Cùng với các phát hiện nghiên cứu chống ăn mòn bằng các vật liệu như kim loại chì, thạch cao, bitum, dầu hắc ín…từ thế kỷ XIX, con người đã phát hiện ra biện pháp chống ăn mòn kim loại bằng vật liệu sơn Năm 1822, lần đầu tiên báo cáo khoa học về

biện pháp chống ăn mòn sử dụng vật liệu sơn được đăng trên tạp chí Dinglers Polytechnischem Jounal [39]

Những thập niên tiếp theo, sơn từ nhựa hữu cơ tổng hợp đã được sử dụng rất rộng rãi để bảo vệ các bộ phận kim loại - chống lại sự ăn mòn và sự khắc nghiệt của môi trường Xét theo cơ chế bảo vệ ăn mòn, hiện tại có 3 loại sơn hữu cơ được sử dụng để bảo vệ kim loại [6]: Sơn hoạt động điện hóa học, sơn hiệu ứng màng ngăn barrier, sơn

bị ăn mòn (hy sinh)

II.2 Sơn epoxy

Sơn epoxy thường được cung cấp dưới các dạng sau:

 Sơn dung môi truyền thống: Chứa hàm lượng rắn dưới 60% thể tích, ưu điểm

là sử dụng được những thiết bị gia công có sẵn, sơn khô và đóng rắn nhanh ở nhiệt độ thường, cho lớp màng phủ có tính chất tốt, tuy nhiên yêu cầu sử dụng nhiều dung môi nên không thân thiện với môi trường

 Sơn dung môi có hàm lượng rắn cao: Chứa hàm lượng rắn 60 - 85% thể tích, chủ yếu sử dụng nhựa epoxy khối lượng phân tử thấp, ưu điểm nổi bật là khả năng tạo màng phủ tốt, tuy nhiên cần phải sử dụng các biện pháp làm giảm độ nhớt của sơn

 Sơn nhũ tương: Sử dụng nhựa epoxy khối lượng phân tử thấp phân tán trong nước, có độ nhớt thấp, không độc hại nhưng giá thành cao, đóng rắn chậm trong điều kiện nhiệt độ thường và độ ẩm cao, dễ bị chảy nhanh bất thường và yêu cầu thiết bị gia công bằng thép không gỉ đắt tiền

 Sơn không dung môi: Sử dụng nhựa epoxy có khối lượng phân tử và độ nhớt thấp, ưu điểm là giá thành thấp, thân thiện hơn với môi trường, lớp màng tạo thành ít khuyết tật với khả năng chịu nhiệt, chịu hóa chất tốt Nhược điểm cơ

bản của chúng là độ nhớt cao, khó tạo thành các lớp màng mỏng, màng phủ có tính nhạy ẩm, chịu va đập kém, kém mềm dẻo và thời gian lưu ngắn

 Sơn bột: Sử dụng nhựa epoxy rắn hoặc nhựa epoxy đóng rắn bằng nhóm hydroxyl, sản phẩm có độ bám dính tốt, khả năng chịu hóa chất, ăn mòn và ma sát tốt Sơn epoxy bột đóng rắn ở điều kiện nhiệt độ khoảng 150oC, cho lớp màng từ mỏng (30 – 40 μm) tới dày (50 - 150 μm) với độ bao phủ tốt và khả năng thu hồi lượng vật liệu dư cao

Do những tính chất đặc biệt cũng như khả năng sử dụng đa dạng, sơn epoxy được

sử dụng trong nhiều lĩnh vực trong đó nổi bật là:

 Sơn hàng hải và sơn thiết bị công nghiệp: Khả năng chịu hóa chất, chịu ăn mòn

và chịu ma sát tốt của màng phủ epoxy đã khiến cho sơn epoxy được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực hàng hải và thiết bị công nghiệp do giúp kéo dài thời gian giữa các lần bảo trì, tiết kiệm không nhỏ chi phí và thời gian Nhược điểm chính của sơn loại này là khả năng chịu thời tiết không cao, do đó cần có các phương pháp để bảo vệ lớp sơn chống lại tác động tiêu cực từ thời tiết

 Sơn kim loại: Dùng để sơn lên kim loại trong nhiều thiết bị dân dụng cũng như các chai, hộp đựng thực phẩm và đồ uống, chủ yếu sử dụng epoxy khối lượng phân tử trung bình và chất đóng rắn oligome - polyme do yêu cầu khả năng chịu hóa chất, dung môi, nhiệt và ăn mòn cao, bám dính tốt lên bề mặt kim loại, độ mềm dẻo cao mà lại không gây ảnh hưởng tới những thứ chứa bên trong như thực phẩm hay nước uống

 Sơn xe hơi: Chủ yếu được sử dụng làm sơn lót hoặc sơn bên nội thất do khả năng chịu tia UV kém

Cũng giống như các loại sơn truyền thống hai thành phần khác, sơn epoxy là một

hệ nhiều cấu tử bao gồm chất tạo màng, chất đóng rắn, các loại bột màu, bột độn, dung môi và phụ gia [19, 20]

1 Nhựa epoxy

Nhựa epoxy là một nhóm các hợp chất cao phân tử có chứa nhiều hơn một nhóm chức epoxy trên mạch đại phân tử Ngoài tên epoxy, nhóm thế này còn có các tên gọi khác như nhóm epoxit, nhóm oxiran hay nhóm ethoxylin Nhóm epoxy là một nhóm thế có độ hoạt động hóa học rất cao mà nguyên nhân là do sức căng lớn của liên kết vòng ba cạnh cũng như độ phân cực của liên kết C–O cộng hóa trị:

Một cách chặt chẽ, nhựa epoxy chỉ được dùng để chỉ các oligome hay các monome chứa các nhóm epoxy chưa khâu mạch Tuy nhiên, trên thực tế, nhựa epoxy còn được dùng để chỉ các hệ epoxy đã đóng rắn, là các hệ bao gồm các đại phân tử có phân tử có phân tử khối lớn, chứa rất ít hoặc hoàn toàn không chứa nhóm epoxy

Đa phần các loại nhựa epoxy thương phẩm đều được tổng hợp từ phản ứng cộng hợp tách loại hydro clorua giữa epiclohydrin với một hợp chất chứa ít nhất hai nguyên

tử hydro linh động Các sản phẩm nhựa epoxy tổng hợp từ epiclohydrin còn được gọi

là các loại nhựa epoxy nhóm glycidyl Monome cùng tham gia phản ứng với epiclohydrin có thể là các amino phenol, các monoamin và diamin, các imit và amit dị vòng, các diol và polyol mạch thẳng, các axit béo không no, các hợp chất đa nhân phenol

Trong số những loại nhựa epoxy được tổng hợp bằng phương pháp trên, nhựa epoxy của bisphenol A được sử dụng rộng rãi nhất, chiếm tới hơn 75% thị phần nhựa epoxy do giá cả phải chăng và tính chất đáp ứng tốt các yêu cầu sử dụng

Bên cạnh đó, nhựa epoxy còn có thể được tổng hợp thông qua phản ứng epoxy hóa các hợp chất dien sử dụng các loại peraxit

Nhựa epoxy khi chưa đóng rắn là một loại nhựa nhiệt dẻo không màu hoặc màu vàng sáng Tuỳ thuộc vào khối lượng phân tử mà nhựa epoxy chưa đóng rắn có thể tồn tại ở các dạng lỏng ít nhớt, lỏng nhớt hoặc rắn Nhựa epoxy có khả năng hòa tan tốt trong nhiều loại dung môi hữu cơ như axeton, toluen, xylen, các loại hydrocacbon clo hoá, dioxan… nhưng không hòa tan trong các loại hydrocacbon mạch thẳng như xăng hay dung môi Stoddard

Do chứa nhóm chức epoxy phân cực mạnh nên nhựa epoxy có khả năng phối trộn tốt với các loại nhựa chứa nhóm chức phân cực khác như nhựa polyeste, nhựa phenol - fomandehyt, nhựa polysunfit…

Các thông số quan trọng của nhựa epoxy

- Hàm lượng nhóm epoxy ( HLE) : Trọng lượng nhóm epoxy có trong 100g nhựa

- Đương lượng nhóm epoxy (DLE): Lượng nhựa tính theo gam chứa 1 đương lượng oxy epoxy

- Giá trị epoxy (GTE): Số đương lượng oxy epoxy có trong 100g nhựa

- Khối lượng phân tử nhóm epoxy : 43

Nhựa epoxy có độ cứng, tuổi thọ, độ bền hoá học, cơ học cao, khả năng chịu nhiệt độ cao tốt hơn nhiều loại nhựa nhiệt rắn khác nên được ứng dụng trong các loại sơn, màng phủ chất lượng cao, keo dán, lót trong các loại bể chứa, tàu thuyền, làm bảng điện… Nhựa epoxy sau khi đóng rắn có nhiều đặc tính tốt nổi bật như: khả năng bám dính tốt với nhiều loại vật liệu, bền hoá học, bền cơ học, độ bền nhiệt, cách điện cao Tính chất của sản phẩm epoxy phụ thuộc vào việc sử dụng chất đóng rắn, do đó việc lựa chọn chất đóng rắn cho nhựa epoxy cần phải giải quyết tuỳ theo từng trường hợp cụ thể [33]

2 Chất đóng rắn cho nhựa epoxy

Chất đóng rắn đưa vào cấu trúc mạng lưới polyme trong các điều kiện phản ứng nhất định làm thay đổi cấu trúc phân tử dẫn đến làm thay đổi các tính chất của vật liệu sau khi đóng rắn Do đó đóng rắn cũng là một phương pháp để biến tính vật liệu epoxy Tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng và công nghệ gia công mà lựa chọn chất đóng rắn phù hợp [2,12,24]

Chất đóng rắn nhựa epoxy có thể chia làm 2 loại: Chất đóng rắn khâu mạch và chất đóng rắn xúc tác

- Chất đóng rắn xúc tác là chất có tác dụng xúc tác cho phản ứng trùng hợp nhóm epoxy, bao gồm có các amin bậc 3, các axit Lewis như BF3, PF5, và xúc tác phối trí

- Chất đóng rắn khâu mạch tham gia trực tiếp vào hệ thống mạch đại phân tử, tạo các liên kết ngang Là các hợp chất đa chức có khả năng phản ứng với nhóm epoxy, nhóm hydroxyl của phân tử epoxy để chuyển các olygome epoxy thành mạch không gian Chất đóng rắn khâu mạch có thể mang tính axit hoặc bazơ Các tác nhân đóng rắn bazơ gồm có amin bậc 1, bậc 2; amin thẳng thơm, vòng no hoặc dị vòng Tuỳ thuộc tính bazơ của amin mà phản ứng đóng rắn có thể xảy ra ở nhiệt độ thường (amin thẳng) hoặc xảy ra ở nhiệt độ cao (amin thơm) Các tác nhân đóng rắn axit có thể là các polyphenol, anhydrit axit, … Ngoài ra còn có những hợp chất có thể đóng rắn đồng thời bằng cả phản ứng trùng hợp và khâu mạch.[1, 12]

a) Chất đóng rắn amin

Do có nhiều ưu điểm, ý nghĩa thực tiễn nên amin là chất đóng rắn phổ biến nhất

và được ứng dụng rộng rãi nhất cho nhựa epoxy Phản ứng đóng rắn amin có thể có hoặc không có xúc tác Các chất đóng rắn thường dùng nhất là: etylen diamin (đóng rắn nguội hoặc dưới 60oC); dietylen diamin, dietylen triamin (đóng rắn ở nhiệt độ cao); trietylen triamin [24]

Đa số trường hợp, phản ứng xảy ra không có xúc tác, nhờ nguyên tử H linh động

ở nhóm amin cộng hợp vào vòng oxy epoxy, mở vòng tạo thành nhóm hydroxyl bậc 2 (Hình 1.4)

Cơ chế đóng rắn bằng anhyđrit axit được trình bày trong hình 1.5

Hình 1.5: Cơ chế đóng rắn nhựa epoxy bằng anhydryt axit

c) Chất đóng rắn xúc tác

Do vòng epoxy có 3 cạnh, sức căng của vòng lớn, nhựa epoxy có khả năng tham gia các phản ứng trùng hợp ion, khơi mào bởi các chất xúc tác mở vòng epoxy Xúc tác của phản ứng có thể là axit Lewis (cõ chế trùng hợp cation) hoặc bazõ Lewis (trùng hợp anion) Xúc tác mở vòng epoxy phổ biến nhất là axit Lewis BF3 với metylamin

Nó có thể ổn định tới nhiệt độ 80-100oC Khi đạt nhiệt độ này nó phân huỷ tạo ra các cấu tử hoạt tính, có tác dụng khơi mào phản ứng mở vòng epoxy, do đó xúc tác này còn gọi là xúc tác ẩn [24]

Xúc tác bazơ quan trọng nhất là các amin bậc 3

độ nhớt cao hơn, kém bền nước hơn màng phủ từ tổ hợp epoxy-polyamin [24, 28] Hiện nay, các chất đóng rắn “ẩn” có bản chất hoá học khác nhau đang được quan tâm nghiên cứu tổng hợp và sử dụng trong điều kiện không khí có độ ẩm cao và ở dưới nước Khi không có mặt nước chúng không tương tác với oligome epoxy Khi có mặt nước chúng thuỷ phân tạo ra các tác nhân hoạt động tham gia phản ứng đóng rắn nhựa epoxy Chất đóng rắn ẩn có tác dụng làm tăng thời gian sống của tổ hợp nhựa epoxy- chất đóng rắn, đồng thời vẫn giữ được tốc độ đóng rắn cao Một trong số các chất đóng rắn ẩn đang được quan tâm hiện nay là xetimin [4, 28]

Xetimin đáp ứng được các yêu cầu cho việc đóng rắn nhựa epoxy mà polyamin mạch thẳng không có Đó là thời gian sống của hệ epoxy-xetimin dài, không phản ứng với CO2 trong khí quyển tạo muối cacbamat amin không tan, chỉ khi có mặt hơi ẩm, quá trình tạo màng sơn mới hình thành

Xetimin tạo thành từ chúng tạo được sự cân bằng tương đối tốt giữa thời gian sống và tốc độ đóng rắn của hợp phần epoxy-xetimin Điều này được giải thích do sự che chắn không gian của nhóm thế ankyl tới nguyên tử nitơ trong nhóm xetimin, làm giảm tính bazơ của nguyên tử N này, làm suy yếu khả năng phản ứng của nguyên tử N này với mạch đại phân tử epoxy khi không có mặt nước dẫn đến hiện tượng gel hoá làm giảm chất lượng sản phẩm Điều đó có lợi khi phối trộn xetimin này với nhựa epoxy, nó làm tăng tính ổn định (thời gian sống) của hệ mà gần như không làm thay đổi tốc độ đóng rắn của tổ hợp nhựa epoxy và xetimin khi ở trong môi trường ẩm [15] Quá trình đóng rắn nhựa epoxy bằng xetimin chỉ xảy ra khi có mặt nước trong tổ hợp Dưới tác dụng của nước, xetimin bị thuỷ phân giải phóng các polyamin và xeton Chính các polyamin này tham gia vào quá trình khâu mạch đóng rắn nhựa epoxy Các phản ứng hoá học chính xảy ra trong quá trình đóng rắn bằng xetimin như sau:

Giai đoạn 1: Xetimin thuỷ phân thành xeton và nhóm amin, xeton sẽ bay hơi dần

C C

Ứng dụng chính của xetimin đóng rắn nhựa epoxy là trong các loại màng phủ Xetimin, đặc biệt các loại xetimin đã đƣợc biến tính có thời gian sống dài, độ nhớt thấp, màu sáng khi đóng rắn màng phủ sẽ tạo cho màng phủ có tính chất cao, độ bền

hóa, bền nhiệt, chống thấm nước tương tự như đóng rắn bằng polyamin, độ bóng, đồng đều cũng như tính trong suốt của màng phủ cao hơn hẳn polyamin

II.3 Bột màu

Là các hợp chất vô cơ và hữu cơ có khả năng khuếch tán cao , không tan trong các môi trường khuếch tán và có tổ hợp các tính chất hóa học, vật lý và kỹ thuật cho phép sử dụng chúng trong các chất tạo màng phủ bảo vệ và trang trí có công dụng khác nhau Bột màu không chỉ mang lại cho vật liệu, màng phủ màu sắc yêu cầu mà còn có ảnh hưởng đến các tính chất của màng phủ

Một số tính chất kỹ thuật của bột màu

Là lượng dầu sơn được tính bằng gam dùng để ngấm ướt 100g bột màu tạo thành bột nhão, độ ngấm dầu của bột màu càng bé càng tốn ít dầu sơn Trong thực tế, lượng dầu sơn cần thiết để pha sơn thường dùng gấp đôi độ ngấm dầu của bột màu sử dụng

 Kích thước hạt

Là một yếu tố quan trọng đặc trưng cho sự tán xạ ánh sáng của bột màu Tuy nhiên cũng sẽ có một giới hạn, không thể giảm kích thước hạt đến vô hạn Mặt khác, sự tán xạ ánh sáng cũng còn phụ thuộc vào nồng độ thể tích bột màu

Một số loại bột màu chống ăn mòn

Khả năng chống ăn mòn của ZnO đã được kiểm chứng khi sử dụng hạt kích cỡ nano với hàm lượng khoảng 5% khối lượng Kết quả thu được từ phương pháp EIS [5] (Hình 1.7)

Hình 1.7: Tổng trở điện cực thép phủ màng epoxy với bột màu ZnO

Từ hình 1.7 nhận thấy mẫu sơn có sử dụng hạt ZnO kích cỡ nano có khả năng che chắn sự xâm nhập của dung dịch điện ly Khi thời gian tăng lên thì khả năng chống ăn mòn của màng phủ cũng giảm đi

 Oxit sắt

Các bột màu oxit sắt có khả năng che phủ cao Màng sơn chứa các oxit sắt rất đặc khít, có độ xốp bé, do đó khả năng thấm ion rất nhỏ, dẫn đến ngăn cản được dòng ăn mòn và kìm hãm được quá trình ăn mòn dưới lớp sơn phủ

Bột màu oxit sắt đỏ có thành phần hóa học: Fe2O3 (hàm lượng Fe2O3 trong bột màu 95 – 98%) Tỷ trọng bột màu 4800 – 5000 kg/m3 Khả năng che phủ rất cao 4 – 6 g/cm2, độ ngấm dầu 20 – 30g/100g bột màu Có thể điều chế Fe2O3 khi nung quặng sunfat sắt FeSO4.7H2O ở nhiệt độ cao 700 – 800 0

C

FeSO4.7H2O  FeSO4.H2O + 6H2O

1 Bột màu cromat kẽm [17, 32]

Bột màu cromat từ lâu đã được sử dụng làm bột màu chống ăn mòn cho sơn Bột màu cromat thể hiện khả năng chống ăn mòn khi được hòa tan trong nước nên bột màu này được sử dụng rộng rãi trong sơn chống ăn mòn vì hầu hết các màng sơn đều thấm nước Khi tỉ lệ thấm nước phù hợp với độ hòa tan của bột màu cromat thì chúng sẽ di chuyển đến bề mặt kim loại để bắt đầu và hình thành các lớp thụ động (cơ chế thụ động) Cơ chế thụ động có thể được mô phỏng như sau:

Vùng catot: CrO42– + H2O + e– ==> Cr2O3 + OH–

Vùng anot: Fe + H2O – e– ==> Fe2O3 + H+

Các oxyt này tạo trên bề mặt màng thép một lớp màng bảo vệ khá vững chắc

Cơ chế bảo vệ catot và ức chế:

- Hàm lượng ion cromat tan trong nước

- Tác dụng trung hòa và ổn định pH của kẽm hydroxit trong bột màu kẽm cromat

- Bề mặt của bột màu hoạt động trong màng sơn (hình dạng, kích thước hạt; độ phân tán bột màu)

2 Bột màu phophat kẽm [32]

Bột màu kẽm photphat được dùng để thay thế cho bột chì và cromat Ngày nay, kẽm photphat là loại bột màu chống ăn mòn được sử dụng phổ biến nhất Do khả năng chống ăn mòn của nó thấp hơn nhiều so với cromat nên tầm quan trọng của nó trên thị trường chưa cao, ứng dụng trong sơn chống ăn mòn đạt hiệu quả chưa được cao

Kẽm photphat được sản xuất trên quy mô công nghiệp bằng cách cho ZnO phản ứng với axit photphoric Sau đó, là quá trình lọc rửa, sấy khô, nghiền ra kích thước mong muốn

Bột kẽm photphat bảo vệ ăn mòn theo cơ chế bảo vệ catot và ức chế Khi kẽm photphat bị thủy phân sẽ tạo ra kẽm hydroxyt và các ion photphat có thể tạo lớp bảo vệ trên bề mặt kim loại Theo giả thuyết, quá trình thủy phân sẽ quyết định khả năng chống ăn mòn của bột màu kẽm photphat , điều này có nghĩa là phải cần một thời gian nhất định thì bột màu mới có tác dụng bảo vệ kim loại Sự hình thành sản phẩm thủy phân của kẽm photphat phụ thuộc vào tính thấm ướt của màng sơn Điều này có nghĩa

là việc lựa chọn chất tạo màng, bột màu, bột độn, phụ gia sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng bảo vệ chống ăn mòn của lớp phủ chứa kẽm photphat

 Ảnh hưởng của kẽm photphat tới khả năng chống ăn mòn [43]

Trong nghiên cứu này, chỉ sử dụng kẽm photphat trong nhựa epoxy với tỉ lệ 5% khối lượng Lớp phủ được sơn lên tấm thép cacbon với chiều dày 150 ± 10 µm Để đánh giá vai trò của bột màu kẽm photphat tới khả năng chống ăn mòn, người ta rạch 2 vết thành hình chữ thập vào lớp phủ, sau đó kiểm tra bằng phương pháp EIS và SEM trong quá trình ăn mòn

Với phương pháp EIS, phổ trở kháng thu được từ lớp phủ trầy xước sau 28 và 460h được trình bày trong hình 1.8 Các giá trị trở kháng của lớp phủ kẽm photphat lớn hơn so với lớp phủ vecni cùng thời gian ngâm Do vậy, khả năng bảo vệ của lớp phủ với bột màu kẽm photphat bảo vệ vật liệu tốt hơn lớp phủ vecni

Hình 1.8: Phổ tổng trở của các lớp sơn phosphat kẽm

Với hình ảnh SEM, các mẫu có tạo lỗ đƣợc ngâm trong NaCl 3,5% và

K4[Fe(CN)6] 0,5M trong 60h đƣợc hiển thị ở hình 1.9b (đối với lớp phủ vecni) và hình 1.9a (đối với lớp phủ kẽm photphat)

Hình 1.9: Ảnh SEM mẫu khi ngâm trong môi trường NaCl 3%

Ở hình 1.9 cho thấy sự phát triển của lỗ của lớp phủ vecni khi ngâm trong môi trường hình 1.9b.A được quan sát sau khi mẫu được tạo lỗ, ta thấy 1 thung lũng tương ứng với vị trí lỗ nhân tạo Khi tăng thời gian thì màu sắc của hình ảnh chuyển dần sang xanh, hình 1.9b.B ứng với mốc 23h, fig 4C ứng với mốc 50h

Hình 1.9a cho thấy sự phát triển của lỗ nhân tạo khi sử dụng màng phủ sử dụng bột kẽm photphat Hình 1.9a.A được chụp sau khi lớp phủ được tạo 1 lỗ hổng với một cây kim, cũng cho thấy một lỗ hổng khá sâu Sau khi ngâm 36h (hình 1.9a.B), không

có sự thay đổi màu sắc ở xung quanh lỗ hổng Sau khi ngâm 58h, hình 1.9a.C cho thấy

bề mặt tương ứng với các lỗ hổng đã trở lên bằng phẳng, thể hiện được khả năng bảo

Theo như phổ tổng trở ở hình 1.8, khi mà thời gian tăng lên thì ta thấy trở kháng của lớp phủ kẽm photphat giảm xuống Cứ như thế thì khả năng bảo vệ của lớp phủ sẽ kém đi, do vậy cần có biện pháp để khắc phục nhược điểm đố Và bột màu phốt phát được biến tính bằng canxi Khi có mặt ion gây ăn mòn tác động đến màng phủ, nó sẽ bị khóa lại và ion Ca2+

di chuyển đến bề mặt kim loại tạo thành một lớp rào cản, ngăn ngừa hiện tượng ăn mòn (hình 1.10)

Hình 1.10: Cơ chế chống ăn mòn của bột màu phosphat kẽm biến tính canxi

II.4 Bột độn

Bột talc 3MgO.4SiO2.H2O thuộc khoáng silicat Trong tự nhiên hiếm gặp bột talc

ở dạng sạch Thành phần bột talc ở các mỏ quặng được phân biệt theo thành phần SiO2,

nó dao động từ 52 – 62% và MgO dao động từ 23.5 – 33.5 % Trong bột talc thường có lẫn tạp chất CaO, Al2O3, và oxit sắt Bột talc rất mềm và trơ hóa học, không tan trong nước và các axit hữu cơ

Bột talc là chất độn quý cho hệ sơn, có khả năng thấm ướt tốt các chất tạo màng không phải nước, có khả năng tăng cường tính chất cơ lý cho màng sơn, tăng độ bám dính ở mức độ nhất định cho sơn

II.5 Phụ gia

1 Phụ gia phân tán [10]

Trong quá trình chế tạo sơn cần chú ý để đạt được sự phân tán đồng đều của hỗn hợp bột độn và bột màu trong môi trường sơn lỏng Để phân tán đồng đều phải nghiền các cục bột màu bị vón và thấm ướt đồng đều từng hạt bột màu với môi trường sơn lỏng Để làm ướt bề mặt sơn, các bọt khí và nước hấp thụ trên bề mặt của bột màu phải được thay thế bằng môi trường sơn Trên thực tế, bề mặt của bột màu khác nhau về khả năng thấm ướt Một số dễ dàng thấm ướt với nước đó là những chất ưa nước Các bề mặt khác chỉ thấm rất ít với nước nhưng lại thấm dễ với dầu đó là những hợp chất ưa dầu Nhìn chung đại đa số loại bột độn và bột màu là những chất ưa dầu Tuy nhiên trong thực tế có nhiều bột màu- môi trường rất khó phân tán ví dụ: bột màu hữu cơ trong nước, trong các loại nhũ tương, than đen trong sơn dung môi…

Quá trình thấm ướt có thể tiến hành dễ dàng hơn bằng cách đưa vào những chất phân tán bột màu hay còn gọi là những chất hoạt tính bề mặt Các chất hoạt tính bề mặt

là những chất hữu cơ có chứa các nhóm có cực (ưa nước) và không cực (kị nước, ưa dầu)

Nói chung, quá trình phân tán bột màu gồm 3 bước:

• Bước 1: Thấm ướt bột màu Tất cả khí và hơi ẩm trên bề mặt bột màu được thay thế bởi dung dịch nhựa Tương tác bề mặt rắn – khí giữa bột màu và khí được thay thế bởi tương tác rắn – lỏng giữa bột màu và dung dịch nhựa Dung dịch nhựa phải thấm ướt toàn bộ không gian giữa các hạt bột màu

• Bước 2: Phân tán bột màu Nhờ năng lượng cơ học (va chạm hoặc lực cắt), các khối bột màu kết tụ phá vỡ và giảm kích thước

• Bước 3: Ổn định phân tán Các hạt bột màu sau khi phân tán cần được ổn định

để ngăn chặn sự kết tụ không mong muốn Các hạt bột màu cần được giữ khoảng cách