mòn
Thử nghiệm mù muối về cơ bản đƣợc sử dụng để phân loại và nghiệm thu chất lƣợng sản phẩm hoặc có thể đƣợc dùng để đánh giá, so sánh các vật liệu hay phƣơng pháp bảo vệ khác nhau. Ngoài ra nó còn sử đƣợc sử dụng khi cần tìm tƣơng quan giữa kết quả thử nghiệm theo phƣơng pháp này và kết quả thử nghiệm thực tế tại hiện trƣờng.
Điều kiện chế tạo các mẫu thử nghiệm nhƣ sau: - Vật liệu nền: Thép CT-3
- Xử lý bề mặt: Tẩy sạch bề mặt bằng dung môi hữu cơ, làm nhám bằng giấy ráp 800.
- Phƣơng pháp gia công màng sơn: phun - Chiều dày màng sơn khô: 50 micron.
Các mẫu đƣợc rạch 2 vết rạch chéo nhau 600 và phơi trong tủ mù muối 960 giờ theo tiêu chuẩn ASTM B-117. Mức độ gỉ đƣợc đánh giá theo ASTM D-1654- 61.
Bảng 2.2: Chế độ thử nghiệm mù muối Dung dịch phun NaCl trong nƣớc cất
pH dung dịch 6,5 – 7,5.
Nồng độ 5%
Nhiệt độ 35oC
LuËn v¨n tèt nghiÖp Vò ThÞ Dung CNVL Polyme 2008 - 2010
44
2.4. Quy trình chế tạo sơn
* Sơ đồ chế tạo thành phần dạng bột sơn giàu kẽm vô cơ
Các nguyên liệu dạng bột nhƣ bột kẽm, bột màu, bột độn và các phụ gia dạng bột đƣợc định lƣợng sau đó đƣợc đƣa vào máy nghiền để nghiền trƣớc khi sử dụng. Các hạt bột màu kết khối bị phá vỡ thành các hạt cơ bản với kích thƣớc nhỏ hơn rất nhiều Mục đích của giai đoạn này là phối trộn các thành phần khô với nhau trƣớc và nghiền phân tán để tạo độ mịn cần thiết cho công đoạn gia công tiếp theo.
Kết thúc quá trình nghiền hỗn hợp bột (thành phần B), hỗn hợp đƣợc tháo ra khỏi máy nghiền và tiến hành đóng thùng chờ tiến hành chế tạo sơn lót.
* Sơ đồ chế tạo thành phần dạng lỏng của sơn giàu kẽm vô cơ
Chất tạo màng, dung môi và phụ gia dạng lỏng ( Thành phần A) đƣợc định lƣợng trƣớc sau đó đƣa vào khuấy trộn đến khi đạt đƣợc độ đồng nhất thì tiến hành đóng thùng, lƣu kho chờ các công đoạn gia công tiếp theo.
Bột kẽm Bột màu, bột độn Phụ gia dạng bột Định lƣợng Nghiền phân tán Đóng thùng Chất tạo màng Dung môi Phụ gia dạng lỏng Định lƣợng Khuấy trộn Đóng thùng
LuËn v¨n tèt nghiÖp Vò ThÞ Dung CNVL Polyme 2008 - 2010
45
* Sơ đồ quy trình tạo mẫu sơn trước khi thi công
Do sơn etyl silicat giàu kẽm là hệ sơn hai thành phần nên trƣớc khi tiến hành sơn phủ mới tiến hành trộn thành phần B vào thành phần A. Định lƣợng thành phần A cho vào thùng khuấy, bật máy khuấy tốc độ 500 - 600vòng/ phút. Cho từ từ thành phần B đã đƣợc định lƣợng vào thùng khuấy đã có thành phần A, khuấy cho đến khi quan sát thấy thành phần B đƣợc phân tán đồng đều trong thành phần A. Tránh cho một cách ồ ạt thành phần B vào A hoặc cho theo trình tự ngƣợc lại thành phần A vào thành phần B sẽ dẫn tới hiện tƣợng vón cục các hạt màu kẽm, sơn không đồng đều và không đạt độ mịn.
Sau khi thành phần B đã đƣợc phân tán đồng đều vào trong thành phần A, sản phẩm đƣợc lọc để loại bỏ các tạp chất, cặn bẩn có trong sơn.
Thành phần B Thành phần A
Định lƣợng Định lƣợng
Nghiền phân tán
LuËn v¨n tèt nghiÖp Vò ThÞ Dung CNVL Polyme 2008 - 2010
46
PHẦN III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Khảo sát chế độ thủy phân etyl silicat
3.1.1. Khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng HCl đến phản ứng thủy phân và tính chất cơ lý của màng sơn và tính chất cơ lý của màng sơn
Trong quá trình thủy phân etyl silicat, xúc tác axit chiếm một vị trí rất quan trọng, nó có ảnh hƣởng trực tiếp đến khả năng tạo màng của màng sơn. Nếu thiếu sự có mặt của xúc tác, phản ứng thủy phân của etyl silicat sẽ không thể thực hiện đƣợc. Tuy nhiên nếu xúc tác quá mạnh, phản ứng xảy ra quá nhanh và sẽ gây ra nhiều ảnh hƣởng không tốt đến tính chất của màng sơn. Do đó đã tiến hành nghiên cứu ảnh hƣởng của hàm lƣợng xúc tác HCl đến vận tốc phản ứng thủy phân của etyl silicat và tính chất cơ lý của màng sơn. Để khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng xúc tác HCl đã tiến hành thủy phân ES theo tỷ lệ các cấu tử trình bày trong bảng 3.1. Bảng 3.1. Tỷ lệ các cấu tử của hỗn hợp phản ứng Mẫu Thành phần ES1 ES2 ES3 ES4 ES5 Nƣớc cất 4 4 4 4 4
Dung môi hữu cơ 58 57,9 57,8 57,7 57,6
Nhựa phụ trợ 4 4 4 4 4
ES 34 34 34 34 34
HCl 0 0,1 0,2 0,3 0,4
Tổng 100 100 100 100 100
Axit HCl đƣợc pha vào nƣớc, Etyl silicat – 40 (ES-40) và nhựa phụ trợ đƣợc hòa tan vào trong dung môi hữu cơ, sau đó trộn hai hỗn hợp với nhau. Trong quá trình phản ứng, hỗn hợp đƣợc khuấy liên tục để đảm bảo phản ứng xảy ra hoàn toàn.Thời gian thủy phân của etyl silicat đƣợc xác định bằng thời gian hỗn hợp chuyển sang trạng thái đồng thể. Thời gian thủy phân của etyl silicat với các lƣợng axit khác nhau đƣợc biểu diễn trong hình 3.1.
LuËn v¨n tèt nghiÖp Vò ThÞ Dung CNVL Polyme 2008 - 2010
47
Hình 3.1. Ảnh hƣởng của lƣợng axit HCl đến thời gian thủy phân của etyl silicat Qua biểu đồ hình 3.1 có thể thấy rằng khi tăng lƣợng xúc tác, tốc độ phản ứng thủy phân của etyl silicat tăng lên rõ rệt và với lƣợng axit là 0,3 %, tốc độ thủy phân của etyl silicat đã đạt yêu cầu. Với hàm lƣợng axit này, sau 24 giờ, hỗn hợp phản ứng trở lên đồng thể.
Đã tiến hành chế tạo màng sơn trên cơ sở các chất tạo màng nhận đƣợc. Thành phần các mẫu sơn đƣợc trình bày trong bảng 3.2.
Bảng 3.2 Thành phần các mẫu sơn giàu kẽm với các hệ chất tạo màng khác nhau
Mẫu sơn Thành phần Mẫu 1 (ES1) Mẫu 2 (ES2) Mẫu 3 (ES3) Mẫu 4 (ES4) Mẫu 5 (ES5) Chất tạo màng 25 25 25 25 25 Bột kẽm 60 60 60 60 60 Bột màu, bột độn 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 Phụ gia 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 Dung môi 5 5 5 5 5 Tổng 100 100 100 100 100
Sau khi chế tạo đƣợc các mẫu sơn, tiến hành tạo mẫu thí nghiệm để kiểm tra các tính chất cơ lý của từng mẫu sơn.
Th ời gian t h ủy p h ân ( gi ờ ) Lƣợng axit HCl (%)
LuËn v¨n tèt nghiÖp Vò ThÞ Dung CNVL Polyme 2008 - 2010
48
Kết quả đo đạc tính chất cơ lý của các mẫu sơn đƣợc trình bày trong bảng 3.3 Bảng 3.3. Tính chất cơ lý của các mẫu sơn giàu kẽm với các chất tạo màng khác nhau Mẫu sơn Tính chất Mẫu 1 (ES1) Mẫu 2 (ES2) Mẫu 3 (ES3) Mẫu 4 (ES4) Mẫu 5 (ES5)
Thời gian khô bề mặt, phút Không có khả năng tạo màng 10 10 10 10
Thời gian khô hoàn
toàn, giờ 12 12 12 12 Độ cứng tƣơng đối 0,42 0,42 0,42 0,42 Độ bền uốn dẻo, mm 3 3 2 3 Độ bền va đập, kg.cm 40 42,5 45 37,5 Độ bám dính, điểm 2 1 1 2
Từ kết quả thu đƣợc nhận thấy rằng khả năng tạo màng của chất tạo màng chịu ảnh hƣởng rất lớn bởi chất xúc tác trong quá trình thủy phân. Khi không sử dụng chất xúc tác, phản ứng thủy phân xảy ra rất chậm và chất tạo màng thu đƣợc ES1 không có khả năng tạo màng. Khi lƣợng xúc tác sử dụng với hàm lƣợng là 0,3% thì tốc độ thủy phân và khả năng tạo màng của chất tạo màng là thích hợp nhất. Khi lƣợng xúc tác quá ít, phản ứng thủy phân xảy ra không hoàn toàn, lƣợng silica tham gia vào hình thành chất tạo màng bị suy giảm dẫn đến khả năng tạo màng của chất tạo màng bị suy giảm, điều này đƣợc thể hiện trong quá trình kiểm tra các tính chất cơ học của màng sơn. Khi lƣợng xúc tác quá nhiều gây ra phản ứng ngƣng tụ của các nhóm silanol với silanol (≡SiOH) hoặc với các nhóm alkoxyl (≡SiOR), kết quả làm giảm thời gian sống của hệ chất tạo màng.
LuËn v¨n tèt nghiÖp Vò ThÞ Dung CNVL Polyme 2008 - 2010
49
3.1.2. Khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng H2O đến mức độ thủy phân của etyl silicat và tính chất cơ lý của màng sơn
Mức độ thủy phân của etyl silicat có ảnh hƣởng rất lớn đến độ ổn định của hệ sơn và các tính chất của màng sơn sau khi đóng rắn. Do đó đã tiến hành khảo sát ảnh hƣởng của lƣợng nƣớc đến mức độ thủy phân của etyl silicat thông qua độ ổn định hay thời gian tạo gel của hỗn hợp etyl silicat đã thủy phân. Theo các tài liệu nghiên cứu, etyl silicat với mức độ thủy phân trên 95% có độ ổn định rất thấp, rất dễ tạo gel. Mức độ thủy phân thích hợp đối với etyl silicat sử dụng làm chất tạo màng cho sơn silicat giàu kẽm trong khoảng 80% ÷ 90%. Với hàm lƣợng này, etyl silicat có độ ổn định cao, thời gian tạo gel có thể tới hàng năm. Để tiến hành khảo sát ảnh hƣởng của lƣợng nƣớc tới sự ổn định của etyl silicat đã thay đổi hàm lƣợng nƣớc trong hỗn hợp phản ứng từ 3% đến 5,5%. Thành phần các hỗn hợp phản ứng đƣợc thể hiện trong bảng 3.4.
Bảng 3.4. Thành phần hỗn hợp phản ứng
Mẫu Thành phần
ES1 ES2 ES3 ES4 ES5 ES6
Nƣớc cất 3 3,5 4 4,5 5 5.5 Dung môi 58,7 58,2 57,7 57,2 56,7 56.2 Nhựa phụ trợ 4 4 4 4 4 4 ES 34 34 34 34 34 34 HCl 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 Tổng 100 100 100 100 100 100
Kết quả khảo sát thời gian gel hóa của hỗn hợp đƣợc trình bày trên đồ thị 3.2.
LuËn v¨n tèt nghiÖp Vò ThÞ Dung CNVL Polyme 2008 - 2010
50
Qua số liệu trên đồ thị cho thấy với lƣợng nƣớc trên 4% trong thành phần hỗn hợp, thời gian tạo gel của etyl silicat rất ngắn, dƣới 40 ngày, do đó hệ kém ổn định. Nhƣ vậy qua kết quả khảo sát sơ bộ ban đầu và dựa vào các tài liệu nghiên cứu, lựa chọn lƣợng nƣớc thích hợp trong đơn pha chế là < 3,5%.
Để xác định chính xác lƣợng nƣớc tối ƣu cho phản ứng thủy phân đã tiến hành các phản ứng với hàm lƣợng nƣớc thay đổi từ 1% đến 3%. Thành phần các hỗn hợp phản ứng đƣợc nêu ra trong bảng 3.5. Bảng 3.5. Thành phần hỗn hợp phản ứng Mẫu Thành phần M1 M2 M3 M4 M5 Nƣớc cất 1 1,5 2 2,5 3 Dung môi 60,7 60,2 59,7 59,2 58,7 Nhựa phụ trợ 4 4 4 4 4 ES 34 34 34 34 34 HCl 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 Tổng 100 100 100 100 100
Trên cơ sở các chất tạo màng M1, M2, M3, M4, M5 thu đƣợc, đã tiến hành chế tạo các mẫu sơn với thành phần nhƣ trong bảng 3.1.1.2. Các tính chất cơ lý của màng sơn nhận đƣợc trình bày trong bảng 3.1.2.3.
LuËn v¨n tèt nghiÖp Vò ThÞ Dung CNVL Polyme 2008 - 2010
51
Bảng 3.6. Tính chất cơ lý của màng sơn
Mẫu sơn Tính chất
M1 M2 M3 M4 M5
Thời gian khô bề mặt, phút 10 10 10 10 10 Thời gian khô hoàn toàn, giờ 12 12 12 12 12 Độ cứng tƣơng đối 0,25 0,34 0,40 0,42 0,42
Độ bền uốn dẻo, mm 3 2 2 2 3
Độ bền va đập, kg.cm 25 42,5 42,5 50 47,5
Độ bám dính, điểm kém 2 1 1 1
Từ kết quả thu đƣợc thấy rằng với lƣợng nƣớc là 2,5% cho chất tạo màng để tạo màng sơn có tính chất cơ lý tốt nhất. Nếu lƣợng nƣớc đƣa vào phản ứng thủy phân quá nhiều có thể dẫn đến sự gel hoá hệ tạo màng trong bình chứa hoặc khả năng gia công kém và sự gel hoá của hỗn hợp sơn trong thiết bị chứa. Nếu lƣợng nƣớc ít hơn lƣợng nƣớc tối ƣu, mức độ thủy phân của etyl silicat giảm, có thể dẫn đến màng sơn không đóng rắn, độ cứng kém và chất lƣợng của màng sơn kém.
3.2. Khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng chất tạo màng đến tính chất cơ lý của màng sơn lý của màng sơn
Trong thành phần của sơn, chất tạo màng là thành phần có vai trò quyết định đối với các tính chất của hệ sơn. Vì vậy, việc nghiên cứu sự ảnh hƣởng của hàm lƣợng chất tạo màng đến tính chất của màng sơn là hết sức cần thiết.
Để khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng chất tạo màng đến tính chất cơ lý của màng sơn đãn tiến hành thay đổi hàm lƣợng chất tạo màng lần lƣợt là 15, 20, 25 và 30%. Thành phần các hệ sơn với hàm lƣợng chất tạo màng khác nhau đƣợc trình bày trong bảng 3.7.
LuËn v¨n tèt nghiÖp Vò ThÞ Dung CNVL Polyme 2008 - 2010
52
Bảng 3.7. Thành phần các hệ sơn giàu kẽm với các hàm lƣợng chất tạo màng khác nhau Mẫu sơn Thành phần M-1 M-2 M-3 M-4 Chất tạo màng 15 20 25 30 Bột kẽm 60 60 60 60 Bột màu, bột độn 7,5 7,5 7,5 7,5 Phụ gia 2,5 2,5 2,5 2,5 Dung môi 15 10 5 - Tổng 100 100 100 100
Kết quả đo đạc tính chất cơ lý của màng sơn với hàm lƣợng chất tạo màng khác nhau đƣợc thể hiện trong bảng 3.8.
Bảng 3.8. Tính chất cơ lý của màng sơn
Mẫu sơn Tính chất
M-1 M-2 M-3 M-4
Thời gian khô bề mặt, phút
Tính chất kém
10 10 10
Thời gian khô hoàn toàn, giờ 12 12 12
Độ cứng tƣơng đối 0,42 0,42 0,42
Độ bền uốn dẻo, mm 3 2 3
Độ bền va đập, kg.cm 40 50 40
Độ bám dính, điểm 2 1 1
Các số liệu trong bảng trên cho thấy với hàm lƣợng chất tạo màng là 25% cho màng sơn tính chất cơ lý tốt nhất. Khi hàm lƣợng chất tạo màng quá nhiều hoặc quá ít đều có ảnh hƣởng không tốt đến tính chất cơ lý của màng sơn. Khi lƣợng chất tạo màng quá ít, khả năng tạo màng của màng sơn kém, độ bám dính của màng sơn với nền cũng bị suy giảm. Lƣợng chất tạo màng không đủ để bao quanh hết các hạt
LuËn v¨n tèt nghiÖp Vò ThÞ Dung CNVL Polyme 2008 - 2010
53
kẽm. Còn khi lƣợng chất tạo màng quá nhiều, tác dụng bảo vệ chống ăn mòn của các hạt kẽm bị suy giảm do hàm lƣợng của kẽm so với chất tạo màng giảm.
Hàm lƣợng chất tạo màng không chỉ ảnh hƣởng đến tính chất cơ lý của màng sơn mà còn ảnh hƣởng đến khả năng chống ăn mòn của nó.
Để khảo sát ảnh hƣởng của hàm lƣợng chất tạo màng đến khả năng chống ăn mòn của màng sơn đã tiến hành chế tạo các mẫu sơn trên nền thép với chiều dày 40 – 50 m và đặt phơi trong tủ mù muối 480 giờ. Kết quả thử nghiệm mù muối của các mẫu sơn sau 480 giờ đƣợc trình bày trong bảng 3.9.
Bảng 3.9. Kết quả thử nghiềm mù muối của các mẫu sơn
Mẫu sơn Gỉ tại vết rạch Gỉ tại vùng không rạch Bề rộng gỉ Mức độ Diện tích gỉ, % Mức độ
Mẫu M-2 1 8 4 7
Mẫu M-3 0.5 9 0.5 9
Mẫu M-4 3 6 2 8
Qua kết quả trong bảng trên có thể thấy mẫu M-3 có khả năng chống ăn mòn tốt nhất. Khả năng chống ăn mòn này thể hiện cả tại vết rạch lẫn vùng không bị rạch, mức độ chống ăn mòn tại cả 2 vùng của mẫu hai đều đạt mức độ 9. Khi tăng hay giảm hàm lƣợng chất tạo màng, khả năng chống ăn mòn của màng sơn đều giảm. Mẫu M-2 có khả năng chống ăn mòn tại vết rạch khá tốt, đạt mức độ 8. Tuy nhiên khả năng chống ăn mòn tại vùng không rạch của mẫu này kém hơn nhiều, chỉ đạt mức độ 7 với rất nhiều vết gỉ điểm trên toàn bộ bề mặt tấm mẫu. Điều này có thể lý giải do hàm lƣợng chất tạo màng trong mẫu M-2 quá thấp, do đó màng sơn có cấu trúc xốp, tạo điều kiện cho các tác nhân ăn mòn thẩm thấu qua màng sơn để tấn