II. Sơn bảo vệ chống ăn mòn
1.Phụ gia phân tán
Trong quá trình chế tạo sơn cần chú ý để đạt đƣợc sự phân tán đồng đều của hỗn hợp bột độn và bột màu trong môi trƣờng sơn lỏng. Để phân tán đồng đều phải nghiền các cục bột màu bị vón và thấm ƣớt đồng đều từng hạt bột màu với môi trƣờng sơn lỏng. Để làm ƣớt bề mặt sơn, các bọt khí và nƣớc hấp thụ trên bề mặt của bột màu phải đƣợc thay thế bằng môi trƣờng sơn. Trên thực tế, bề mặt của bột màu khác nhau về khả năng thấm ƣớt. Một số dễ dàng thấm ƣớt với nƣớc đó là những chất ƣa nƣớc. Các bề mặt khác chỉ thấm rất ít với nƣớc nhƣng lại thấm dễ với dầu đó là những hợp chất ƣa dầu. Nhìn chung đại đa số loại bột độn và bột màu là những chất ƣa dầu. Tuy nhiên trong thực tế có nhiều bột màu- môi trƣờng rất khó phân tán ví dụ: bột màu hữu cơ trong nƣớc, trong các loại nhũ tƣơng, than đen trong sơn dung môi…
Quá trình thấm ƣớt có thể tiến hành dễ dàng hơn bằng cách đƣa 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 (ƣa nƣớc) và không cực (kị nƣớc, ƣa dầu).
Nói chung, quá trình phân tán bột màu gồm 3 bƣớc:
• Bƣớc 1: Thấm ƣớt bột màu. Tất cả khí và hơi ẩm trên bề mặt bột màu đƣợc thay thế bởi dung dịch nhựa. Tƣơng tác bề mặt rắn – khí giữa bột màu và khí đƣợc thay thế bởi tƣơng tác rắn – lỏng giữa bột màu và dung dịch nhựa. Dung dịch nhựa phải thấm ƣớt toàn bộ không gian giữa các hạt bột màu.
• Bƣớc 2: Phân tán bột màu. Nhờ năng lƣợng cơ học (va chạm hoặc lực cắt), các khối bột màu kết tụ phá vỡ và giảm kích thƣớc.
• Bƣớc 3: Ổn định phân tán. Các hạt bột màu sau khi phân tán cần đƣợc ổn định để ngăn chặn sự kết tụ không mong muốn. Các hạt bột màu cần đƣợc giữ khoảng cách phù hợp với nhau để chúng không thể tạo đƣợc kết tụ. Trong hầu hết các ứng dụng, sự
ổn định mong muốn là sự phân tách của các hạt bột màu, tuy nhiên trong một số trƣờng hợp, sự ổn định thu đƣợc nhờ kết tụ có điều chỉnh.
Bƣớc 1 và bƣớc 3 chịu ảnh hƣởng của phụ gia. Các loại phụ gia thấm ƣớt xúc tiến quá trình thấm ƣớt bột màu bởi nhựa, các loại phụ gia phân tán ổn định sự phân tán bột màu. Thông thƣờng các phụ gia có cả chức năng thấm ƣớt lẫn ổn định phân tán bột màu.
Sự thấm ƣớt bột màu của dung dịch nhựa bị ảnh hƣởng của nhiều yếu tố: bán kính mao quản trong các khối bột màu, độ nhớt dung dịch nhựa, sức căng bề mặt của nhựa, góc tiếp xúc giữa nhựa và bột màu. Phụ gia thấm ƣớt là những chất có khả năng làm giảm góc tiếp xúc giữa bột màu và dung dịch nhựa và kết quả là làm tăng tốc quá trình thấm ƣớt của nhựa vào trong cấu trúc của hạt bột màu. Đặc trƣng của các chất này là cấu trúc hoạt động bề mặt của chúng. Đó là sự kết hợp của một phần phân cực- ái nƣớc với một phần không phân cực – kị nƣớc. Về mặt hoá học, các loại phụ gia thấm ƣớt đƣợc chia thành loại ion và phi ion.
Phụ gia phân tán hấp thụ lên bề mặt bột màu và duy trì khoảng cách thích hợp giữa các hạt bột màu nhờ hiệu ứng đẩy tĩmh điện hoặc cản trở không gian, do đó giảm xu hƣớng kết tụ của bột màu.
Hiệu ứng đẩy tĩnh điện: Các hạt bột màu trong sơn lỏng mang điện tích trên bề mặt. Qua việc sử dụng phụ gia, điện tích có thể tăng và hơn nữa các hạt bột màu đƣợc tích điện cùng dấu. Các cặp ion tập chung sát bề mặt hạt bột màu (trong pha lỏng) tạo thành một lớp điện tích kép. Độ ổn định tăng theo chiều dày lớp điện tích kép. Cơ chế ổn định nhờ lực đẩy tĩnh điện đặc biệt hữu ích đối với hệ nhũ tƣơng. Về hoá học, các phụ gia này là những chất điện ly khối lƣợng phân tử cao có chứa nhiều điện tích tại các nhánh. Do cấu trúc hoá học, các phụ gia phân tán này cũng thể hiện tính chất thấm ƣớt, do đó trên thực tế không cần kết hợp chúng với các phụ gia thấm ƣớt khác.
Hiệu ứng cản trở không gian: Các phụ gia phân tán kiểu cản trở không gian có cấu trúc đặc trƣng. Thứ nhất, tất cả các phụ gia loại này đều chứa một hay nhiều nhóm ái lực – nhóm kết dính mà tạo ra sự hấp phụ bền lên bề mặt hạt bột màu. Thứ hai, tất cả các phụ gia chứa các mạch hydrocacbon tƣơng hợp nhựa. Sau khi phụ gia đƣợc hấp phụ trên bề mặt bột màu, các chuỗi này duỗi ra, hƣớng vào dung dịch nhựa xung quanh. Lớp hấp phụ phân tử của phụ gia với các mạch nhô ra đƣợc gọi là hiệu ứng cản trở không gian. Hiệu ứng ổn định trên đƣợc tăng thêm bởi tƣơng tác của các segment trong phân tử của phụ gia và nhựa theo cách làm tăng lớp bao quanh hạt bột màu. Cơ chế ổn định này xảy ra trong các hệ dung môi. Với cấu trúc đặc biệt bao gồm sự kết hợp của các nhóm ái bột màu (phân cực) và các nhóm tƣơng hợp nhựa (không phân cực), các phụ gia này cũng thể hiện tính chất hoạt động bề mặt, hay nói một cách khác là chúng không chỉ ổn định phân tán bột màu, mà chúng còn có chức năng của phụ gia thấm ƣớt.
Một số loại phụ gia phân tán thƣờng đƣợc sử dụng
o Texaphor: phụ gia phân tán của hãng Cognis, Đức.
o Disperbyk: Phụ gia phân tán của hãng BYK của Đức.
o Anti-Terra: Phụ gia phân tán của hãng BYK của Đức.