P. Kế toán
3.2.2 Phân loại sơn
Sơn có thể phân loại bởi nhiều cách như theo chất tạo màng, theo chức năng sơn ( sơn lót, sơn phủ, sơn bảo vệ, sơn trang trí) … Ở đây chúng ta sẽ phân loại sơn theo nguyên lý khô và đóng rắn của chúng.
Tất cả các sơn gồm các phân tử, sự liên kết và tách rời tự nhiên giữa chúng để quyết định các đặc trưng vật lý và hóa học của vật liệu. Các phân tử là những phần nhỏ bé nhất riêng biệt của phân tử vật thể có thể chia ra được. Các phân tử là những phần tử riêng biệt nhỏ nhất, thậm chí những mảnh phân tử chúng ta cho là lớn cũng rất nhỏ đến nỗi nếu chúng được tách riêng ra chúng ta cũng không thể nhìn thấy được, ngay cả bằng những kính hiển vi mạnh nhất.
Phản ứng hóa học có nghĩa là các phân tử sẽ được thay đổi theo một cách nào đó. Bằng việc thay đổi phân tử chúng ta có thể thay đổi được vật liệu. Một cách tổng quát chúng ta có thể nói rằng các hơi bao gồm những phân tử nhỏ, chất lỏng bao gồm những phân tử cỡ trung bình và chất rắn bao gồm những phân tử rất lớn.
Các chất rắn bao gồm những phân tử rất lớn, tuy nhiên có thể được hóa lỏng bằng cách trộn chúng với những chất có phân tử nhỏ hơn, như việc hòa tan nhựa polyme trong dung môi.
Mặt khác chất lỏng cũng có thể trở nên đặc rắn bởi các phản ứng hóa học, ví dụ như tăng kích cỡ các phân tử của nó bởi gắn các phân tử nhỏ lại với nhau bằng chất tạo màng hóa học.
Trong quá trình khô hay đóng rắn của màng sơn sẽ xảy ra các phản ứng hóa học và vật lý làm các phân tử nhỏ ( dung môi/ nước) bay hơi khỏi bề mặt còn chất tạo màng gồm có cả các phân tử rất lớn hoặc nhỏ sẽ liên kết lại với nhau bởi phản ứng hóa học trong màng sơn.
Dựa trên cơ chế của quá trình khô hay đóng rắn chúng ta có thể phân loại sơn ra 3 nhóm chính: Sơn khô bởi ôxy hóa, khô vật lý và sơn hai thành phần đóng rắn bằng hóa học.
3.2.2.1 Sơn khô bởi ôxy hóa
Các chất tạo màng dùng trong sơn dầu cổ điển thường là những loại dầu thiên nhiên như dầu lanh và dầu trẩu bao gồm các phân tử có kích cỡ trung bình. Trong cá phân tử dầu có một số vùng phản ứng được gọi là “ liên kết đôi”. Khi tiếp xúc với ôxy trong không khí sẽ có phản ứng hóa học làm liên kết các phân tử lại với nhau vì các phân tử dầu có kích cỡ trung bình nên chất tạo màng phải phản ứng với nhau để đạt được kích cỡ phân tử cần thiết để cho màng sơn cứng và vững chắc hơn. Cho nên thời gian khô sẽ rất dài.
Để rút ngắn thời gian khô của các dầu thiên nhiên thì cần biến tính chúng ở các nhà máy nhựa bằng cách phản ứng dầu này với các hóa chất khác nhau tạo nên những vật liệu có phân tử lớn.
Sơn Alkyd là ví dụ điển hình về biến tính hóa học của dầu.
Có thể tạo ra loại sơn Alkyd với những đặc tính rất đa dạng bằng cách lựa chọn loại dầu, loại hóa chất để biến tính và số lượng các thành phần tương ứng, điều đó làm cho việc chế tạo các loại sơn Alkyd cho các mục đích riêng biệt dễ dàng hơn.
Trước tiên ôxy hóa cần phải tiếp xúc với bề mặt sơn, nên đối với các loại sơn khô bằng cách ôxy hóa không được sơn quá dày, vì nếu sơn quá dày sẽ có một màng khô tạo thành trên bề mặt lớp sơn trong khi dưới bề mặt màng sơn vẫn còn lỏng. Lớp màng khô này sẽ ngăn cản sự vận chuyển ôxy tới các lớp bên trong của màng sơn làm cho thời gian đóng rắn bị kéo dài. Vì thế điều quan trọng là phải kiểm soát khống chế được chiều dày của lớp sơn trong quá trình thi công.
Những loại sơn được coi là sơn khô bởi ôxy hóa gồm sơn dầu Alkyd, sơn Epoxyester và sơn Alkyd biến tính bằng dầu Urethane.
3.2.2.2 Sơn khô vật lý
Sơn khô vật lý là loại sơn không cần có phản ứng hóa học khi taọ màng mà chỉ có sự bốc hơi của dung môi. Chất tạo màng được chế biến sẵn trước gồm chủ yếu các phân tử rất lớn- polyme- ở dạng chuỗi. Các phân tử chất tạo màng đủ lớn tới mức mà sự hấp dẫn liên kết giữa các phân tử và sự ràng buộc của mạch polyester đủ để tạo màng sơn vững chắc mà không cần các phản ứng hóa học.
Để giữ các phân tử polyme ở trạng thái lỏng và để có một độ nhớt thích hợp cho quá trình thi công cần phải sử dụng một khối lượng lớn các dung môi mạnh. Khi dùng sơn khô vật lý để phủ một bề mặt thì dung môi sẽ ngay lập tức bắt đầu bốc hơi và các phân tử trong chất tạo màng sẽ xích lại gần nhau hơn, tác động lẫn nhau, kết nối cùng với nhau và trở thành không dịch chuyển. Điều đó có nghĩa là chúng ta đạt được một chất rắn nhờ sử dụng một phương pháp đơn giản.
Loại màng sơn này có thể hòa tan lại được bằng cùng một loại dung môi sử dụng trong sơn nguyên thủy do không xảy ra phản ứng hóa học trong chất tạo màng nguyên thủy. Vì vậy chúng ta có thể đảo ngược lại quá trình đóng rắn, điều này có một số lợi ích nhất định trong thực tiễn.
Chúng ta đều biết đến vấn đề rắc rối khi sơn phủ một lớp sơn mới lên màng sơn đã bóng và đóng rắn bằng hóa học. Nếu lớp cũ quá cứng và bóng thì lớp sơn mới có thể bắt đầu bị bong ra. Nếu ta sử dụng một trong những loại sơn khô vật lý thì sẽ xảy ra những điều sau :
+ Chúng ta sẽ có được một màng sơn khô vật lý cứng và bóng + Một lớp sơn mới cùng loại để sơn phủ lại lớp trước .
+ Dung môi trong lớp vừa sơn xong sẽ thẩm thấu vào và được phân bố trong lớp sơn cũ và hòa tan chúng. Phân tử trong cả hai màng sơn sẽ liên kết dính với nhau và khoảng cách giữa hai lớp sơn là đồng nhất
Điều này có nghĩa là nếu lớp sơn cũ sạch, không có dầu mỡ nào hay các vết bẩn nào khác trên bề mặt mà có thể làm giảm đi sự tiếp xúc giữa lớp mới và cũ thì hai lớp sơn bám dính nhau rất tốt.
Một ưu điểm nữa của loại sơn này là do không có phản ứng hóa học trong quá trình đóng rắn nên sơn sẽ không quá phụ thuộc vào nhiệt độ. Loại sơn này thực sự có thể được sơn và khô một cách đạt yêu cầu mà không phải lưu tâm tới nhiệt độ nếu không quá mức quá.
Chỉ có một yếu tố là sự bốc hơi của dung môi phụ thuộc vào nhiệt độ đó. Nhiệt độ cao sẽ làm khô nhanh nhưng kết quả cuối cùng vẫn vậy tức là vẫn có được một màng sơn vững chắc mà không bị ảnh hưởng cho dù ở bất kỳ nhiệt độ nào.
Một yếu tố quan trọng hơn nhiệt độ xét về mức độ khô là sự dịch chuyển không khí ( thông gió) sẽ thổi bay đi phần dung môi bốc hơi ra khỏi bề mặt
Bởi vì tỉ lệ dung môi trong sơn khô vật lý tương đối cao nên chiều dày màng sơn sẽ bị giới hạn. Những sơn cao su bị clo hóa, Vinyl và acrylic là thuộc loại sơn khô vật lý.
3.2.2.3 Sơn hai thành phần đóng rắn hóa học
Nhóm thứ ba của sơn là loại sơn hai thành phần đóng rắn hóa học, những lọai này được sản xuất ra bao gồm hai thùng riêng biệt - một thùng chứa đựng phần A – là sơn gốc và thùng kia là phần B – chất đóng rắn. Phải luôn ghi nhớ rằng nếu chỉ sử dụng một thùng sẽ không bao giờ có được một màng sơn chấp nhận được. Nếu chỉ sơn bằng phần A trên bề mặt thì kết quả sẽ là một màng dính xốp không có bất kì tính chất bảo vệ nào.
Mỗi thành phần chứa đựng nhiều phân tử phản ứng có kích cỡ tương đối nhỏ trung bình nhưng là những loại khác nhau.
Nếu để riêng rẽ thì những phân tử phản ứng này có thể được giữ trong khoảng thời gian không hạn chế, nhưng nếu pha trộn vào với nhau chúng sẽ bắt đầu phản ứng hóa học với nhau và tạo thành các phân tử ngày càng lớn, những phân tử này hình thành chất tạo màng trong màng sơn.
Có nhiều hợp phần khác nhau để các nhà nghiên cứu sơn có thể chế tạo loại sơn hai thành phần đóng rắn hóa học.
Tính năng của các lọai sơn có thể biến đổi trong một giới hạn rất rộng, có những loại sơn bền vững với hóa chất, bền với tia cực tím và bến với mài mòn cũng như tính dẻo và loại sơn không chứa dung môi.
Để đạt được những lợi điểm lớn nhất từ phản ứng đóng rắn hóa học, điều quan trọng là các thành phần phải được pha trộn kỹ với nhau với tỉ lệ chính xác trước khi sơn.