b. Tốc độ bay hơi:
1.2.6.3.Xác định thành phần của dung môi:
Ngoài nhựa và bột mầu, phần còn lại trong thể tích sơn chủ yếu là dung môi (bởi vì lượng phụ gia là rất ít- chỉ khoảng vài phần nghìn). Như vậy lượng dung môi trong công thức sẽ vào khoảng 15%.
Trong sơn polyurethan một thành phần thì dung môi sử dụng chủ yếu là hydrocacbon vòng thơm (như xylen) và một ít dung môi hydrocacbon mạch thẳng. Tuy nhiên việc xác định dung môi trong công thức sơn polyurethan hai thành phần rất phức tạp, và có thể coi là khó nhất trong việc thiết lập công thức sơn.
Đây là một công việc khó bởi vì thông thường một dung môi không thể đảm bảo cho sơn có được các tính chất như yêu cầu. Trong thực tế thường có sự kết hợp của nhiều loại dung môi trong công thức. Tuy nhiên số lượng dung môi có thể sử dụng lại rất lớn. Hơn nữa, mỗi loại dung môi lại có các thông số như khả năng hòa tan và tốc độ bay hơi rất khác nhau. Khi kết hợp các dung môi này với nhau thì khả năng hòa tan và tốc độ bay hơi của hỗn hợp lại
không thể cộng một cách số học được mà phải dựa nhiều vào kinh nghiệm và các số liệu thử nghiệm thực tế.
Cũng chính vì lẽ đó, để dễ dàng xác định thành phần dung môi, trong thực tế người ta thường phân chia các thành phần dung môi trong công thức thành dung môi thực, dung môi hỗ trợ và dung môi pha loãng.
Trong dung môi cho sơn polyurethan hai hợp phần, dung môi chính sẽ là dung môi thực và dung môi độn. Trong đó dung môi thực là một số dung môi oxi hóa như ketone, este…, và dung môi độn chủ yếu là các hydrocacbon vòng thơm như xylen, toluen…
Như đã trình bày, các nhà chế tạo luôn mong muốn sử dụng một lượng tối thiểu dung môi thực và một lượng tối đa dung môi độn để đảm bảo hạ giá thành đến mức thấp nhất. Tuy nhiên, khi tỷ lệ dung môi thực trên dung môi độn giảm với hàm rắn không đổi, độ nhớt sẽ tăng nhanh cho đến khi xuất hiện kết tủa. Vì vậy việc xác định tỷ lệ dung môi thực trên dung môi độn phù hợp là cực kỳ quan trọng.
Trong thực tế, khi sử dụng hỗn hợp của dung môi độn và dung môi thực, một điều quan trọng là phải tính tỉ lệ giữa chúng sao cho khi hỗn hợp của dung môi bay hơi, thành phần của hỗn hợp dung môi còn lại không thay đổi tới mức mà sự kết hợp của nhựa xuất hiện. bởi vì nếu xảy ra trường hợp này, màng sơn sẽ sần, không bóng, và bám dính kém.
Như vậy, một hỗn hợp dung môi tốt phải đảm bảo sao cho quá trình chế tạo, ứng dụng thuận tiện, các tính năng của màng sơn phải đạt được ở mức độ cao, và giá phải rẻ. Một hỗn hợp dung môi như vậy được gọi là một hỗn hợp dung môi cân bằng.
Trong nhiều trường hợp, do thành phần dung môi thay đổi nhiều trong suốt quá trình bay hơi, do vậy vấn đề không cân bằng thường xuất hiện ở cuối quá trình. Để khắc phục vấn đề này trong hỗn hợp dung môi thường có sử dụng một lượng nhỏ dung môi thực có tốc độ bay hơi chậm. Khi hầu hết các dung môi khác đã bay hơi vẫn còn một lượng nhỏ dung môi thực này để đảm bảo màng sơn được dàn chảy tốt, không bị kết tủa tạo hạt, do vậy màng sơn cũng đảm bảo được độ bóng. Trong sơn polyurethan, một số dung môi thực có tốc độ bay hơi chậm hay được sử dụng như PMA, solveso 100, solveso 150, cellosolve acetat…
Tuy nhiên việc xác định tỷ lệ DM thực /DM độn là rất khó khăn và phải dựa nhiều vào thực nghiệm.
Ngày nay, trên thế giới người ta thường sử dụng các phần mềm máy tính để hỗ trợ cho việc tính toán này. Các phần mềm này sẽ dựa trên cơ sở là hàng trăm các thí nghiệm thực tế, sau đó nó sẽ tổng hợp lại và cho ta một hỗn hợp dung môi rẻ nhất có thể mà vẫn đảm bảo các tính năng, hoặc cho ta một hỗn hợp dung môi tốt nhất có thể mà không cần quan tâm đến giá…với phần mềm này, ta chỉ cần nhập các yêu cầu của ta như giá là bao nhiêu, tốc độ bay hơi thế nào, nhiệt độ, độ ẩm của buồng phun bao nhiêu…nó sẽ cho ta một hỗn hợp dung môi tương đối. Và công việc của chúng ta chỉ là kiểm tra lại.
Tuy nhiên, hiện nay chưa có điều kiện như vậy. cách tốt nhất, phù hợp nhất của chúng ta để xác định thành phần dung môi hiện nay vẫn là dựa vào sự giới thiệu của các nhà cung cấp nhựa, sau đó là sự kiểm chứng lại chính công ty để xác định thành phần phù hợp nhất cho từng loại nhựa, thậm chí là cả theo mùa.
Trong việc lựa chọn dung môi cho sơn polyurethan, ngoài việc cân nhắc khả năng hòa tan, tốc độ bay hơi, giá cả, mùi vị… như các loại dung môi cho sơn thông thường khác, còn một số điều phải lưu tâm đặc biệt riêng cho sơn polyurethan như:
- Không sử dụng dung môi là rượu bậc 1 và rượu bậc 2, bởi vì các dung môi loại này sẽ phản ứng nhóm NCO làm giảm hiệu quả của chất đóng rắn. Tuy nhiên một số rượu bậc 3 lại có thể sử dụng được. Điều này là do khả năng phản ứng của rượu bậc 3 với nhóm NCO là rất thấp và trong một số trường hợp có thể coi chúng không phản ứng với nhau.
- Hàm lượng cồn và nước trong dung môi phải được rất quan tâm, đặc biệt trong các dung môi loại keton và este. Bởi vì do việc chế tạo của các loại dung môi này, chúng rất dễ lẫn nước, cồn trong thành phần của chúng.
1.2.6.4. Xác định thành phần của phụ gia:
Các phụ gia chính trong sơn polyurethan bao gồm chất chống lắng, chất làm khô (dùng trong sơn polyurethan một thành phần đóng rắn bằng không khí), chất dàn, chất chống mắt cá, chất chống tia tử ngoại. Hàm lượng sử dụng của chúng rất ít trong công thức sơn, và chủ yếu dựa vào hàm lượng do nhà cung cấp giới thiệu, và có sự đánh giá lại tại công ty.
Bảng 1.15: tỷ lệ tương đối của các thành phần trong công thức sơn. Tên Tỷ lệ (%) Bột mầu, bột độn 15-25 Nhựa (phần gốc và đóng rắn) 45-65 Dung môi 15-20 Phụ gia 1-3 PHẦN 2 - THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN CHƯƠNG 1: NGUYÊN LIỆU