LỜI MỞ ĐẦU Sơn là mặt hàng có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và dân dụng. Trên thế giới mỗi năm sản lƣợng sơn đều tăng không ngừng, điều đó chứng tỏ nhu cầu sử dụng sơn của con ngƣời ngày càng tăng. Ở Việt Nam trong những năm gần đây ngành sản xuất sơn, mực in phát triển với tốc độ cao, bao gồm cả về sản lƣợng, chủng loại, nhiều công nghệ tiên tiến trên thế giới đã đƣợc ứng dụng đƣa vào sản xuất, nhiều ý tƣởng và công nghệ đang đƣợc áp dụng để sản xuất các loại sơn màng mỏng cho nhà cửa, công sở mặt tiền cửa hàng, ôtô và nhiều loại sản phẩm công nghiệp khác. Ngƣời tiêu dùng, các ngành sơn công nghiệp, các cơ quan bảo vệ môi trƣờng trông chờ nhiều vào loại sơn màng mỏng có độ dày vào khoảng vài phần trăm milimet.
Nghành sản xuất sơn Việt Nam đƣợc hình thành từ những năm 30 của thế kỷ XX, từ cơ sở là dầu thực vật nhƣ dầu lanh, dầu chẩu có sẵn trong nƣớc. Thời kỳ này sản lƣợng còn ít, chủng loại càng hạn chế, sản phẩm chủ yếu là sơn dầu, đƣợc cung cấp cho lĩnh vực xây dựng. Từ chỗ chỉ sản xuất đƣợc một vài loại sơn thông dụng, chất lƣợng thấp đến nay ngành sản xuất sơn của Việt Nam đã có thể sản xuất đƣợc nhiều loại sơn đặc chủng, có chất lƣợng cao nhƣ sơn trang trí, sơn dân dụng., và các loại sơn kỹ thuật nhƣ sơn trong môi trƣờng nƣớc biển, sơn giao thông, sơn chống thấm, sơn chịu nhiệt.Phục vụ cho từng yêu cầu đặc thù của khách hàng. viii Trƣờng Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Công nghệ Hóa Học PHẦN 1: TỔNG QUAN CHƢƠNG 1.
TỔNG QUAN VỀ SƠN 1. Định nghĩa về sơn nƣớc Sơn nƣớc là một hỗn hợp đồng nhất bao gồm chất tạo màng, bột màu, bột độn, dung môi và một số hợp chất phụ gia khác, khi phủ lên bề mặt tạo thành một lớp kết dính mỏng mục đích là trang trí và bảo vệ bề mặt vật chất. Phân loại sơn nƣớc trên thị trƣờng Sơn nội thất: Là loại sơn sử dụng bên trong công trình, có khả năng chùi rửa, độ bóng, mịn, bền màu rất cao. Tác dụng: - Chống thấm tốt, chống rêu mốc cao, bám dính tốt và bền màu.
- Bề mặt sơn láng mịn giúp việc lau chùi dễ dàng. - An toàn với sức khỏe: Sơn không chứa thủy ngân, chì và các chất độc hại Sơn ngoại thất: Là loại sơn sử dụng bên ngoài công trình, có tác dụng hạn chế rêu mốc và các tác động bên ngoài môi trƣờng. Tác dụng: - Chống thấm: Giúp cho sơn luôn bền màu, do đó cấu trúc sơn không bị phá vỡ hạn chế bong tróc gây mất thẩm mỹ. - Chống thấm mốc: Sơn đƣợc trang bị tính chất kháng khuẩn và chống nấm mốc bám vào bề mặt.
- Chống kiềm hóa: Tính chất này rất quan trọng đối với sơn ngoại thất, tránh hiện tƣợng tạo ra các vết ố, loang lổ, bạc màu trên bề mặt. Sơn lót chống kiềm: Là lớp sơn nền màu trắng đƣợc phủ lên bề mặt trƣớc khi thi công lớp sơn màu trang trí, giúp bề mặt tăng độ kết dính, tạo lớp trắng mịn đều màu giúp việc phủ sơn màu đẹp hơn, màng sơn có độ bóng tốt hơn. Tác dụng: - Giúp bề mặt hạn chế các vết ố, loang lổ, bạc màu do kiềm hóa gây nên. - Tăng khả năng chống thấm (phòng tắm, nhà bếp).
- Giúp tƣờng bóng mịn, tăng tính thẩm mỹ công trình. Sơn chống thấm: Là loại sơn chuyên dụng trong việc chống thấm dột cho bề mặt công trình, lớp sơn này có tác dụng bảo vệ bề mặt công trình trƣớc các tác động của môi trƣờng nhƣ độ ẩm, nắng, mƣa… Tác dụng: - Công dụng chính là chống thấm. - Giúp công trình luôn bền màu, chấm bám bẩn khá tốt. - Ngày nay sơn chống thấm còn đƣợc bổ sung thêm nhiều tính chất nhƣ chống nóng, rêu mốc, kiềm hóa.
Nguyễn Hƣng Thủy 1 Trƣờng Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Công nghệ Hóa Học Sơn bóng trong suốt: Là loại sơn trong suốt, không màu, có độ phản quang của màng sơn lớn nhất vì khi tiếp xúc với ánh sáng màng sơn nhƣ đƣợc phủ một lớp dầu bóng, bề mặt sơn sẽ có độ bền màu, độ cứng và chống trầy xƣớc. Tác dụng: - Tăng tuổi thọ của màng sơn vì có thể chống tia UV. - Giúp lớp sơn siêu mịn, không bị bay màu, an toàn đối với con ngƣời và môi trƣờng. - Giúp lớp sơn bền màu, giảm tình trạng bong tróc.
- Đối với những nơi có độ ẩm cao hoàn toàn thích nghi tốt. Các thành phần cơ bản của sơn 1. Chất tạo màng Chất tạo màng là dung dịch nhũ tƣơng của các polyme sẽ chuyển thành màng sơn trong quá trình khô sơn. Khi đó nó dính kết với các hợp phần còn lại với nhau tạo nên lớp màng che phủ bám chắc lên bề mặt cần bảo vệ, trang trí.
Chất tạo màng trong sơn nƣớc tồn tại ở dạng nhũ tƣơng nghĩa là nhựa phân tán đều trong nƣớc. Trong nhựa nhũ, các sợi polyme tập hợp lại với nhau thành từng nhóm tạo thành hạt cầu, các hạt này phân tán đều trong môi trƣờng nƣớc gọi là dung dịch nhũ tƣơng. Nhựa là thành phần chính chiếm khoảng từ 40% đến 60% tùy vào yêu cầu của sơn thành phẩm. Thành phần này bao gồm các hợp chất hữu cơ nhƣ: Alkyd, Acrylic, Epoxy, Polyurethane, Fluorocarbon, những chất liệu này có khả năng tạo nên sự liên kết giữa các thành phần của sơn nƣớc, tạo độ kết dính và bền màu cho sơn, làm nên cấu trúc của sơn.
Cơ chế tạo màng: Khi quét sơn lên bề mặt cần sơn, nhờ quá trình bay hơi mà màng sơn đƣợc tạo thành. Màng sơn từ trạng thái lỏng chuyển sang trạng thái rắn ta gọi đó là quá trình tạo màng không chuyển hóa. Màng sơn tạo thành do sự bay hơi dung môi và sự oxy hóa các hạt nhựa nhờ oxy không khí hay xúc tác khâu mạch quá trình tạo màng này gọi là quá trình tạo màng chuyển hóa. 1 Cơ chế tạo màng của một số hệ thống các chất polyme đặc trưng GVHD: ThS.
Nguyễn Hƣng Thủy 2 Trƣờng Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Công nghệ Hóa Học 1. Dung môi Sử dụng dung môi là nƣớc chiếm từ 10 – 40% làm môi trƣờng phân tán các hợp phần và điều khiển độ nhớt cho sơn, việc thay thế dung môi hữu cơ trong lớp phủ bằng nƣớc cải thiện tính an toàn và tính dễ cháy của màng sơn, giảm thiểu hàm lƣợng VOCs, thân thiện với môi trƣờng và con ngƣời. Tuy nhiên, khác với các dung môi hữu cơ sẽ tạo ra nhiều vấn đề để lập công thức sơn, định dạng lại hệ nhựa với yêu cầu tăng độ phân cực bằng cách kết hợp với một số nhóm hòa tan trong nƣớc, hoặc cho thêm các chất hoạt động bề mặt để cuối cùng, nhựa có thể ở dạng dung dịch hoặc dạng phân tán. Ngoài ra, các nhóm nhựa bị phá hủy hoặc ngừng hoạt động trong quá trình hình thành màng, độ nhạy với nƣớc cũng là một vấn đề cần đƣợc quan tâm.
Chất làm dẻo Chất làm dẻo là chất thấm ƣớt của bột màu nhƣng lƣợng dùng không quá nhiều, thƣờng bằng một phần hai lƣợng nitroxenlulozơ, nếu không màng sơn dễ bị dính. Cho chất làm dẻo vào trong sơn làm tăng tính dẻo, độ bám chắc, chịu nhiệt, chịu lạnh tốt, đề phòng màng sơn bong nứt, giảm sự bốc cháy. Khi cho chất làm dẻo vào sơn, vẫn đảm bảo sự lƣu động của dung dịch. Chất điều chỉnh pH Dung dịch sơn nƣớc có độ pH >8 để chất làm khô phát huy tác dụng tốt.
Để điều chỉnh pH trong dung dịch sơn ngƣời ta thƣờng dùng amoniac, hay polyamine (AMP 95, Codis 95). Khái niệm bột màu Bột màu là thành phần quan trọng tạo màu cho màng sơn. Bột màu chiếm tỷ lệ khá lớn từ 10 – 20% trọng lƣợng sơn trong sơn, đứng thứ hai sau dung môi tùy theo từng loại sơn. Bột màu là chất rắn có kích thƣớc hạt rất nhỏ (khoảng vài micromet), không hòa tan trong dầu hoặc dung môi mà có khả năng phân tán đồng đều trong nƣớc, dung môi và chất tạo màng.
Bột màu đƣợc nghiền đồng đều với chất làm dẻo (trên máy nghiền bi) sẽ có có tác dụng không chỉ làm cho bề mặt sơn đƣợc nhẵn và có màu sắc đẹp mà còn có ảnh hƣởng nhiều đến tính chất lý hóa của màng sơn nhƣ: độ bóng, độ bền, khả năng chịu nhiệt, chịu ăn mòn, khả năng phát quang, phản quang. Chất tạo màu cho sơn thƣờng là là những oxit, muối của kim loại, phức chất ở dạng bột mịn không tan hoặc tan trong nƣớc. Vì màng sơn mỏng, bột màu dùng trong sơn phải có tỉ trọng nhẹ, che phủ bề mặt tốt, tính chất ổn định, không biến màu,… Hầu nhƣ tất cả các sắc thái màu đều có thể sử dụng đƣợc trong lớp phủ làm từ nhựa silicone. Điều kiện sử dụng cuối cùng sẽ quy định loại bột màu hoặc thuốc nhuộm có thể đƣợc sử dụng trong một ứng dụng cụ thể: - Chỉ các chất màu vô cơ bền nhiệt mới đƣợc sử dụng cho lớp phủ ở nhiệt độ cao.
Nguyễn Hƣng Thủy 3 Trƣờng Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Công nghệ Hóa Học - Chất màu hoặc thuốc nhuộm chịu đƣợc hóa chất hoặc thời tiết nên đƣợc sử dụng trong các loại sơn tiếp xúc với thời tiết khắc nghiệt và bầu không khí ăn mòn. - Bột màu và tất cả các chất phụ gia khác không đƣợc chứa chì. - Các chất màu kim loại thƣờng đƣợc sử dụng là bụi kẽm và đặc biệt là nhôm. Các chất màu thƣờng đƣợc sử dụng là chất vô cơ, ngoại trừ phthalocyanines.
Ở những nơi điều kiện nhiệt độ không quá khắc nghiệt, có thể sử dụng thuốc nhuộm bền nhiệt. Chất độn kéo dài, cung cấp số lƣợng lớn hoặc chất làm đầy cho công thức, cũng đƣợc sử dụng trong sơn silicone. Ở đây một lần nữa, các điều kiện sử dụng cuối cùng phải đƣợc tính đến. Thông thƣờng nhất, chất kéo dài mica, silica và silicat đƣợc sử dụng.
Tính chất bột màu Mỗi chất màu có tính chất hóa học và vật lý riêng. Nhƣ các đặc điểm cơ bản của mỗi sắc tố, các đặc tính của chúng nhƣ: - Tính chất bảo vệ: Hấp thụ dầu, khả năng chống ánh sáng, chịu thời tiết, khả năng chống ăn mòn, v.v… - Trang trí: Nhiều màu sắc, phản quang, ánh xà cừ, ngọc trai, nhũ vàng, nhũ bạc,… - Tính chất khác: Tốc độ khô nhanh, độ bền màu, chống ăn mòn, chịu lực, cứng, chống cháy…. Các yếu tố khi lựa chọn bột màu Độ mịn của bột màu: Bột màu càng mịn thì màng sơn càng bền nhƣng không nên quá mịn vì sẽ hao phí nhiều bột màu.