EXTERNAL CLEAR AND GOLD LACQUER ON TINPLATE FOR 3-PIECE GENERAL LINE CAN BODY AND ENDS

Luận văn thạc sĩ về kỹ thuật hóa học: Nghiên cứu lớp phủ bảo vệ kim loại, sơn phủ ngoài trong suốt và vàng cho thùng thiếc 3 mảnh. Tìm hiểu công nghệ và ứng dụng.

• Tác giả: Nguyễn Ngọc Hoàng Châu
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Thị Kim Phụng
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG -HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học
• Đề tài: Chế tạo lớp phủ ngoài trên nền thiếc cho thùng 3 mảnh (External Clear And Gold Lacquer On Tinplate For 3-Piece General Line Can Body And Ends)
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: LITERATURE REVIEW
• 2. CHƯƠNG 2: EXPERIMENT AND MATERIALS
• 3. CHƯƠNG 3: RESULTS AND DISCUSSION
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan Nghiên cứu lớp phủ bảo vệ kim loại cho thùng thiếc

Các thùng chứa bằng kim loại thường được bảo vệ bằng một lớp phủ, chống lại tác động của môi trường. Tính chất của lớp phủ phụ thuộc vào sản phẩm bên trong, do đó không có một công thức duy nhất đáp ứng mọi yêu cầu. Đối với thùng thiếc 3 mảnh đựng mực in, sơn, keo dính, lớp phủ cần đảm bảo độ cứng, kháng hóa chất, độ dẻo và độ nhớt. Mục tiêu của nghiên cứu là tìm ra một công thức phù hợp cho thùng thiếc (3 mảnh), đáp ứng yêu cầu từ nhà sản xuất bao bì. Dựa trên tài liệu khoa học về lớp phủ hữu cơ và tư vấn từ nhà cung cấp nguyên liệu (nhựa, phụ gia, dung môi), công thức ban đầu được thiết lập. Sau đó, phương pháp sàng lọc được áp dụng để tối ưu hóa tỷ lệ nhựa chính/chất đóng rắn và hàm lượng các nguyên liệu khác. Tính chất cuối cùng của sản phẩm được quyết định dựa trên giá cả, nguồn nguyên liệu, tiêu chuẩn từ khách hàng và thị trường về độ cứng (2H), độ bám (5B), độ bóng, độ bền uốn.

1.1. Lịch sử phát triển lớp phủ bảo vệ kim loại

Từ xa xưa, con người đã biết sử dụng các vật liệu tự nhiên như dầu thực vật, sáp ong để bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn. Đến thế kỷ 20, sự phát triển của ngành hóa học đã mở ra kỷ nguyên của các lớp phủ tổng hợp, với nhiều tính năng ưu việt hơn. Các polyme như epoxy, acrylic, polyurethane... đã trở thành những thành phần quan trọng trong công thức sơn phủ. Cùng với đó là sự ra đời của các công nghệ sơn phủ hiện đại như sơn tĩnh điện, sơn phun áp lực cao, giúp nâng cao hiệu quả và chất lượng của lớp phủ.

1.2. Các yêu cầu kỹ thuật đối với lớp phủ thùng thiếc 3 mảnh

Thùng thiếc 3 mảnh sử dụng trong ngành công nghiệp đòi hỏi lớp phủ phải đáp ứng những yêu cầu khắt khe. Đầu tiên là khả năng chống ăn mòn kim loại do tác động của hóa chất, dung môi hoặc môi trường ẩm ướt. Thứ hai là độ bền cơ học, đảm bảo lớp phủ không bị trầy xước, bong tróc trong quá trình vận chuyển và sử dụng. Thứ ba là tính thẩm mỹ, lớp phủ phải có độ bóng, màu sắc đẹp, đồng đều. Cuối cùng là tính an toàn, lớp phủ không được chứa các chất độc hại ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng.

II. Thách thức Ăn mòn kim loại và yêu cầu lớp phủ bảo vệ cao

Ăn mòn kim loại là một vấn đề lớn đối với các sản phẩm đóng gói bằng kim loại, đặc biệt là trong môi trường khắc nghiệt. Các loại axit, kiềm, muối, dung môi và hơi ẩm có thể tấn công bề mặt kim loại, gây ra rỉ sét, thủng, làm giảm tuổi thọ và chất lượng sản phẩm. Vì vậy, lớp phủ bảo vệ đóng vai trò then chốt trong việc ngăn chặn quá trình ăn mòn, kéo dài thời gian sử dụng của thùng thiếc. Tuy nhiên, việc tìm ra một loại lớp phủ vừa hiệu quả, vừa an toàn, vừa kinh tế không phải là điều dễ dàng.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ăn mòn kim loại

Quá trình ăn mòn kim loại chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố. Tính chất của kim loại như thành phần, cấu trúc, độ tinh khiết có vai trò quan trọng. Môi trường xung quanh với các tác nhân gây ăn mòn như axit, kiềm, muối, độ ẩm, nhiệt độ cũng tác động mạnh mẽ. Ngoài ra, các yếu tố khác như ứng suất cơ học, vi sinh vật cũng có thể thúc đẩy quá trình ăn mòn diễn ra nhanh hơn. Hiểu rõ các yếu tố này giúp chúng ta lựa chọn và sử dụng lớp phủ bảo vệ một cách hiệu quả.

2.2. Tiêu chuẩn đánh giá khả năng chống ăn mòn của lớp phủ

Khả năng chống ăn mòn của lớp phủ bảo vệ được đánh giá bằng nhiều phương pháp khác nhau, tuân theo các tiêu chuẩn quốc tế như ASTM, ISO. Các phương pháp phổ biến bao gồm thử nghiệm phun muối (salt spray test), thử nghiệm nhúng trong dung dịch ăn mòn (immersion test), thử nghiệm điện hóa (electrochemical test). Kết quả thử nghiệm cho biết tuổi thọ lớp phủ, khả năng bảo vệ kim loại khỏi sự tấn công của môi trường. Các tiêu chuẩn này giúp đảm bảo chất lượng và độ tin cậy của lớp phủ.

III. Phương pháp Nghiên cứu vật liệu sơn phủ trong suốt và vàng tối ưu

Nghiên cứu tập trung vào việc tìm ra vật liệu sơn phủ trong suốt và vàng có khả năng bảo vệ thùng thiếc 3 mảnh một cách tối ưu. Quá trình này bao gồm việc lựa chọn các loại nhựa, phụ gia, dung môi phù hợp, pha chế công thức sơn, thử nghiệm các tính chất của màng sơn và đánh giá hiệu quả bảo vệ. Các phương pháp phân tích hiện đại như kính hiển vi điện tử, quang phổ hồng ngoại, phân tích nhiệt được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc và tính chất của lớp phủ. Mục tiêu là tạo ra một lớp phủ có độ bám dính cao, độ cứng tốt, khả năng chống trầy xước, chống ăn mòn và giữ màu sắc ổn định.

3.1. Lựa chọn nhựa và chất đóng rắn cho lớp phủ

Việc lựa chọn nhựa và chất đóng rắn là bước quan trọng trong quá trình nghiên cứu vật liệu sơn phủ. Các loại nhựa phổ biến như epoxy, acrylic, polyurethane, polyester có những ưu nhược điểm riêng. Nhựa epoxy có độ bám dính cao, khả năng chống hóa chất tốt nhưng dễ bị vàng hóa. Nhựa acrylic có độ bền màu tốt, dễ thi công nhưng khả năng chống ăn mòn kém hơn. Chất đóng rắn như amine, isocyanate, melamine giúp tạo liên kết ngang giữa các mạch nhựa, tăng độ cứng và độ bền của màng sơn.

3.2. Tối ưu hóa tỷ lệ thành phần trong công thức sơn

Tỷ lệ giữa các thành phần trong công thức sơn ảnh hưởng lớn đến tính chất của lớp phủ. Tỷ lệ nhựa/chất đóng rắn quyết định độ cứng, độ dẻo và khả năng chống hóa chất. Hàm lượng pigment ảnh hưởng đến màu sắc, độ che phủ và khả năng chống tia UV. Hàm lượng phụ gia như chất làm dẻo, chất hoạt động bề mặt, chất chống tạo bọt cũng tác động đến quá trình thi công và tính chất của màng sơn. Việc tối ưu hóa tỷ lệ thành phần đòi hỏi sự kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm, thông qua các phương pháp thống kê thiết kế thực nghiệm (DOE).

IV. Kết quả Đánh giá chất lượng lớp phủ sơn phủ ngoài trong suốt và vàng

Kết quả nghiên cứu cho thấy lớp phủ ngoài trong suốt và vàng được phát triển có nhiều ưu điểm vượt trội so với các sản phẩm thương mại. Lớp phủ có độ bám dính cao trên bề mặt thùng thiếc, khả năng chống trầy xước tốt, không bị bong tróc khi va đập. Khả năng chống ăn mòn của lớp phủ cũng được đánh giá cao, bảo vệ kim loại khỏi sự tấn công của hóa chất và môi trường ẩm ướt. Màu sắc của sơn phủ vàng ổn định, không bị phai màu sau thời gian dài sử dụng. Các chỉ tiêu kỹ thuật như độ cứng, độ bóng, độ dẻo đều đáp ứng yêu cầu của tiêu chuẩn.

4.1. So sánh tính chất của lớp phủ trong suốt và lớp phủ vàng

Mặc dù cùng được sử dụng để bảo vệ thùng thiếc, lớp phủ trong suốt và lớp phủ vàng có những khác biệt nhất định về tính chất. Lớp phủ trong suốt có ưu điểm là giữ nguyên vẻ đẹp tự nhiên của kim loại, dễ dàng kiểm tra tình trạng bề mặt. Lớp phủ vàng có tính thẩm mỹ cao, tạo vẻ sang trọng cho sản phẩm, đồng thời có khả năng chống tia UV tốt hơn. Việc lựa chọn loại lớp phủ nào phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của sản phẩm và sở thích của khách hàng.

4.2. Ảnh hưởng của quy trình sơn phủ đến chất lượng lớp phủ

Quy trình sơn phủ đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng của lớp phủ. Các bước chuẩn bị bề mặt, pha chế sơn, thi công sơn, sấy khô cần được thực hiện đúng kỹ thuật và tuân thủ các thông số quy định. Bề mặt kim loại cần được làm sạch, loại bỏ dầu mỡ, rỉ sét để tăng độ bám dính của lớp phủ. Nhiệt độ và thời gian sấy khô cần được kiểm soát để đảm bảo quá trình đóng rắn diễn ra hoàn toàn, tạo ra màng sơn có độ cứng và độ bền tối ưu.

V. Ứng dụng thực tiễn Sơn phủ kim loại bảo vệ thùng đựng thực phẩm

Ứng dụng sơn phủ kim loại rất đa dạng, từ bảo vệ các công trình xây dựng, máy móc thiết bị đến sản xuất bao bì, đồ gia dụng. Trong ngành thực phẩm, sơn phủ đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ thùng đựng thực phẩm khỏi sự ăn mòn, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm. Các loại sơn phủ được sử dụng phải đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn nghiêm ngặt, không chứa các chất độc hại có thể thôi nhiễm vào thực phẩm. Nghiên cứu này có thể góp phần cải thiện chất lượng và độ an toàn của các sản phẩm đóng gói bằng kim loại.

5.1. Tiêu chuẩn an toàn đối với sơn phủ tiếp xúc với thực phẩm

Sơn phủ tiếp xúc với thực phẩm phải tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn nghiêm ngặt do các tổ chức uy tín như FDA, EFSA quy định. Các tiêu chuẩn này giới hạn hàm lượng các chất độc hại như kim loại nặng, monomer, dung môi còn sót lại trong màng sơn. Các thử nghiệm thôi nhiễm được thực hiện để đánh giá khả năng các chất này di chuyển vào thực phẩm. Chỉ những loại sơn phủ đáp ứng đầy đủ các yêu cầu mới được phép sử dụng trong ngành thực phẩm.

5.2. Các yếu tố cần xem xét khi lựa chọn sơn phủ cho thùng đựng thực phẩm

Khi lựa chọn sơn phủ cho thùng đựng thực phẩm, cần xem xét nhiều yếu tố. Loại thực phẩm được chứa đựng, thời gian bảo quản, điều kiện bảo quản, quy trình chế biến có ảnh hưởng đến sự lựa chọn. Sơn phủ cần có khả năng chống ăn mòn, chịu được nhiệt độ cao, chống lại sự tấn công của vi sinh vật. Ngoài ra, tính thẩm mỹ, khả năng in ấn, giá thành cũng là những yếu tố cần được cân nhắc.

VI. Tương lai Phát triển lớp phủ bảo vệ kim loại thân thiện môi trường

Xu hướng phát triển lớp phủ bảo vệ kim loại trong tương lai là hướng tới các sản phẩm thân thiện với môi trường. Các loại sơn gốc nước, sơn bột, sơn UV với hàm lượng VOC thấp đang dần thay thế các loại sơn dung môi truyền thống. Nghiên cứu vật liệu phủ mới từ nguồn tài nguyên tái tạo như nhựa sinh học, cellulose, lignin đang được đẩy mạnh. Công nghệ nano cũng hứa hẹn mang lại những đột phá trong lĩnh vực sơn phủ, tạo ra các lớp phủ siêu bền, siêu mỏng, có khả năng tự phục hồi.

6.1. Sơn phủ gốc nước và sơn bột Giải pháp giảm thiểu VOC

Sơn phủ gốc nước và sơn bột là những giải pháp hiệu quả để giảm thiểu lượng VOC phát thải ra môi trường. Sơn gốc nước sử dụng nước làm dung môi, không chứa hoặc chứa rất ít VOC. Sơn bột là loại sơn khô, không cần dung môi, được thi công bằng phương pháp tĩnh điện. Cả hai loại sơn này đều có ưu điểm là an toàn cho sức khỏe người sử dụng, thân thiện với môi trường và tiết kiệm chi phí.

6.2. Vật liệu nano và công nghệ tự phục hồi trong lớp phủ

Vật liệu nano và công nghệ tự phục hồi mở ra những triển vọng mới cho lĩnh vực sơn phủ. Các hạt nano có kích thước siêu nhỏ có thể cải thiện đáng kể các tính chất của màng sơn như độ cứng, độ bền, khả năng chống trầy xước. Công nghệ tự phục hồi cho phép lớp phủ tự khắc phục các vết nứt, trầy xước nhỏ, kéo dài tuổi thọ và giảm chi phí bảo trì.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thị trường lớp phủ cho bao bì kim loại toàn cầu được ước tính đạt giá trị khoảng 2,05 tỷ USD vào năm 2022, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm khoảng 3,25% trong giai đoạn 2020-2026. Sự gia tăng nhu cầu bao bì kim loại trong các ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, hóa chất và đồ uống đóng góp quan trọng vào sự phát triển này. Đặc biệt, khu vực Châu Á Thái Bình Dương là thị trường phát triển nhanh nhất nhờ vào chi phí lao động thấp, nguồn nguyên liệu dồi dào và sự dịch chuyển của các nhà sản xuất đa quốc gia đến đây.

Trong bối cảnh đó, việc phát triển lớp phủ ngoài cho thùng thiếc 3 mảnh dùng chứa các sản phẩm công nghiệp như mực in, sơn, keo dính trở nên cấp thiết. Lớp phủ ngoài này cần đáp ứng các yêu cầu về độ cứng (2H), độ bám dính (5B), độ bóng, độ dẻo và khả năng kháng hóa chất phù hợp với tiêu chuẩn thị trường và nhà sản xuất bao bì. Tuy nhiên, hiện nay phần lớn các công thức lớp phủ này đều nhập khẩu từ nước ngoài, gây hạn chế về chi phí và chủ động nguồn cung.

Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng công thức lớp phủ ngoài trên nền thiếc cho thùng 3 mảnh, tối ưu hóa tỷ lệ nhựa chính, chất đóng rắn, xúc tác, phụ gia và dung môi để đạt được các chỉ tiêu kỹ thuật như độ bám dính, độ cứng, độ bóng và độ bền uốn. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào lớp phủ ngoài không tiếp xúc thực phẩm, với điều kiện đóng rắn ở nhiệt độ 180-200°C trong 10-15 phút, áp dụng cho thị trường Việt Nam và khu vực Đông Nam Á. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao năng lực sản xuất nội địa, giảm phụ thuộc nhập khẩu và đáp ứng nhu cầu phát triển ngành bao bì kim loại công nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về lớp phủ hữu cơ trên kim loại, bao gồm:

• Lý thuyết về cấu trúc và tính chất của thiếc mạ (tinplate): Thiếc mạ là thép cán mỏng phủ lớp thiếc dưới 1% độ dày, có vai trò bảo vệ chống ăn mòn và duy trì độ bền cơ học của thùng kim loại.

• Lý thuyết về cơ chế bám dính lớp phủ: Bao gồm cơ chế bám dính khuếch tán (diffusive adhesion) và bám dính hóa học qua liên kết cộng hóa trị (covalent bonding). Yếu tố bề mặt như năng lượng bề mặt, độ nhám và xử lý tiền xử lý ảnh hưởng trực tiếp đến độ bám dính.

• Mô hình hóa học của các loại nhựa và chất đóng rắn: Epoxy, polyester, amino (melamine, benzoguanamine), phenolic là các loại nhựa chính được nghiên cứu. Mỗi loại có đặc tính khác nhau về độ cứng, độ bền hóa học, khả năng chịu nhiệt và độ dẻo.

• Lý thuyết về dung môi và xúc tác: Hansen solubility parameters được sử dụng để đánh giá khả năng hòa tan và tương thích của dung môi với nhựa. Các loại xúc tác axit như p-toluene sulfonic acid (p-TSA), dodecyl benzene sulfonic acid (DDBSA) được dùng để tăng tốc độ đóng rắn.

• Tiêu chuẩn ASTM về đánh giá tính chất lớp phủ: ASTM D3359 (độ bám dính), ASTM D3363 (độ cứng bút chì), ASTM D522 (độ dẻo), ASTM D1200 (độ nhớt).

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Thu thập từ tài liệu khoa học, báo cáo ngành, tư vấn nhà cung cấp nguyên liệu và thực nghiệm tại phòng thí nghiệm Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM.

• Thiết kế thí nghiệm: Sử dụng phương pháp sàng lọc để tối ưu hóa tỷ lệ nhựa chính và chất đóng rắn, đồng thời khảo sát ảnh hưởng của các phụ gia (xúc tác, sáp) và dung môi đến tính chất lớp phủ.

• Cỡ mẫu: Thực hiện ít nhất 3 mẫu thử nghiệm cho mỗi công thức để đảm bảo tính lặp lại và độ tin cậy của kết quả.

• Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn các loại nhựa và chất đóng rắn phổ biến trong ngành bao bì kim loại, ưu tiên các loại có khả năng đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và thân thiện môi trường.

• Phân tích dữ liệu: Đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật như độ bám dính (5B), độ cứng (2H), độ bóng, độ dẻo và khả năng kháng dung môi MEK. Sử dụng biểu đồ mối quan hệ tỷ lệ nhựa/chất đóng rắn với các chỉ số kỹ thuật để xác định công thức tối ưu.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 2 đến tháng 6 năm 2022, bao gồm giai đoạn tổng hợp công thức, thử nghiệm và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tỷ lệ nhựa chính và chất đóng rắn ảnh hưởng rõ rệt đến độ cứng và độ bám dính: Khi tỷ lệ chất đóng rắn tăng từ 20% lên 30%, độ cứng bút chì đạt mức 2H và độ bám dính đạt 5B theo tiêu chuẩn ASTM D3359. Tuy nhiên, vượt quá 35% chất đóng rắn làm giảm độ dẻo và tăng nguy cơ nứt gãy.

2. Ảnh hưởng của xúc tác đến khả năng kháng dung môi MEK: Tăng lượng xúc tác p-TSA từ 0,5% lên 1,5% làm tăng khả năng kháng MEK lên 15%, đồng thời cải thiện độ cứng bề mặt. Tuy nhiên, lượng xúc tác quá cao gây hiện tượng đóng rắn không đều và giảm độ bóng.

3. Vai trò của dung môi trong kiểm soát độ nhớt và độ phủ: Sử dụng hỗn hợp dung môi Methoxy Propyl Acetate (MPA) và Butyl Glycol Ether (BGE) với tỷ lệ 3:1 giúp đạt độ nhớt 75-85 giây (Ford Cup ASTM D1200), phù hợp với yêu cầu thi công và độ phủ lớp phủ khoảng 7 g/m2.

4. Phụ gia sáp (wax) cải thiện độ bóng và khả năng chống trầy xước: Thêm 2% sáp PTFE làm tăng độ bóng lên 10% so với mẫu không có sáp, đồng thời giảm độ trầy xước khi thử nghiệm cơ học.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc tối ưu hóa tỷ lệ nhựa chính và chất đóng rắn là yếu tố quyết định để đạt được sự cân bằng giữa độ cứng và độ dẻo của lớp phủ. Điều này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về lớp phủ epoxy và polyester trong ngành bao bì kim loại. Việc sử dụng xúc tác axit như p-TSA giúp tăng tốc độ đóng rắn và cải thiện tính kháng dung môi, tuy nhiên cần kiểm soát liều lượng để tránh ảnh hưởng tiêu cực đến tính chất bề mặt.

Dung môi đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh độ nhớt, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng thi công và độ phủ lớp phủ. Hỗn hợp MPA và BGE được lựa chọn dựa trên các thông số Hansen solubility parameters, đảm bảo khả năng hòa tan nhựa và tạo màng đồng đều. Phụ gia sáp PTFE giúp cải thiện tính năng bề mặt, giảm ma sát và tăng độ bóng, phù hợp với yêu cầu thẩm mỹ và bảo vệ lớp phủ ngoài.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa tỷ lệ chất đóng rắn và độ cứng, cũng như bảng so sánh các công thức với các chỉ số kỹ thuật tiêu chuẩn. So sánh với các lớp phủ nhập khẩu, công thức nghiên cứu đạt hiệu quả tương đương về độ bám dính và độ cứng, đồng thời có ưu thế về chi phí và nguồn nguyên liệu trong nước.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng công thức lớp phủ tối ưu trong sản xuất thùng thiếc 3 mảnh: Đề nghị các nhà sản xuất bao bì kim loại triển khai công thức với tỷ lệ nhựa chính/chất đóng rắn khoảng 70/30, sử dụng xúc tác p-TSA 1%, dung môi MPA/BGE 3:1 và phụ gia sáp PTFE 2%. Thời gian thực hiện trong 6 tháng để đánh giá quy mô công nghiệp.

2. Nâng cao kiểm soát chất lượng nguyên liệu đầu vào: Khuyến nghị thiết lập quy trình kiểm tra định kỳ các nguyên liệu nhựa, xúc tác và dung môi nhằm đảm bảo tính đồng nhất và ổn định của lớp phủ, giảm thiểu sai số trong sản xuất.

3. Đào tạo kỹ thuật thi công và kiểm tra lớp phủ: Tổ chức các khóa đào tạo cho công nhân và kỹ sư về kỹ thuật phủ, đóng rắn và kiểm tra tiêu chuẩn ASTM để nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng.

4. Phát triển nghiên cứu mở rộng về lớp phủ thân thiện môi trường: Khuyến khích nghiên cứu sử dụng các loại nhựa và dung môi ít VOC, thân thiện với môi trường nhằm đáp ứng xu hướng phát triển bền vững và các quy định pháp luật trong tương lai.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà sản xuất bao bì kim loại: Giúp cải tiến công thức lớp phủ ngoài, nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí nhập khẩu và tăng tính cạnh tranh trên thị trường.

2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật hóa học: Cung cấp kiến thức chuyên sâu về vật liệu phủ, phương pháp tối ưu hóa công thức và tiêu chuẩn đánh giá lớp phủ.

3. Các nhà cung cấp nguyên liệu và phụ gia: Hiểu rõ yêu cầu kỹ thuật và xu hướng phát triển công thức lớp phủ để điều chỉnh sản phẩm phù hợp với thị trường.

4. Cơ quan quản lý và kiểm định chất lượng: Tham khảo để xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật, quy định về an toàn và môi trường cho ngành bao bì kim loại.

Câu hỏi thường gặp

1. Lớp phủ ngoài thùng thiếc 3 mảnh có vai trò gì?
   Lớp phủ ngoài bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn, tăng độ bền cơ học và tạo tính thẩm mỹ, đồng thời đảm bảo lớp phủ không bị bong tróc khi tiếp xúc với môi trường bên ngoài.

2. Tại sao cần tối ưu tỷ lệ nhựa chính và chất đóng rắn?
   Tỷ lệ này ảnh hưởng trực tiếp đến độ cứng, độ dẻo và khả năng bám dính của lớp phủ, giúp cân bằng giữa độ bền và tính linh hoạt phù hợp với yêu cầu sử dụng.

3. Dung môi ảnh hưởng thế nào đến lớp phủ?
   Dung môi điều chỉnh độ nhớt, ảnh hưởng đến khả năng thi công và độ phủ, đồng thời ảnh hưởng đến tốc độ bay hơi và chất lượng màng phủ sau khi đóng rắn.

4. Xúc tác có tác dụng gì trong công thức lớp phủ?
   Xúc tác tăng tốc độ phản ứng đóng rắn, cải thiện tính kháng dung môi và độ cứng của lớp phủ, giúp rút ngắn thời gian sản xuất.

5. Làm thế nào để đánh giá độ bám dính của lớp phủ?
   Sử dụng phương pháp thử băng dính theo tiêu chuẩn ASTM D3359, phân loại độ bám dính từ 0B đến 5B, trong đó 5B là mức độ bám dính tốt nhất.

Kết luận

• Đã xây dựng thành công công thức lớp phủ ngoài trên nền thiếc cho thùng 3 mảnh đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật về độ cứng (2H), độ bám dính (5B), độ bóng và độ dẻo.
• Tối ưu hóa tỷ lệ nhựa chính/chất đóng rắn, xúc tác, dung môi và phụ gia giúp cân bằng các tính chất vật lý và hóa học của lớp phủ.
• Kết quả nghiên cứu phù hợp với yêu cầu thị trường Việt Nam và khu vực Đông Nam Á, góp phần giảm phụ thuộc nhập khẩu.
• Đề xuất áp dụng công thức trong sản xuất công nghiệp và phát triển nghiên cứu hướng tới lớp phủ thân thiện môi trường.
• Khuyến khích các bên liên quan phối hợp triển khai, đào tạo và kiểm soát chất lượng để nâng cao hiệu quả ứng dụng.

Hành động tiếp theo là triển khai thử nghiệm quy mô công nghiệp trong 6 tháng và đánh giá hiệu quả thực tế, đồng thời nghiên cứu mở rộng các loại nhựa và dung môi thân thiện môi trường nhằm đáp ứng xu hướng phát triển bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY HO CHI MINH UNIVERSITY OF TECHNOLOGY NGUYEN NGOC HOANG CHAU EXTERNAL CLEAR AND GOLD LACQUER ON TINPLATE FOR 3-PIECE GENERAL LINE CAN BODY AND ENDS Department: Faculty of Chemical engineering Code: 8520301 MASTER THESIS HO CHI MINH CITY, August 2022 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS. Lê Thị Kim Phụng (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS. Trần Tấn Việt (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 : PGS.TS Lê Anh Kiên (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 13 tháng 08 năm 2022.

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1. Chủ tịch: PGS.TS Nguyễn Trường Sơn 2. Phạm Hoàng Huy Phước Lợi 3. Phản biện 1: TS.

Trần Tấn Việt 4. Phản biện 2: PGS.TS Lê Anh Kiên 5. Uỷ viên: TS. Phạm Thị Hồng Phượng Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập-Tự do-Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Ngọc Hoàng Châu MSHV: 1970157 Ngày, tháng, năm sinh: 06/05/1996 Nơi sinh: Tiền Giang Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số: 8520301 I. TÊN ĐỀ TÀI: CHẾ TẠO LỚP PHỦ NGOÀI TRÊN NỀN THIẾC CHO THÙNG 3 MẢNH (EXTERNAL CLEAR AND GOLD LACQUER ON TINPLATE FOR 3-PIECE GENERAL LINE CAN BODY AND ENDS) NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tổng quan về lớp phủ trên bao bì kim loại và sự phát triển của ngành trong thời điểm hiện nay. - Thực nghiệm : Khảo sát loại và tỉ lệ nhựa. Khảo sát loại và tỉ lệ xúc tác.

Khảo sát loại và tỉ lệ các phụ gia khác. Khảo sát loại và tỉ lệ dung môi. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: (Ghi theo trong QĐ giao đề tài) 14/02/2022 III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo trong QĐ giao đề tài) 06/06/2022 IV.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): PGS. Lê Thị Kim Phụng Tp. năm 2022 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC (Họ tên và chữ ký) ii ACKNOWLEDGEMENT First and foremost, I would like to express my sincere gratitude to my family, instructors, and friends for their ongoing support of my learning in the past years and this thesis. Thanks to their help and encouragement, I have overcome many difficulties in the journey to achieve my Master's degree.

I am very grateful to my supervisor, Assoc. Le Thi Kim Phung for not only providing the necessary infrastructure and resources to accomplish my research work but also allowing me to learn many things in the lab and orientation for my future. Besides my supervisor, I would like to thank my enthusiastic colleague Nguyen Ngoc Qui in my company for their priceless academic advice, support as well as valuable and constructive comments on my thesis manuscript, and assistance to increase the quality of the thesis. It was a great privilege and honor to work under their guidance.

Also, I am extending my thanks to my dear colleagues on the R&D team, in which I would express my appreciation to my partner Nguyen Hieu Phap for giving me help to wash all dirty laboratory instruments after every exhausting working day and Nguyen Hoang Tuan for helping me testing MEK resistance. Also, I would like to thank my close friends who have been together for a long time, always being beside me whenever I need them. We will be best friends forever. Moreover, I would like to give the warmest hug to my big sister Nguyen Thi Hoai Thu for a lot of helpful advice, and all the things she gave me.

Last but not least, I am deeply grateful to my parents, uncle, aunt, and younger sister for their love, care, and sacrifices for my future. Nguyen Ngoc Hoang Chau Ho Chi Minh City, May 2022 iii TÓM TẮT Các thùng chứa bằng kim loại thường được phủ một lớp phủ để bảo vệ kim loại khỏi tác động của môi trường. Tính chất của lớp phủ phụ thuộc vào tính chất của sản phẩm mà nó chứa, không có lớp phủ nào có thể sử dụng được cho tất cả các sản phẩm (đáp ứng được tất cả các yêu cầu về kháng dung môi, kháng kiềm, kháng axit, độ bám dính, độ cứng, độ bóng, độ dẻo…). Để phủ các thùng thiếc (dạng thùng 3 mảnh) dùng chứa các sản phẩm như mực, sơn, keo dính,… cần có một lớp phủ đạt các yêu cầu về độ cứng, kháng hóa chất, độ dẻo, độ nhớt.

Mục tiêu của luận văn là tìm ra một công thức phù có thể phủ trên thùng thiếc (3 mảnh) dùng để đựng các sản phẩm công nghiệp như mực in, sơn, keo dính,… phù hợp với yêu cầu cụ thể từ nhà sản xuất bao bì. Dựa trên các tài liệu khoa học về lớp phủ hữu cơ và tư vấn từ các nhà sản xuất nguyên liệu (nhựa, phụ gia, dung môi,…), ta đưa ra được công thức ban đầu. Sau đó áp dụng phương pháp sàng lọc để tối ưu hóa tỷ lệ nhựa chính/chất đóng rắn và hàm lượng các nguyên liệu khác. Tính chất cuối cùng của sản phẩm được quyết định dựa trên giá cả, nguồn nguyên liệu, tiêu chuẩn từ khách hàng và thị trường về độ cứng (2H), độ bám (5B), độ bóng, độ bền uốn,… iv ABSTRACT Cans are usually coated with an organic layer that protects the integrity of the can from the effects of the environment and prevents chemical reactions between the can's metal and the environment.

The requirement of the coating depends on the features of the product so it is difficult to meet all requirements such as alkali, acid, solvent resistance, adhesion, hardness, gloss, and flexibility… by an only formula for all types of product. Nowadays, to cover tin cans (3-piece) which uses to store industrial products such as ink, paint, and adhesive… this layer needs to have some specific requirements such as hardness, chemical resistance, flexibility, viscosity. Therefore, the aim of the thesis is to find a suitable formulation that applies to a tin can (3-piece) that stores ink, paint, and adhesive… and adapt some functions from the packaging manufacturers. Based on scientific documents about organic coating and consultation from the ingredient suppliers, the initial choice is given to make the starting formulation.

The screening method is applied to optimize the ratio of the main resin and cross- linker and the number of other compositions. The final choice adapts the standard regarding adhesion (5B), pencil hardness (2H), flexibility, viscosity, and gloss. v DECLARATION The author confirms that all the contents used in this thesis are unique and are completely quoted and cited. Ho Chi Minh City, August 13th, 2022 (Full name & signature) Nguyen Ngoc Hoang Chau vi TABLE OF CONTENTS NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ.

v TABLE OF CONTENTS. vi LIST OF FIGURES. viii LIST OF TABLE. 1 Scope and limitation of the study.

2 CHAPTER 1: LITERATURE REVIEW. Structure of tinplate. Can coating process [6]. Curing of paint.

Adhesion of coating. Ingredients of can coating. Future of can coating. The recent work on can coating.

32 CHAPTER 2: EXPERIMENT AND MATERIALS. Producing films of uniform thickness (ASTM D 823) [38]. Resistance to cracking (flexibility) (ASTM D 522) [39]. Film hardness by pencil test (ASTM D 3363) [40].

Measuring adhesion by tape test (ASTM D 3359) [41]. Density of liquid coatings (ASTM D 1475) [42]. Viscosity by Ford viscosity cup (ASTM D 1200) [43]. 48 CHAPTER 3: RESULTS AND DISCUSSION.

External clear lacquer. The ratio of hardener to main resin. External gold lacquer. The ratio of hardener to main resin.

Solvent for external gold lacquer. 80 viii LIST OF FIGURES Figure 2. Process of making varnish from solid resin. Process of making topcoat.

Pencil hardness tester. Relationship between solid content and viscosity. The influence of hardener amount on coating properties. The influence of catalyst amount on MEK resistance and pencil hardness.

The influence of wax amount on pencil hardness. The effect of solvent type on the viscosity of mixture. The influence of solvent on the changing process of viscosity. The influence of hardener amount on coating properties.

The influence of catalyst amount on MEK resistance and pencil hardness .9 The effect of solvent type on the viscosity of mixture. The influence of solvent on the changing process of viscosity. 76 ix LIST OF TABLE Table 3. Type of commercial epoxy.

Relationship between solid content and viscosity. Types of commercial hardener for epoxy. The influence of hardener amount on coating properties. Type of commercial catalyst for epoxy-amine system.

The influence of catalyst amount on coating properties. Types of commercial wax. The influence of wax amount on coating properties. Type of solvent in can coating.

The influence of solvent on coating properties. The influence of solvent on the changing process of viscosity. Coating properties of external clear lacquer. The influence of hardener amount on coating properties.

The influence of catalyst amount on coating properties. The influence of solvent on coating properties of external gold lacquer. The influence of solvent on coating properties. The influence of solvent on the changing process of viscosity.

Coating properties of external gold lacquer. 77 x ABBREVIATION BGE Butyl Glycol Ether BPA Bisphenol A/diphenylol propane CAS Chemical Abstracts Service DDBSA Dodecyl benzene sulfonic acid DNNDSA Dinonyl naphthalene di sulfonic acid EEW Epoxide equivalent weight MEK Methyl Ethyl Ketone MOT Molecular orbital theory MPA Methoxypropyl Acetate MW Molecular weight NBA Normal Butyl Alcohol NV Non volatile PM Propylene Glycol Monomethyl Ether p-TSA p-toluene sulfonic acid TDS Technical data sheet VBT Valence bond theory VOC Volatile organic compounds WPE Weight per epoxide 1 INTRODUCTION Background Protective can coating offers corrosion control and ensures long-term protection within a wide range of corrosive conditions. The global can coating market is valued to reach 2.05 billion USD by 2022, growing at a compounded annual growth rate of 3.25% during the forecast period 2020-2026. An increase in the global supply of food and beverages in cans, a surge in personal care, chemical and pharmaceutical industries, and rising demand for soft drinks, coupled with the recyclability of cans are the key factors augmenting the market growth.[1] The Asia Pacific is the fastest-growing market for can coating.

The growth of the segment is mainly attributed to the increasing demand for the can coating in the packaging industry for the packaging of pharmaceutical, food & beverage, and chemical products. The increasing per capita expenditure on healthcare, personal care, and food & beverage products, huge consumer base, growing urban population, low labor costs, and easy availability of raw materials are attracting international pharmaceutical, chemical, and food & beverage manufacturers to shift their production facilities to the region, thus creating a high demand for metal cans in these industries.