Nghiên cứu luận văn thạc sĩ về sơn bóng và vàng trên thiếc cho vỏ lon 3 mảnh

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu về lớp sơn trong suốt và vàng trên thiếc cho thân và nắp của hộp ba mảnh. Tìm hiểu ứng dụng và hiệu quả.

• 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
• 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
• 1.1. Overview
• 1.2. Structure of tinplate
• 1.3. Can coating process
• 2. CHƯƠNG 2: EXPERIMENT AND MATERIALS
• 2.1. Producing films of uniform thickness (ASTM D 823)
• 2.2. Resistance to cracking (flexibility) (ASTM D 522)
• 2.3. Film hardness by pencil test (ASTM D 3363)
• 2.4. Measuring adhesion by tape test (ASTM D 3359)
• 2.5. Density of liquid coatings (ASTM D 1475)
• 2.6. Viscosity by Ford viscosity cup (ASTM D 1200)
• 3. CHƯƠNG 3: RESULTS AND DISCUSSION
• 3.1. External clear lacquer
• 3.2. The ratio of hardener to main resin
• 3.3. External gold lacquer
• 3.4. The ratio of hardener to main resin
• 3.5. Solvent for external gold lacquer
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC VIẾT TẮT

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu sơn bóng và vàng trên thiếc

Nghiên cứu về sơn bóng và sơn vàng trên thiếc cho vỏ lon 3 mảnh là một lĩnh vực quan trọng trong ngành công nghiệp bao bì. Lớp phủ này không chỉ bảo vệ kim loại khỏi sự ăn mòn mà còn tạo ra giá trị thẩm mỹ cho sản phẩm. Việc phát triển các công thức sơn phù hợp với yêu cầu của thị trường là cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng.

1.1. Tầm quan trọng của lớp phủ trên bao bì kim loại

Lớp phủ trên bao bì kim loại giúp bảo vệ sản phẩm bên trong khỏi các tác động từ môi trường. Điều này đặc biệt quan trọng trong ngành thực phẩm và đồ uống, nơi mà sự an toàn và chất lượng sản phẩm là ưu tiên hàng đầu.

1.2. Xu hướng phát triển trong ngành sơn

Ngành công nghiệp sơn đang chứng kiến sự chuyển mình mạnh mẽ với việc áp dụng các công nghệ mới. Các loại sơn không chứa BPA và thân thiện với môi trường đang trở thành xu hướng chính, đáp ứng nhu cầu bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu sơn thiếc

Mặc dù có nhiều tiến bộ trong công nghệ sơn, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong việc phát triển lớp phủ cho lon 3 mảnh. Các yêu cầu về độ bền, khả năng chống hóa chất và độ bóng là những yếu tố cần được cân nhắc kỹ lưỡng.

2.1. Khó khăn trong việc đạt tiêu chuẩn chất lượng

Để đạt được các tiêu chuẩn chất lượng như độ bám dính và độ cứng, cần phải tối ưu hóa tỷ lệ giữa các thành phần trong công thức sơn. Điều này đòi hỏi sự nghiên cứu và thử nghiệm liên tục.

2.2. Tác động của môi trường đến lớp phủ

Các yếu tố môi trường như độ ẩm, nhiệt độ và ánh sáng có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của lớp phủ. Việc nghiên cứu các yếu tố này là cần thiết để đảm bảo lớp phủ hoạt động hiệu quả trong điều kiện thực tế.

III. Phương pháp nghiên cứu sơn bóng và vàng trên thiếc

Nghiên cứu này áp dụng các phương pháp khoa học để phát triển công thức sơn phù hợp cho vỏ lon 3 mảnh. Các thí nghiệm được thực hiện để khảo sát tỷ lệ nhựa, xúc tác và các phụ gia khác nhằm tối ưu hóa tính chất của lớp phủ.

3.1. Khảo sát tỷ lệ nhựa và xúc tác

Việc khảo sát tỷ lệ giữa nhựa chính và chất đóng rắn là rất quan trọng. Tỷ lệ này ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền và khả năng chống hóa chất của lớp phủ.

3.2. Thử nghiệm với các loại phụ gia

Các loại phụ gia như chất tạo bọt và chất chống tĩnh điện được thử nghiệm để cải thiện tính chất của lớp phủ. Kết quả từ các thí nghiệm này sẽ giúp xác định công thức tối ưu cho lớp phủ.

IV. Ứng dụng thực tiễn của sơn bóng và vàng trên thiếc

Lớp phủ sơn bóng và sơn vàng trên thiếc không chỉ có ứng dụng trong ngành thực phẩm mà còn trong nhiều lĩnh vực khác như hóa chất và mỹ phẩm. Việc phát triển lớp phủ này giúp nâng cao giá trị sản phẩm và tạo ra sự khác biệt trên thị trường.

4.1. Ứng dụng trong ngành thực phẩm

Trong ngành thực phẩm, lớp phủ này giúp bảo vệ sản phẩm khỏi sự tác động của môi trường, đồng thời giữ cho sản phẩm luôn tươi mới và hấp dẫn.

4.2. Ứng dụng trong ngành hóa chất

Lớp phủ này cũng được sử dụng trong ngành hóa chất để bảo vệ các sản phẩm khỏi sự ăn mòn và tăng cường độ bền của bao bì.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu sơn thiếc

Nghiên cứu về sơn bóng và sơn vàng trên thiếc cho vỏ lon 3 mảnh mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành công nghiệp bao bì. Tương lai của lớp phủ này sẽ phụ thuộc vào việc phát triển các công thức mới và cải tiến công nghệ sản xuất.

5.1. Triển vọng phát triển công nghệ sơn

Công nghệ sơn sẽ tiếp tục phát triển với sự ra đời của các loại sơn mới, thân thiện với môi trường và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

5.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu và phát triển

Nghiên cứu và phát triển sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc cải tiến chất lượng lớp phủ, từ đó nâng cao giá trị sản phẩm và đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng.

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 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. Tại Việt Nam, ngành sản xuất thùng kim loại cũng đang phát triển mạnh mẽ, tuy nhiên phần lớn lớp phủ cho thùng thiếc vẫn phải nhập khẩu từ nước ngoài.

Lớp phủ ngoài trên thùng thiếc 3 mảnh dùng để chứa các sản phẩm công nghiệp như mực in, sơn, keo dính cần đáp ứng các yêu cầu khắt khe về độ cứng, độ bám dính, độ bóng, độ dẻo và khả năng kháng hóa chất. Mục tiêu nghiên cứu là phát triển công thức lớp phủ phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật và yêu cầu thị trường, nhằm thay thế các sản phẩm nhập khẩu, góp phần nâng cao giá trị ngành công nghiệp bao bì kim loại trong nước. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào lớp phủ ngoài trên nền thiếc, không tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm, với điều kiện đóng rắn ở nhiệt độ 180-200°C trong 10-15 phút, độ nhớt từ 70 đến 100 giây theo chuẩn Ford Cup ASTM D1200, và độ bám dính đạt mức 5B theo ASTM D3359.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển sản phẩm lớp phủ nội địa, giảm phụ thuộc nhập khẩu, đồng thời nâng cao chất lượng và hiệu quả kinh tế cho ngành sản xuất thùng thiếc 3 mảnh tại Việt Nam.

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, tập trung vào các loại nhựa và hệ đóng rắn phổ biến trong ngành công nghiệp sơn phủ:

• Lý thuyết về polymer và nhựa epoxy: Nhựa epoxy có cấu trúc chứa nhóm epoxide, có khả năng tạo liên kết chéo với các chất đóng rắn như amine, tạo thành màng phủ có độ bền cơ học và khả năng kháng hóa chất cao. Epoxy chiếm hơn 90% thị phần lớp phủ thùng kim loại nhưng đang dần được thay thế do vấn đề an toàn sức khỏe liên quan đến BPA.

• Lý thuyết về nhựa polyester và amino: Polyester là polymer có nhóm ester lặp lại, thường được sử dụng kết hợp với nhựa amino (melamine, urea, benzoguanamine) để tạo lớp phủ có độ cứng, độ bóng và khả năng chịu nhiệt tốt. Amino resin đóng vai trò chất đóng rắn, cải thiện độ bền và khả năng chống chịu của lớp phủ.

• Khái niệm chính: Độ bám dính (adhesion), độ cứng (hardness), độ dẻo (flexibility), độ bóng (gloss), khả năng kháng hóa chất (chemical resistance), và độ nhớt (viscosity) là các chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lượng lớp phủ.

Ngoài ra, nghiên cứu còn áp dụng các lý thuyết về tương tác bề mặt, cơ chế liên kết hóa học giữa lớp phủ và nền thiếc, cũng như ảnh hưởng của dung môi và phụ gia đến tính chất vật lý của lớp phủ.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm tài liệu khoa học về lớp phủ hữu cơ, báo cáo kỹ thuật từ nhà cung cấp nguyên liệu, và kết quả thực nghiệm trong phòng thí nghiệm của trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM.

Phương pháp nghiên cứu gồm:

• Chuẩn bị mẫu: Pha chế lớp phủ từ nhựa chính (epoxy, polyester), chất đóng rắn (melamine, benzoguanamine), dung môi và phụ gia theo các tỷ lệ khác nhau. Đối với nhựa rắn, tiến hành hòa tan trong dung môi để tạo thành varnish đồng nhất.

• Thí nghiệm khảo sát: Thực hiện các thử nghiệm đo độ nhớt (ASTM D1200), độ cứng bằng bút chì (ASTM D3363), độ bám dính bằng phương pháp dán băng keo (ASTM D3359), độ dẻo (ASTM D522), và khả năng kháng dung môi MEK.

• Phân tích và tối ưu hóa: Áp dụng phương pháp sàng lọc để xác định tỷ lệ tối ưu giữa nhựa chính và chất đóng rắn, cũng như hàm lượng các phụ gia như xúc tác, sáp, dung môi. Các chỉ tiêu kỹ thuật được so sánh với tiêu chuẩn thị trường và yêu cầu khách hàng.

• Cỡ mẫu và timeline: Thí nghiệm được thực hiện trên nhiều mẫu thử với ít nhất 3 lần lặp lại mỗi điều kiện để đảm bảo tính chính xác. Quá trình nghiên cứu kéo dài từ tháng 2 đến tháng 6 năm 2022.

Phương pháp phân tích dữ liệu chủ yếu là so sánh trực tiếp các chỉ số kỹ thuật, sử dụng biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa tỷ lệ thành phần và tính chất lớp phủ, từ đó đưa ra công thức tối ưu.

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 35%, độ cứng lớp phủ đạt mức 2H theo ASTM D3363, đồng thời độ bám dính đạt 5B theo ASTM D3359, tương đương tiêu chuẩn thị trường. Tuy nhiên, vượt quá 40% chất đóng rắn làm giảm độ dẻo, dễ gây nứt gãy.

2. Ảnh hưởng của loại và hàm lượng xúc tác: Sử dụng p-toluene sulfonic acid (p-TSA) với hàm lượng 0,5% giúp tăng khả năng kháng dung môi MEK lên 85%, đồng thời cải thiện độ cứng lên 10% so với mẫu không có xúc tác. Tăng hàm lượng xúc tác trên 1% không mang lại hiệu quả đáng kể và có thể ảnh hưởng đến thời gian đóng rắn.

3. Vai trò của dung môi trong kiểm soát độ nhớt và độ bóng: Dung môi Methoxy Propyl Acetate (MPA) và Butyl Glycol Ether (BGE) được sử dụng với tỷ lệ phối trộn 60:40 giúp duy trì độ nhớt trong khoảng 70-90 giây (Ford Cup ASTM), đảm bảo khả năng thi công tốt và lớp phủ có độ bóng cao trên 85 GU (Gloss Unit).

4. Phụ gia sáp (wax) cải thiện khả năng chống trầy xước: Thêm 2% sáp phủ PTFE làm tăng độ bền bề mặt, giảm trầy xước đến 30% so với mẫu không có sáp, đồng thời không ảnh hưởng tiêu cực đến độ bám dính và độ cứng.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy sự cân bằng giữa các thành phần trong công thức lớp phủ là yếu tố quyết định đến tính năng cuối cùng của sản phẩm. Tỷ lệ chất đóng rắn phù hợp giúp tạo mạng lưới liên kết chéo bền vững, nâng cao độ cứng và khả năng chống hóa chất, đồng thời duy trì độ dẻo cần thiết để tránh nứt gãy khi biến dạng thùng thiếc.

Việc sử dụng xúc tác acid như p-TSA thúc đẩy quá trình đóng rắn, tăng khả năng kháng dung môi MEK, phù hợp với yêu cầu bảo vệ bề mặt khỏi các tác nhân công nghiệp như mực in và keo dính. Dung môi MPA và BGE không chỉ giúp kiểm soát độ nhớt mà còn ảnh hưởng tích cực đến độ bóng và khả năng trải phẳng của lớp phủ, điều này phù hợp với các tiêu chuẩn thẩm mỹ của nhà sản xuất bao bì.

Phụ gia sáp PTFE đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao khả năng chống trầy xước, một trong những yêu cầu quan trọng đối với lớp phủ ngoài chịu tác động cơ học trong quá trình vận chuyển và sử dụng. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu trong ngành cho thấy sự kết hợp giữa nhựa epoxy-polyester và phụ gia sáp giúp cải thiện đáng kể tính năng bề mặt.

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 khả năng kháng dung môi MEK với các loại xúc tác khác nhau, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của từng thành phần trong công thức.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa công thức lớp phủ theo tỷ lệ nhựa chính và chất đóng rắn: Khuyến nghị duy trì tỷ lệ chất đóng rắn trong khoảng 30-35% để đạt được độ cứng 2H và độ bám dính 5B, đảm bảo tính năng cơ học và hóa học của lớp phủ. Thời gian thực hiện: 3 tháng. Chủ thể: Bộ phận R&D của doanh nghiệp sản xuất lớp phủ.

2. Sử dụng xúc tác p-TSA với hàm lượng 0,5% để cải thiện khả năng đóng rắn và kháng dung môi: Động tác này giúp rút ngắn thời gian đóng rắn và nâng cao độ bền lớp phủ. Thời gian thực hiện: 1 tháng. Chủ thể: Phòng thí nghiệm và kỹ thuật sản xuất.

3. Phối trộn dung môi MPA và BGE theo tỷ lệ 60:40 để kiểm soát độ nhớt và tăng độ bóng: Giải pháp này giúp lớp phủ dễ thi công, đồng thời đáp ứng yêu cầu thẩm mỹ. Thời gian thực hiện: 2 tháng. Chủ thể: Bộ phận công nghệ sản xuất.

4. Thêm phụ gia sáp PTFE với hàm lượng 2% để tăng khả năng chống trầy xước: Giải pháp này nâng cao độ bền bề mặt, giảm thiểu hư hại trong quá trình vận chuyển và sử dụng. Thời gian thực hiện: 1 tháng. Chủ thể: Phòng nghiên cứu phát triển sản phẩm.

5. Xây dựng quy trình kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt dựa trên các tiêu chuẩn ASTM: Đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật như độ cứng, độ bám dính, độ nhớt được duy trì ổn định trong sản xuất hàng loạt. Thời gian thực hiện: liên tục. Chủ thể: Bộ phận quản lý chất lượng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Doanh nghiệp sản xuất lớp phủ và sơn công nghiệp: Nghiên cứu cung cấp công thức và quy trình tối ưu giúp phát triển sản phẩm lớp phủ ngoài cho thùng thiếc, giảm chi phí nhập khẩu và nâng cao năng lực cạnh tranh.

2. Nhà sản xuất bao bì kim loại: Thông tin về tính chất lớp phủ và yêu cầu kỹ thuật giúp cải tiến chất lượng sản phẩm, đáp ứng tiêu chuẩn thị trường và yêu cầu khách hàng.

3. Các viện nghiên cứu và trường đại học chuyên ngành kỹ thuật hóa học và vật liệu: Tài liệu tham khảo quý giá về ứng dụng polymer, nhựa epoxy, polyester và amino trong lớp phủ kim loại, đồng thời cung cấp phương pháp nghiên cứu thực nghiệm chi tiết.

4. Cơ quan quản lý và kiểm định chất lượng sản phẩm: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và quy trình kiểm tra chất lượng lớp phủ cho ngành công nghiệp bao bì kim loại.

Câu hỏi thường gặp

1. Lớp phủ ngoài thùng thiếc 3 mảnh cần đáp ứng những yêu cầu kỹ thuật nào?
   Lớp phủ cần có độ bám dính cao (5B), độ cứng tối thiểu 2H, độ bóng trên 85 GU, khả năng kháng hóa chất và dung môi, đồng thời có độ dẻo để tránh nứt gãy khi biến dạng thùng. Ví dụ, lớp phủ phải chịu được nhiệt độ đóng rắn 180-200°C trong 10-15 phút.

2. Tại sao cần tối ưu tỷ lệ nhựa chính và chất đóng rắn trong công thức lớp phủ?
   Tỷ lệ này ảnh hưởng trực tiếp đến độ cứng, độ bám dính và độ dẻo của lớp phủ. Tỷ lệ phù hợp giúp tạo mạng lưới liên kết chéo bền vững, đảm bảo lớp phủ vừa cứng chắc vừa linh hoạt, tránh bị nứt khi sử dụng.

3. Vai trò của xúc tác trong lớp phủ là gì?
   Xúc tác như p-TSA giúp tăng tốc quá trình đóng rắn, nâng cao khả năng kháng dung môi và cải thiện độ cứng của lớp phủ. Ví dụ, sử dụng 0,5% p-TSA giúp tăng khả năng kháng MEK lên 85%.

4. Dung môi ảnh hưởng thế nào đến tính chất lớp phủ?
   Dung môi kiểm soát độ nhớt, ảnh hưởng đến khả năng thi công và độ bóng của lớp phủ. Sự phối trộn dung môi MPA và BGE giúp duy trì độ nhớt trong khoảng 70-90 giây, đảm bảo lớp phủ mịn, bóng và dễ thi công.

5. Phụ gia sáp có tác dụng gì trong lớp phủ?
   Phụ gia sáp PTFE giúp tăng khả năng chống trầy xước và cải thiện độ bền bề mặt mà không làm giảm độ bám dính hay độ cứng. Thêm 2% sáp có thể giảm trầy xước đến 30% so với lớp phủ không có sáp.

Kết luận

• Đã phát triển thành công công thức lớp phủ ngoài trên nền thiếc cho thùng 3 mảnh, đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật về độ cứng, độ bám dính, độ bóng và khả năng kháng hóa chất.
• Tỷ lệ nhựa chính và chất đóng rắn tối ưu là khoảng 65-70% nhựa chính và 30-35% chất đóng rắn, đảm bảo tính năng cơ học và hóa học của lớp phủ.
• Sử dụng xúc tác p-TSA và phối trộn dung môi MPA-BGE giúp cải thiện khả năng đóng rắn, độ nhớt và độ bóng của lớp phủ.
• Phụ gia sáp PTFE nâng cao khả năng chống trầy xước, tăng độ bền bề mặt lớp phủ.
• Đề xuất áp dụng công thức và quy trình nghiên cứu vào sản xuất thực tế trong vòng 6 tháng tới, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng cho các loại thùng kim loại khác.

Luận văn mở ra hướng phát triển sản phẩm lớp phủ nội địa chất lượng cao, góp phần nâng cao giá trị ngành công nghiệp bao bì kim loại Việt Nam. Đề nghị các doanh nghiệp và viện nghiên cứu phối hợp triển khai ứng dụng và tiếp tục hoàn thiện công nghệ.

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.