CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Các loại sơn nhũ tương Acrylic – Alkyd 1.1 Sơn nhũ tương Acrylic Acrylic có tên khoa học là PMMA (Poly methyl methacrylate). Sơn Acrylic là một loại sơn khô nhanh làm bằng bột màu trong hỗn hợp nhũ tương polymer Acrylic. Sơn Acrylic hòa tan trong nước, nhưng trở nên chống nước khi khô.
Tùy thuộc vào lượng sơn được pha loãng với nước, hoặc biến đổi bằng gel Acrylic, môi trường hoặc bột nhão, sản phẩm phủ với sơn Acrylic thành phẩm có thể giống như màu nước, bột màu hoặc tranh sơn dầu, hoặc có những đặc điểm độc đáo riêng không thể đạt được với các phương tiện khác. Sơn Acrylic là một trong những loại sơn được được đánh giá cao về độ phủ, có khả năng bám dính tốt và sự đa dạng về màu sắc. Cũng nhờ đặc tính nổi trội này, sơn Acrylic thường được các nghệ sĩ sử dụng vẽ tranh, là công cụ hỗ trợ giúp thực hiện các ý tưởng nghệ thuật hay dùng làm sơn trang trí nội thất, ngoại thất. Phân loại sơn Acrylic Sơn Acrylic tổng hợp từ 3 hệ: hệ nhũ tương (water-emulsion), hệ tan trong nước(water-soluble), hệ nhựa khử nước (water-reducible).
Các hệ sơn Acrylic [1] Hệ nhũ tương (water-emulsion): Các polyme phân tán hệ keo hoặc tan trong nước. Có hình dạng là các hạt cầu nằm riêng rẽ phân tán trong nước, có khả năng tăng khối lượng phân tử của polymer mà không làm ảnh hưởng tới độ nhớt của sơn. Có SVTH: TRẦN VĂN CHÍ GVHD: TS. NGUYỄN VŨ VIỆT LINH 3 đặc tính dẻo dai, chịu hóa chất và chịu nước.
Có thể tăng khả năng chịu dung môi và chịu hóa chất thì dùng phản ứng nhiệt rắn Hệ tan trong nước (water-soluble): Các polymer phân tán hệ keo hoăc tan trong nước. Hệ sơn này chứa các hạt cầu phân tán trong nước. Các hạt này nhỏ hơn các hạt trong hệ sơn nhũ tương. Độ hòa tan tùy thuộc vào thành phần cấu tạo trong sơn.
Hệ sơn tan trong nước có độ bóng cao, dẻo dai, chịu hóa chất, chịu nước, độ bền cao, dễ thi công. Vì vậy được ứng dụng nhiều trong công nghiệp. Hệ sơn được bằng nước (water-reducible): Nước chiếm 80% dung môi được sử dụng để phân tán nhựa được sử dụng để làm lớp phủ hoặc sơn. Mục đích là làm cho lớp phủ hoặc sơn dễ áp dụng và cũng thân thiện với môi trường.
Lớp phủ có thể giảm nước được sử dụng rộng rãi do hàm lượng hợp chất hữu cơ dễ bay hơi thấp (VOC). Sơn hệ khử bằng nước có thể có các đặc tính như lớp sơn có độ bóng cao, trong, phân tán và thấm ướt màu và các đặc tính ứng dụng khác. Hệ sơn khử bằng nước được dùng rộng rãi cho các ngành công nghiệp [1]. Ứng dụng của sơn Acrylic Trong hội họa: Sơn Acrylic được sử dụng nhiều trọng hội họa bởi sự tiện lợi, khả năng nhanh khô, không độc hại và nhất là lên màu rất đẹp trên các chất liệu như gỗ, gốm, vải, đất, tranh tường, tranh vẽ trên giấy, tranh trên gốm bằng màu Acrylic, vẽ trên kính và cốc sứ bằng màu Acrylic, màu Acrylic thay cho màu vẽ vải bố, vải thô,… Trong thiết kế nội thất: Sơn phủ Acrylic với màu sắc đa dạng, độ bền cao, khả năng chịu nhiệt tốt, chống mốc,… nên được sử dụng rất nhiều cho ngành nội thất, cụ thể là tủ bếp.
Tủ bếp sử dụng chất liệu Acrylic là một trong loại tủ bếp được yêu thích trên thị trường thế giới và Việt Nam hiện nay. Trong công nghiệp: Ứng dụng của dòng sơn này trong lĩnh vực công nghiệp cũng rất rộng rãi. Đặc biệt, với ưu điểm về thẩm mỹ đáp ứng tốt các yêu cầu về thị hiếu người dùng cùng sự an toàn về chất lượng, thành phần, sản phẩm phủ sơn Acrylic luôn có khả năng chiều lòng của những khách hàng khó tính nhất. Dung môi trong sơn Acrylic là Isopropyl Alcohol, một hợp chất dung mối rất thân thiện với con người nên không gây bệnh ung thư như Thinner (dầu thông) và Turpentine (dầu chuối) [2].
SVTH: TRẦN VĂN CHÍ GVHD: TS. NGUYỄN VŨ VIỆT LINH 4 1. Quy trình sản xuất sơn Quy trình sản xuất sơn nước Acrylic gồm 4 bước: ● Ủ muối. ● Đóng gói thành phẩm Bước 1 - Ủ Muối: Ở quá trình này, các nguyên liệu gồm bột màu (oxit kim loại) bột độn (CaCO3, silica, đất sét.), phụ gia (chất phân tán, chất hoạt động bề mặt, chất tạo bọt.), một phần chất tạo màng là nhựa latex (vinyl-acrylic, styreneacrylic) và dung môi hữu cơ (thường nước sạch) được đưa vào thùng muối ủ và khuấy dưới tốc độ thấp.
Các nguyên liệu này được muối ủ trong thời gian vài giờ để đủ độ thấm ướt chất tạo màng và dung môi, tạo thành dạng hỗn hợp nhão (paste) cho công đoạn nghiền tiếp theo. Bước 2 - Nghiền sơn: Đây là công đoạn chính trong quy trình sản xuất sơn nước Acrylic. Hỗn hợp nhão các nguyên liệu (paste) sơn đã được muối ủ ở trên được chuyển vào thiết bị nghiền sơn. Quá trình nghiền sơn tạo thành dung dịch dạng chất lỏng mịn, nhuyễn.
Trong giai đoạn này, thiết bị nghiền sử dụng nhiều nước, làm lạnh thiết bị để đảm bảo paste trong quá trình nghiền không bị nóng lên nhiều nhằm khống chế lượng dung môi bị bay hơi ở nhiệt độ cao và tác động xấu đến các thành phần paste nghiền. Nước trước khi đưa vào máy nghiền phải được làm lạnh xuống 5-7oC. Bước 3 - Pha sơn: Hỗn hợp paste sơn sau khi đã được nghiền đến độ mịn theo yêu cầu sẽ chuyển sang công đoạn pha sơn. Công đoạn này tạo thành sản phẩm cuối cùng của quá trình sản xuất sơn.
Paste thành phẩm được chuyển sang bể pha, có thể vài lô hỗn hợp paste thành phẩm được đưa vào 1 bể pha chung. Bể pha có 1 máy khuấy liên tục trong quá trình pha sơn. Tại đây paste sơn đã đạt độ mịn được bổ xung thêm đủ lượng chất tạo màng, dung môi, các phụ gia cần thiết. Khi đã đạt độ đồng nhất thì cũng là lúc sản phẩm hoàn tất và được chuyển sang công đoạn đóng thùng.
Bước 4 - Đóng gói thành phẩm: Công đoạn này có thể là dây chuyền đóng thùng tự động hoặc đóng thùng thủ công. Sản phẩm hoàn thành sẽ được luân chuyển vào kho chứa. Quá trình nhập kho được tiến hành chặt chẽ theo từng lô hàng [3]. SVTH: TRẦN VĂN CHÍ GVHD: TS.
NGUYỄN VŨ VIỆT LINH 5 1. Sơn Alkyd Alkyd là loại polymer được tổng hợp bằng phản ứng trùng ngưng giữa polyol với polyacid và anhydride của chúng, sau đó được biến tính bằng dầu thảo mộc. Các Alkyd ban đầu là hợp chất của glycerol và phthalic anhydride được gọi là glyptal. Tên gọi Alkyd là ghép của hai chất rượu và nhóm chức acid.
Trên thực tế, Alkyd được ứng dụng trong ngành sơn khi sử dụng một hỗn hợp các chất phản ứng là acid béo đơn chức của dầu béo cùng với acid hữu cơ đa chức và rượu đa chức. Bản chất ứng dụng của Alkyd phụ thuộc chính vào hàm lượng phần trăm của dầu béo hoặc acid béo có trong Alkyd, còn gọi là độ béo của Alkyd [4]. Phân loại sơn Alkyd Sơn Alkyd có hai cách để phân loại: 1. Phân loại theo kiểu rượu đa chức và acid đa chức tổng hợp thành Alkyd: - Glyphtal: kết hợp giữa glycerol và phthalic anhydride, nó hòa tan tốt trong dung môi nhưng tạo màng sơn kém chất lượng.
- Pentaphtalic: kết hợp pentaerythriol và phthalic anhydride tạo ra màng sơn cứng và bền. Phân loại theo hàm lượng % dầu thảo mộc (acid béo) biến tính có trong Alkyd: SVTH: TRẦN VĂN CHÍ GVHD: TS. NGUYỄN VŨ VIỆT LINH 6 - Alkyd gầy: Dầu chiếm < 45%. Alkyd gầy khô được dùng làm sơn lót và sơn lót nhanh khô.
Sau khi gia công thành màng sơn, màng này có thể giữ được độ bóng, giữ màu, cứng, chịu mài mòn, chịu được nhiều môi trường tốt hơn sơn đi từ nhựa Alkyd béo. Alkyd gầy không khô chủ yếu được sử dụng trong sơn nitrocellulose hoặc kết hợp với một số nhựa tạo màng khác làm sơn sấy, sơn đồ gỗ NC… có chất lượng cao hơn Alkyd thông thường. - Alkyd trung bình: Dầu chiếm 45-55%. Alkyd trung bình khô sử dụng cho ứng dụng công nghiệp xe như lớp lót và lớp bên trong.
Loại không khô thường được dùng như là chất hóa dẻo trong sơn nitrocellulose. - Alkyd béo: Dầu chiếm 56-70%. Alkyd béo thường được ứng dụng làm sơn phủ lớp ngoài, trang trí các bề mặt kim loại, gỗ… Chúng được sử dụng rộng rãi trong sơn bóng không màu. - Alkyd biến tính từ dầu béo cùng với nhựa thông để sản xuất nhựa Alkyd Glyphtal và Pentaphtalic làm sơn dầu và sơn sấy Alkyd Amino,… [4].
Ứng dụng Sơn Alkyd được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng yêu cầu độ bóng cao, bền. Chúng là sự lựa chọn phù hợp nhất cho đồ nội thất, tủ và đồ trang trí. Sơn Alkyd cung cấp một lớp hoàn thiện bóng, chịu lực tốt, chống bám bẩn và vết bẩn. Các loại sơn này cũng dễ dàng lau chùi nhiều lần mà không bị mất màu.
Các vết bẩn không dễ bị hấp thụ và không bị biến màu. Sơn giữ được độ sáng đồng đều trong thời gian dài. Sơn Alkyd có độ bền cao và chống mài mòn. Những loại sơn này được ưa chuộng rộng rãi cho các khu vực giao thông cao trong nhà như hành lang và phòng vui chơi cho trẻ em.
Ngoài ra, những loại sơn này có khả năng chống ẩm mốc hay oxi hóa. Do đó, chúng là lựa chọn tốt cho nhà bếp, phòng tắm, cho các vật dụng nội, ngoại thất, bề mặt kim loại, hàng rào… Do sự kết dính mạnh mẽ của chất kết dính nhựa, bạn thực sự có thể áp dụng sơn Alkyd trên một lớp sơn Latex. Nếu muốn sơn một khu vực mà không cần chuẩn bị nhiều hoặc không muốn loại bỏ lớp sơn cũ, sơn Alkyd là lựa chọn tốt nhất của bạn. Nếu bạn muốn sử dụng sơn Latex thay cho sơn Alkyd, bạn phải chuẩn bị bề mặt trước và sơn lót.
Sơn Alkyd dày và mang lại lớp sơn bền trên mọi bề mặt. SVTH: TRẦN VĂN CHÍ GVHD: TS. NGUYỄN VŨ VIỆT LINH 7 1. Quy trình sản xuất sơn Alkyd béo từ dầu lanh Bước 1: Nhập liệu: Trước khi sử dụng, dầu lanh được làm sạch bằng cách để lắng trong bồn tách tạp chất.
Dầu lanh và glycerol từ bồn chứa bơm lên thùng định lượng rồi chảy vào nồi nấu nhựa theo lượng đã tính. Bước 2: Nấu monoglyceride: Gia nhiệt, mở cánh khuấy, mở nước qua thiết bị ngưng tụ. Khi đạt 180oC thì cho PbO vào từ từ để thúc đẩy khả năng phản ứng và tránh sự sôi trào khi cho xúc tác vào cùng lúc với một lượng lớn. Tiếp tục gia nhiệt đến 230oC để tăng tốc độ phản ứng chuyển hóa monoglyceride.