CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SƠN 1. Khái quát lịch sử ra đời của sơn Sơn (hoặc có thể gọi là chất phủ bề mặt) được dùng để trang trí mỹ thuật hoặc bảo vệ các bề mặt vật liệu cần sơn. Sơn có lịch sử xuất hiện từ rất sớm trong nền văn minh nhân loại từ những bức vẽ trên hang động của người tiền sử. Mãi đến thế kỷ 13 sau công nguyên các nước khác của Châu Âu mới biết đến công nghệ sơn này và đến cuối thế kỷ 18 mới bắt đầu có các nhà sản xuất sơn chuyên nghiệp do yêu cầu về sơn tăng mạnh.
Ban đầu sơn có nguồn gốc từ thiên nhiên như sơn dầu thực vật, cánh kiến. Sau được thay thế bằng các nguồn nguyên liệu đi từ dầu mỏ với nhiều tính năng vượt trội. Trong 60 năm trở lại đây, những loại sơn cao cấp trong công nghiệp đều dùng sơn từ nhựa tổng hợp như: nhựa gốc amin, nhựa polyester…[6] 1. Định nghĩa về sơn Sơn là hoá chất mà sau khi khô tạo nên trên bề mặt vật được sơn một lớp màng kín, bám chắc vào bề mặt vật liệu nhằm mục đích chính là bào vệ , trang trí và ngoài ra còn một số tác dụng đặc chủng khác.
Mục đích bảo vệ: lớp màng mỏng sơn cách li vật với môi trường bên ngoài, như tia tử ngoại, ăn mòn axit , ăn mòn điện hoá. tăng khả năng chịu mài mòn, và đập. Mục đích trang trí: vật được bao phủ máng sơn có màu sắc đẹp, tăng độ bóng, làm mẫu mã của sản phẩm phong phú hơn. Một số tác dụng đặc chủng khác của sơn như: sơn có tác dụng phản quang, sơn chịu nhiệt.
Phân loại sơn Sơn có thể phân loại theo nhiều cách: - Theo mục đích sử dụng - Theo hệ dung môi - Theo bản chất hóa học của chất tạo màng SVTH: Nguyễn Đức Huy Trang 1 GVHD: TS.Nguyễn Quang Khuyến 1. Phân loại theo mục đích sử dụng Phân loại theo mục đích sử dụng gồm có: - Sơn phủ trang trí - Sơn bảo vệ - Sơn dùng cho các mục đích khác 1. Phân loại theo bản chất hoá học của chất tạo màng Theo bản chất hoá học của chất tạo màng, sơn được phân loại như sau: Gốc hệ sơn vô cơ: - Hệ sơn vôi - Hệ sơn silicat Gốc hệ sơn hữu cơ: chia thành 16 loại sau - Hệ sơn polyester - Hệ sơn dầu - Hệ sơn thiên nhiên - Hệ sơn phenol formaldehit - Hệ sơn bitum - Hệ sơn ankyd - Hệ sơn amin - Hệ sơn gốc nitro - Hệ sơn nitro xenlulo - Hệ sơn covinyl - Hệ sơn vinyl - Hệ sơn acrylat - Hệ sơn epoxy - Hệ sơn polyurthan - Hệ sơn silicon - Hệ sơn cao su SVTH: Nguyễn Đức Huy Trang 2 GVHD: TS.Nguyễn Quang Khuyến 1. Phân loại theo môi trường phân tán Theo môi trường phân tán chất tạo màng, sơn được phân thành các loại sau: Hệ sơn dung môi - Phân tán hoặc hoà tan trong nước - Phân tán hoặc hoà tan trong dung môi hữu cơ Hệ sơn không dung môi - Phân tán đều trong bột - Tự phân tán (Ví dụ: Nhựa lỏng) 1.
Thành phần sơn Trong sơn gồm những thành phần cơ bản sau: 1. Chất tạo màng Chất tạo màng là yếu tố quan trọng nhất quyết định tính chất của sơn. Chất tạo màng đề cập đến là polymer tổng hợp. Yêu cầu của chất tạo màng là: - Tạo màng liên tục, bám dính tốt, co giãn - Bền với nhiệt độ, kháng các tác nhân hóa học - Khả năng hòa tan trong dung môi Khi chọn chất tạo màng cần xem xét các khía cạnh ảnh hưởng đến tính chất của polymer: - Khối lượng phân tử: ảnh hưởng đến độ bền cơ học (khả năng chịu nhiệt, đàn hồi, độ cứng) - Mức độ đồng đều về khối lượng phân tử: sẽ phân loại chất lượng sản phẩm cao hay thấp và có thể quyết định được thông qua chọn mua nguyên liệu - Cấu tạo của cao phân tử: khi sản xuất sơn không sử dụng polyme r có cấu trúc không gian do không có khả năng hòa hay nóng chảy nên chỉ sử dụng polymer mạch thẳng nhiệt rắn - Thành phần hóa học và độ phân cực: sẽ cho các tính chất đặc biệt của sơn và khả năng hòa tan vào dung môi SVTH: Nguyễn Đức Huy Trang 3 GVHD: TS.Nguyễn Quang Khuyến 1.
Dung môi Dung môi thường là các chất thường là các hidrocacbon mạch thẳng hay vòng, xeton este… là các chất dễ bay hơi, có tác dụng hòa tan và tạo môi trường phân tán cho các chất. Hiện nay thường sử dụng dung môi sau: - Xylen: là hidrocacbon thơm có công thức C 8 H 10 - ZA1 : là các hidrocacbon mạch thẳng Yêu cầu chung với dung môi: - Hoà tan được chất tạo màng, tạo được một dung dịch có độ nhớt thích hợp - Bay hơi sau khi sử dụng không nằm lại bên trong màng sơn - Rẻ tiền, dễ kiếm, ổn định, ít độc hại với môi trường và con người Ô nhiễm môi trường là vấn đề được toàn cầu quan tâm, dung môi trong sơn bay hơi tạo ra sự lãng phí và ô nhiễm. Để phù hợp với các tiêu chuẩn xanh, giải pháp là sơn có dung môi là nước hay sơn không có dung môi. Nếu dung môi là nước thì trong ơ s n c ần có các nhóm chức phân cực như sunfat, hidrat …Dung môi là nước gây khó khăn trong việc chống rêu mốc, chống rỉ.
Nếu sử dụng sơn bột: khó khăn trong việc sử dụng ta phải dùng dòng đi ện một chiều nhiễm điện âm cho sơn, nhiễm điện dương cho vật liệu cần sơn. Cho sơn vào máy phun. Sau khi phun sơn xong, đem vật liệu sấy ở 2000C. Ngoài ra còn dòng sản phẩm sơn bột đóng rắn bằng tia cực tím.
Tốc độ bay hơi của dung môi cần lựa chọn phù hợp tránh chọn dung môi bay hơi quá nhanh sẽ dễ gây cháy nổ, khó bảo quản đồng thời làm giảm khả năng bám dính của sơn. Song khi dung môi bay hơi chậm làm tăng thời gian thi công và khó đảm bảo lượng dung môi còn ưl u l ại trong màng sơn giảm mỹ quan lẫn tính năng sơn. SVTH: Nguyễn Đức Huy Trang 4 GVHD: TS.Nguyễn Quang Khuyến 1. Chất pha loãng Chất pha loãng giúp tăng thể tích và điều chỉnh độ nhớt của sơn.
Yều cầu khi chọn chất pha loãng: - Tốc độ bay hơi lớn hơn dung môi - Giảm được chi phí khi thay thế một phần dung môi - Có khả năng hòa tan polymer khi sử dụng chung với dung môi Khi sử dung chất pha loãng cần chọn tỷ lệ thích hợp giữa lượng dung môi và lượng chất pha loãng. Bột màu Bột màu sử dụng trong vật liệu sơn là những hạt mịn có khả năng phân tán tốt trong nước, trong dung môi và trong chất tạo màng. Bột màu giúp tăng yếu tố thẩm mỹ. Yêu cầu chung khi chọn bột màu: - Độ che phủ - Bền nhiệt, bền ánh sáng và bền dung môi - Không phản ứng với các thành phần trong sơn Có nhiều dạng màu được hình thành từ các oxit kim loại, các muối vô cơ, các hợp chất màu hữu cơ.
Bột màu vô cơ Ưu điểm: chi phí thấp, bền nhiệt và không phản ứng với các polymer Nhược điểm: màu sắc kém tươi sáng - Màu trắng : TiO 2 , ZnO… - Màu xanh lá cây: Cr 2 O 3 , các hợp chất của Fe(II) và Co(II). - Màu vàng: PbCrO 4 , Fe(OH) 3 … Trong đó màu trắng TiO 2 và màu đen cacbon luôn là lựa chọn không thể thay thế. Bột màu hữu cơ Ưu điểm: độ phân tán đồng đều, đậm màu, tinh khiết và có màu sáng hơn SVTH: Nguyễn Đức Huy Trang 5 GVHD: TS.Nguyễn Quang Khuyến Nhược điểm: giá thành cao, độ bền nhiệt và bền ánh sáng thấp hơn bột màu vô cơ Do vậy bột màu hữu cơ chiếm ưu thế trong các tông màu sáng như đỏ, vàng, lục, tím… c. Paste màu Là các chất màu cơ bản (vô cơ hoặc hữu cơ) bán thành phẩm đã được nghiền mịn sẵn thành dạng nhão , sệt, khi sử dụng pha sơn ta chỉ cần phân tán chúng vào paste trắng, điều khiển độ đậm nhạt của màu sơn theo ý muốn.
Chất độn Bột độn là các chất dạng bột mịn , màu trắng hoặc màu rất nhạt. Bột độn ngoài việc ngoài việc giảm giá thành còn cải thiện tính kỹ thuật của sơn như tạo độ phủ giả , nâng cao độ bền của lớp phủ và các đặc tính khác. Các chất độn thường được sử dụng: BaSO 4 , CaCO 3 , SiO 2 …chịu mài mòn, chống cháy, chịu axit.6 Chất phụ gia Chất phụ gia là những chất được cho vào sơn với những lượng nhỏ ít hơn 2% nhưng làm thay đổi các thuộc tính của sơn một cách rõ rệt. Có rất nhiều loại phụ gia: - Chất đóng rắn: Nhiều loại sơn tuỳ theo yêu cầu mà cần thêm 1 chất để kích thích nhanh quá trình khô.
Khiđó ta c ần dùng đến quá trình đóng r ắn. Chất đóng rắn thúc đẩy nhanh quá trình tạo màng. Nếu là sơn khô hoá học ta phải cho phụ gia làm tăng tốc độ phản ứng hoá học. - Khi nghiền gặp khó khăn do độ nhớt quá lớn ta phải thêm phụ gia làm giảm độ nhớt để quá trình nghiền dễ dàng hơn.
- Chất chống lắng: Khi sản xuất sơn, bột màu thường lắng xuống đáy, ta phải dùng chất phụ gia chống lắng. Chất phụ gia chống lắng là chất hoạt động bề mặt, một đầu của các phân tử chất phụ gia bám vào nhựa, một đầu bám vào bột màu giúp cho chất màu không bị lắng xuống. Khi sơn nh ững vật liệu dùng trong các môi trường như axit, kiềm … cần cho thêm chất phụ gia chống ăn mòn đ ể sơn bảo vệ vật liệu tốt hơn. SVTH: Nguyễn Đức Huy Trang 6 GVHD: TS.Nguyễn Quang Khuyến - Chất hoạt hóa sức căng: giúp tăng độ bám dính của màng, tạo sức căng của màng - Ngoài ra còn nhiều chất khác như chất chống oxy hóa, chất diệt khuẩn… 1.
Chất hóa dẻo Chất hóa dẻo là những chất tăng độ mềm của màng sơn và tăng co giãn hơn. Yêu cầu khi chọn chất hóa dẻo: - Ổn định hóa học - Bền ánh sáng, bền nhiệt, ít bay hơi - Không màu, trung tính - Có khả năng hòa tan polymer 1. Quy trình sản xuất sơn Các công đoạn sản xuất sơn bao gồm: - Phối trộn tạo paste: Khuấy trộn bột màu với một lượng dung dịch thích hợp chất tạo màng, tạo hỗn hợp ở dạng paste có độ nhớt thích hợp. - Nghiền paste: mục đích là phân tán tốt bột màu, tạo độ mịn cho sơn.
- Pha trộn: pha trộn paste với các thành phần còn lại của đơn pha chế, chỉnh màu cho đạt yêu cầu.