Hóa-học-chất-tạo-màng-và-sơn-2020-2021-cho-K62-1.ppt

\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\hóa học chất tạo màng và sơn \d\ành \\ho kooi

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
HÓA HỌC CHẤT TẠO MÀNG VÀ S ƠN
Tậpthể hướng dẫn:
1. PGS. TS. Bạch
Trọng Phúc
2. TS. Nguyễn Thanh
Liêm
PGS.TS Bạch Trọng Phúc
Hà Nội, 2021

2. CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Lịch sử phát triển của sơn
- Phát hiện về những bức tranh tại các hang động ở Altamira (Tây
Ban Nha) và Lascaux (Pháp) được vẽ trên các vách hang mô tả
cảnh săn bắn với bột mầu từ oxit sắt và oxit Mn cách bây giờ
25.000 – 30.000 năm BC.
- Người Ai Cập cổ đại đã tạo ra bột mầu tổng hợp đầu tiên vào
5.000 BC từ các vật liệu dạng khoáng và các chất kết dính như
gôm Arabic, gielatin
- 1.000 BC – 400 AC tạo vecni từ các loại dầu khô chủ yếu để
sơn đồ gỗ
- 1867 sơn thương mại bắt đầu xuất hiện

3. - 1909: tổng hợp ra nhựa phenol-fomandehyt
- Hiện nay, sử dụng hơn 2700 loại nhựa làm chất tạo màng, 700
loại dầu, 2000 loại bột mầu, 1000 loại dung môi và gần 600 chất
phụ gia.

4. 1.2. Thành phần của sơn
Sơn thường gồm 4 thành phần : chất tạo màng, bột mầu, dung
môi và chất phụ gia.
1.2.1. Chất tạo màng: đây là pha liên tục trong 1 màng sơn và
quyết định chủ yếu đặc tính bảo vệ và các đặc tính cơ học chung
của màng. Chất tạo màng chủ yếu là vật liệu hữu cơ,chỉ có lượng
nhỏ chất vô cơ được sử dụng. Chất tạo màng được sắp xếp dựa
theo khối lượng phân tử hoặc có thể chia thành 2 nhóm: chất tạo
màng biến đổi và chất tạo màng không biến đổi.
1.2.2. Bột mầu: bột mầu là chất rắn mịn với kích thước hạt trung
bình thay đổi từ 0,2 – 10 µm. Chúng có thể là chất vô cơ hoặc
hữu cơ,có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp

6. 1.2.3.Dung môi: đây thường là những chất lỏng hữu cơ bay hơi,
hòa tan được chất tạo màng trong môi trường sơn. Dung môi
thường bao gồm: hydrocacbon mạch thẳng, hydro cacbon thơm,
rượu, este, ete, xeton, nước...Lựa chọn dung môi cho sơn phụ
thuộc vào các thông số: độ hòa tan, độ bay hơi, độ độc,
kharnawng cháy nổ, gia thành…
1.2.4. Các chất phụ gia: những loại chất đặc biệt được đưa vào
sơn với khối lượng nhỏ để khắc phục những nhược điểm của sơn
được gọi là chất phụ gia. Các chất phụ gia có thể là: chất chống
lắng, chống tạo váng, chất phân tán bột mầu,chất hoạt động bề
mặt, chất chống tia UV, chất chống mốc, chất chống rỉ…

7. 1.3. Phân loại sơn
Sơn có thể được phân loại theo bản chất của bột mầu, theo chất
tạo màng, cơ chế đóng rắn, theo đặc tính sử dụng…Cách phân
loại phổ biến là dựa vào chức năng áp dụng.
- Loại độn: thường chứa nhiều bột mầu, sử dụng để điền đầy lỗ
khuyết tật trên bề mặt (fillers) và tạo ra bề mặt thô cho quá trình
sơn tiếp theo (stoppers)
- Loại bít kín: vật liệu có độ nhớt thấp,không nhất thiết phải có
bột mầu, chủ yếu để thấm vào và bịt kín lỗ rỗ của bề mặt
- Sơn lót: loại sơn giầu bột mầu, áp dụng đầu tiên trên bề mặt nền
- Sơn trung gian: sơn có bột mầu, áp dụng trên lớp bít kín hoặc
lớp sơn lót. Sơn trung gian thường có hàm lượng bột mầu cao.

8. - Sơn phủ: màng phủ cuối cùng của hệ thống sơn mà thành phần
phải đáp ứng được về độ bền cao và giá trị mỹ thuật. Sơn phủ
thường chứa bột mầu mặc dù không có bột mầu cũng có thể được
sử dụng.
- Sơn tạo độ dầy cao: thường chứa nhựa để tạo ra màng phủ dầy
mà khi sơn không bị võng hoặc lượng song trên bề mặt thẳng
đứng.
- Sơn có hàm rắn cao: sơn chỉ chứa một lượng nhỏ dung môi sao
cho độ co ngót của màng khi khô là nhỏ nhất.
- Sơn không dung môi: sơn dựa trên những nhựa lỏng có độ nhớt
thấp và được sử dụng ở những nơi dung môi bị cấm.

10. CHƯƠNG 2. CÁC CHẤT TẠO MÀNG
2.1. Giới thiệu
Chất tạo màng là thành phần chủ yếu của vật liệu sơn. Một khối
lượng rất lớn các chất tạo màng mà trước đây hay được gọi là
polyme, nhựa hoặc chất mang được sử dụng trong sơn. Việc hình
thành màng xảy ra khi các chất tạo màng lỏng chuyển thành một
màng rắn. Sự chuyển lỏng-rắn này có thể được thực hiện bởi một
phản ứng hóa học (ví dụ quá trình đóng rắn) hoặc sự bay hơi của
dung môi chứa chất tạo màng hòa tan trong đó. Do đó, bản chất
của chất tạo màng sẽ quyết định cơ chế hình thành màng sơn.

11. 2.2. Dầu thảo mộc và axit béo
2.2.1. Khái niệm và phân loại dầu thực vật:
Được trích ra từ các cây dầu thực vật. Thành phần chủ yếu là
những triglyxerit (lớn hơn 95%), là sản phẩm este của glyxerin
và axit béo.
Sự khác nhau của các loại dầu chủ yếu do sự khác nhau của các
axit béo

12. Axit béo: không no và no
- Phân loại dầu thực vật: trong công nghiệp sơn, thường chia dầu
thực vật thành 5 nhóm chính (nhóm dầu có khả năng khô rất cao -
nhóm dầu trẩu, nhóm dầu khô - nhóm dầu lanh, nhóm dầu bán
khô – nhóm dầu anh túc, nhóm dầu không khô – nhóm dầu oliu
và dầu không khô – nhóm dầu ve)

13. 2.2.2. Chế biến dầu thảo mộc: mặc dù dầu thực vật có thể khô
trong không khí để tạo thành màng mỏng, song chất lượng của
những màng này không cao (ít bóng, độ cứng và độ bền thấp). Để
tăng tính chất cần phải thực hiện chế biến sơ bộ ban đầu.
+ Oxy hóa dầu thực vật: tiến hành ở nhiệt độ từ 90 – 150 độ C
trong một vài giờ. Sản phẩm có độ nhớt, khối lượng phân tử , độ
nhớt cao hơn dầu ban đầu. Mạch phân tử có chứa các nguyên tử
oxy.
+ Trùng hợp nhiệt dầu thực vật: tiến hành ở nhiệt độ lớn hơn 200
độ C, thường từ 250 đến 280 độ C, trong một vài giờ, trong môi
trường khí trơ. Sản phẩm cũng giống như ở oxy hóa dầu nhưng
cấu trúc mạch phân tử có khác.

16. 2.3. Nhựa alkyt
Nhựa alkyt là loại nhựa tổng hợp được dùng nhiều nhất trong
công nghiệp sơn. Chúng là nhóm lớn nhất của polyeste bao gồm
tất cả các sản phẩm của sự este hóa giữa polyaxit và polyol.
Alkyt khác với các polyeste khác là nó chứa một axit béo đơn
chức trong phân tử. Phụ thuộc hàm lượng dầu trong nhựa alkyt
(độ béo của nhựa) mà chia alkyt thành 3 loại: OL<40 alkyt gầy;
OL =40-60 alkyt trung bình; OL> 60 alkyt béo
2.3.1. Nguyên liệu đầu: polyaxit, polyol, dầu thực vật
2.3.2. Các phương pháp tổng hợp nhựa alkyt: thường có 3
phương pháp tổng hợp
+ Phương pháp monoglyxerit (phương pháp ancol phân) thực
hiện theo 2 giai đoạn

17. +Phương pháp axit béo: chỉ xảy ra theo 1 giai đoạn
+ Phương pháp axit hóa: dùng cho axit izophtalic và cũng trải
qua 2 giai đoạn

18. 2.3.3. Biến tính nhựa alkyt: có thể biến tính với uretan, polyamit,
với silicon, với nhựa phenol-fomandehyt, với hợp chất vinyl.

19. 2.4. Nhựa phenol-fomandehyt
Nhựa phenol-fomandehyt thường là sản phẩm đa tụ của phenol
với fomandehyt. Do sự đa dạng của các dẫn xuất phenol và
fomandehyt cũng như những tính chất liên quan đến nhân thơm
(độ bền nhiệt, độ bền hóa học…) mà những loại nhựa này được
sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.
2.4.1. Nguyên liệu đầu và phân loại nhựa phenol-fomandehyt
- Phenol: phenol cũng như dẫn xuất của nó như o, p, m – cresol,
xylenol, tert-butyl phenol hoặc phenol 2 chức như rezoxin,
diphenylol propan…đều có thể sử dụng được để tổng hợp nhựa
phenol-fomandehyt.

20. - Fomandehyt: CH2O là chất khí, thường hay sử dụng dưới dạng
hòa tan trong nước (formalin –với hàm lượng fomandehyt
khoảng 37%).
- Parafoc: là dạng tinh thể,phân hủy khi bị đun nóng. Đôi khi
parafoc được sử dụng để làm nguyên liệu đầu khi tổng hợp
phenol-fomandehyt thay thế cho formalin.
Các oligomer phenol-fomandehyt sử dụng trong công nghiệp có
thể phân thành các nhóm sau:
- Các oligomer phenol-fomandehyt chưa biến tính
- Các oligomer phenol-fomandehyt biến tính
- Các oligomer phenol-fomandehyt tan trong nước

21. 2.4.2. Cơ sở quá trình tổng hợp nhựa phenol-fomandehyt
Phenol phản ứng dễ dàng với fomandehyt trong môi trường axit
hoặc kiềm. Phản ứng đa tụ của phenol với fomandehyt tương đối
phức tạp, phụ thuộc vào môi trường cũng như tỷ lệ các cấu tử ban
đầu mà thu được các sản phẩm chứa từ 1 đến nhiều nhân phnolic.
- Trong môi trường axit và tỷ lệ mol giữa fomandehyt và phenol
<1 sẽ tạo thành nhựa novolac.Nhựa novolac có khối lượng phân
tử trung bình 600-700, mạch thẳng, là loại nhựa nhiệt dẻo, đóng
rắn bằng hecxametylen tetramin (urotropin) với lượng khoảng 8-
15%.
-Trong môi trường kiềm và tỷ lệ mol giữa fomandehyt và phenol
>1 sẽ tạo thành nhựa rezolic. Nhựa rezolic có khối lượng phân tử

22. khoảng 700-800, trong mạch chứa nhiều nhóm metylol nên
rezolic có thể ngưng tụ với nhau khi tăng nhiệt độ hoặc tác dụng
xúc tác để tạo mạng lưới không gian.

24. 2.4.3. Ứng dụng nhựa phenol-fomandehyt
Nhựa phenolic hay được sử dụng trong sơn chống ăn mòn do có
độ bám dính cao, chịu nước, bền hóa chất, bền nhiệt, cách điện.
Nhựa phenolic không biến tính thường cho màng phủ giòn nên
thường dùng với các chất hóa dẻo thích hợp. Các lĩnh vực ứng
dụng quan trọng nhất của nhựa phenolic là vecni, sơn lót ô tô,
màng phủ cho bể chứa bằng kim loại, sơn cho tầu biển và mực in.
2.5. Nhựa epoxy
2.5.1. Giới thiệu: Nhựa epoxy là hợp chất cao phân tử có chứa
một hay nhiều nhóm epoxy rong mạch. Đây là một trong những
chất tạo màng quan trọng trong công nghiệp sơn.
2.5.2. Các phương pháp tổng hợp nhựa epoxy

25. Có 3 phương pháp cơ bản được sử dụng trong công nghiệp để
điều chế nhựa epoxy:
- Phản ứng của hợp chất cho proton với epyclohydrin
- Epoxy hóa các hợp chất không no
- Trùng hợp hoặc đồng trùng hợp các monome không no có chứa
nhóm epoxy .

26. - Nhựa epoxy dian: đây là loại nhựa phổ biến nhất và quan trọng
nhất của nhựa epoxy sử dụng trong màng phủ,được tổng hợp từ
phản ứng của bisphenol A với epyclohydrin

29. - Nhựa epoxy-novolac: nhựa epoxy-novolac được tổng hợp bằng
cách cho epyclohydrin tác dụng với nhựa phenol-fomandehyt
dạng novolac

31. - Các loại nhựa epoxy khác: ngoài các loại nhựa epoxy kể trên,
chúng ta còn gặp các dạng khác như: nhựa epoxy mạch thẳng
(giống nhựa epoxy dian, chỉ khác là không dùng bisphenol A mà
thay vào là các rượu đa chức như etylenglycol, glyxerin…), nhựa
epoxy mạch vòng no (hợp chất monome vòng chứa ít nhất 2
nhóm epoxy), nhựa epoxy este (sản phẩm biến tính giữa nhựa
epoxy dian và các axit béo đơn chức)

34. 2.5.3. Qua trình đóng rắn nhựa epoxy
Nhựa epoxy là một oligomer đa chức, chỉ chuyển sang trạng thái
không nóng chảy, không hòa tan dưới tác dụng của chất đóng rắn
(ngoại trừ nhựa epoxy este khô theo cơ chế khác). Các chất đóng
rắn phản ứng với các nhóm chức của nhựa epoxy (nhóm epoxy,
nhóm OH), đặc biệt là nhóm epoxy.
Các phản ứng chính của nhóm epoxy là cộng hợp với các hợp
chất chứa nguyên tử hydro hoạt động và trùng hợp của nhóm
epoxy theo cơ chế ion. Có 2 nhóm chất đóng rắn chính:
+ Chất đóng rắn cộng hợp (khâu mạch): đóng rắn nhờ phản ứng
hóa học của các hợp chất có nhóm chức hoạt động như các amin
bậc 1 và 2, các axit hữu cơ…với nhựa epoxy

35. + Chất đóng rắn tác dụng xúc tác: đóng rắn nhờ phản ứng trùng
hợp với việc mở vòng epoxy tạo ra cấu trúc 3 chiều (các bazo và
axit Lewis.
a. Chất đóng rắn cộng hợp: thuộc về nhóm này là các chất chứa
nguyên tử hydro hoạt động như amin mạch thẳng, amin thơm,
amin biến tính, polyamit, axit hữu cơ…

47. b. Chất đóng rắn có tác dụng xúc tác: nhựa epoxy tham gia phản
ứng đóng rắn kiểu trùng hợp xúc tác (trùng hợp anion và trùng
hợp cation)
- Chất đóng rắn xúc tác anion: những loại xúc tác này không
được thương mại hóa vì chúng cần thời gian đóng rắn dài và vật
liệu sau đóng rắn có điểm biến dạng nhiệt thấp. Các loại amin
bậc 3 là loại xúc tác anion được sử dụng rộng rãi để đóng rắn
nhựa epoxy

49. - Chất đóng rắn xúc tác cation: Thuộc về loại này là các axit
Lewis như BF3, SnCl4, TiCl4…trong đó quan trọng nhất là
BF3.Thường dùng phức chất của BF3 với amin khi đóng rắn nhựa
epoxy hệ bột hoặc cần nhanh

51. 2.5.4. Ứng dụng nhựa epoxy trong màng phủ: do sự đa dạng của
các loại nhựa epoxy cùng với các chất đóng rắn khác nhau nên
nhựa epoxy được sử dụng rất rộng trong các lĩnh vực. Nó được
sử dụng trong màng phủ công nghiệp,màng phủ epoxy-nhựa than
đá, sơn lót epoxy giầu kẽm…
2.6. Nhựa polyuretan
2.6.1. Giới thiệu
Polyuretan là các polyme chứa các liên kết uretan (-NH-CO-O-)
trong mạch phân tử. Uretan thường hình thành bởi phản ứng của
một alcohol với một izoxyanat,nhưng cũng có thể tổng hợp bởi
các phương pháp khác. Thông thường, các uretan được chế tạo
bởi 1 loại không phải izoxyanat thì được gọi là cacbamat.

53. 2.6.2. Nguyên liệu đầu
Các izoxyanat cơ bản để điều chế uretan là 2,4-
toluilendiizoxyanat (2,4-TDI) và hỗn hợp của nó với 2,6-izome.
Ngoài ra còn dùng 1,6-hecxametylendiizoxyanat (1,6-HMDI)
Các cấu tử chứa nhóm hydroxyl để tổng hợp uretan là các este,
ete, epoxy và các oligomer khác.

55. 2.6.3. Phân loại màng phủ uretan
Vật liệu sơn polyuretan được chia thành loại một và hai cấu tử.
Một nhóm đặc biệt là các oligomer uretan mà không chứa các
nhóm izoxyanat tự do: urankit, dầu uretan và uretan crylat. Mỗi
một loại đều có tính chất đặc biệt của mình, liên quan cấu trúc
hóa học ban đầu và cơ chế quá trình đóng rắn.

56. CHƯƠNG 3. Bột mầu và chất độn
3.1. Giới thiệu: Bột mầu là những hạt rắn mịn phân tán đều trong
môi trường sơn, tạo cho màng sơn có một số tính chất đặc biệt.
Tính quan trọng nhất của bột mầu là làm cho màng sơn có mầu
sắc nhất định, mất độ trong suốt. Ngoài ra, còn tăng độ bền màng
sơn, độ bám dính, độ chịu thời tiết, tăng khả năng chống ăn mòn,
giảm độ bóng và biến đổi tính chảy.
3.2. Phân loại bột mầu và bột độn: Bột mầu có thể phân thành bột
mầu vô cơ và bột mầu hữu cơ. Bột mầu vô cơ có thể gặp trong tự
nhiên hoặc tổng hợp, nhưng bột mầu hữu cơ đến bây giờ,tất cả
đều là dạng tổng hợp.

57. 3.3. Bột mầu
3.3.1. Các đặc tính vật lý và hóa học chung
- Mầu sắc
- Cấu trúc tinh thể
- Hình dạng hạt
- Kích thước hạt và phân bố kích thước hạt
- Chiết suất
- Bản chất hóa học
3.3.2. Bột mầu vô cơ
+ Bột mầu trắng: - Dioxyt titan
- Oxyt kẽm
- Sunfua kẽm

58. - Lithopon
- Chì trắng
- Oxyt antimon
+ Bột mầu đen
- Cacbon black
- Graphit
- Oxyt sắt đen
+ Bột mầu mang mầu sắc khác (xanh, đỏ, vàng…)
+ Bột mầu từ các oxyt và hydroxyt
- Bột mầu từ oxyt sắt: oxyt sắt nâu Fe2O3, oxyt sắt vàng
FeO(OH), oxyt sắt đỏ FeO
- Bột mầu oxyt crom: bột mầu xanh oxyt crom Cr2O3

59. - Bột mầu hỗn hợp oxyt kim loại: ví dụ như MgAl2O4,
Zn(TiZn)O4, CoAl2O4, ZnFe2O4…được tổng hợp bằng phản ứng
của các cấu tử trong trạng thái rắn ở 800 – 1400 độ C
- Bột mầu cadimi: cadimi vàng, cadimi đỏ
- Bột mầu cromat: cromat chì, cromat kẽm

62. 3.3.3. Bột mầu hữu cơ
+ Các đặc tính của bột mầu hữu cơ
- Độ bền mầu
- Cường độ
- Hoạt tính
- Độ phân tán
+ Các loại bột mầu hữu cơ
- Bột mầu azo: là nhóm bột mầu hữu cơ sử dụng rộng rãi nhất.
Bột mầu azo chia thành 3 nhóm (azo, azo kết tủa và azo ngưng
tụ).
- Bột mầu trên cơ sở phẩm nhuộm
- Bột mầu phthloxyanin

69. 3.4. Bột độn
Chất độn được định nghĩa như bột mầu vô cơ có chỉ số khúc xạ
thấp (<1,65) và độ phủ không đáng kể. Chúng thường có mầu
trắng hoặc xám nhẹ. Các chất độn có thể xếp theo nhóm: sunphat,
cacbonat, oxit và silicat. Chất độn có thể được sản xuất bằng một
trong 2 cách: từ khoáng thiên nhiên hoặc tổng hợp
3.4.1. Bột độn dạng sunphat: sunphat bari và sunphat canxi
3.4.2. Bột độn dạng cacbonat: cacbonat canxi
3.4.3. Bột độn dạng oxit: silica (dioxit silic)
3.4.4. Bột độn dạng silicat: clay (kaolin), silicat magie (talc),
silicat canxi và mica

71. CHƯƠNG 4. Dung môi và chất hóa dẻo
4.1. Dung môi
4.1.1. Định nghĩa:
Một dung môi có thể được định nghĩa như một chất lỏng hòa tan
một chất rắn hoặc không rắn để tạo một dung dịch. Thường một
dung môi hòa tan nhựa, nhưng để điều chỉnh sự chảy, tốc độ bay
hơi, hoặc các đặc tính khác thì cần 1 chất lỏng mà không có tác
động giống dung môi đối với chất rắn phân tán. Một chất lỏng
như vậy được gọi bằng thuật ngữ diluent. Khi thêm từ từ một
diluent vào vecni thì sẽ đạt 1 điểm mà tại đó chất rắn phân tán sẽ
kết tủa nếu thêm diluent nữa vào. Dung môi pha loãng (thinner)
thường được thêm vào sơn để tăng độ chảy, phù hợp với quét.

72. Khác với diluent, thinner có hoạt tính dung môi đến nhựa phân
tán hoặc chất rắn khác và không gây ra kết tủa.
4.1.2. Các đặc tính chung của dung môi
- Áp suất hơi
- Điểm sôi
- Tốc độ bay hơi
- Khả năng hòa tan
- Tính trộn lẫn
- Độ nhớt
- Độ bắt cháy, điểm chớp sáng và giới hạn nổ
- Độ độc hại
- Các đặc tính khác: tỷ trọng, mầu sắc, độ ẩm, tính kiềm hoặc axit

78. 4.1.3. Các loại dung môi
- Dung môi hydrocacbon: white spirit, VM&P naphta, toluen,
xylen
- Tecpen
- Dung môi chứa halogen: metylen clorua, etylen diclorit, triclo
etylen
- Rượu: methanol, etanol, isopropanol, n-butanol
- Este và ete: etyl axetat, butyl axetat, dietyl ete, diizopropyl ete
- Xeton: axeton, metyletylxeton, metylizobutylxeton.
- Dung môi khác: etylen glycol monoetylete (cellosolve)

81. 4.2. Chất hóa dẻo
Vai trò của chất hóa dẻo là tăng và duy trì tính mềm dẻo của
màng sơn nhất là các màng sơn dùng chất tạo màng giòn. Các
chất hóa dẻo có thể được trộn cơ học với polyme trong quá trình
chế tạo sơn (hóa dẻo ngoại) hoặc bằng phương pháp hóa học
thông qua các phản ứng với chất tạo màng (hóa dẻo nội).
4.2.1. Định nghĩa
Chất hóa dẻo thông thường là những chất có khối lượng phân tử
thấp, lỏng, khó bay hơi và trộn lẫn hoàn toàn với chất tạo màng.
4.2.2. Các loại chất hóa dẻo
Một số chất hóa dẻo: DOP, DBP, paraphin clo hóa…

82. CHƯƠNG 5. Các chất phụ gia
5.1. Giới thiệu: Phụ gia trong 1 thành phần sơn có ảnh hưởng chủ
yếu đến các đặc tính khác nhau của sơn. Các chất phụ gia có thể
thay đổi đặc tính của 3 thành phần sơn: chất tạo màng, bột mầu
và dung môi.
Chất phụ gia màng phủ là bất kỳ hợp chất nào mà khi thêm một
lượng nhỏ vào 1 vật liệu sơn thì sẽ cải thiện hoặc biến đổi đặc
tính của màng phủ hoặc của vật liệu sơn trong quá trình sản xuất,
lưu kho,vận chuyển hoặc áp dụng. Lượng chất phụ gia trong công
thức sơn thường ít khi > 5%. Tỷ lệ trung bình của 1 phụ gia trong
công thức thường khoảng 1,5% khối lượng sơn.

84. 5.2. Các loại chất phụ gia phổ biến sử dụng trong sơn
Có một lượng lớn các chất phụ gia màng phủ,chúng được phân
loại theo chức năng:
- Chất làm đặc: những chất phụ gia loại này ảnh hưởng đến đặc
tính lưu biến của sơn bởi sự tăng độ nhớt.
- Chất biến tính bề mặt: gồm chất phụ gia trượt và chất làm đầy
- Chất tạo bằng phẳng và chất kết tụ: nhóm này liên quan đến đặc
tính chảy.
- Chất phụ gia tác dụng xúc tác: loại này gồm có chất làm khô và
chất xúc tác.
- Chất phụ gia có hiệu quả đặc biệt: chất chống tạo màng, chất ổn
định ánh sáng, chất ức chế ăn mòn, biocides, chất chống cháy…

85. a. Chất thay đổi độ đặc: chất làm đặc thường bổ sung vào trước
giai đoạn phân tán (nghiền) của quá trình sản xuất sơn. Có thể sử
dụng chất làm đặc vô cơ và hữu cơ.
- Chất làm đặc vô cơ: clay hữu cơ (organoclay), silicat lớp biến
tính.
- Chất làm đặc hữu cơ: được sử dụng cho cả hệ sơn dung môi và
sơn phân tán trong nước (water-born coatings). Ví dụ: este
xenlulo, polyuretan biến tính, acrylic biến tính, hydrogenated
castor oil, polyamit.
b. Chất hoạt động bề mặt: là những chất mà khi thêm vào một
chất lỏng để tăng đặc tính lan tỏa hoặc thấm ướt bằng việc giảm
sức căng bề mặt. Những loại bề mặt thường gặp trong quá trình

86. sản xuất sơn.
Liquid/air: thấm ướt bề mặt, làm phẳng và hình thành màng, phá
bọt.
Solid/air: thấm ướt và ổn định bề mặt, thấm ướt bề mặt.
Liquid/solid: thấm ướt bề mặt.
Solid/solid: bám dính và cơ học sơn
- Chất hoạt động bề mặt anion: là các hợp chất lưỡng tính trong
đó phần kỵ nước liên quan đến nhóm anion. Chúng là các muối
sunphat, sunphonat, photphat và cacboxylat.
- Chất hoạt động bề mặt cation: là hợp chất lưỡng cực – các dẫn
xuất của axit béo amin với gốc kỵ nước dạng cation.

87. - Hợp chất không ion: là hợp chất lưỡng cực không phân ly thành
ion trong dung dịch lỏng. Ví dụ: alkyl polyglycol ete và alkyl aryl
polyglycol ete.
c. Chất biến tính bề mặt: làm thay đổi đặc tính cơ học và quang
học của màng phủ bề mặt.
d. Phụ gia tăng trượt bề mặt: Phụ gia được thêm vào công thức
sơn và chúng chuyển lên bề mặt sau khi áp dụng và tạo ra hiệu
quả trượt tương tự màng bôi trơn. Hai dạng phụ gia sử dụng:
polysiloxan và sáp.
e. Chất làm đầy: chức năng của chất làm đầy là thay đổi đặc tính
bóng của bề mặt sơn.. Các chất làm đầy: silica mịn vô định hình

88. tổng hợp, các silica mịn tự nhiên, các khoáng tự nhiên, bột
phấn…
f. Chất thay đổi tính chất chảy: sự chảy và cân bằng là sự chảy rõ
cho sự dịch chuyển của vật liệu sơn trước và sau khi áp dụng để
màng sơn hình thành. Các yếu tố khác nhau ảnh hưởng đến chảy
và cân bằng cũng như sự kết tụ tập trung ở đặc tính bề mặt.
- Phụ gia cân bằng: màng phủ thường được sử dụng để bảo vệ bề
mặt hoặc thay đổi dáng bề mặt (mầu, độ bóng…). Đặc tính mỹ
thuật của màng phủ phụ thuộc nhiều vào chảy và bằng phẳng.
Những phụ gia cân bằng hay dùng như polyacrylate, dẫn xuất
xenlulo, silicon…

89. - Chất kết tụ: Một chất kết tụ là 1 phụ gia cho hệ sơn nước chứa
các polyme phân tán. Chất kết tụ có chức năng làm hình thành
màng của polyme phân tán dưới các điều kiện áp dụng. Có hai
dạng chất kết tụ: hydrocacbon tinh khiết và sản phẩm có cực
nhiều hoặc ít như rượu, ete, este…
g. Phụ gia có tác dụng xúc tác: chất làm khô, xúc tác
h. Các phụ gia có tính năng đặc biệt: nhóm này là nhóm có chức
năng đặc biệt trong màng phủ, trong quá trình sản xuất, bảo quản
hoặc sử dụng. Chúng bao gồm chất chống tạo váng được sử dụng
trong màng phủ khô do trùng hợp oxy hóa và chất chống UV sử
dụng để chống lại tác hại của UV trong ánh sáng. Hoạt tính bảo
vệ của chất ức chế ăn mòn và biocide hoạt động trong vật liệu

90. sơn lỏng cũng như màng sơn khô. Chất chống cháy được sử dụng
trong sơn để ức chế oxy cũng như làm chậm quá trình cháy.
CHƯƠNG 6. Các yếu tố ảnh hưởng đến chế tạo sơn
6.1. Giới thiệu: Từ thời cổ xưa, sơn được chế tạo bằng cách trộn
nhựa thiên nhiên có từ cây thực vật với bột mầu từ trái đất hoặc
trích từ cây. Các thành phần này trộn lẫn với nhau trong một vài
dạng thùng chứa. Các loại sơn này không bền nhưng cho phép
con người dùng nó để trang trí nghệ thuật. Sơn hiện đại được chế
tạo phức tạp hơn nhưng vẫn bao gồm quá trình phân tán bột mầu
vào môi trường sơn.
6.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chế tạo sơn: Môi trường
sơn thường bao gồm vật liệu nhựa, đầu tiên được nạp

91. vào thiết bị nghiền với dung môi và bi nghiền. Tiếp tục cho bột
mầu và chất độn vào. Thiết bị hoạt động cho đến khi các hạt bột
mầu bị vỡ ra và phân tán đồng đều để tạo ra dạng paste nghiền.
Paste nghiền được bổ sung nhựa, dung môi và được chuyển vào
thùng điều chỉnh. Tại đây, các vật liệu khác được bổ sung để tạo
ra sản phẩm cuối cùng. Quá trình kiểm tra được thực hiện nhằm
điều chỉnh để sơn đạt các chỉ tiêu giống như đã thiết kế. Sơn
được lọc và đóng thùng. Như vậy, yếu tố quan trọng nhất trong
quá trình chế tạo sơn chính là quá trình phân tán (nghiền) bột
mầu tạo paste. Sự phân tán chính là 1 quá trình hóa lý tạo ra bề
mặt phân chia pha mới và kèm theo việc giảm năng lượng tự do
bề mặt của
các hạt bột mầu do sự hấp phụ lên phân tử chất tạo màng

93. Quá trình khuyếch tán bột mầu xảy ra theo 3 giai đoạn: thấm ướt,
nghiền mịn và phân tán.
a. Thấm ướt: Sự thấm ướt liên quan đến sự thay thế không khí và
nước bị hấp phụ ở bề mặt bột mầu bằng chất tạo màng. Sự thấm
ướt xảy ra ở cả bề mặt bên trong và bên ngoài của các hạt bột
mầu. Hiện tượng thấm ướt có thể được hiểu như là một quá trình
bao gồm việc bám dính,nhúng chìm và lan tỏa để làm ướt bề mặt.
Quá trình thấm ướt phụ thuộc vào bản chất của pha lỏng, đặc tính
của bề mặt bột mầu, kích thước các khe hở trong cụm hạt và cuối
cùng phụ thuộc vào bản chất quá trình cơ học sử dụng để trộn
lẫn các cấu tử

94. b. Nghiền hoặc phá vỡ tập hợp hạt: Thường các hạt bột mầu
không tồn tại như các hạt riêng lẻ mà thay vào đó là tập hợp hạt
hoặc kết tụ lại. Việc giảm các cụm này xuống các hạt riêng lẻ là
cần thiết để đạt được hiệu quả kinh tế và tính năng bột mầu. Việc
nghiền liên quan đến pha vỡ cơ học và phân chia cụm hạt thành
các hạt riêng rẽ. Nói chung, nghiền sau khi bột mầu đã được
thấm ướt.
c. Phân tán: Sự phân tán liên quan đến thời điểm các hạt bột mầu
đã thấm ướt khuyếch tán vào trong chất tạo màng lỏng. Quá trình
quan trọng này xảy ra chỉ sau khi 2 giai đoạn ban đầu hình thành.
Có 3 dạng lực tương tác chủ yếu tác động đến sự ổn định của môi
trường sơn.

95. 6.3. Một số phương pháp phân tán bột mầu vào sơn
Trước khi bột mầu được phân tán trong chất tạo màng, chúng cần
được lựa chọn đến kích thước µm (sàng, rây). Điều này tạo cho
sự khuyếch tán được đồng đều và đạt được hiệu quả. Hiệu quả sự
khuyếch tán phụ thuộc phần lớn vào việc sử dụng các thiết bị
nghiền và công thức phối trộn để nghiền.
Một số thông số quan trọng trong chế tạo sơn
- Để nhận biết 1 bột mầu có khả năng thấm ướt tốt chất tạo màng
(hoặc chất lỏng) hay không thì một thông số cần thiết là độ hấp
thụ dầu (OA). Độ hấp thụ dầu được hiểu như lượng chất mang
cần thiết cho vào lượng bột mầu khô nhất định để tạo paste.

96. Thường người ta hay dùng thực nghiệm bằng cách xác định số
lượng dầu lanh cần thiết cho vào 100g bột mầu để tạo paste.
+ Nồng độ thể tích bột mầu (PVC – pigment volume
concentration): PVC được định nghĩa như là tỷ số giữa thể tích
của bột mầu và thể tích hỗn hợp bột mầu+chất tạo màng (chỉ tính
theo hàm lượng phần rắn)

98. + Nồng độ thể tích bột mầu tới hạn (CPVC – critical pigment
volume concentration): CPVC được định nghĩa như mức độ hóa
bột mầu (PVC) trong một màng sơn khô nơi mà có đủ chất tạo
màng để điền đầy khoảng trống giữa các hạt bột mầu. Cao hơn
CPVC, độ xốp của màng sơn tăng nhanh. Giá trị CPVC phụ
thuộc vào kích thước hạt, phân bố kích thước hạt và hình dáng
của các hạt bột mầu và chất độn.

99. + Độ hấp thụ dầu (OA – oil adsorption) được xác định với dầu
lanh (loại chất lượng đặc biệt với chỉ số axit khoảng 2,8
mgKOH/g).

100. CHƯƠNG 7. Chuẩn bị bề mặt và các phương pháp sơn
Một màng phủ được áp dụng trên một vật thể để thể hiện hình
thái của nó và để bảo vệ nền vật thể. Màng sơn sẽ đóng vai trò
như một màng chắn đối với hơi ẩm, nhưng nếu bề mặt màng phủ
bị phá hủy, thép trần bị hở ra và ăn mòn có thể hình thành và lan
rộng. Sự bám dính của màng phủ và độ bền ăn òn của sản phẩm
phụ thuộc vào sự chuẩn bị bề mặt.
7.1. Chuẩn bị bề mặt
7.1.1. Giới thiệu: Chuẩn bị bề mặt vật cần sơn liên quan đến việc
làm sạch bề mặt đó và tiền xử lý. Một bề mặt được chuẩn bị tốt
đã là một thành công để thu được tính chất bảo vệ khu sử dụng
sơn phủ bề mặt. Rất khó đưa ra một phương pháp riêng biệt vì

101. chúng phụ thuộc vào bản chất bề mặt cần sơn, loại chất làm bẩn
trên bề mặt, loại sơn sử dụng. Kỹ thuật xử lý bề mặt (làm sạch và
tiền xử lý) phụ thuộc vào dạng chất làm bẩn và loại vật liệu nền.
Có thể chia ra thành các phương pháp chính: phương pháp cơ
học, làm sạch bằng hóa chất (dung môi, kiềm, axit, chất hoạt
động bề mặt hoặc nhũ tương) và chuyển hóa hóa học.
7.1.2. Các phương pháp xử lý bề mặt
+ Phương pháp cơ học: những phương pháp này thường liên quan
đến việc loại bỏ cặn bẩn nhưng đặc biệt có ích với bề mặt gồ ghề
không bằng phẳng. Có thể thực hiện bằng tay, máy, bằng ngọn
lửa hoặc bằng thiết bị phun cát.

106. + Làm sạch bằng hóa chất: Kỹ thuật này dùng để loại bỏ các chất
béo, dầu, sáp và những vật liệu hữu cơ khác trên bề mặt

108. - Tẩy gỉ bằng axit: tẩy gỉ được định nghĩa như 1 quá trình loại bỏ
oxit bằng cách chuyển chúng thành các hợp chất hòa tan khi sử
dụng axit để xử lý bề mặt kim loại. Với thép, có thể chọn tẩy gỉ
bằng axit sunfuric (5-10% ở 95 độ C từ 2-10 phút) hoặc bằng
HCl (1-10%, 20-50 độ C, 1-5 phút).
- Xử lý bề mặt bằng chuyển hóa hóa học
Những phương pháp này đóng vai trò thụ động hóa đối với bề
mặt kim loại và do đó làm tăng độ bám dính đối với màng phủ.
Việc này cũng cho sự bảo vệ tốt hơn của bề mặt đối với sự ăn
mòn. Phot phat hóa và cromat hóa là các phương pháp sử dụng
phổ biến phủ kim loại

109. + Phot phat hóa: màng phủ phot phat được sử dụng như một lớp
lót cho sơn. Việc xử lý bề mặt kim loại để tạo ra 1 màng tinh thể
phot phat kim loại không hòa tan bám chặt lấy bề mặt kim loại.
Những màng như vậy ảnh hưởng đến độ cứng bề mặt và đặc tính
điện cử nền kim loại. Phot phat hóa cũng được sử dụng để bảo vệ
kim loại kẽm, nhôm, catmi và magiê. Phot phat hóa tạo ra hình
thành các phot phat bậc 1, bậc 2 và bậc 3 của sắt hóa trị 2, magiê
và kẽm (bậc 1-hòa tan, bậc 2-ít tan và bậc 3 hoàn toàn không hòa
tan). Mục đích của quá trình là kết tụ phot phat bậc 3 trên bề mặt
kim loại.

114. + Cromat hóa: quá trình tạo thành 1 màng hỗn hợp của oxit crom
kim loại. Những màng này làm tăng bảo vệ ăn mòn và xúc tiến
sự bám dính của sơn. Cromat hóa thích hợp cho một loạt kim loại
(Al, Cu, Zn, Sn, Mg…) với chiều dày màng trong khoảng 0,1-10
µm

115. 7.2. Các phương pháp sơn
7.2.1. Giới thiệu: Có nhiều phương pháp để tạo một màng phủ
sơn trên bề mặt nền. Việc lựa chọn phương pháp phụ thuộc vào
nhiều yếu tố: vật liệu sơn là đặc nhớt, lỏng hay bột, màng phủ
dầy hay mỏng…bản chất của bề mặt nền cũng rất quan trọng.
Ngày nay, hiệu quả kinh tế, an toàn lao động, bảo vệ môi trường
cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc lựa chọn phương
pháp sơn.

116. 7.2.2. Các phương pháp sơn
- Phương pháp quét
Đây là một trong những phương pháp cổ nhất sử dụng để tạo
màng sơn. Đây là phương pháp đơn giản, phụ thuộc vào chất
lượng chổi quét và đặc tính lưu biến của màng phủ.

117. - Phương pháp nhúng
Phương pháp này thường được sử dụng để sơn những vật thể lớn
cần bảo vệ hơn trang trí hoặc cho những vật thể nhỏ cần lớp trang
trí tốt như bút chì, cán chổi sơn…
- Phương pháp tráng
Phương pháp này gần giống sơn nhúng, tuy nhiên, với phương
pháp này chỉ có bề mặt bên trên là được sơn

118. - Phương pháp sơn lô
Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để sơn bề mặt
phẳng. Có thể sơn lô thủ công hoặc bằng máy

119. - Phương pháp sơn phun
Đây là phương pháp sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp do
tốc độ sơn của nó, khả năng thích ứng với hầu hết các điều kiện,
hình dáng hoặc kích thước hạt. Phụ thuộc vào điều kiện vận hành
mà phân chia sơn phun thành các loại khác nhau.

136. - Sơn điện di
Sơn áp dụng phụ thuộc vào hiệu ứng điện di và bao gồm sự di
chuyển của các hạt keo (ví dụ sơn nước) dưới tác động của một
trường điện thế