Công nghiệp rừng
ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ NHỚT CHẤT PHỦPOLYURETHAN (PU)
ĐẾN CHẤT LƯỢNG CỦA MÀNG SƠN
Phạm Thị Ánh Hồng1, Nguyễn Thị Minh Nguyệt2, Cao Quốc An3
1
ThS. Trường Đại học Lâm nghiệp
TS. Trường Đại học Lâm nghiệp
3
PGS.TS. Trường Đại học Lâm nghiệp
2
TÓM TẮT
Ảnh hưởng của độ nhớt đến chất lượng màng sơn PU được thực nghiệm trên trên một loại sơn gồm dung môi, tỷ
lệ thành phần các chất được lựa lọn và các thông số công nghệ phun được cố định. Kết quả chỉ ra rằng với độ nhớt
được chuẩn bị cho phun ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng của màng sơn như thời gian khơ, độ bóng, độ nhẵn, độ
đồng đều bề mặt, độ dày, độ cứng, khả năng chống mài mịn, độ bám dính bề mặt (theo phương pháp kẻ ô), chống
tia UV. Độ nhớt hợp lý để phun trong trường hợp sơn được lựa chọn thiết bị Iwata W101-101S và cốc đo độ nhớt
NK-2 cup (Anest Iwata Japan), với áp suất phun: 0,24-0,29 Mpa cho các mức độ nhớt từ 9 đến 18s.
Từ khóa: Chất lượng của màng sơn, độ nhớt, phun, phun khí nén, sơn PU.
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trang sức bề mặt gỗ bằng sơn PU hiện nay
rất phổ biến. Sơn PU có nhiều ưu điểm như
màng sơn khơ nhanh, bám dính tốt, phẳng mịn,
độ bóng cao, cứng nhưng có tính dẻo, có giá
thành phù hợp. Trên thị trường hiện nay có rất
nhiều loại sơn PU với các hãng sản xuất khác
nhau, nhưng xu hướng tự tạo sơn PU cũng
đang được các nhà sản xuất sơn quan tâm. Độ
nhớt là một thuộc tính ảnh hưởng đến tất cả
các giai đoạn từ điều chế đến công nghệ sử
dụng và chất lượng của màng sơn. Do đó, việc
nghiên cứu ảnh hưởng của độ nhớt chất tạo
màng sơn PU đến chất lượng màng sơn là rất
cần thiết và có ý nghĩa.
II. VẬT LIỆU, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu nghiên cứu
- Sơn PU (sơn lót, sơn màu, sơn phủ) 2
thành phần tự tạo;
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Loại sơn PU
Sơn PU lót
Sơn PU màu
Sơn PU phủ
(bóng/mờ)
Độ nhớt (s)
12
15
18
10
13
16
9
12
15
- Ván nền: Ván ghép thanh sản xuất từ gỗ
Keo lai có = 0,58 g/cm3;
- Phương pháp đo độ nhớt: Đo độ nhớt của
sơn trước khi phun bằng phễu chảy Ф = 4 mm
ở nhiệt độ T = 25 ± 0,5oC;
- Phương pháp phun khí nén: Áp suất phun:
(0,24 - 0,29) MPa, khoảng cách phun: (20 –
30) mm.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp kế thừa: Kế thừa các tài liệu
về lý thuyết dán dính, lý thuyết về sơn PU, các
tài liệu nghiên cứu được công bố về sơn PU.
- Phương pháp thực nghiệm: Thí nghiệm
đơn yếu tố. Tiến hành thí nghiệm thay đổi độ
nhớt của sơn và xác định tính chất màng sơn
theo các tiêu chuẩn hiện hành. Xử lý số liệu
dùng phần mềm excel.
Bố trí thí nghiệm được trình bày ở bảng 01.
Bảng 01. Bố trí thí nghiệm
Tính chất kiểm tra
- Thời gian khơ (khơ bề mặt, khơ
triệt để);
- Độ bền dán dính.
- Thời gian khô (khô bề mặt, khô
triệt để);
- Độ bền dán dính.
- Thời gian khơ (khơ bề mặt, khơ
triệt để);
- Độ bóng màng sơn;
- Độ bền hóa chất: axit, kiềm
- Khả năng chống tia UV
- Độ bền dán dính;
- Độ cứng của màng sơn;
- Độ mài mòn.
Phương pháp kiểm tra
- TCVN2096-1:2015
- TCVN 2097 – 1993
- TCVN2096-1:2015
- TCVN 2097 – 1993
- TCVN2096-1:2015
- TCVN 2101: 2008
- TCVN 9013-2011
- TCVN 8785 - 2011
- TCVN 2097 – 1993
- ASTMD 3363
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2016
47
Công nghiệp rừng
III. KẾT QUẢ VÀ THẢO
O LUẬN
LU
3.1. Kết
ết quả kiểm tra thời gian khô của màng
m
sơn
Thời gian khô bề mặt (giờ)
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
1.28
1.23
1.18
12
15
18
1.27
1.23
12
15
Thời gian khô bề mặt (giờ)
Thời gian khô củaa màng sơn được
đư kiểm tra theo TCVN 2096 – 1993.
1.32
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
10
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
1.37
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
1.36
9
9
1.21
13
16
Độ nhớt của sơn PU màu ((s)
Thời gian khô bề mặt (giờ)
Thời gian khô bề mặt (giờ)
Độ nhớt của sơn PU lót (s)
1.24
1.26
1.22
12
15
Độ nhớt của sơn PU bóng ((s)
Độ nhớt của sơn PU mờ (s)
(
14.0
12.0
10.0
8.0
6.0
4.0
2.0
0.0
12.99
12.52
12.34
Thời gian khô triệt để (giờ)
Thời gian khơ triệt để (giờ)
Hình 01. Ảnh hưởng của độ nhớt
ớt sơn PU (đo ở T = 25±0,5oC) đến thờii gian khô b
bề mặt của màng sơn
12.75
12.46
9
12
15
Độ nhớt của sơn PU mờ (s)
Thời gian khô triệt để (giờ)
Thời gian khô triệt để (giờ)
13.33
12.61
12.42
10
13
16
Độ nhớt của sơn PU màu (s)
12
15
18
Độ nhớt của sơn PU lót (s)
14
12
10
8
6
4
2
0
13.09
14.0
12.0
10.0
8.0
6.0
4.0
2.0
0.0
14.0
12.0
10.0
8.0
6.0
4.0
2.0
0.0
13.22
12.63
12.46
9
12
15
Độ nhớt của sơn PU bóng (s)
Hình 02. Ảnh hưởng của độ nhớtt sơn PU (đo ở T = 25±0,5oC) đến thờii gian khô tri
triệt để của màng sơn
48
TẠP
P CHÍ KHOA HỌC
H
VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP
PS
SỐ 1-2016
Cơng nghiệp rừng
35
30
28.11
29.56
29.00
25
20
15
10
5
0
9
12
15
Độ nhớt của sơn PU mờ (s)
nhóm chức NCO (isocyanate) với OH
(hydroxyl). Do đó, khi độ nhớt của sơn tăng
lượng dung môi trong sơn giảm, dẫn đến thời
gian bay hơi dung môi trong màng sơn sẽ giảm
và phản ứng tạo mạng giữa nhóm chức NCO
với OH xảy ra sớm hơn. Khi độ nhớt của sơn
giảm, lượng dung môi trong màng sơn tăng
lên, làm cho thời gian bay hơi dung môi trong
màng sơn dài, dẫn đến phản ứng tạo mạng giữa
nhóm chức NCO với OH xảy ra muộn hơn.
3.2. Kết quả kiểm tra độ bóng của màng sơn
Độ bóng của màng sơn (%)
Độ bóng của màng sơn (%)
Kết quả từ hình 01, 02 cho thấy: Độ nhớt
của sơn PU khác nhau, thời gian khô bề mặt và
khô triệt để của màng sơn cũng khác nhau.
Điều đó chứng tỏ độ nhớt ảnh hưởng đến thời
gian khô của màng sơn.
Khi độ nhớt của sơn PU (lót, màu, phủ) tăng
lên thì thời gian khô bề mặt, thời gian khô triệt
để của màng sơn đều giảm và ngược lại. Điều
này được giải thích như sau: Sự tạo thành
màng sơn PU trên ván gồm 2 giai đoạn: giai
đoạn 1 là dung môi bay hơi, giai đoạn 2 xảy ra
phản ứng tạo mạng của hệ polymer giữa các
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
85.78
89.67
88.22
9
12
15
Độ nhớt của sơn PU bóng (s)
Hình 03. Ảnh hưởng của độ nhớt sơn PU (đo ở T = 25±0,5oC) đến độ bóng của màng sơn
Kết quả từ hình 03 cho thấy: Độ nhớt của
chất tạo màng sơn PU khác nhau, độ bóng của
màng sơn cũng khác nhau. Điều đó chứng tỏ
độ nhớt ảnh hưởng đến độ bóng của màng sơn.
Độ bóng của màng sơn PU phủ (bóng, mờ)
ở độ nhớt 9s thấp hơn so với độ bóng của
màng sơn ở độ nhớt 12s, 15s và độ bóng của
màng ở độ nhớt 12s cao hơn so với độ bóng
của màng ở độ nhớt 15s. Điều này được giải
thích như sau: Khi phun sơn ở độ nhớt thấp,
trong quá trình sấy khơ màng sơn lượng dung
mơi bay hơi nhiều, chất tạo màng trên ván ít,
mức độ che phủ trên bề mặt ván kém, làm
giảm độ bóng của màng sơn. Ngược lại, phun
sơn ở độ nhớt cao, lượng dung môi bay hơi ít,
chất tạo màng trên ván lớn, khả năng dàn trải
của sơn kém, làm giảm mức độ đồng đều của
màng sơn, dẫn đến độ bóng của màng bị giảm.
Vì vậy, khi trang sức ván không nên phun sơn
ở độ nhớt quá thấp hoặc quá cao.
3.3. Kết quả kiểm tra độ bám dính của
màng sơn
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2016
49
3
2
2
2
1
1
1
1
0
Độ bền dánh dính của
màng sơn (điểm)
Độ bền dánh dính của
màng sơn (điểm)
Công nghiệp rừng
3
2
2
2
1
1
1
1
0
1
1
0
9
12
15
Độ nhớt của sơn PU màu (s)
Độ bền dánh dính của
màng sơn (điểm)
Độ bền dánh dính của
màng sơn (điểm)
2
1
1
9
12
15
Độ nhớt của sơn PU lót (s)
3
2
2
3
2
2
2
1
1
1
1
0
9
12
15
Độ nhớt của sơn PU mờ (s)
9
12
15
Độ nhớt của sơn PU bóng (s)
Hình 04. Ảnh hưởng của độ nhớt sơn PU (đo ở T = 25±0,5oC) đến độ bền dán dính của màng sơn
3.0
2.5
2.33
2.56
2.67
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
9
12
15
Độ nhớt của sơn PU mờ (s)
màng sơn bền vững hơn.
Khi phun sơn ở độ nhớt ηlót = 12s, ηmàu=
10s, ηphủ = 9s, độ bền dán dính của màng sơn
đều là 2 điểm, nghĩa là màng sơn có các mảng
bong ra ở các điểm cắt nhau với diện tích
chiếm 5% so với diện tích bề mặt của mạng
lưới. Điều này được giải thích như sau: Khi độ
nhớt của sơn giảm, lượng dung môi trong
màng sơn tăng, hàm lượng chất tạo màng trên
ván ít, làm giảm mức liên kết tạo mạng giữa
nhóm chức trong màng sơn.
3.4. Kết quả kiểm tra độ cứng của màng sơn
Độ cứng của màng sơn (H)
Độ cứng của màng sơn (H)
Kết quả từ hình 04 cho thấy: Độ nhớt của
sơn PU khác nhau, độ bền bám dính của màng
sơn cũng khác nhau. Điều đó chứng tỏ độ nhớt
ảnh hưởng đến độ bền bám dính của màng sơn.
Khi phun sơn PU (lót, màu, bóng, mờ) ở độ
nhớt ηlót = 15s, 18s, ηmàu= 13s, 16s, ηphủ =12s,
15s thì độ bền dán dính của màng sơn đều là 1
điểm, tương ứng với các vết cắt hoàn toàn
nhẵn, màng sơn khơng có các mảng bong ra.
Điều này được giải thích như sau: khi độ nhớt
của sơn tăng lượng dung môi trong sơn giảm,
hàm lượng chất tạo màng trên ván tăng, làm
cho liên kết tạo mạng giữa nhóm chức trong
3.0
2.5
2.22
2.44
2.56
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
9
12
15
Độ nhớt của sơn PU bóng (s)
Hình 05. Ảnh hưởng của độ nhớt sơn PU (đo ở T = 25±0,5oC) đến độ cứng của màng sơn
Kết quả từ hình 05 cho thấy: Độ nhớt của
sơn PU khác nhau, độ cứng của màng sơn cũng
50
khác nhau. Điều đó chứng tỏ độ nhớt ảnh
hưởng đến độ cứng của màng sơn.
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2016
Cơng nghiệp rừng
0.15
Độ mài mịn của màng sơn
(g)
0.16
0.14
0.12
0.10
0.08
0.06
0.04
0.02
0.00
0.14
0.14
độ nhớt của sơn giảm, lượng dung môi trong
màng sơn tăng, hàm lượng chất tạo màng ít,
làm cho mối liên kết tạo mạng giữa nhóm chức
NCO với OH giảm, dẫn đến độ cứng của màng
sơn giảm.
3.5. Kết quả kiểm tra độ mài mòn của
màng sơn
Độ mài mòn của màng sơn
(g)
Khi độ nhớt của sơn PU (lót, màu, bóng,
mờ) tăng lên thì độ cứng của màng sơn tăng và
ngược lại. Điều đó được giải thích như sau:
Khi độ nhớt của sơn tăng, lượng dung môi
trong sơn giảm, hàm lượng chất tạo màng trên
ván tăng, làm cho mối liên kết tạo mạng giữa
nhóm chức NCO với OH bền vững hơn. Khi
0.15
0.16
0.14
0.12
0.10
0.08
0.06
0.04
0.02
0.00
9
12
15
Độ nhớt của sơn PU mờ (s)
0.14
0.14
9
12
15
Độ nhớt của sơn PU bóng (s)
Hình 06. Ảnh hưởng của độ nhớt sơn PU (đo ở T = 25±0,5oC) đến độ bền mài mòn của màng sơn
Độ bền axít của màng
sơn (%)
100
81.53
85.14
85.90
80
màng trên ván tăng, làm cho liên kết tạo mạng
giữa nhóm chức NCO với OH bền vững hơn.
Khi độ nhớt của sơn giảm, hàm lượng chất tạo
màng trên ván ít, làm cho mối liên kết tạo
mạng giữa nhóm chức NCO với OH giảm, do
đó, độ mài mịn của màng sơn lớn.
3.6. Kết quả kiểm tra độ bền hóa chất của
màng sơn
100
Độ bền axít của màng
sơn (%)
Kết quả từ hình 06 cho thấy: Độ nhớt của sơn
PU khác nhau, độ mài mòn của màng sơn cũng
khác nhau. Điều đó chứng tỏ độ nhớt ảnh hưởng
đến khả năng chịu mài mòn của màng sơn.
Khi độ nhớt của sơn PU phủ (bóng, mờ)
tăng thì độ mài mịn của màng sơn giảm và
ngược lại. Điều này được giải thích như sau:
Khi độ nhớt của sơn tăng, hàm lượng chất tạo
82.71
85.03
87.04
80
60
60
40
40
20
20
0
9
12
15
Độ nhớt của sơn PU bóng (s)
0
9
12
15
Độ nhớt của sơn PU mờ (s)
100
82.55
85.01
86.28
80
Độ bền kiềm của màng
sơn (%)
Độ bền kiềm của màng
sơn (%)
Hình 07. Ảnh hưởng của độ nhớt sơn PU đến độ bền axít của màng sơn
100
83.1
85.74
87.02
80
60
60
40
40
20
20
0
0
9
12
15
Độ nhớt của sơn PU bóng (s)
9
12
15
Độ nhớt của sơn PU mờ (s)
Hình 08. Ảnh hưởng của độ nhớt sơn PU (đo ở T = 25±0,5oC) đến độ bền kiềm của màng sơn
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2016
51
Cơng nghiệp rừng
Kết quả từ hình 07, 08 cho thấy: Độ nhớt
của chất tạo màng sơn PU khác nhau, độ bền
axít, kiềm của màng sơn cũng khác nhau. Điều
đó chứng tỏ độ nhớt ảnh hưởng đến độ bền hóa
chất của màng sơn.
Khi độ nhớt của sơn tăng thì độ bền axít,
kiềm của màng sơn cũng tăng và ngược lại.
Điều này được giải thích như sau: Khi độ nhớt
của sơn tăng, sau khi sấy khô chất tạo màng
trên ván tăng, độ phủ của sơn lớn. Khi độ nhớt
của sơn giảm, sau khi sấy khơ chất tạo màng
trên ván ít hơn, độ phủ của sơn thấp. Do đó,
khi trang sức ván khơng nên phun ở độ nhớt
thấp q vì lượng dung mơi bay hơi nhiều, chất
tạo màng trên ván ít, dẫn đến độ phủ thấp, làm
giảm khả năng chịu axít, kiềm của màng sơn.
3.7. Kết quả kiểm tra độ bền nước của
màng sơn
80
75.54
78.26
79.74
60
40
20
0
9
12
Độ bền nước của màng sơn
(%)
Độ bền nước của màng sơn
(%)
100
100
80
73.66
77.20
79.48
9
12
15
60
40
20
0
15
Độ nhớt của sơn PU mờ (s)
Độ nhớt của sơn PU bóng (s)
o
Hình 09. Ảnh hưởng của độ nhớt sơn PU (đo ở T = 25±0,5 C) đến độ bền nước của màng sơn
Kết quả từ hình 09 cho thấy: Độ nhớt của
chất tạo màng sơn PU khác nhau, độ bền nước
của màng sơn cũng khác nhau. Điều đó chứng
tỏ độ nhớt ảnh hưởng đến độ bền nước của
màng sơn.
Khi độ nhớt của sơn tăng thì độ nước của
sơn cũng tăng và ngược lại. Điều này được giải
thích như sau: Khi độ nhớt của sơn tăng, sau
khi sấy khô chất tạo màng trên ván tăng. Khi
độ nhớt của sơn giảm, sau khi sấy khơ chất tạo
màng trên ván ít hơn. Do đó, khi trang sức ván
khơng nên phun ở độ nhớt thấp q vì trong
q trình sấy lượng dung mơi bay hơi nhiều,
chất tạo màng trên ván ít, dẫn đến độ phủ
thấp, làm cho khả năng chịu nước của màng
sơn giảm.
3.8. Kết quả kiểm tra khả năng chống tia UV của màng sơn
5
5.07
6
4.68
4.47
4
3
2
1
Độ lệch màu ∆E
Độ lệch màu ∆E
6
5
5.55
4.97
4.75
4
3
2
1
0
0
9
12
15
Độ nhớt của sơn PU bóng (s)
9
12
15
Độ nhớt của sơn PU mờ (s)
Hình 10. Ảnh hưởng của độ nhớt sơn PU (đo ở T = 25±0,5oC) đến độ bền tia UVcủa màng sơn
52
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2016
Cơng nghiệp rừng
Kết quả từ hình 10 cho thấy: Độ nhớt của
chất tạo màng sơn PU khác nhau, độ bền tia
UV của màng sơn cũng khác nhau. Điều đó
chứng tỏ độ nhớt ảnh hưởng đến khả năng chịu
tia UV của màng sơn.
Khi độ nhớt của sơn tăng thì độ bền tia UV
của sơn cũng tăng và ngược lại. Điều này được
giải thích như sau: Khi độ nhớt của sơn tăng,
sau khi sấy khô chất tạo màng trên ván tăng,
độ phủ cao hơn, làm cho khả năng chịu tia UV
của màng được tăng lên. Khi độ nhớt của sơn
giảm, sau khi sấy khơ chất tạo màng trên ván
ít, độ phủ kém hơn, làm giảm khả năng chịu tia
UV của màng, do đó khi trang sức ván khơng
nên phun ở độ nhớt quá thấp.
IV. KẾT LUẬN
Từ các kết quả nghiên cứu, có thể rút ra một số
kết luận như sau:
Khi độ nhớt tăng, đa phần các tính chất của
màng sơn PU (lót, màu, phủ) đều tăng đáng kể.
Tuy nhiên, khi phun PU lót ở độ nhớt η =18s,
PU màu η = 16s, PU phủ η =15s độ dàn trải
của sơn kém, độ bóng của màng sơn giảm hơn
so với độ bóng ở các mức ηlót =15s, ηmàu =13s,
ηphủ =12s. Vì vậy, để đạt được yêu cầu trang
sức cho ván nền nên phun sơn PU (lót, màu,
phủ) ở các mức ηlót =15s, ηmàu =13s, ηphủ =12s
là thích hợp nhất vì ở mức độ nhớt này khả
năng dàn trải của sơn tốt, màng sơn đạt độ
bóng cao nhất.
Khi phun sơn ở các cấp độ nhớt khác nhau,
cả 2 loại sơn PU tạo ra có khả năng chịu axít,
kiềm, nước, tia UV khơng cao. Điều này chứng
tỏ, các loại sơn PU tạo ra chưa cải thiện được
tính năng về độ bền a xít, kiềm, nước, tia UV.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Trần Văn Chứ (2004). Công nghệ trang sức vật
liệu gỗ. NXB Nông nghiệp, Hà Nội.
2. Nguyễn Văn Lộc (2008). Kỹ thuật sơn đồ gỗ.
NXB Giáo dục, Hà Nội.
3. Nguyễn Văn Lộc (2005). Kỹ thuật sơn. NXB Giáo
dục, Hà Nội.
4. Nguyễn Huy Tòng (2013). Sổ tay kiến thức cơ bản
về sơn. NXB Bách khoa, Hà Nội.
5. Trường Đại học Lâm nghiệp (2005). Công nghệ
trang sức hiện đại. Tài liệu dịch tiếng Anh, Hà Tây.
EFFECTS OF VISCOSITY POLYURETHANE (PU) COATING
TO QUALITY OF DRIED PAINT FILM
Pham Thi Anh Hong, Nguyen Thi Minh Nguyet, Cao Quoc An
SUMMARY
The effects of viscosity to quality of PU-coatings experimented by the chosen paint, solvent, ratio and
determined spraying-technological-parameters have been investigated. The results show that, the viscosity
prepared for spraying significantly affect on dry time and quality of the coating such as gloss, appearance
(smooth and uniform), film thickness, hardness, abrasion resistance, cross-cut adhesion (by the method of “
crosshatch”), UV resistance, chip resistance… The reasonable viscosity for air spraying in the case of one type
of PU chosen and used, chosen spraying gun is Iwata W101-101S and viscosity meter used is NK-2 cup (Anest
Iwata Japan); the air pressure used is 0.24-0.29 MPa at viscosity9 to 18s.
Keywords: Air spraying, PU coating, quality of coating, viscosity.
Người phản biện
Ngày nhận bài
Ngày phản biện
Ngày quyết định đăng
: TS. Võ Thành Minh
: 23/11/2015
: 20/12/2015
: 26/12/2015
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2016
53