Nghiên cứu công nghệ sản xuất sơn cao cấp có khả năng cách nhiệt, cách âm, tiết kiệm năng lượng

BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN HÓA HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM









NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SƠN CAO CẤP
CÓ KHẢ NĂNG CÁCH NHIỆT, CÁCH ÂM, TIẾT KIỆM
NĂNG LƯỢNG








Chủ nhiệm đề tài : PGS.
TS. PHẠM THẾ TRINH




9013

Hà Nội-2011
VIỆN HÓA HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM







NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SƠN CAO CẤP
CÓ KHẢ NĂNG CÁCH NHIỆT, CÁCH ÂM, TIẾT KIỆM
NĂNG LƯỢNG
Thực hiện theo Hợp đồng số:187.11.RDHD-KHCN ngày 5 tháng 5 năm
2011 giữa Bộ Công Thương và Viện Hóa Học Công nghiệp Việt Nam



Cơ quan chủ trì: Chủ nhiệm đề tài




VIỆN HÓA HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM PGS.TS. PHẠM THẾ TRINH

Những người tham gia phối hợp:
1. PGS.TS. Mai Ngọc Chúc
2. TS. Mai Văn Tiến
3. ThS. Lê Thị Thu Hà
4. ThS. Nguyễn Hường Hảo

5. CN. Hà Đại Phong
6. CN. Đoàn Thị Tư



Hà Nội - 2011
KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TRONG BÀI

ASTM Tiêu chuẩn Mỹ
BĐ Bột độn
BTT Bột thủy tinh
CFE Cacdarnol- formaldehyt-epoxy
CSV Cao su vòng
CTA Cát thạch anh
CTM Chất tạo màng
DBP Đibutylphtalat
DOP O-dioctylphtalat
DTH Dầu trùng hợp
EP YD-128 Nhựa epoxy 128
ISO Tiêu chuẩn quốc tế
PEPA Polyetylen polyamin
PU Polyuretan
SBTT Sơn bột thủy tinh
SCN-CTA Sơn nâu đỏ - cát thạch anh
SCN-CTA-BTT Sơn nâu đỏ- cát thạch anh và bột thủy tinh.
SCN-GS Sơn cách nhiệt ghi sáng
SCN-NĐ Sơn cách nhiệt nâu đỏ
SCN-O Sơn nâu đỏ
không có phụ gia cách nhiệt
SCTA Sơn cách nhiệt - cát thạch anh

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

TÓM TẮT NHIỆM VỤ

Với mục tiêu là tạo ra công nghệ sản xuất sơn cao cấp có khả năng cách
nhiệt, chống nóng vv để sơn phủ mái nhà các công trình xây dựng trong công
nghiệp và dân dụng, trong năm qua đề tài đã thu được những kết quả chính như
sau:
- Trong số các chất tạo màng đã được thực nghiệm cho thấy chất tạo màng trên
cơ sở nhựa Cardanol – formaldehyt – epoxy (CFE) có tính năng cơ, lý, hóa tốt
nhất, thích h
ợp dùng làm chất tạo màng để sản xuất sơn cao cấp: cách nhiệt,
chống nóng.
- Đề tài đã tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng các chất phụ gia cách
nhiệt, cát thạch anh, bột thủy tinh hình cầu, hàm lượng bột màu, hàm lượng chất
độn và các loại phụ gia khác đến tính chất cơ, lý, hóa và khả năng cách nhiệt
của màng sơn. Với hàm lượng nhựa CFE là 40%, cát thạch anh 10%, Bột thủy
tinh hình cầu 15%, bột màu 8% và b
ột độn là 10% ( theo tổng lượng) màng sơn
đạt được độ bám dính 92%, độ uốn cấp 1, độ cứng cấp 1, độ va đập đạt 50KGcm,
hệ số già hóa tại 100
o
C qua 72 giờ là 0,91.
- Sơn cách nhiệt được chế tạo tại VHHCN VN (số lượng 40kg) được sơn phủ mái
nhà xưởng tại Công ty TNHH Tekco Vietnam. Sau 4 tháng theo dõi cho thấy
màng sơn ổn định, không bị rạn nứt không bị bong tróc. Chất lượng sơn cách
nhiệt đã chế tạo tương đương với sơn Insu – Max đang có mặt trên thị trường.
MỤC LỤC

MỞ ĐẦU……………………………………………………………………… 1

PHẦN 1-TỔNG QUAN…………………………………………………………3
1.1. Giới thiệu chung về sơn cách nhiệt………………………………………….3
1.2.Tình hình nghiên cứu sản xuất sơn cách nhiệt trên thế giới………………….5
1.3. Tình hình nghiên cứu sản xuất sơn cách nhiệt tại Việt Nam…………… 6
1.4. Nguyên liệu sản xuất sơn cách nhiệt, cách âm… …………………… 7
1.4.1. Chất tạo màng cho sơn cách nhiệt cách âm ………………………………7
1.4.2. Bột màu và chất độn dùng cho sơn cách nhiệt, cách âm …………… 10
1.4.3.
Các chất phụ gia cho sơn cách nhiệt, cách âm ……………………… 14
1.4.4. Dung môi chế tạo sơn cách nhiệt, cách âm …………………………… 18
1.5. Giới thiệu chất tạo màng trên cơ sở dầu vỏ hạt điều……………………….20
1.6. Sơ đồ công nghệ chế tạo sơn……………………………………………….20
1.7. Ứng dụng của sơn cách nhiệt……… 24
PHẦN 2: THỰC NGHIỆM………………………………………………… 26
2.1. Nguyên liệu, hóa chất………………………………………………………24
2.2. Thiết bị nghiên cứu……………………………………………………… 27
2.3.Phương pháp nghiên cứu……………………………………………………27
2.3.1. Lựa chọn chấ
t tạo màng………………………………………………….27
2.3.2. Phương pháp chế tạo sơn cách nhiệt, chống nóng……………………….27
2.3.3 Các phương pháp phân tích tính chất cơ, lý nhiệt của màng…………… 29
PHẦN - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN………………………………………32
3.1. Nghiên cứu chế tạo sơn cách nhiệt, chống nóng – Lựa chọn nguyên liệu…32
3.1.1. Lựa chọn chất tạo màng………………………………………………….30
3.1.2. Phụ gia cách nhiệt……………………………………………………… 35
3.1.3. Bột màu, chất độn……………………………………………………… 35
3.1.4. Các loại phụ gia khác…………………………………………………….36
3.2. Xây dựng phối liệu chế tạo sơn…………………………………………….36
3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất cơ, lý nhiệt của màng sơn…………… 37

3.3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng cát thạch anh đến tính chất cơ lý và khả
năng cách nhiệt của màng sơn…………………………………………… 37
3.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng bột thủy tinh hình cầu đến tính chất cơ, lý
và khả năng cách nhiệt của màng sơn………………………………………39
3.3.3. Vai trò của phụ gia cách nhiệt đến khả năng cách nhiệt của màng sơn….40
3.3.4. Ảnh hưởng của hàm lượng bột màu đến tính chất cơ, lý, nhiệt của màng sơ
n 41
3.3.5. Ảnh hưởng của hàm lượng bột độn đến tính chất cơ, lý và khả năng
cách nhiệt của màng sơn………………………………………………… 42
3.3.6. Sự phụ thuộc của khả năng cách nhiệt vào độ dày của màng sơn……….43
3.3.7. Đề xuất đơn phối liệu chế tạo sơn cách nhiệt…………………………….44
3.4. Tính chất của các loại sơn cách nhiệt, cách âm………………………… 46
3.5. So sánh tính chất cơ, lý, hóa và khả năng cách nhiệt với một số loại s
ơn
có trên thị trường………………………………………….……………… 48
3.6. Sơ đồ công nghệ sản xuất sơn cách nhiệt, chống nóng…………………….49
3.7. Chế tạo sản phẩm ứng dụng thực tế… 50
3.8. Phân tích đánh giá sơ bộ khả năng tiết kiệm năng lượng đối với việc sử
dụng sơn cách âm, cách nhiệt……………………………………………….52
3.9. Dự kiến giá thành sản phẩm…………………………………………… 52
3.10. Đề xuất phương án hợp tác sản xuất và mở r
ộng ứng dụng………………53
KẾT LUẬN…………………………………………………………………….55
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………….57

1
MỞ ĐẦU
Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng lắm, mưa nhiều,
độ ẩm không khí luôn ở mức 80 ÷ 90%. Tại những thành phố lớn, mật độ dân số
ngày càng tăng, điều kiện nhà ở ngày một khó khăn cho nên nhu cầu về nhà ở là

hết sức bức thiết. Cùng với nhịp độ phát triển của kinh tế xã hội không chỉ là số
lượng mà chất lượng c
ũng rất cần được quan tâm. Đáp ứng mục tiêu công nghiệp
hóa, hiện đại hóa đòi hỏi công trình xây dựng nhà ở cần có chất lượng cao. Ngoài
yêu cầu về kết cấu bền vững, nhà ở phải được thiết kế và có cấu trúc hợp lý, hiện
đại. Sử dụng các vật liệu xây dựng phải tốt, bền đẹp và đáp ứng nhiều yêu cầu
khác như bớt nóng vào mùa hè và đỡ lạnh vào mùa
đông Hiện nay, yêu cầu đối
với các khu nhà cao tầng, nhà xưởng công nghiệp đối với việc sử dụng vật liệu
cách nhiệt, cách âm, chống nóng là rất cần thiết. Do vậy nhu cầu về vật liệu này
ngày càng lớn. Theo thống kê thị trường mỗi năm ở nước ta cần khoảng 100.000
tấn/năm vật liệu chống nóng và 200.000 tấn/năm đối với sơn cách nhiệt, cách âm
cho xây dựng mới và c
ải tạo.
Có nhiều loại vật liệu cách nhiệt, cách âm, chống nóng của các nước trên
thế giới đã vào thị trường Việt Nam như: tôn được ép dính lớp polyuretan (PU)
xốp cách nhiệt, cách âm, hay sử dụng vật liệu là các tấm bông thủy tinh cho việc
chống nóng, chống ồn ,….Trong số các sản phẩm nói trên phải kể tới các loại
sơn cách nhiệt, cách âm của nhiều hãng sản xuất như: Nippon, Dulux, Maxillite,
Litex đang được phát triể
n và tiêu thụ mạnh [1]. Tuy nhiên, các sản phẩm
chống nóng này đều có giá thành cao. Vì vậy, việc “Nghiên cứu công nghệ sản
xuất sơn cao cấp có khả năng cách nhiệt, cách âm, tiết kiệm năng lượng” là
rất cần thiết, rất có ý nghĩa kinh tế, góp phần tiết kiệm năng lượng. Mục tiêu của
đề tài là: Tạo ra công nghệ sản xuất sơn cao cấp có khả năng phản nhiệt, … để
s
ơn phủ mái nhà các công trình xây dựng trong công nghiệp và dân dụng, tiến tới
sản xuất công nghiệp và ứng dụng trong cả nước, giảm nhập khẩu, tiết kiệm
ngoại tệ.

2
Trên cơ sở đó nội dung nghiên cứu của đề tài là:
- Nghiên cứu chế tạo sơn đặc chủng có khả năng cách nhiệt, cách âm.
- Lựa chọn đơn phối liệu, pha chế các mẫu sơn có tỷ lệ thành phần thay đổi, thử
tính năng cơ lý .
- Nghiên cứu lựa chọn và sử dụng hợp lý nguồn nguyên liệu sẵn có trong nước.
- Nghiên cứu pha chế sơn cao cấp.
- Phân tích ch
ất sản phẩm sơn.
- Thử nghiệm sơn thử trên mái nhà xưởng cần chống nóng với diện tích mái
100m
2
(có đối chứng).
- Đề xuất phương án hợp tác sản xuất và mở rộng ứng dụng.

3
PHẦN 1 - TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về sơn cách nhiệt, cách âm
Có rất nhiều vật dụng, chi tiết, nhà cửa, công trình vv… được sơn phủ.
Tác dụng của sơn nói chung đầu tiên phải kể đến là nó có khả năng bảo vệ cho
bề mặt vật dụng cần được sơn khỏi tác dụng xấu từ môi trường, nâng cao tuổi
thọ cho các sản phẩm. Thứ hai là về mặt mỹ thuậ
t, nó tạo cho sản phẩm có mầu
sắc đẹp hơn và người ta có thể phân loại các chi tiết khác nhau nhờ lớp sơn phủ
và màu sắc bên ngoài của chúng [2]. Đối với sơn có khả năng cách âm, cách
nhiệt ngoài tác dụng trên chúng còn có tính chất đặc chủng là khả năng cách
nhiệt, cách âm, phản nhiệt, nên vào mùa hè nóng bức có tác dụng làm giảm nhiệt
độ trong nhà, trong khi mùa đông lại có tác dụng làm giảm sự thất thoát nhiệt
trong phòng, do đó sẽ tiết kiệ
m được năng lượng, do chi phí dùng điều hòa hay
sử dụng năng lượng để sưởi ấm [3].

Hình 1.1: Cấu tạo và tác dụng của sơn cách nhiệt,cách âm khi sơn phủ trên bề
mặt mái tôn

4
+ Về cấu tạo: Sơn cách nhiệt, cách âm, được tạo nên từ hỗn hợp bao gồm: chất
tạo màng, các loại phụ gia cách nhiệt, cách âm và các loại phụ gia khác… Hình
1.1. mô tả cấu tạo và tác dụng của hệ sơn cách nhiệt, cách âm, chống nóng khi
sơn phủ lên bề mặt của tấm tôn. Sau khi hoàn thiện hệ sơn cách nhiệt, cách âm sẽ
tạo thành lớp bề mặt và các lớp khác nhau có tác dụng phản xạ, tán xạ, ngă
n cản

hoặc hạn chế sự truyền nhiệt từ bên ngoài vào phía trong của tấm tôn, do đó có
tác dụng cách âm, cách nhiệt, chống nóng, chống ồn.
Để tạo ra hệ sơn có khả năng cách nhiệt, cách âm với mục đích dùng cho
việc chống nóng mái tôn nhà xưởng, nhà dân dụng, các công trình xây dựng
công nghiệp…hệ sơn cách nhiệt, cách âm phải có những yêu cầu sau:
- Có khả năng cách nhiệt, cách âm cao, chống nóng hiệu quả
- Bảo vệ mái tôn kh
ỏi rêu mốc, rỉ sét dưới mọi thời tiết, khí hậu.
- Có độ bám dính tốt.
- Đơn giản và dễ sử dụng.
- Thi công nhanh, không ảnh hưởng đến sản xuất bên dưới.
- Chi phí thấp hơn hoặc tương đương so với các phương pháp chống nóng khác
như sử dụng vật liệu cách nhiệt, cách âm (là các tấm trần cách nhiệt, cách âm…
được làm từ vật liệu xốp như: PU, PE, PS…)
+ Về nguyên lý tác dụng:
Trong khi tôn được sơn phủ bằng sơn thông thường thì lớp sơn chỉ có tác dụng
làm chậm tốc độ truyền nhiệt, ở đây năng lượng và lượng nhiệt vẫn được truyền
qua, thì với tôn được sơn phủ bằng sơn cách nhiệt, cách âm nguyên lý tác dụng
lại hoàn toàn khác: các tia bức xạ, năng lượng nhiệt khi đi tới bề mặt của sơn,
dưới tác dụng của các loại phụ gia cách âm, cách nhiệt hầu hết các tia bức xạ
năng lượng nhiệt này sẽ được phản xạ trở lại và chỉ một lượng nhỏ năng lượng
nhiệt được truyền qua. Chính vì thế chúng có tác dụng cách nhiệt và cách âm rất
lớn, khả năng chênh lệch nhiệt độ ngoài trời với trong phòng đối với các nhà
xưởng được sơn bằng các loại sơn này có thể thể lên đến 15 -20
o
C [4,5]. Hình

5
1.2. mô tả nguyên lý truyền nhiệt của hai loại sơn thông thường và sơn cách
nhiệt, cách âm.

a. Mái tôn phủ lớp sơn thông thường b. Mái tôn phủ lớp sơn cách nhiệt, cách âm
Hình 1.2: So sánh sự truyền nhiệt giữa mái tôn phủ sơn thông thường và mái tôn
phủ sơn cách nhiệt, cách âm
Theo hãng Azonobel: khi sử dụng sơn cách âm cách nhiệt để sơn phủ trên
các mái nhà xưởng, trong những ngày nắng nóng, nhiệt độ trên mái đo được từ
42- 44
o
C, nhưng nhiệt độ trong nhà đo được chỉ khoảng 25-32
o
C [6]. Akridge và
cộng sự đã nghiên cứu và tạo ra được các hệ sơn cách âm, cách nhiệt trên cơ sở
sử dụng các loại bột màu, hạt gốm, hạt thủy tinh hình cầu… có khả năng phản
xạ, cách nhiệt, cách âm. Kết quả ứng dụng hệ sơn này để sơn phủ lên mái nhà, đã
làm giảm nhiệt độ của áp mái nhà tới 33
o
C [7].
1.2. Tình hình nghiên cứu sản xuất sơn cách nhiệt, cách âm trên thế giới.
Hiện nay nhu cầu về vật liệu sơn phủ là rất lớn, ước tính hàng năm nhu
cầu thị trường toàn cầu đạt gần 30 tỷ lít mỗi năm đương đương với hàng 100 tỷ
USD và không ngừng tăng lên. Tỷ lệ tăng trưởng hàng năm cỡ khoảng 5%, cùng
với sự phát triển không ngừng, của các ngành công nghiệp và bảo vệ
môi trường,
tiết kiệm năng lượng… đang được đặc biệt quan tâm thì vấn đề nghiên cứu
không chỉ là tạo ra các loại sơn chất lượng cao, hạ giá thành, mà việc nghiên cứu
hướng tới ứng dụng các loại sơn đặc chủng có khả năng cách âm, cách nhiệt, tiết
kiệm năng lượng đang được được hết sức chú ý hiện nay.

6

Những công trình nghiên cứu về sơn cách nhiệt, cách âm đầu tiên được
nghiên cứu từ những năm 60 của thế kỷ trước. Ngày nay sơn cách nhiệt, cách âm
đã đạt được nhiều thành tựu lớn với khả năng cách nhiệt, cách âm rất cao như
sơn Insuladd (Mỹ) [8]. Trong thành phần của sơn loại này có chứa từ 10-15% vật
liệu ở dạng hạt gốm với kích thước rất nhỏ ( <400µm), chúng đ
óng vai trò chính
trong tác dụng phản nhiệt, phản xạ ánh sáng, làm giảm và ngăn cản sự truyền
nhiệt chính vì thế chúng làm cho màng sơn hầu như không hấp thụ nhiệt và có
tác dụng cách âm cách nhiệt rất lớn. Nhật bản là quốc gia rất phát triển về lĩnh
vực này với nhiều hãng sơn nổi tiếng như: KEVA, NANSULATE, NIPPOW, …
hiện đang triển khai và sản xuất một số loại sơn cao cấp đã đượ
c thương mại
hóa, có khả năng cách âm, cách nhiệt lên tới 20-30
o
C.
Sơn cách âm, cách nhiệt [9-11] được ứng dụng để sơn phủ cho các nhà
xưởng công nghiệp, nhà cao tầng, văn phòng làm việc… Tại nhiều quốc gia công
nghiệp phát triển khác như: Mỹ, Anh, Pháp, Đức… việc nghiên cứu và tổ chức
triển khai ứng dụng các loại vật liệu này cũng rất được quan tâm. Nhiều loại sơn
cách âm, cách nhiệt đã được nghiên cứu chế tạo với nhiều đặc tính có giá trị cao
nh
ư: tính cách nhiệt, cách âm lớn, modun đàn hồi dưới điều kiện nóng chảy cao
[12]. Sơn có khả năng bám dính tốt vào bề mặt kim loại, bê tông hoặc gỗ. Những
loại sơn này thường được dùng cho mái nhà xưởng công nghiệp, tường chắn
cách nhiệt, cách âm.
1.3. Tình hình nghiên cứu sản xuất sơn cách nhiệt, cách âm tại Việt Nam.
Trong điều kiện khí hậu nắng nóng ở nước ta, trong những tháng mùa hè
nhiệt độ ngoài trời đạ
t đến 35 ÷ 40
o

C, nhu cầu về sơn cách nhiệt, cách âm cho
các công trình xây dựng là rất lớn. Hiện tại, đã có một số sản phẩm sơn cách
nhiệt, cách âm đã được giới thiệu chào bán, tất cả đều nhập khẩu hoàn toàn từ
nước ngoài như. Sơn Keva, sơn Nansulate, InsuMax Nhu cầu sử dụng sơn
chống nóng, cách nhiệt, cách âm dùng cho các công trình xây dựng, nhà xưởng,
nhà dân dụng là rất lớn, đặt ra nhiệm vụ nghiên cứu cho các nhà khoa học trong

7
nước. Việc nghiên cứu chế ra các loại vật liệu sơn cao cấp cách nhiệt, cách âm,
tiết kiệm năng lượng, giảm giá thành sản phẩm là rất có ý nghĩa.
Trong những năm qua, một số cơ sở trong nước đã tiến hành nghiên cứu
về lĩnh vực này như:
+ Võ Phiên cùng cộng sự đã nghiên cứu sơn cách nhiệt, cách âm, cách
điện trên cơ sở olyurethane-cardanol [13].
+ Công ty TNHH SX – TM – DV Oai Phong đã nhập và tiêu thụ sơn
InsuMax tại thị trường Việt Nam. Loại sơn này được chế tạo trên cơ sở nhựa nhũ
tương có khả năng bám dính tốt, khả cách nhiệt, cách âm, chống nóng hiệu quả
cho mái tôn và tường nhà cửa [14].
+ Hiện tại, Viện Hóa Học Công nghiệp đã và đang cùng hợp tác công ty
sơn của Nhật Bản nghiên cứu và triển khai công nghệ chế tạo vật liệu sơn cao
cấp đặc chủng tạ
i Việt Nam [15].
Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu mới dừng lại ở quy mô phòng thí
nghiệm. Một số loại sơn cách nhiệt, cách âm mới chỉ ra khả năng cách nhiệt,
cách âm ở mức độ thấp hoặc không đáng kể. Đặc biệt là việc triển khai sản xuất
những loại vật liệu đặc chủng này ở quy mô công nghiệp là chưa có.
1.4. Nguyên liệu sản xuất sơn cách nhiệt, cách âm
1.4.1.Chất t
ạo màng cho sơn cách nhiệt, cách âm
Chất tạo màng chiếm khoảng 30-40 % trọng lượng sơn. Chất tạo màng là

các polyme có độ bám dính tốt, có khả năng chứa các loại bột như bột màu, bột
độn, có các tính chất như: khả năng khô, độ cứng, độ bóng, Đây là vật liệu
hình thành màng liên tục, kết dính với nền, làm cho bề mặt nền được bao phủ.
Ngoài ra, chúng kết nối với nhau và với các chất khác trong màng để tạ
o ra màng
sơn có độ rắn chắc thỏa mãn các đặc tính bề mặt bên ngoài. Chất tạo màng quyết
định chủ yếu đặc tính bảo vệ và các đặc tính cơ học, lý, hóa chung của màng sơn.
Chất tạo màng có nhiệm vụ là [16]:

8
- Tạo màng liên tục
- Bao phủ bề mặt
- Kết nối, tạo liên kết với các chất khác.
Các tính chất quan trọng của chất tạo màng được quan tâm là: độ nhớt, tỷ
trọng, khả năng hòa tan trong dung môi, khả năng phản ứng hóa học (với sơn
khô hóa học), Một số chất tạo màng được tạo ra từ sự trùng hợp ôxy hóa hoặc
trùng hợp nhiệt – để t
ạo ra nhựa trùng hợp. Có một số chất tạo màng ngay trong
khi quét màng. Các polyme hay được sử dụng nhất để tạo ra sơn cách nhiệt, cách
âm là các loại nhựa polyeste, nhựa acrylat, nhựa alkyt, nhựa vinyl, nhựa
epoxypolyamit, nhựa PU biến tính, nhựa đa tụ biến tính epoxy [4].
Chất tạo màng trên cơ sở nhựa vinyleste.
Sơn cách nhiệt, cách âm trên cơ sở chất tạo màng là nhựa vinyleste và
polyurethan đã được các nhà nghiên cứu Mỹ ghi nhận trong bản hướng dẫn đặc
điểm kỹ thuật là các loại sơn chịu nhiệt và chống ăn mòn. Sơn cách nhiệt, cách
âm trên cơ sở nhựa vinyleste được đánh giá chất lượng theo các phương pháp
sau [17, 18]:
- Hệ số dãn nở nhiệt tuyến tính: ASTM D-696.
- Khối lượng riêng: ASTM D-1622.
- Độ hấ

p thụ nước: ASTM E-96.
- Độ cứng: ASTM D-2583….
Chất tạo màng trên cơ sở nhựa polyvinylformal biến tính với nhựa
phenolcardanolformadehyt.
Do nhựa phenolformadehyt có tính phân cực mạnh, cardanol formadehyt
có mạch R ở vị trí meta và đặc biệt do tương quan nhóm hydroxyl ít, độ hút ẩm
của nhựa cardanolformadehyt thấp, cho nên để kết hợp tạo ra sản phẩm có độ
dẻo, khả năng bám dính cao và độ hút ẩm thấp, nhiều công trình nghiên cứu đã
tập trung đi sâu vào quá trình tổng h
ợp nhựa phenolcardanolformadehyt.

9
Nhựa polyvinylformal biến tính với phenol-cardanol-formaldehyt cho ta
chất tạo màng có tính chất quý giá như cách nhiệt, cách âm, cách điện, độ bền
uốn cao…
Độ bền nhiệt, tính năng cơ lý, tính chất điện của màng nhựa polyvinylformal
đã biến tính với phenolcardanolformadehyt là cao hơn so với nhựa polyvinylformal
và sự suy giảm tính chất sau khi ngâm nước của sản phẩm là không đáng kể [13].
Chất tạo màng trên cơ sở nhựa polyeste
Nhựa polyeste là nhựa tổng hợp
được tạo thành do phản ứng của axit lưỡng
chức với rượu lưỡng chức. Chất tạo màng trên cơ sở polyeste có ưu điểm như:
lượng chất rắn không bay hơi cao, chịu nhiệt, chịu mài mòn, cách nhiệt, cách âm và
cách điện tốt. Tuy nhiên chúng có nhược điểm là khả năng bám dính yếu [2,16].
Chất tạo màng trên cơ sở nhựa acrylat
Nhựa acrylat là loại nhựa tổng hợp mới, được t
ạo thành do phản ứng trùng
hợp của axit acrylic. Nhựa acrylat có nhiều tính năng quý như: không biến màu,
chịu ánh sáng, chịu khí hậu, chịu ăn mòn hóa học, …Do đó màng sơn trên cơ sở
chất tạo màng nhựa acrylat cũng có ưu điểm:

- Màng sơn khô nhanh.
- Có độ bám chắc, tốt
- Màng sơn có độ bóng cao, chịu ánh sáng và chịu tia tử ngoại.
- Có tính bền hóa học, chịu nước và bền màu
Song chúng có khuyế
t điểm là: khả năng chịu mài mòn kém, hàm lượng chất
rắn ít, khi phun có hiện tượng đóng cục [19].
Tuy nhiên, nguyên liệu làm sơn khó kiếm, giá thành đắt, vì vậy sơn
thường dùng để sơn các sản phẩm cao cấp.


10
1.4.2. Bột màu và chất độn dùng cho sơn cách nhiệt, cách âm
a. Bột màu
Bột màu là những hạt rắn mịn, không hòa tan và được phân tán đều và còn
lại trong chất tạo màng sau khi màng tạo thành. Bột màu chiếm khoảng 10-20 %
trọng lượng sơn, tạo cho sơn có gam màu theo ý muốn, đồng thời góp phần làm
tăng tính năng cơ lý của màng sơn.
Bột màu có tác dụng:
- Tạo màu
- Tạo độ đục cho màng phủ
Bột màu làm thay đổi đặc tính sử dụng của màng phủ.
Bột màu phần lớn là oxit hay muối kim loại, được thêm vào với chất tạo
màng không những làm cho bề mặt sơn nhẵn, có màu sắc mà còn ảnh hưởng
nhiều đến tính chất lý hóa của màng sơn. Trong nhiều trường hợp bột màu làm
tăng s
ức bền cơ học, tăng tính chống ăn mòn, tăng độ bền thời tiết, và một số
tính chất khác. Bột màu phải kết hợp tốt với chất tạo màng. Sơn có bột màu sáng
thường phản nhiệt, ánh sáng tốt hơn.
Bột màu thường chia làm 2 loại: loại ưa nước như oxit kẽm, oxit chì… và

loại không ưa nước như graphit, muội đèn….Mặt khác, chất tạo màng gồm nhiề
u
cấu tử có độ phân cực khác nhau nên muốn có hệ huyền phù giữa chất tạo màng
và bột màu cần có chất hoạt động bề mặt. Chất hoạt động bề mặt là những chất
trong phân tử vừa có nhóm phân cực, vừa có gốc không phân cực, thường là các
hợp chất hữu cơ có chứa nhóm -COOH, -OH. Nhờ có nhóm có cực và gốc không
có cực nên có thể hấp phụ lên bề mặt của các vật ư
a nước và không ưa nước.
Kích thước và hình dạng của các hạt bột màu cũng ảnh hưởng đến tính
chất của màng sơn, bột màu càng mịn càng tốt. Kích thước của hạt khoảng
0,5µm đến 10µm, nếu kích thước bé quá dưới 0,5-1µm thì khả năng phủ kém (g

11
bột màu/m
2
bề mặt sơn) nghĩa là tốn nhiều sơn, nếu kích thước lớn đến giới hạn
nào đó có thể vừa giảm được lượng sơn, vừa tăng phẩm chất của màng sơn. Hình
dạng của hạt cũng ảnh hưởng đến sức bền của màng sơn. Dạng hình kim như
oxit kẽm làm cho hạt sắp xếp được chặt chẽ ngăn chặn tia sáng và hơ
i ẩm, do đó
màng sơn bền với khí quyển. Bột nhôm dạng như vẩy làm cho màng sơn ánh
như bạc, làm phản chiếu tia sáng có hại cho màng sơn do đó làm tăng sức bền
thời tiết cho màng sơn [20]. Đặc biệt, một số bột màu có thể phản xạ tia tử ngoại
được tổng hợp từ hỗn hợp các hydroxit kim loại, muối nitrat, axetat hoăc oxit, ở
nhiệt độ nung 1000
o
C các chất tự phản ứng để sắp xếp cấu trúc tinh thể mới, ổn
định hơn [21]
Vì bột màu có tác dụng và ảnh hưởng nhiều đến tính chất của màng sơn,
nên tùy mục đích sử dụng mà ta chọn loại bột màu thích hợp. Khi chọn nên căn

cứ vào các yếu tố chính sau đây:
+ Mức độ mịn của bột màu: bột màu thường phải mịn nhưng cũng không
nên quá mị
n vì sẽ hao phí nhiều bột màu.
+ Khả năng phủ của bột màu: là số lượng bột màu cần thiết để phủ lên 1m
2

bề mặt sơn. Cần làm sao cho khả năng phủ lớn nghĩa là tốn ít bột màu.
+ Yêu cầu về màu sắc và độ bền màu của bột màu đối với tác dụng của tia
tử ngoại.
+ Khả năng phòng gỉ của bột màu, độ bền của nó đối với tác dụng của khí
quyển và môi trường xung quanh.
+ Độ ngấm dầu (chất tạo màng) của bột màu là lượng nhựa t
ối thiểu phải
dùng để ngấm với bột màu thành một loại bột nhão. Độ ngấm càng bé càng tốt,
căn cứ vào độ ngấm dầu để xác định lượng nhựa cần phải dùng, trong thực tế
lượng nhựa cần dùng gấp đôi độ ngấm dầu.
Ngoài ra còn có thể dùng bột kim loại như bột nhôm làm bột màu và đôi
khi có thể dùng cả chất màu hữu cơ:

12
Bảng 1.1: Một số loại bột màu chính
STT Màu sắc Oxit kim loại Sunfua kim loại Cromat kim loại
1 Trắng Oxit kẽm ZnO
Oxit titan TiO
2
Sunfua kẽm
ZnS. BaSO
4
(litopon)

2 Vàng

Cromat chì
PbCrO
4
. PbSO
4
Cromat kẽm
ZnCrO
4
.K
2
CrO
4
.ZnO
3 Xanh lá cây Oxit crom
Cr
2
O
3
.3H
2
O

4 Xanh da cam Cromat chì
PbCrO
4
.PbO
5 Đỏ Oxit chì Pb

3
O
4


6 Nâu Oxit sắt Fe
3
O
4


b. Chất độn
Chiếm 10-20 % trọng lượng sơn, là thành phần không thể thiếu trong sơn,
nó có tác dụng làm giảm giá thành sản phẩm đồng thời điều chỉnh tính năng như
làm tăng độ dày, nâng cao độ cứng, chịu mài mòn và khả năng chịu va đập của
màng sơn (bột độn gia cường), trong một số trường hợp nó có thể thay thế bột
màu. Ví dụ: bột oxyt Fe, muội than …Bột độn thườ
ng là nguyên liệu rẻ và dễ kiếm.
Bảng 1.2: Thành phần và tính chất của bột độn như sau:
Stt Thành phần Tính chất
1 BaSO
4
Chịu axit, chịu kiềm, chống tia tử ngoại làm màng sơn
cứng, tỉ trọng lớn, dễ kết tủa, dùng làm matit, sơn lót,

13
sơn chịu axit
2 CaCO
3
Không hòa tan trong nước, dễ bị nước hấp phụ, kiềm

yếu. Dùng làm sơn lót, mattit.
3 3MgO
4
SiO
2
H
2
O Chống bột màu kết tủa, chịu nước chịu mài mòn. Dùng
làm sơn lót, mattit
4 CaSO
4
H
2
O Hấp phụ nước mạnh. Dùng rất ít cho sơn lót, mattit
1.4.3. Các chất phụ gia cho sơn cách nhiệt, cách âm, chống nóng
Chất phụ gia chiếm từ 1-5 % được đưa vào sơn với tỉ lệ ít nhưng làm thay đổi
vai trò đặc trưng mà cấu tử chính (chất tạo màng, bột màu dung môi) không đảm
nhiệm hết. Các chất phụ gia được chia làm nhiều nhóm: chất làm khô, chất hoá
dẻo, chất chống lắng (chống keo tụ), chất ổn định, chất chống oxi hoá, bức
xạ… [22]
a.
Phụ gia cách nhiệt, cách âm
Phụ gia cách nhiệt, cách âm phổ biến dùng cho sơn cách nhiệt, cách âm là
bột cát thạch anh. Thành phần hóa học chính của cát thạch anh là SiO
2
> 90%.
Chúng được tạo thành từ các hạt bị gắn kết mà các hạt này lại có thể là các mảnh
vỡ của đá đã tồn tại trước đó hoặc là đơn tinh thể của các khoáng vật. Các chất
kết dính hay còn gọi là xi măng gắn kết có tác dụng gắn các hạt này với nhau chủ
yếu là canxit, các khoáng vật sét và các khoáng vật silica. Kích thước các hạt cát

thạch anh trong đá cát nằm trong khoảng 0,1 mm tới 2 mm, bề ngoài có màu
trắng vàng, t
ỷ trọng: 2.5-2.6 kg/cm3, hòa tan trong axit: 1.7, độ cứng: 0-7.0
(MOH’s Scale ), độ đồng đều: 1.3-1.6.
Ngoài ra, phụ gia cách nhiệt, cách âm hay được sử dụng như:
+ Phân tử cách nhiệt, cách âm cực nhỏ. Đây là những phân tử tương tự
như quả bóng bằng sứ rất nhỏ, hoàn toàn trống rỗng, chúng đẩy tất cả không khí
ra ngoài và tạo môi trường chân không giúp chúng phản xạ và bức xạ sức nóng,

14
giảm nhiệt độ xuống .Các hạt này thường được làm bằng các oxit kim loại như:
TiO
2
, Fe
2
O
5
, ZrO
2
, SiO
2
, Al
2
O
3
, …[23].
Bảng 1.3: Chỉ số khúc xạ của một vài oxit kim loại và thủy tinh [26]
STT Hạt phân tử cách nhiệt, cách âm cực
nhỏ
Chỉ số khúc xạ

1 TiO
2
2,61
2 Fe
2
O
5
2,35
3 ZrO
2
2,10
4 Al
2
O
3
1,70
5 SiO
2
1,54
6 Thủy tinh 1,52
+ Hạt cầu rỗng thủy tinh vô cơ có hệ số dẫn nhiệt cực thấp giúp cho sơn có
khả năng cách nhiệt, cách âm hiệu quả.

Hình 1.3: Các hạt thủy tinh rỗng hình cầu
+ Hạt gốm nhỏ tạo ra rào cản nhiệt. Các hạt gốm này có khả năng cản, khúc
xạ và tản nhiệt. Các hạt gốm có kích thước 30 - 100µm, khi chúng tạo thành rào
cản nhiệt sẽ tiết kiệm được 40% năng lượng và nhiệt độ chênh lệch lên tới 10
0
C.

15

Hình 1.4: Các hạt gốm hình cầu cách nhiệt, cách âm
b.Các loại phụ gia khác:
Các loại hóa chất phụ gia thường được sử dụng trong sản xuất sơn như [24]:
+ Chất hóa dẻo
+ Chất làm khô
+ Phụ gia phân tán
+ Phụ gia ổn định sơn (chống keo tụ)
+ Phụ gia chống ăn mòn và chống mốc.
* Chất hóa dẻo:
Chất hóa dẻo là chất làm tăng tính dẻo, độ bám chắc, chịu nhiệt, chịu lạnh
tốt của màng sơn, đề phòng sơn bong nứt, giảm sự bốc cháy. Một số màng sơn
giòn phải cho chất hóa dẻo. Thường chất hóa dẻo là chất hữu cơ không bay hơi
có phân tử lượng thấp như: đibutylphtalat (DBP), O-dioctylphtalat (DOP), … Sử
dụng chất hóa dẻo và hàm lượng của nó phụ thuộc vào loại sơn và yêu cầu sử
dụng, quan trọng nhất là chọn chất hóa dẻo cần phải hòa tan trong sơn g
ốc,
không độc hai và ít độc.
* Chất làm khô
Chất làm khô là chất làm tăng tốc độ khô của màng sơn, chất làm khô
thường dùng là chất oxi hóa và muối kim loại như coban, mangan, chì … và các

16
chất hữu cơ có thể xà phòng hóa chúng. Do muối chì độc, vì vậy thường dùng
chất làm khô là muối coban.
Để được màng sơn bóng và bằng phẳng, lượng chất làm khô phải cho
chính xác, so với phần đóng rắn nhựa thì lượng muối chì cho vào là 0,25 – 0,5%
trọng lượng (tính toán bằng hàm lượng kim loại), lượng muối coban cho vào là
0,025-0,05% trọng lượng (tính toán bằng hàm lượng kim loại).

+ Chất làm khô coban: là chất làm khô rất mạnh, quá trình làm khô tiến
hành nhanh ở bề mặt màng sơ
n, nhưng nếu sử dụng đơn độc thì màng sơn ở bên
trong khó khô, dễ sinh ra bong…
+ Chất làm khô mangan: chất làm khô mangan kém hơn chất làm khô
coban, quá trình làm khô tiến hành ở bề mặt, sau đó làm khô ở bên trong màng
sơn nhưng màng sơn cứng và giòn, thể hiện màu rất mạnh, nên việc sử dụng bị
hạn chế.
+ Chất làm khô chì: tốc độ làm khô chậm, quá trình làm khô không đồng
đều, có thể làm khô bên trong màng sơn, được màng sơn dẻ
o, đàn hồi, chịu khí
hậu tốt, không biến màu, vì vậy chất làm khô chì là loại tương đối tốt.
+ Chất làm khô hỗn hợp:
Chất làm khô hỗn hợp là hỗn hợp các chất làm khô. Chất làm khô hỗn hợp
thường cho ta màng sơn tốt, trong khi sử dụng đơn độc một chất làm khô người
ta không thể có được màng sơn tốt, vì vậy chất làm khô hỗn hợp thường được sử
dụng r
ộng rãi.
Chất làm khô có thể làm khô nhanh màng sơn, nhưng không phải dùng
lượng chất làm khô nhiều, thì làm khô nhanh. Thực tế chứng minh rằng, đôi khi
dùng lượng chất làm khô nhiều, không thể làm khô nhanh, mà lại làm cho màng
sơn dễ bị bong, đóng cục, lão hóa …, ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng
màng sơn.
* Phụ gia phân tán

17
Trong sơn màu, bột màu và chất độn phải được làm ướt trong dung môi và
phân tán đồng đều trong sơn. Khi bột màu và chất độn không thể hoặc khó làm
ướt, người ta cần phải bổ xung một lượng dung môi nhất định giúp cho việc phân
tán làm ướt bột màu và chất độn. Trong một số trường hợp cần phải đưa vào hệ

chất phân tán bột màu. Đó là chất hoạt động bề mặt. Chất thường dùng là dầu
đượ
c sunfo hóa. Chất phân tán có hàm lượng 0,1-0,5% trọng lượng chất rắn
trong sơn.
Có nhiều giai đoạn xảy ra trong quá trình phân tán bột màu. Có thể phân
quá trình này thành 3 bước [25] như sau:
• Bước 1: Thấm ướt bột màu. Tất cả khí và hơi ẩm trên bề mặt bột màu được
thay thế bởi dung dịch nhựa. Tương tác bề mặt rắn – khí giữa bột màu và khí
được thay thế bởi tương tác rắn – lỏng giữa bột màu và dung dịch nh
ựa. Dung
dịch nhựa phải thấm ướt toàn bộ không gian giữa các hạt bột màu.
• Bước 2: Phân tán bột màu. Nhờ năng lượng cơ học (va chạm hoặc lực cắt),
các khối bột màu kết tụ phá vỡ và giảm kích thước.
• Bước 3: Ổn định phân tán. Các hạt bột màu sau khi phân tán cần được ổn
định để ngăn chặn sự kết tụ không mong muốn. Các hạt bộ
t màu cần được giữ
khoảng cách phù hợp với nhau để chúng không thể tạo được kết tụ. Trong hầu
hết các ứng dụng, sự ổn định mong muốn là sự phân tách của các hạt bột màu,
tuy nhiên trong một số trường hợp, sự ổn định thu được nhờ kết tụ có điều chỉnh.
Bước 1 và bước 3 chịu ảnh hưởng của phụ gia. Các loại phụ gia thấm
ướt
xúc tiến quá trình thấm ướt bột màu bởi nhựa, các loại phụ gia phân tán ổn định
sự phân tán bột màu. Thông thường các phụ gia có cả chức năng thấm ướt lẫn ổn
định phân tán.
Phụ gia phân tán hấp thụ lên bề mặt bột màu và duy trì khoảng cách thích
hợp giữa các hạt bột màu nhờ hiệu ứng đẩy tĩnh điện hoặc cản trở không gian, do
đó giảm xu hướng kết tụ
của bột màu.

18
* Phụ gia ổn định sơn (chống keo tụ):
Trong quá trình lưu giữ, bảo quản sơn thường hay xảy ra hiện tượng kết tủa
chất màu. Trong những trường hợp sơn có độ nhớt thấp, người sản xuất thường
cho thêm chất làm tăng độ nhớt, giảm tính lưu động, đề phòng kết tủa như:
Cacboxymetyl xenlulo có thể hút nước, nở ra làm tăng độ dính kết. Những chất
này gọi là chất ổn định sơn. Hàm lượng của chúng trong sơn khoảng 0,25-1,0%.
* Phụ gia chống ăn mòn và chống mốc
Những vi sinh vật nằm trong màng sơn làm cho sơn ăn mòn và mốc. Vì vậy,
sơn thường có chất chống ăn mòn và chống mốc. Chất chống ăn mòn thường
dùng là các loại phenol, hợp chất aldehyt, lượng dùng 0,05-0,3% trọng lượng
sơn. Chất chống mốc thường là các hợp chất thiếc hữ
u cơ, hàm lượng sử dụng
khoảng 1% thành phần chất rắn trong sơn.
1.4.4. Dung môi chế tạo sơn cách nhiệt, cách âm
Dung môi chiếm 30-50 % trọng lượng sơn, là thành phần chính quyết định
độ nhớt của sơn, trong một số trường hợp có tác dụng như 1 chất hoá dẻo. Việc
dùng dung môi loại nào và lượng dung môi nhiều hay ít là có ảnh hưởng đến chế
độ gia công màng sơn bằng phương pháp: quét, lăn hay phun sơn [24].
Dung môi là những chất lỏng dễ bay hơi dùng để hòa tan chất tạo màng và
trong quá trình tạo màng sơn sẽ bay hơi đi. Dung môi cũng ảnh hưởng đến tính
chất của màng sơn, vì thế việc phối hợp sử dụng các dung môi có ý nghĩa quan
trọng.
Dung môi cần đạt các yêu cầu sau:
+ Hòa tan được hoàn toàn chất tạo màng
+ Có tốc độ bay hơi nhất định và bay hơi đi hoàn toàn không để lại mùi gì ở
màng sơn.
+ Trung tính và ổn định.
+ Ít độc, khó cháy nổ.
+ Phổ biến và giá rẻ.

19
+ Nhiệt độ sôi khoảng 50-200
o
C vì cao quá sẽ khó bay đi khỏi màng sơn.
Lượng dung môi cần dùng không nên nhiều quá, làm sao cho dung dịch chất
tạo màng có đủ độ nhớt để sơn phủ một lớp mỏng, đều. Cũng không nên dùng
loại dung môi dễ bay hơi quá, phải làm sao cho chất tạo màng có đủ thời gian để
phân bố đều lên toàn bề mặt.
Dung môi lại dễ cháy, hơi của chúng có thể kết hợp với không khí thành
những hỗn hợp nổ nên cần ph
ải bảo quản tốt, sử dụng cẩn thận, nên biết giới hạn
nổ của từng loại dung môi và phải có dụng cụ an toàn phòng cháy.
Hơn nữa các dung môi dùng trong sản xuất sơn thường độc, hơi của chúng
rất có hại cho đường hô hấp, hại đến máu, có tác dụng lên da cho nên khi tiếp
xúc phải hết sức chú ý, cần đeo khẩu trang.
Dung môi dung cho sơn gồm các loại chính sau đây:
1. Cacbua hydro từ dầ
u mỏ như: dầu xăng, white spirit; hoặc loại thơm
như: benzen, toluen, xylen.
2. Tecpen: dầu thông.
3. Rượu etylic, butylic, amylic.
4. Este phần lớn từ axit axetic: etyl axetat, butyl axetat…
5. Xeton: axeton.
Bảng 1.4: Đặc tính của một số dung môi chủ yếu

STT
Dung môi Công thức Trọng
lượng
phân tử

Khối lượng
riêng ở
28
o
C
Nhiệt độ
sôi,
o
C
Ghi chú
1 Dầu xăng 0,730 >80
2 White spirit ≤0,795 ≤165 Một loại
dầu xăng
nặng
3 Benzen C
6
H
6
78 0,891 80,2 Hơi
benzen