thiết kế phân xưởng sản xuất sơn xe máy trên cơ sở chất tạo màng pu

LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thế Hữu đã tận tình hướng dẫn,
giúp đỡ em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp thiết kế phân xưởng sản xuất Sơn
xe máy với chất tạo màng là nhựa PU được giao.
Em xin gửi lời biết ơn đến các thầy cô trong khoa Công nghệ hóa đã
đóng góp những ý kiến quý báu giúp em trong quá trình hoàn thành quyển
khóa luận này.
Em xin cám ơn ban giám đốc Công ty TNHH Nippon paint Việt Nam
(Hà Nội) đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em tham quan, tìm hiểu các quy
trình sản xuất của nhà máy giúp em hiểu rõ hơn quy trình sản xuất sơn xe
máy.
Con xin gửi đến cha mẹ tấm lòng biết ơn vô hạn, cảm ơn tất cả những
người thân đã thương yêu,quan tâm và chăm lo cho tôi.
Qua đây em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tất cả các bạn trong tập
thể lớp ĐH Hóa 1 K2 đã luôn sát bên em, cùng nhau học hỏi, tìm hiểu giúp
em có thể hoàn thành tốt bài khóa luận.
Do thời gian có hạn cho nên trong thời gian hoàn thành quyển khóa luận
tốt nghiệp này không tránh khỏi những sai sót. Kính mong sự chỉ bảo cũng
như những lời góp ý chân thành từ tất cả thầy cô cùng các bạn đọc với sự
thông cảm …



Hà nội, Tháng 05 năm 2011
Sinh viên: Nguyễn Thị Mến
I
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN I
CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG VĂN BẢN VII
DANH MỤC BẢNG BIỂU IX
LỜI MỞ ĐẦU 1

PHẦN 1 - TỔNG QUAN 2
1.1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ SƠN 2
b. Căn cứ bản chất của môi trường phân tán: 3
c. Căn cứ vào bản chất của môi trường phân tán: 3
d. Căn cứ vào ứng dụng: 3
e. Căn cứ vào phương pháp phun: 3
f. Các dạng sơn đặc biệt khác: 3
1.1.2 Các phương thức tạo thành màng sơn 4
1.1.2.1. Cơ chế khô vật lý: 4
1.1.2.2. Cơ chế khô hóa học 4
1.1.3. Thành phần sơn: 4
5
Hình 1.1. Thành phần chính của sơn 5
a. Khái niệm 5
c. Phân loại nhựa: 5
a. Khái niệm: 5
b. Phân loại : 6
c. Nguyên tắc lựa chọn dung môi: 6
Bảng 1.1 Thông số hòa tan của dung môi theo Hansen’s 6
Bảng 1.2 Thông số hòa tan của nhựa 7
Bảng 1.3 Tốc độ bay hơi của dung môi 8
Bảng 1.4 Nồng độ cho phép của dung môi 8
c) Chất pha loãng 9
d) Bột màu 9
Bảng 1.5 Thành phần và tính chất của bột màu vô cơ 10
e) Chất độn 12
Bảng 1.6 Thành phần và tính chất của bột độn như sau 12
f) Các chất phụ trợ khác: 13
1.2. GIỚI THIỆU VỀ SƠN PU 13
1.2.1. Lịch sử phát triển và ứng dụng của sơn polyurethane 13

1.2.2. Chất tạo màng : 15
1.2.2.1. Alkyd urethan : 16
1.2.2.2. Polyurethan một thành phần đóng rắn bằng hơi ẩm : 16
II
1.2.2.3. Polyurethan một thành phần đóng rắn bằng nhiệt: 17
Bảng 1.7 : Một số tác nhân che chắn 18
1.2.2.4. Nhựa hai thành phần polyisocyanate và polyol: 18
Bảng 1.8 : Ảnh hưởng của cấu trúc isocyanate tới thời gian khô 19
Bảng 1.10: Các dạng polyisocyanate 22
b. Polyol ( nhựa gốc ) 23
1.2.3.1. Giới thiệu về bột mầu, bột đôn 25
1.2.3.2. Phân loại bột mầu: 26
1.2.3.3. Bột mầu, bột độn trong sơn polyurethan: 26
1.2.4.1 Phân loại dung môi: 27
a. Dung môi hydrocacbon: 27
Hình 1.2: Tính chất của dung môi Hữu cơ 28
b. Dung môi oxi hóa: 30
1.2.4.2 Tính chất của dung môi: 31
a. Khả năng hòa tan: 31
Hình 1.4: Quan hệ giữa độ nhớt và hàm rắn của nhựa 32
Bảng 1.12: Ví dụ về việc phân loại dung môi sơn 33
b. Tốc độ bay hơi: 34
Bảng 1.13: Tốc độ bay hơi và việc thoát dung môi khỏi màng 34
Bảng 1.14: Tốc độ bay hơi của dung môi 35
1.2.5. Phụ gia: 36
1.2.6. Nguyên tắc thiết lập công thức sơn: 37
1.2.6.1. Xác định thành phần nhựa: 37
1.2.6.2. Xác định thành phần bột mầu, bột độn: 37
1.2.6.3. Xác định thành phần của dung môi: 38
PHẦN 2 - THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN 41

CHƯƠNG 1: NGUYÊN LIỆU 41
2.1.1. Đơn phối liệu 41
Bảng 2.1. Đơn phối liệu sơn mầu trắng 41
2.1.2. Tính toán nguyên liệu cần dùng cho 1 năm 42
2.1.2.1. Lượng nguyên liệu dùng cho một ngày 42
Bảng 2.2 Khối lượng nguyên liệu dùng cho 1 ngày 42
2.1.2.2. Lượng nguyên liệu dùng cho một năm 43
III
Bảng 2.3. Khối lượng nguyên liệu dùng cho 1 năm 43
2.1.3. Tính giá thành nguyên liệu dùng cho 1 năm 43
Bảng 2.4. Bảng kê giá thành lượng nguyên liệu để sản xuất sơn 43
CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ MÁY MÓC VÀ NHÀ XƯỞNG 45
2.2.1. Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy 45
2.2.2. Thiết kế tổng mặt bằng 45
2.2.2.1. Yêu cầu chung về thiết kế nhà máy sơn 45
2.2.2.2. Nguyên tắc phân vùng 46
2.2.2.3. Các công trình hạng mục trong nhà máy 47
2.2.3. Các Thiết bị máy móc 49
2.2.3.1. Máy khuấy 49
a. Tác dụng của máy khuấy 49
Hình 2.2. Hình dạng cánh khuấy được sử dụng ở phân xưởng 49
b. Tính lựa chọn máy khuấy 50
Hình 2.4. Hình ảnh máy khuấy thực tế trong phân xưởng 52
c. Qui tắc vận hành và sử dụng máy khuấy Đài Loan 52
d. Bảng chỉ dẫn sử dụng máy khuấy trong phân xưởng: 53
2.2.3.2. Máy nghiền 54
a. Khái niệm đập nghiền: 54
b. Mục đích nghiền 54
c. Các thông số máy nghiền 54
Bảng 2.5 các thông số của máy nghiền 54

d. Lựa chọn Các thiết bị nghiền: 55
Hình 2.5 Thông số máy nghiền hạt ngọc kiểu đứng 56
Hình 2.6. Cấu tạo máy nghiền hạt ngọc 57
d. Nguyên lý hoạt động: 58
2.2.3.3 Các thiết bị máy móc khác 58
Bảng 2.6 Thống kê các loại máy móc thiết bị trong xưởng 59
CHƯƠNG 3- TÍNH TOÁN NHÂN CÔNG 60
CHƯƠNG 4- QUY TRÌNH SẢN XUẤT 61
2.4.1 Sơ đồ sản xuất sơn 61
2.4.1.1. Giai đoạn ủ muối: 63
a. Mục đích: 63
b. Quy trình thực hiện: 63
2.4.1.2 Giai đoạn nghiền: 63
a. Mục đích: 63
IV
b. Quy trình thực hiện: 64
b. Quy trình thực hiện: 64
2.4.1.4. Giai đoạn đóng sản phẩm: 65
b. Vốn lưu động 70
c. Giá thành sản phẩm. 75
Vậy thời gian thu hồi vốn là 4 năm 6 tháng, phù hợp với tiêu chuẩn
của ngành hoá chất 77
CHƯƠNG 6- ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SƠN 78
2.6.1. Kiểm tra độ nhớt của sơn: 78
a. hóa chất và thiết bị: 78
b. Phương pháp kiểm tra: 78
2.6.2. Đo tỷ trọng của sơn: 78
a. Hóa chất và thiết bị: 78
b. Phương pháp kiểm tra: 78
c. Tính toán: 79

2.6.3.Phần trăm không bay hơi (hàm lượng chất rắn) 79
a. hóa chất và thiết bị: 79
b. Phương pháp kiểm tra: 79
c. Tính toán: 79
2.6.4. Độ cứng 79
a. Hoá chất và thiết bị: 79
b. Phương pháp kiểm tra: 79
2.6.5. Độ bám dính 80
a.Hoá chất và thiết bị: 80
b. Phương pháp kiểm tra: 80
2.6.6. Tính bền điểm 80
a.Hoá chất và thiết bị: 80
b. Phương pháp kiểm tra 81
2.6.7. Tinh bền săng dầu 81
a. Hóa chất và thiết bị 81
b. Phương pháp kiểm tra: 81
2.6.8. Khả năng chịu vết 82
a.Hoá chất và thiết bị: 82
b.Phương pháp kiểm tra: 82
2.6.9. Khả năng chịu va đập với tấm thép 82
a. Hoá chất và thiết bị: 82
b. Phương pháp kiểm tra (áp dụng cho tấm thép mềm): 83
2.6.10. Kiểm tra chịu va đập với tấm nhựa 83
a.Hoá chất và thiết bị: 83
b. Phương pháp kiểm tra (áp dụng cho tấm nhựa): 83
V
2.6.11. Khả năng chịu uốn (độ đàn hồi) 84
a.Hoá chất và thiết bị: 84
b.Phương pháp kiểm tra (áp dụng cho tấm thép mềm): 84
2.6.12. Kiểm tra khả năng chịu độ ẩm 84

a. Hoá chất và thiết bị: 84
b. Phương pháp kiểm tra: 84
2.6.13. Kiểm tra khả năng chịu muối 85
a. Hoá chất và thiết bị: 85
b. Phương pháp kiểm tra: 85
2.6.14. Kiểm tra độ bóng 85
2.6.15. Kiểm tra độ biến trắng của hỗn hợp dung môi 86
2.6.16. Kiểm tra khả năng chịu môi trường khí hậu tự nhiên 86
CHƯƠNG 7 - AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH CÔNG NGHIỆP
87
2.7.1 Các nguyên tắc cơ bản trong an toàn lao động: 87
2.7.2. Những qui định về sử dụng máy 88
b) Phương pháp phân ly chất nối 92
c) Phương phỏp trao đổi ion 92
d) Phương phâp phân màng 93
2.7.4.3. Xử lý nước thải trước khi sơn 94
a) Dung dịch thải dầu mỡ tính kiềm 94
b) Nước thải tính axit 95
c) Xử lý nước thải phốt phát hoá 95
d) Chất thải có chất điều chỉnh bề mặt 95
e) Nước thải có chứa chất thu động hoá 95
f) Thiết bị và quá trình xử lý nứơc thải dung dich thải xử lý bề mặt 96
2.7.4.4. Xử lý nước thải sơn điện di 96
2.7.5.1. Phương pháp hấp thụ 97
2.7.5.2. Phương pháp đốt trực tiếp 98
2.7.5.3. Phương pháp đốt xúc tác 98
KẾT LUẬN 99
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 100
VI
CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG VĂN BẢN

VII
VIII
Danh từ viết tắt Ghi chú
PU Polyurethane
PU-1k Polyisocyanat
PU-2k Polyeste polyols
MDI Diphenylmetan cyanat
TDI Toluen diso cynat
PPG Polypropylen glycon
NCO Iso cynat
OH Hidroxy
PMA
Poly metyl acrylat
DANH MỤC HÌNH VẼ
LỜI CẢM ƠN I
CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG VĂN BẢN VII
DANH MỤC BẢNG BIỂU IX
LỜI MỞ ĐẦU 1
PHẦN 1 - TỔNG QUAN 2
Hình 1.1. Thành phần chính của sơn 5
Bảng 1.1 Thông số hòa tan của dung môi theo Hansen’s 6
Bảng 1.2 Thông số hòa tan của nhựa 7
Bảng 1.3 Tốc độ bay hơi của dung môi 8
Bảng 1.4 Nồng độ cho phép của dung môi 8
Bảng 1.5 Thành phần và tính chất của bột màu vô cơ 10
Bảng 1.6 Thành phần và tính chất của bột độn như sau 12
Bảng 1.7 : Một số tác nhân che chắn 18
Bảng 1.8 : Ảnh hưởng của cấu trúc isocyanate tới thời gian khô 19
Bảng 1.10: Các dạng polyisocyanate 22
Hình 1.2: Tính chất của dung môi Hữu cơ 28

Hình 1.4: Quan hệ giữa độ nhớt và hàm rắn của nhựa 32
Bảng 1.12: Ví dụ về việc phân loại dung môi sơn 33
Bảng 1.13: Tốc độ bay hơi và việc thoát dung môi khỏi màng 34
Bảng 1.14: Tốc độ bay hơi của dung môi 35
PHẦN 2 - THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN 41
Bảng 2.1. Đơn phối liệu sơn mầu trắng 41
Bảng 2.2 Khối lượng nguyên liệu dùng cho 1 ngày 42
Bảng 2.3. Khối lượng nguyên liệu dùng cho 1 năm 43
Bảng 2.4. Bảng kê giá thành lượng nguyên liệu để sản xuất sơn 43
Hình 2.2. Hình dạng cánh khuấy được sử dụng ở phân xưởng 49
Hình 2.4. Hình ảnh máy khuấy thực tế trong phân xưởng 52
Bảng 2.5 các thông số của máy nghiền 54
Hình 2.5 Thông số máy nghiền hạt ngọc kiểu đứng 56
Hình 2.6. Cấu tạo máy nghiền hạt ngọc 57
Bảng 2.6 Thống kê các loại máy móc thiết bị trong xưởng 59
KẾT LUẬN 99
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 100
DANH MỤC BẢNG BIỂU
LỜI CẢM ƠN I
CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG VĂN BẢN VII
DANH MỤC BẢNG BIỂU IX
IX
LỜI MỞ ĐẦU 1
PHẦN 1 - TỔNG QUAN 2
Hình 1.1. Thành phần chính của sơn 5
Bảng 1.1 Thông số hòa tan của dung môi theo Hansen’s 6
Bảng 1.2 Thông số hòa tan của nhựa 7
Bảng 1.3 Tốc độ bay hơi của dung môi 8
Bảng 1.4 Nồng độ cho phép của dung môi 8
Bảng 1.5 Thành phần và tính chất của bột màu vô cơ 10

Bảng 1.6 Thành phần và tính chất của bột độn như sau 12
Bảng 1.7 : Một số tác nhân che chắn 18
Bảng 1.8 : Ảnh hưởng của cấu trúc isocyanate tới thời gian khô 19
Bảng 1.10: Các dạng polyisocyanate 22
Hình 1.2: Tính chất của dung môi Hữu cơ 28
Hình 1.4: Quan hệ giữa độ nhớt và hàm rắn của nhựa 32
Bảng 1.12: Ví dụ về việc phân loại dung môi sơn 33
Bảng 1.13: Tốc độ bay hơi và việc thoát dung môi khỏi màng 34
Bảng 1.14: Tốc độ bay hơi của dung môi 35
PHẦN 2 - THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN 41
Bảng 2.1. Đơn phối liệu sơn mầu trắng 41
Bảng 2.2 Khối lượng nguyên liệu dùng cho 1 ngày 42
Bảng 2.3. Khối lượng nguyên liệu dùng cho 1 năm 43
Bảng 2.4. Bảng kê giá thành lượng nguyên liệu để sản xuất sơn 43
Hình 2.2. Hình dạng cánh khuấy được sử dụng ở phân xưởng 49
Hình 2.4. Hình ảnh máy khuấy thực tế trong phân xưởng 52
Bảng 2.5 các thông số của máy nghiền 54
Hình 2.5 Thông số máy nghiền hạt ngọc kiểu đứng 56
Hình 2.6. Cấu tạo máy nghiền hạt ngọc 57
Bảng 2.6 Thống kê các loại máy móc thiết bị trong xưởng 59
KẾT LUẬN 99
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 100
X
LỜI MỞ ĐẦU
Khi nền công nghiệp ngày càng phát triển thì sơn không chỉ có tác
dụng bao phủ lên bề mặt vật liệu nhằm chống lại sự phá hủy của môi trường
xung quanh mà còn tăng thêm vẻ đẹp cho từng loại vật liệu đó với đủ loại
mầu sắc bắt mắt. Đặc biệt một số loại sơn còn có khả năng đáp ứng được
nhiều yêu cầu kỹ thuật quan trọng như chống gỉ, cách điện, hấp thụ tia cực
tím, chịu kiềm, chịu va đập…

Trong các loại sơn thì sơn sử dụng chất tạo màng là nhựa PU có
những tính năng tốt khác biệt với các loại sơn khác là dính chặt vào bề mặt
vật liệu, đàn hồi, bóng, bền dưới tác dụng của ánh sáng, giá thành cũng tương
đối thấp được ứng dụng rộng rãi nên nhu cầu về sơn PU cũng khá cao. lớp
phủ linh hoạt, mềm dẻo, dễ thích ứng, độ co dãn tốt, đàn hồi va đập cao…
ngày nay sơn sử dụng chất tạo màng PU cũng đã được sử dụng khá phổ biến
do nhưng tính năng vượt trội của nó.
Trên thế giới, công nghiệp hóa chất phát triển rất nhanh, tạo điều kiện
cho ngành sơn cũng phát triển mạnh. Với một đất nước đang phát triển như
nước ta hiện nay thì đây là một thị trường tiềm năng để phát triển cho ngành
sơn công nghiệp. Trong các lĩnh vực sản xuất các thiết bị công nghiệp như
thiết bị linh kiện xe máy, oto… Thì ngành sơn đóng vai trò hết sức quan trọng
trong việc bảo vệ và trang trí Chính vì vậy, với đề tài thiết kế phân xưởng
1
sản xuất sơn xe máy với chất tạo màng là nhựa PU mà em đã tìm hiểu và
nghiên cứu là rất sát với thực tế và cần thiết.

PHẦN 1 - TỔNG QUAN
1.1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ SƠN
Được biết vào thời kỳ trước công nguyên người Ai Cập đã biết trang trí
tường, hang hốc, các vật dụng dựa trên cơ sở chất kết dính là lòng trắng
chứng, sáp ong, nhựa cây trộn với bột màu thiên nhiên.
Vài ngàn năm sau đó người Trung Hoa đã phát hiện và dùng nhựa cây
sơn làm sơn phủ và keo. Trước đây sơn được sản xuất từ các loại dầu thảo
mộc như: dầu lanh, dầu trẩu, dầu gai, dầu dừa, dầu hướng dương, dầu ngô,
dầu cao su…Các loại nhựa như: nhựa cánh kiến, nhựa thông…Các loại bột
như cao lanh, oxit sắt…
Đến thế kỷ thứ 20 cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp hóa
chất, công nghiệp sơn tổng hợp được ra đời và phát triển mạnh, đặc biệt là ở
những nước có ngành công nghiệp hóa chất phát triển mạnh. Toàn thế giới

năm 1965 sản xuất khoảng 10 triệu tấn sơn. Năm 1975 tăng 16 triệu tấn.
Vậy sơn là gì? → Ta có một định nghĩa tổng quát như sau: Sơn là hệ
phân tán gồm nhiều thành phần (chất tạo màng, chất mầu … trong môi trường
phân tán). Sau khi phủ lên bề mặt vật liệu nền nó tạo thành lớp màng đều đặn,
bám chắc, bảo vệ và trang trí bề mặt vật liệu cần sơn.
1.1.1 Khái niệm và phân loại sơn:
1.1.1.1. Khái niệm sơn:
Sơn là một hệ phân tán ở trạng thái lỏng bao gồm nhiều thành phần có
khả năng bám dính lên bề mặt của vật liệu trong điều kiện nhất định tạo ra
một lớp màng che phủ để bảo vệ các tính chất của vật liệu dưới tác dụng của
các điều kiện khác nhau của môi trường: nhiệt độ, ánh sáng, áp suất, ăn
mòn…
2
1.1.1.2. Phân loại sơn:
Có rất nhiều cách để phân loại sơn.
a. Dựa vào bản chất của chất tạo màng ta chia sơn ra làm 3 loại:
- Sơn dầu thuần túy: Thành phần chất tạo màng chỉ có dầu thảo mộc nên
ít dùng do không bền.
- Sơn dầu nhựa: Thành phần chất tạo màng gồm dầu thảo mộc và nhựa
(nhựa thiên nhiên, hoặc nhân tạo). Loại này được dùng phổ biến trong đời
sống hàng ngày nhưng ít dùng trong các ngành kỹ thuật.
- Sơn tổng hợp: Chất tạo màng là nhựa tổng hợp ( gọi tên căn cứ vào tên
các loại nhựa: sơn epoxy, sơn ankyd…)
b. Căn cứ bản chất của môi trường phân tán:
- Sơn tổng hợp: chất tạo màng là nhựa tổng hợp (gọi tên căn cứ vào
tên của loại nhựa: sơn epoxy, sơn alkyd…)
c. Căn cứ vào bản chất của môi trường phân tán:
- Sơn dung môi → Môi trường phân tán là dung môi hữu cơ.
- Sơn nước → môi trường phân tán là nước.
- Sơn bột → không có môi trường phân tán.

d. Căn cứ vào ứng dụng:
- Sơn gỗ
- Sơn kim loại
- Men tráng gốm, sứ
- Sơn trống hà
- Sơn cách điện
- Sơn chịu nhiệt
- Sơn bền hóa chất
- Sơn bền khí quyển
e. Căn cứ vào phương pháp phun:
- Sơn phun.
- Sơn tĩnh điện.
- Tráng mạ, kim loại.
f. Các dạng sơn đặc biệt khác:
- Sơn dẫn điện.
- Sơn cảm quang.
3
- Sơn phát sáng.
1.1.2 Các phương thức tạo thành màng sơn
1.1.2.1. Cơ chế khô vật lý:
Khi lượng dung môi trong sơn bay hơi hết, để lại một màng sơn khô bám
dính trên bề mặt sản phẩm, ta gọi đó là hiện tượng khô vật lý. Các loại sơn
khô theo cơ chế này: sơn nitroxenlulo, sơn clovinyl, sơn cao su …
1.1.2.2. Cơ chế khô hóa học
- Phản ứng oxy hóa: Quá trình tạo màng sơn của loại này phân làm 2
bước: bước một dung môi bay hơi hết, bước hai phản ứng trùng hợp oxi hóa
tạo thành màng sơn rắn chắc, bền. Các loại sơn khô theo cơ chế này: sơn
alkyd, sơn silicon, sơn bitum.
- Phản ứng đóng rắn nhờ vào chất đóng rắn: Sự tạo thành màng sơn của
loại này nhờ vào chất đóng rắn. Ví dụ: sơn epoxi, sơn poli amin …

- Phản ứng nhờ nhiệt độ cao (sấy): Quá trình tạo thành màng sơn của
loại này phải qua sấy mới tạo ra phản ứng trùng hợp. Ví dụ: sơn alkyd gốc
amin, sơn silicon…
1.1.3. Thành phần sơn:
4
Paint
Chất tạo màng
Bột mầu
Dung môi
Các chất phụ gia
gia

Hình 1.1. Thành phần chính của sơn
1.1.3.1 Nhựa dùng trong sơn
a. Khái niệm
Nhựa là thành phần cơ bản của màng sơn, có thể tan trong dung môi
hữu cơ không tan trong nước .Khi hòa tan nhựa trong dung môi hữu cơ, quét
lên bề mặt sản phẩm, dung môi sẽ bay hơi hình thành màng cứng trong suốt.
b. Vai trò của nhựa:
Liên kết giữa các phân tử bột màu, bột độn, phụ gia với nhau và giữ
chúng lại trên màng sơn. Chuyển chúng từ dạng rời sang dạng liên kết. Tạo
màng sơn đồng nhất sau khi khô và đóng rắn. Làm cho sơn bám dính vào bề
mặt vật liệu.
c. Phân loại nhựa:
Gồm 2 loại chính:
- Nhựa thiên nhiên: Hổ phách, Cánh kiến, Nhựa bitum, Tùng dương…
- Nhựa tổng hợp: Nhựa phenol formaldehit hòa tan trong cồn (rượu
etilic), nhựa phenol formaldehit hòa tan trong dầu, nhựa phenol formaldehit
tùng hương, nhựa alkyd, nhựa gốc amin, nhựa epoxi, nhựa polieste, loại nhựa
vinyl, nhựa acrylat, nhựa silicon…

1.1.3.2. Dung môi
a. Khái niệm:
Dung môi là chất lỏng dễ bay hơi dùng để hòa tan chất tạo màng. Sau
khi màng đóng rắn toàn bộ dung môi bay hơi, không lưu lại trên màng.
5
- Các yêu cầu của dung môi: Hòa tan hoàn toàn chất tạo màng. Có tốc
độ bay hơi nhất định và không để lại mùi gì ở sơn. Dung môi phải trung tính
và ổn định, ít độc hại, khó cháy nổ, giá rẻ và không quá hiếm. Nhiệt độ sôi chỉ
nên vào khoảng 50-2000C, vì nếu quá cao thì dung môi sẽ khó bốc hơi ra khỏi
màng sơn. Yêu cầu về liều lượng dung môi không được nhiều quá. Không
nên dùng loại dung môi dễ bay hơi.
b. Phân loại :
- Dung môi hydrocacbon: White spirit, Toluen (C
6
H
5
CH
3
), Xylen
(C
6
H
4
(CH
3
)
2
)
- Dung môi ester và xeton: Etyl axetat (CH
3

COOC
2
H
5
), Butyl axetat
(CH
3
COOC
4
H
9
), Axeton (CH
3
COCH
3
), Metylizobutylxeton
(CH
3
COCH
2
CH(CH
3
)
2
) .
- Dung môi glycol ete và rượu: Etylenglycolmonoetyl ete
( C
2
H
5

OCH
2
CH
2
OH) (cellosolve), rượu Etylic ( C
2
H
5
OH), Rượu Butylic
(C
4
H
9
OH)
c. Nguyên tắc lựa chọn dung môi:
Khi lựa chọn dung môi, phải dùng khái niệm tham số hòa tan để phán
đoán năng lực hòa tan của dung môi đối với nhựa. Tham số độ hòa tan của
dung môi (δ ) được xác định theo công thức Hansen’s như sau:
δ2 = δ2
d
+ δ2
p
+ δ2
h

Trong đó: Δ: tham số hòa tan của dung môi. δ
d
: lực phân tán. δ
h
: lực hút

hydro. δ
p
: lực hút tĩnh điện.
Bảng 1.1 Thông số hòa tan của dung môi theo Hansen’s
Dung môi Thông số hòa tan (MJ)0,5m-1,5/2,04
6
δ
d
δ
p
δ
h
δ
Toluen 8,8 0,7 1,0 8,9
o-Xylene 8,7 0,5 1,5 8,8
Methyl ethyl ketone 7,8 4,4 2,5 9,3
Methyl isobutyl ketone 7,5 3,0 2,0 8,4
Isophorone 8,1 4,0 3,6 9,7
Ethyl acetate 7,7 2,6 3,5 9,1
n- Butyl acetate 7,7 1,8 3,1 8,5
Ethylene glycol monoethyl ether acetate 7,8 2,3 5,2 8,7
Isopropanol 7,7 3,0 8,0 11,5
n-Butanol 7,8 2,8 7,7 11,4
Ethylene glycol monoethyl ether 7,9 4,5 7,0 11,5
Ethylene glycol monobutyl ether 7,8 2,5 6,0 10,2
Nước 7,6 7,8 20,7 23,4
So sánh thông số hòa tan của dung môi với thông số hòa tan của nhựa.
Nếu hai thông số này chênh lệch nhau càng ít thì khả năng hòa tan càng cao.
Bảng 1.2 Thông số hòa tan của nhựa
Loại nhựa Thông số hòa tan (δ)

(MJ)0,5m-1,5/2,04)
Alkyd trung bình 9,4
Polybutadiene 8,6
Butylated urea formaldehyde 10,1
Cao su Cloren 9,4
Epoxy bisphenol A 10,9
Nitroxenlulose 11,5
Phenolic 11,5
Polyacrylonitrile 15,4
Polyethylen 7,9
Polymethyl methacrylate 9,5
7
Polystyren 9,1
Silicone (polydimethyl) 7,3
Polytetrafluorethylen 6,2
Polyvinyl acetate 9,4
Polyvinyl clorua 9,7
Khi tốc độ bay hơi của dung môi rất chậm thì công nghệ sản xuất dài,
gây nên sự cố về sơn, tốc độ bay hơi nhanh làm cho sự lưu động màng sơn
kém, màng sơn không bằng phẳng …
Bảng 1.3 Tốc độ bay hơi của dung môi
Công thức hóa học Tỉ trọng
(20
0
C)
Điểm sôi
(
0
C)
Tốc độ bay hơi

CH
3
COCH
3
0,793 59,60 720
CH
3
COOC
2
H
5
0,886 70-80 525
CH
3
COOCH(CH
3
)
2
0,870 34-94 435
CH
3
COC
2
H
5
0,809 77-82 465
C
2
H
5

OH 0,791 70-79 205
C
6
H
5
CH
3
0,766 109-111 195
CH
3
COOCH
2
(CH
3
)(C
2
H
5
) 0,858 105-127 180
(CH
3
)
2
CHCH
2
COCH
3
0,802 112-119 145
CH
3

COOC
4
H
9
0,876 119-127 100
C
4
H
9
OH 0,811 116-119 45
C
6
H
4
(CH
3
)
2
0,862 127-159 68
CH
3
COOC
5
H
11
0,862 130-145 63
CH
3
CH(OH)COOC
4

H
9
0,980 145-230 6
Chú thích: tốc độ bay hơi lấy Butyl acetat làm tiêu chuẩn 100, tính ra
số liệu của các dung môi khác.
- Nồng độ cho phép của dung môi:
Bảng 1.4 Nồng độ cho phép của dung môi
Dung môi Nồng độ cho phép (mg/lít)
Aceton 0,2
8
Dầu xăng loại 2 0,3
Benzen 0,1
White spirit 0,3
Rượu metylic 0,03
Rượu etylic 1,0
Ete etylic 0,3
Toluen 0,1
Dầu thông 0,3
c) Chất pha loãng
+) Khái niệm: chất pha loãng chủ yếu làm loãng thể tích của sơn, đạt
đến độ nhớt sử dụng, có tác dụng hòa tan nhựa.
+) Tính chất của chất pha loãng: Hòa tan được nhựa, làm loãng thể
tích của sơn giúp sơn đạt đến độ nhớt sử dụng, giá thành rẻ hơn dung môi, tốc
độ bay hơi phải nhanh hơn dung môi.
+) Những chất pha loãng thường sử dụng:
- Chất pha loãng sơn gốc Nitro: etyl axetat, butyl axetat, butilic, benzen,
toluen, xilen, axeton.
- Chất pha loãng sơn Clovinyl: butyl axetat, toluen, xilen, axeton
- Chất pha loãng sơn gốc Amin: xilen, butilic.
- Chất pha loãng sơn Acrylat: ester rượu, benzen.

- Chất pha loãng nhựa Alkyd: dầu thông, xăng, xilen, sơn Alkyd.
- Chất pha loãng sơn Epoxi: butyl axetat, butyl, xilen.
d) Bột màu
+) Khái niệm: Bột màu là thành phần tạo màu cho màng sơn, chất rắn
có độ hạt rất nhỏ, không hòa tan trong dầu hoặc dung môi, được mài nghiền
9
đồng đều với chất làm dẻo, có tác dụng che phủ bề mặt, chống xuyên thấu của
tia tử ngoại làm cho màng sơn có màu, chịu nước, chịu khí hậu, nâng cao độ
cứng, độ mài mòn, kéo dài tuổi thọ màng sơn…
+) Chức năng của bột màu: Chức năng quang học, chức năng bảo vệ,
chức năng tăng cường
+) Phân loại bột màu: Gồm màu hữu cơ và màu vô cơ:
- Màu vô cơ: là muối và phức của kim loại đa hóa trị
Bảng 1.5 Thành phần và tính chất của bột màu vô cơ
Loại
màu
Số thứ
tự
Thành phần Tính chất
Màu
trắng
1
2
3
TiO
2
ZnS+BaSO
4
ZnO
- Che phủ thể hiện màu mạnh, chịu ánh

sáng, chịu nhiệt, chịu kiềm, chịu acide loãng,
không biến màu, dễ bột hóa.
- Che phủ, thể hiện màu mạnh, chịu
kiềm tốt không chịu acide không chịu khí
hậu dễ bột hóa, tính chất không giống TiO2.
- Thể hiện màu mạnh, tính chống gỉ tốt
không biến màu, không bột hóa, chịu nhiệt
tốt, che phủ kém hơn TiO2, ZnS +BaSO4.
Màu
vàng
1
2
3
PbC
2
O
4
CdS
Bột vàng có
- Che phủ tốt, thể hiện tính màu, chịu
khí quyển, chịu ánh sáng kém, độc, tỉ trọng
lớn.
- Thể hiện màu mạnh, chịu ánh sáng,
chịu nhiệt, chịu kiềm, không chịu acide, dễ
bột hóa, che phủ kém PbCrO4.
10
Fe
2
O
3

- Che phủ, thể hiện màu tốt, chịu ánh
sáng, chịu kiềm, rẻ, màu không đẹp.
Màu
đỏ
1
2
HgS
CdS, CdSe
- Màu rõ rệt đẹp, rất ổn định, không
biến màu, độc, tỉ trọng lớn, đắt.
- Che phủ, thể hiện màu xanh, chịu ánh
sáng, chịu nhiệt độ cao, đắt.
Màu
xanh
1
2
KFe[Fe(CN)]
(Al
2
NaSiOC)
Na
2
SO
4
- Thể hiện màu tốt, chịu khí hậu, chịu
acide, không chịu kiềm.
- Màu đẹp chịu ánh sáng, chịu nhiệt độ,
chịu kiềm, che phủ kém, không chịu acide.
Màu
xanh

lục
1
2
KFe[Fe(CN)]
+ZnCrO
4
Cr
2
O
3
- Màu đẹp, chịu ánh sáng tốt, không
chịu kiềm, che phủ không tốt.
- Chịu ánh sáng, chịu nhiệt, chịu kiềm,
chịu acide.
Màu
đen
1 Cacbon - Che phủ tốt, thể hiện màu mạnh . Rất
ổn định , chịu nhiệt , không biến màu , tỉ
trọng nhỏ .
Màu
kim
loại
1 Bột
đồng kẽm Al
-Màu đẹp rất ổn định , chịu tia tử ngoại,
chịu nhiệt, không chịu nước, chống gỉ.
C
11
e) Chất độn
+) Khái niệm: là chất màu trắng hoặc không có màu, không thể hiện

màu, độ che phủ kém, là nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm. Có tác dụng làm tăng
độ dày màng sơn, nâng cao độ cứng, chịu mài mòn, chịu nước, và đặc biệt là
làm giảm giá thành của sơn.
+) Phân loại: có 2 loại chất độn đó là:
- Chất độn tự nhiên: là các loại đá, khoáng được khai thác trong tự
nhiên.
- Chất độn tổng hợp: thu được từ quá trình hóa học.
Bảng 1.6 Thành phần và tính chất của bột độn như sau
Số thứ
tự
Thành phần Tính chất
1 BaSO
4
Chịu acide, chịu kiềm, chống tia tử ngoại,
làm màng sơn cứng, tỉ trọng lớn, dễ kết tủa,
dùng làm mattít, sơn lót, sơn chịu acid.
2 CaCO
3
Không hòa tan trong nước, dễ bị nước hấp
phụ 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 mattit, sơn lót.
4 CaSO
4

H
2
O Hấp thụ nước mạnh. Dùng rất ít cho sơn
lót, mattit.
Ngoài ra còn có bột chống gỉ: không thể hiện màu trang trí, nhưng có
màu và độ che phủ tốt, có tính năng chống gỉ tốt, để phòng cho kim loại bị ăn
mòn, kéo dài thời gian sử dụng vật liệu.
12
f) Các chất phụ trợ khác:
- 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 cooban, mangan, chì…
và các chất hữu cơ có thể xà phòng hóa của chúng. Gồm: Chất làm khô
coban, chất làm khô Mangan, chất làm khô chì, chất làm khô hỗn hợp.
- Chất trợ nhớt: Tác dụng làm tăng độ nhớt của sơn tránh hiện tượng
chảy khi sử dụng sơn trên bề mặt thẳng đứng. Thường sử dụng là silica.
- Chất chống lắng: liên kết các thành phần phân tán trong sơn để tránh
hiện tượng lắng. Chất chống lắng thông dụng: stearat kẽm, stearat nhôm.
- Chất trợ phân tán: Tác dụng làm tăng độ phân tán giữa các thành
phần của sơn làm cho màng sơn đồng nhất hơn. Chất trợ phân tán hiệu quả rất
cao là BYK A905.
- Chất bảo vệ UV (như BYK A305) có khả năng hấp thụ tia UV để
tránh hiện tượng phân hủy màu, làm cho màng sơn giòn, bong rộp ,nhạt màu
theo thời gian sử dụng.
- Phụ gia chống vi sinh: nhằm mục đích bảo vệ màng sơn tránh khỏi sự
tấn công của vi sinh vật như rong tảo, hà. Phụ gia phổ biến như: CuO, CuCl,
Hg
2
O, hợp chất gốc phenol.
1.2. GIỚI THIỆU VỀ SƠN PU
1.2.1. Lịch sử phát triển và ứng dụng của sơn polyurethane

Năm 1849, wurtz nhà bác học người Đức lần đầu tiên công bố đã tách
ra được phân tử izoxianat, ông đã cố gắng lý giải hợp chất trung gian này để
sử dụng.
Năm 1884 Hentschel (Đức) đã bổ sung thêm những quan điểm để hoàn
thành công việc của Wurtz.
13
Người có công đóng góp quan trọng là Bayer và trợ lý của ông, họ đã chỉ
ra đuợc giá trị thuơng mại của nó khi tạo được polyme từ hợp chất trung gian.
Đến thập kỷ 50 của thế kỷ 20, polyurethan đã được sản xuất từ phân
đoạn dầu mỏ.
Ngoài metan và metanol được tạo ra từ sinh vật phân huỷ là nguồn
nguyên liệu phong phú để sản xuất polyurethan, phản ứng của một alcol với
một izocianat tạo ra một ure (cacbamat) là phản ứng cộng đơn giản với sự
dịch chuyển hydro của (Wurtz)
R-N=C=O + HOR → R-NH-CO-OR
Năm 1937 Otto Bayer tìm hiểu được bản chất hoá học của polyurethan
đi từ polyizoxianat và hợp chất hydroxyl cho sản phẩm polyme mạch thẳng,
nhánh và không gian .
Sự khác biệt giữa sơn polyurethan và các loại khác là Trong sơn
polyurethan, thành phần chất tạo màng có chứa nhóm
isocyanate(NCO).Nhóm này sẽ phản ứng với bất kỳ loại hydro hoạt tính nào
trong thành phần của nhựa gốc để tạo thành màng sơn.Có thể được thấy rõ
điều này thông qua việc xem xét cấu trúc cộng hưởng của nhóm isocyanat:
R - N - C = O ⇔ R-N=C=O ⇔ R-N=C-O
Hydro hoạt tính phản ứng với nối đôi C=N, trong đó hydro tấn công vào
vị trí Nitơ và phần còn lại tấn công vào vị trí cacbon.
Trong các chất phản ứng cùng với isocyanat để tạo thành polyurethan,
polyol là một chất quan trọng.

R - N = C = O + HO - R

'
R - N - CO - OR
'
H
Polyol phản ứng khá nhanh với isocyanat, tuy nhiên tốc độ phản ứng
khác nhau nhiều tùy thuộc vào polyol.Các rượu bậc một phản ứng mãnh liệt
với isocyanat ở nhiệt độ thường, trong khi tốc độ phản ứng của rượu bậc hai
chỉ bằng 0,3 lần, và rượu bậc ba là khoảng 0,005 lần. Điều này là do sự che
chắn không gian lớn hơn của rượu bậc cao sẽ làm giảm tốc độ của phản ứng.
Ví dụ như triphenylcarbinol gần như không phản ứng isocyanat.
Ngược lại sự phản ứng của isocyanat với amin thì rất nhanh. Cũng như
rượu, các amin bậc càng thấp thì phản ứng xảy ra càng mạnh.Các amin bậc
14
một mạch thẳng có thể phản ứng nhanh hơn rượu bậc một từ 100 đến 1000
lần, trong khi các amin bậc hai mạch thẳng và amin bậc một vòng thơm thì
khả năng phản ứng thấp hơn, và amin bậc hai vòng thơm còn phản ứng chậm
hơn nữa.
R - NCO + R’ -NH2 → R - NH - CO - NH - R’
R - NCO + R’ - NH - R’’ → R - NH - CO - NR’R’’
Khả năng phản ứng rất cao của amin giới hạn việc sử dụng chúng trong
công thức chế tạo sơn. Thông thường các amin được sử dụng trong công
nghiệp sơn đều đã được biến tính.
Ngoài rượu và và amin, rất nhiều các hợp chất khác có chứa hydro hoạt
tính có thể phản ứng với isocyanat, một trong số đó có thể liệt kê ở đây như :
uretan, axit cacboxylic, silanol, amit, nước…
Trên đây là phản ứng cơ bản xảy ra trong tất cả các hệ sơn
polyurethan.Tuy nhiên, riêng trong hệ sơn polyurethan đóng rắn bằng nhiệt,
sơn polyurethan đóng rắn bằng chất làm khô, và sơn polyurethan đóng rắn
bằng hơi ẩm thì có sự khác biệt. Trong sơn polyurethan đóng rắn bằng nhiệt,
vì nhóm isocyanate đã được che chắn ( tạo adduct ) nên phản ứng xảy ra khi

đóng rắn do nhiệt có khác cơ chế ở trên, và có thể được trình bày như sau :
R - NH - CO - BL + R’-OH → R- NH - CO - R’ + BLOH
Trong sơn polyurethan khô bằng chất làm khô thì cơ chế khô tương tự
như trong sơn ankyd do thực chất đây là polyurethan biến tính bằng dầu thảo
mộc. Việc khô được tiến hành theo cách oxy hóa liên kết không no trong vị trí
của axit béo. Còn trong sơn đóng rắn bằng hơi ẩm, ban đầu nhóm NCO sẽ
phản ứng với hơi ẩm để tạo thành amin :
R - NCO + H2O → RNHCOOH → RNH2 + CO2
Sau đó amin này sẽ quay lại phản ứng với NCO.
Để hiểu rõ hơn ta sẽ tìm hiểu từng nguyên liệu để tạo nên sơn
polyurethan như sau:
1.2.2. Chất tạo màng :
Như trên đã trình bày, việc tạo màng trong sơn polyurethan có thể do sự
kết hợp của isocyanate (chất đóng rắn) với các polyol ( nhựa gốc) (trong sơn
15