CƠ CHẾ TẠO MÀNG CỦA MỘT SỐ HỆ THỐNG CÁC CHẤT POLYMER ĐẶC TRƯNG pdf

CƠ CHẾ TẠO MÀNG CỦA
MỘT SỐ HỆ THỐNG CÁC
CHẤT POLYMER ĐẶC
TRƯNG
TỔNG QUAN VỀ SỰ HÌNH THÀNH MÀNG
Đề cương:
• Sự hình thành màng trong hệ thống Nhựa nhiệt dẻo
• Sự hình thành màng trong hệ thống Nhựa nhiệt rắn
• Kiểm soát quá trình biến đổi tính chất trong quá trình
tạo màng
• Các giai đoạn của quá trình hình thành màng
• Sự hình thành màng trong hệ nước
• Sơn tĩnh điện
TỔNG QUAN VỀ SỰ HÌNH THÀNH MÀNG
Hầu như tất cả các đặc tính mong muốn của một lớp
phủ tốt phụ thuộc vào chất lượng và tính toàn vẹn của
lớp phủ, mà điều đó phụ thuộc vào thành phần, tính
chất hóa học của các polymer, sự biến đổi của công
thức, Tg của chất tạo màng và đặc điểm bề mặt của chất
nền …
TỔNG QUAN VỀ SỰ HÌNH THÀNH MÀNG
Một số tiêu chí chịu ảnh hưởng từ quá trình tạo màng
- Khả năng kháng hóa chất
- Độ bám dính
- Tính chất cơ học
- Khả năng chống bám bụi
- Dòng chảy
- Độ bóng
- Sự phá vỡ (bị dộp)
- Độ chảy nhễu
- Quá trình khô và độ cứng bề mặt

TỔNG QUAN VỀ SỰ HÌNH THÀNH MÀNG
3 cơ chế tạo màng chính
- Sự hình thành màng ở nhựa nhiệt dẻo
- Sự hình thành màng ở nhựa nhiệt rắn
- Sự hình thành màng ở hệ Latex
TỔNG QUAN VỀ SỰ HÌNH THÀNH MÀNG
Một số chỉ tiêu để đánh giá trong quá trình hình thành màng
- Trọng lượng phân tử
- Mật độ liên kết ngang (sự khâu mạng)
- Nhiệt độ thủy tinh hóa
- Cấu trúc khối
- Độ nhớt
- Nhiệt độ đóng rắn
- Sự thay đổi công thức
TỔNG QUAN VỀ SỰ HÌNH THÀNH MÀNG
Một số mốc đánh giá quá trình khô của màng:
• Bề mặt màng khô khi độ nhớt > 103 Pa.s
• Mức độ khô để đóng gói cần độ nhớt > 107 Pa.s
• Để được xem là 1 màng sơn công nghiệp (khô hoàn
toàn), độ nhớt phải thường xuyên > 1012 Pa.s, là độ
nhớt tại Tg.
MỘT SỐ CƠ CHẾ TẠO MÀNG CHÍNH
Sự hình thành màng ở nhựa nhiệt dẻo
Các chuỗi polymer có thể có hoặc không có nhánh nằm
cuộn xen kẽ xung quanh nhau nhưng không có sự liên
kết nào giữa chúng
MỘT SỐ CƠ CHẾ TẠO MÀNG CHÍNH
Sự hình thành màng ở nhựa nhiệt dẻo
Quá trình hình thành màng từ sự bay hơi của các dung
môi

• Để tính chất màng tốt, các phân tử polymer phải lớn
(trọng lượng phân tử rất cao)
Tuy nhiên,
• Các polymer co trọng lượng phân tử cao thường có
độ nhớt rất lớn. Để giải quyết vấn đề này, người ta pha
loãng chúng vào các dung môi dễ bay hơi (VOC).
MỘT SỐ CƠ CHẾ TẠO MÀNG CHÍNH
Sự hình thành màng ở nhựa nhiệt dẻo

Quá trình hình thành màng – Khô tự nhiên
MỘT SỐ CƠ CHẾ TẠO MÀNG CHÍNH
Sự hình thành màng ở nhựa nhiệt dẻo
Các liên kết giữa các phân tử polymer rất yếu và dễ
dàng bị phá vỡ
MỘT SỐ CƠ CHẾ TẠO MÀNG CHÍNH
Sự hình thành màng ở nhựa nhiệt dẻo
Nguyên lý hình thành màng
Các giai đoạn hình thành màng (Tg cao)
• Ở giai đoạn đầu của quá trình sấy khô, tỷ lệ dung môi bốc
hơi cơ bản là độc lập với sự hiện diện của polymer
Tỷ lệ dung môi bốc hơi phụ thuộc vào :
- Áp suất hơi
- Khoảng bề mặt phủ của lớp màng
- Tốc độ hạt khí đi ra khỏi lớp màng
Khi độ nhớt và Tg gia tăng, khoảng trống giữa các phân tử
giảm, lúc này tỷ lệ bay hơi dung môi phụ thuộc vào thời gian
các phân tử dung môi có thể tiếp cận với bề mặt của màng.
MỘT SỐ CƠ CHẾ TẠO MÀNG CHÍNH
Sự hình thành màng ở nhựa nhiệt dẻo
Lúc này tỷ lệ dung môi bay hơi phụ thuộc vào tốc độ

khuếch tán của chúng
MỘT SỐ CƠ CHẾ TẠO MÀNG CHÍNH
Sự hình thành màng ở nhựa nhiệt dẻo

Tỷ lệ khuếch tán và bay hơi dung môi cũng
phụ thuộc vào cấu trúc dung môi và tương tác dung
môi - polymer .
MỘT SỐ CƠ CHẾ TẠO MÀNG CHÍNH
Sự hình thành màng ở nhựa nhiệt rắn
Một vài loại nhựa và tác nhân khâu mạng tương ứng
MỘT SỐ CƠ CHẾ TẠO MÀNG CHÍNH
Sự hình thành màng ở nhựa nhiệt rắn

Các đặt tính cơ học của màng phụ thuộc rất lớn vào
tính chất của polymer khâu mạng và mật độ khâu
mạng

Các tính chất vật lý như độ thẩm thấu nước và oxy,
khả năng kháng dung môi và hóa chất
bị ảnh hưởng bởi mật độ liên kết khâu mạng này
MỘT SỐ CƠ CHẾ TẠO MÀNG CHÍNH
Sự hình thành màng ở nhựa nhiệt rắn

Phản ứng khâu mạng :
MỘT SỐ CƠ CHẾ TẠO MÀNG CHÍNH
Sự hình thành màng ở nhựa nhiệt rắn
Tg gia tăng trong suốt quá trình khâu mạng, nguyên
nhân là :
+ Hoạt tính của các chuỗi nằm gần nơi diễn ra quá
trình khâu mạng bị hạn chế

+ Quá trình khâu mạng làm polymer chuyển đổi từ
dạng dẻo sang kết mạng phân đoạn
+ Mn không ngừng tăng lên
MỘT SỐ CƠ CHẾ TẠO MÀNG CHÍNH
Sự hình thành màng ở nhựa nhiệt rắn

Sự kết mạng đòi hỏi các chất phản ứng khuếch
tán thật tốt trong không gian phản ứng.

Các phân tử nhỏ có thể khuếch tán dễ dàng hơn các
nhóm chức trên một chuỗi polymer

Chất hóa dẻo làm giảm Tg
MỘT SỐ CƠ CHẾ TẠO MÀNG CHÍNH
Sự hình thành màng ở nhựa nhiệt rắn

Nếu tỷ lệ khuếch tán là lớn hơn so với tốc độ tạo
màng, phản ứng sẽ được kiểm soát về tốc độ tạo
màng

Nếu tỷ lệ khuếch tán là chậm hơn so với tốc độ tạo
màng, kiểm soát tỷ lệ khuếch tán
MỘT SỐ CƠ CHẾ TẠO MÀNG CHÍNH
Sự hình thành màng ở nhựa nhiệt rắn
Yếu tố chính kiểm soát tốc độ là mật độ các phân tử
polymer trong không gian tạo màng
- Mật độ các polymer lớn nếu nhiệt độ tạo màng cao
hơn so với Tg
- Nếu nhiệt độ tạo màng thấp hơn Tg, mật độ các
polymer sẽ thấp

- Ở nhiệt độ trung gian, tốc độ tạo màng được điều
khiển bởi tốc độ khuếch tán (sự linh động của chất
phản ứng).
MỘT SỐ CƠ CHẾ TẠO MÀNG CHÍNH
Sự hình thành màng ở nhựa nhiệt rắn

Nếu nhiệt độ tạo màng cao hơn Tg của các polymer
tham gia tạo màng, sự sẽ không có sự linh động

Lớp phủ sẽ khô ở nhiệt độ môi trường nếu Tg các
polyme tham gia tạo màng cao hơn nhiệt độ môi trường,
sự tạo màng sẽ trở thành kiểm soát linh động

Khi Tg tiệm cận nhiệt độ làm khô, quá trình tạo màng sẽ
trở nên chậm hơn

Khi Tg bằng T, sự tạo màng trở nên rất chậm và hiện
tượng thủy tinh hóa sẽ xảy ra.
MỘT SỐ CƠ CHẾ TẠO MÀNG CHÍNH
Sự hình thành màng ở hệ nước
MỘT SỐ CƠ CHẾ TẠO MÀNG CHÍNH
Sự hình thành màng ở hệ nước

Xảy ra với 3 giai đoạn rõ ràng
• Quá trình bay hơi của nước và dung môi làm đóng
lớp các hạt Latex
• Sự biến dạng của các hạt Latex hình cầu tạo thành
các lớp liên tục ổn định
• Quá trình tạo màng là một quá trình tương đối
chậm, trong đó hạt và các phân tử polymer tiếp xúc

xuyên qua ranh giới hạt, tăng cường độ bên cho màng.
MỘT SỐ CƠ CHẾ TẠO MÀNG CHÍNH
Sự hình thành màng ở hệ nước
Các yếu tố nào làm ảnh hưởng chất lượng của màng?
• Có thể là lực mao dẫn ?
• Màng khô nhanh do lực hấp dẫn giữa các hạt lớn (lên
đến 5000 psi)
• Sức căng bề mặt giảm?
• Màng khô lâu do lực hấp dẫn giữa các hạt thấp
Tg của các hạt latex cũng là một yếu tố quan trọng
• Tg của vỏ bên ngoài có giá trị cao
• Hạt và lớp màng có thể được
làm dẻo bằng nước và chất đông tụ(dung môi)