Báo cáo thực tập sơn PU

Sv: Nguyễn Thị Mến Báo cáo thực tập
Tìm hiểu về sơn PU
MỤC LỤC
1
Sv: Nguyễn Thị Mến Báo cáo thực tập
Tìm hiểu về sơn PU
PHẦN I .MỞ ĐẦU
Theo em được biết thực tập đóng vai trò quan trọng trong quá trình học tập của
mỗi sinh viên. Dù có lý thuyết tốt nhưng bạn luôn phải có thực tế. Do đó quá trình
thực tập sinh viên thu được nhiều kiến thực bổ ích từ thực tế. Sinh viên có thể thấy
được mối quan hệ giữa lý thuyết và thực tế, có thể hiểu rõ hơn về ngành mình học,
hiểu được các yêu cầu của công việc. Và từ đó, sinh viên có được những định hướng
cho mình.
Là sinh viên khoa công nghệ hóa trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội em rất
may mắn được thực tập tại công ty TNHH Nippon Paint Hà Nội, là một công ty có
môi trường làm việc rất tốt, rất quan tâm đến đời sống của nhân viên, các nhân viên
trong công ty thì rất chuyên nghiệp và hòa đồng.
Ngành sơn là một ngành không phải mới mẻ ở Việt Nam. Nhưng qua thực tế
tiếp xúc với công việc cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của các anh chị em trong công
ty em đã hiểu hơn về ngành này.
Cũng như những loại sơn khác, sơn polyurethan cũng bao gồm 4 thành phần
chính: bột màu, bột độn, dung môi, và phụ gia. Tuy nhiên thành phần chính tạo nên
những khác biệt trong tính năng của nó( như tính năng cơ lý cao, bền thời tiết, hóa
chất…) chủ yếu là do chất tạo màng, mà cụ thể ở đây là nhựa polyurethan.
Nhựa polyurethan bắt đầu xuất hiện ở Đức năm 1937 và từ đó nó đóng vai trò
quan trọng trong ngành công nghiệp sơn điều này lả vì nó có tính năng cơ lý tuyệt vời
do có thể tạo thành các nối ngang ở nhiệt độ thường, ban đầu mục đích chế tạo nó là
nhằm chống lại sự thống trị củ nylon nhưng vào đầu những năm 1940 người ta nhận
thấy tiềm năng của nó trong các lĩnh vực như keo dán, nhựa xốp và màng phủ. Và
hiện nay nó đóng vai trò rất lớn trong các lĩnh vực sơn cao cấp như sơn oto, xe máy
cũng như nhiều lĩnh vực quan trọng khác.

Thực ra thuật ngữ polyurethan để chỉ các sản phẩm của phản ứng giữa polyol và
diisocyanate hoặc polyisocyante. Ngày nay thuật ngữ này được sử dụng để chỉ tất cả
các phản ứng cộng mà có isocyante tham gia, mặc dù nói một cách chính xác việc
này không đúng. Do đó trong thực tế hiện nay sơn polyurethan có thể chứa este, ete,
amit, ure và các nhóm khác.
2
Sv: Nguyễn Thị Mến Báo cáo thực tập
Tìm hiểu về sơn PU
PHẦN II . CƠ SỞ LÝ THUYẾT
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
nito 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 - NCO + R’ - OH → R - NH - CO - O - R’
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 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
3
Sv: Nguyễn Thị Mến Báo cáo thực tập
Tìm hiểu về sơn PU
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:
I. 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 hai thành phần),
hoặc dưới tác dụng của nhiệt hoặc chất làm khô. Ở đây để cho dễ hiểu em trình bày
chất tạo màng theo bản chất của từng loại nhựa.
1. Alkyd urethan :
Đây được coi là dầu urethan hoặc uralkyd. Đúng như tên gọi chúng cũng tương
tự như alkyd truyền thống, nhưng diaxit (AP) được thay thế bởi diisocyanate. Ban
đầu dầu được phản ứng với triol để tạo thành mono và diglyxerit, sau đó diisocyanate
được thêm vào.Phản ứng cuối cùng là của nhóm isocyanate với nhóm với nhóm OH
tự do của mono và diglycerit.
H
2
COH H
2
COH H
2
COH H
2
COCOR
   
HCOH + HC͟͟OCOR → HCOCOR + HCOH
   
H
2
COH H
2
COCOR H
2
COCOR H
2
COH

H
2
COH H
2
CO-CO-NH-R-NH-OCOCH
2
  
2 HCOH + R(NCO)
2
→ HCOCOR ROCOCH
  
H
2
COCOR H
2
COCOR ROCOCH
2
Các màng phủ này đóng rắn theo cách tượng tự như những alkyd thông thường,
tức là oxy hóa liên kết đôi trong mạch cacbon của axit béo. Tuy nhiên so với alkyd
truyền thống, alkyd urethan cho tốc độ khô nhanh hơn, bền nước tốt hơn, độ bóng tốt
hơn, ổn định hơn, và dễ phân tán bột màu hơn.
2. Polyurethan một thành phần đóng rắn bằng hơi ẩm :
Nhựa này được tạo thành trên cơ sơ isocyanate loại TDI, MDI, HDI, hoặc IPDI
và polyol loại polyete hoặc polyol loại polieste.Nhìn chung các loại nhựa này có hàm
lượng isocyanate trong khoảng 3% đến 16% (trên hàm rắn).Chúng phản ứng với hơi
ẩm trong không khí để tạo thành màng sơn.
4
Sv: Nguyễn Thị Mến Báo cáo thực tập
Tìm hiểu về sơn PU
Nhựa này cũng được giới thiệu như nhựa một thành phần - 1K ( viết tắt theo

tiếng đức là 1 Komponent). Ưu điểm hiển nhiên của loại này là không cần trộn thành
phần thứ hai vào để tạo thành một màng bền vững.
Cấu trúc và tính chất của polyol ảnh hưởng nhiều tới tính chất của nhựa. Nhựa
trên cơ sở polyol là polyete thường bền hóa chất tốt hơn nhưng bền hóa chất kém hơn
so với nhựa trên cơ sở polyol là polyeste. Các phân tử mạch thẳng dài thường cho
nhựa có tính đàn hồi cao hơn, trong khi các phân tử mạch nhánh thường dẫn tới màng
cứng hơn và bền hóa chất tốt hơn.
Loại polyisocyanate được sử dụng cũng ảnh hưởng tới tính chất cuối cùng của
màng sơn. Polyisocyanate vòng thơm sẽ dẫn tới sự vàng hóa nhanh hơn dưới tác
động của ánh sáng ( tia UV), nhưng lại cho tốc độ khô nhanh hơn so với loại
polyisocyanate mạch thẳng.
3. Polyurethan một thành phần đóng rắn bằng nhiệt:
Đây là một cách khác để chế tạo sơn polyurethan một thành phần bằng cách che
chắn nhóm isocyanate hoạt tính. Ưu điểm của loại này là màng sơn kém nhạy cảm
hơn với độ ẩm, và vì vậy cho tính ổn định cao hơn. Nhược điểm là để tạo màng cần
phải sấy. Tuy nhiên đây không phải là nhược điểm quá lớn, vì trong thực tế cũng có
nhiều hệ thống cũng đòi hỏi phải sấy khác.
Có nhiều tác nhân che chắn khác nhau đã được nghiên cứu mỗi một loại đòi hỏi
một nhiệt độ tối thiểu để phá vỡ sự che chắn này, như được liệt kê trong bảng 1.
Trong thực tế, chỉ một vài trong số chúng thực sự có tính thương mại. Đó là dẫn xuất
của phenol, caprolactam, ketoxim và este maloic.
Cơ chế để phá vỡ sự che chắn này là rất phức tạp và phụ thuộc vào các nhân tố
như :
Loại tác nhân che chắn.
Loại chất cùng phản ứng.
Ảnh hưởng của xúc tác.
Nhiệt độ của phản ứng.
Phản ứng đơn giản có thể trình bày như sau :
R - NH - CO - BL + R’ - OH → R - NH - CO - R’ + BLOH
Các tác nhân che chắn có hydro hoạt tính ( BLOH) lại tấn công vào các phân tử

khác.
Chất cùng phản ứng cũng ảnh hưởng tới tính chất của loại nhựa này. Ví dụ
polyamin sẽ phản ứng với isocyanate được che chắn bởi phenol ở nhiệt độ thường,
trong khi polyol lại đòi hỏi phải sấy. Nhìn chung khi hàm lượng hydroxyl tăng sẽ đòi
hỏi nhiệt độ sấy thấp hơn. Sự có mặt của xúc tác cũng làm giảm nhiệt độ sấy của hệ
thống.
5
Sv: Nguyễn Thị Mến Báo cáo thực tập
Tìm hiểu về sơn PU
Bảng 1 : Một số tác nhân che chắn.
Tên tác nhân Nhiệt độ phá vỡ sự che chắn
HCN 120 - 130
m - nitrophenol 130
p - clorophenol 130
Etyl malonate 130 - 140
Phloroglucinol 150
1 - phenyl-3-metyl-5-
pyzalonoze
150
Phenol 160
Catechol 160
Hydroxylamine 160
Aryl mercaptans 160
Caprolactam 160
β - thionnaphtalene
160
Monomethylaniline 170 - 180
Acetone oxime 180
Diphenylamin 180
α - pyrrolidone

> 180
Isooctylphenol > 180
4. Nhựa hai thành phần polyisocyanate và polyol:
Đây là hệ sơn gồm hai hợp phần được đóng riêng rẽ là sơn gốc (có chứa polyol)
và chất đóng rắn (có chứa polyisocyanate). Chỉ khi nào sử dụng hai hợp phần mới
được trộn với nhau. Và khi trộn chúng với nhau phản ứng giữa nhóm NCO và OH sẽ
diễn ra ngay lập tức và ta chỉ có thể làm chậm hoặc dừng phản ứng bằng cách giảm
nhiệt độ. Vì vậy, sau khi trộn hợp sơn phải được sử dụng trong một khoảng thời gian
giới hạn nhất định, bởi vì độ nhớt của hỗn hợp sẽ tăng lên khi phản ứng diễn ra. Thời
gian kể từ khi trộn hợp hai thành phần cho tới khi độ nhớt của hệ thống đạt tới mức
mà không thể thi công được gọi là thời gian sống của sơn (po-life). Thời gian pot -
life phụ thuộc vào loại polyisocyanate và loại polyol. Phương pháp tốt nhất để xác
định khoảng cách thời gian này là bằng thực nghiệm, từ đó cũng thấy được nhiều
nhân tố có thể ảnh hưởng đến nó.
Quá trình khô được thực hiện theo hai quá trình. Thứ nhất là sự bay hơi của
dung môi, mà trong trường hợp acrylic có thể tạo thành màng khô se ngay hoặc gần
khô. Thứ hai là quá trình khô hóa học ( phản ứng giữa OH và NCO) sẽ xảy ra trong
một thời gian dài. Khi màng đóng rắn, tính linh động của nhóm hoạt tính giảm xuống,
điều này có nghãi là sự đóng rắn hoàn toàn có thể diễn ra sau nhiều ngày. Tuy nhiên
phân tử nước có thể khuếch tán vào trong màng và phản ứng với nhóm isocyanate tự
do. Vì vậy khi tính tỷ lệ nhựa gốc và chất đóng rắn, việc cân nhắc tới độ ẩm cũng là
công việc cần thiết.
6
Sv: Nguyễn Thị Mến Báo cáo thực tập
Tìm hiểu về sơn PU
Hệ sơn hai thành phần này có lẽ là một hệ sơn được sử dụng nhiều nhất và cũng
có sản lượng lớn nhất trong các loại sơn polyurethan. Và ngoài ra hơn 90 % của hệ
sơn này sử dụng chất đóng rắn trên cơ sở TDI, HDI, MDI, hoặc IPDI phần. Sự lựa
chọn loại chất đóng rắn nào phụ thuộc vào yêu cầu đòi hỏi của màng sơn. Ví dụ như
khi màng sơn đòi hỏi tính chịu tia tử ngoại cao(bền ánh sáng) thì HDI được lựa chọn,

tuy nhiên polyisocyanate này lại có tốc độ phản ứng chậm hơn. Sự so sánh tốc độ khô
của polyisocyanate trên cơ sở HDI và TDI được trình bày trong bảng 2. Từ bảng này
chúng ta thấy rằng thành phần hóa học của polyisocyanate có ảnh hưởng tới tốc độ
khô và cũng ảnh hưởng tới các tính năng khác. Vì vậy trong thực tế người ta cũng đã
so sánh nhiều isocyanate khác nhau dựa trên việc nghiên cứu các phản ứng trong
trường hợp lý tưởng.
Bảng 2 : Ảnh hưởng của cấu trúc isocyanate tới thời gian khô.
polyisocyanate Thời gian khô tương đối
TDI isocyanurate
TDI/HDI isocyanurate
Adduct TDI-TMP
HDI (có xúc tác)
HDI (không xúc tác)
1
2
6
6
30
Từ việc nghiên cứu phản ứng của diisocyanate với polyol, ta có thể phán đoán
khả năng phản ứng tương đối của các diisocyanate như sau:
MDI > TDI = XDI >HMDI >IPDI = XMDI > HDI
Tuy nhiên đây chỉ có tính chất tham khảo, bởi vì tốc độ phản ứng còn phụ thuộc
vào chất phản ứng cùng( ví dụ như polyol), xúc tác và dung môi.
Trong thực tế có rất nhiều loại chất đóng rắn khác nhau. Ta sẽ tìm hiều ảnh
hưởng của chất đóng rắn tới chất tạo màng cụ thể theo từng loại như sau:
a. Polyisocyanate( chất đóng rắn)
Hầu hết các loại chất đóng rắn sử dụng hiện nay, chúng đều đi từ các
diisocyanate dạng TDI, MDI, HDI, IPDI, HMDI ( xem bảng 3) và tạo thành
polyisocyanate dưới 3 dạng cơ bản là urethan, biuret, và isocyanate (xem bảng 4).
Bảng 3: Các tiền chất diisocyanate

TDI
NCO NCO
 
CH
3
-C
6
H
3
-NCO-NCO-C
6
H
3
-CH
3
MDI NCO-C
6
H
4
-CH
2
-C
6
H
4
-NCO
HDI OCN-CH
2
-CH
2

-CH
2
-CH
2
-CH
2
-CH
2
-NCO
IPDI
NCO

(H
3
C)
3
-C
6
H
3
-CH
2
-NCO
HMDI NCO-C
6
H
4
-CH
2
-C

6
H
4
-NCO
7
Sv: Nguyễn Thị Mến Báo cáo thực tập
Tìm hiểu về sơn PU
Ngoài các dạng tiền chất như trên, trong thực tế còn một số loại khác nhưng với
số lượng ít hơn nhiều. Ví dụ như CHDI, XDI, TMXDI.
Bảng 4: Các dạng polyisocyanate
Urethan
R-C-(CH
2
-O-CO-NH-R-
NCO)
3
Biuret
O=C-NH-R-NCO

N-R-NCO

O =C-NH-R-NCO
Isocyanurate
(C=O)
3
-(N-R-NCO)
3
Từ hai bảng 3 và 4 ta có thể thấy rằng, việc kết hợp các dạng tiền chất đóng rắn
khác nhau. Để có thể tiện theo dõi ta có thể liệt kê một số loại chất đóng rắn hiện có
theo các dạng như trong bảng 4 ở trên.

Ví dụ một số chất đóng rắn như:
• Polyisocyanate loại urethan:
Các chất đóng rắn loại L đều ở dạng này. Về cơ bản chúng là sự kết hợp của
TDI và trimethylol propan:
NCO

H
3
CH
2
CC-(CH
2
-O-CO-NH-C
6
H
4
)
3

CH3
Các chất đóng rắn loại L được cung cấp dưới 2 dạng chính. Một loại được cung
cấp 75% trong etylacetate và có % NCO là 13%. Loại thứ 2 được pha 67% trong hỗn
hợp dung môi MPA/Xylen theo tỷ lệ 1/1, chúng có % NCO là 11,6%.
• Polyisocyanate loại isocyanurate:
8
Sv: Nguyễn Thị Mến Báo cáo thực tập
Tìm hiểu về sơn PU
Hiện nay các chất đóng rắn loại này được cung cấp rất nhiều loại khác nhau.
Trong đó chủ yếu là sự kết hợp riêng rẽ của HDI,TDI,IPDI và trong công thức dạng
isocyanate, hoặc sự kết hợp của 2 trong 3 loại đó, cụ thể như sau:

* Sự kết hợp của TDI tạo thành isocyanurate
Các chất đóng rắn loại IL chủ yếu dưới dạng này. Chúng đều được pha 51%
trong butyl acetate( hoặc etyl acetate), và có %NCO khoảng 8%.
* Sự kết hợp của HDI trong isocyanurate
Một số chất đóng rắn loại N có cấu trúc ở dạng này. Ví dụ như:
N3300 có % NCO khoảng 21.5%
N3390 có % NCO khoảng 19.4%
* Sự kết hợp của cả HDI và TDI
Loại đóng rắn được cung cấp ở dạng này chủ yếu là sự kết hợp của 2 monome
loại TDI và 1 monome loại HDI. Công thức lý tưởng của chúng có thể được mô tả
như sau:
* Sự kết hợp của IPDI trong dạng isocyanurate:
Trong trường hợp này chỉ có đóng rắn loại Z, với % NCO khoảng 11.5%.
+ Polyisoxyanate loại Biuret:
Một số chất đóng rắn loại N ở dạng này. Các chất được cung cấp có tính
thương mại bao gồm:
N100 có 22% NCO
N75 có 16.5% NCO nó được pha 75% trong hỗn hợp dung môi MPA và xylen
theo tỉ lệ 1:1.
N3200 có 23% NCO.
Việc sử dụng các loại chất đóng rắn khác nhau sẽ cho sơn có tính năng khác
nhau.
b. Polyol ( nhựa gốc )
Có nhiều loại polyol đã được sử dụng trong phản ứng với polyisocyanate, trong
đó có 3 loại chính là polyol trên cơ sở polyete, polyeste hoặc polyol trên cơ sở
acrylic, và việc lựa chọn sẽ phụ thuộc vào từng mục đích ứng dụng. Các polyol mạch
thẳng sẽ mềm dẻo hơn nhưng bền hóa chất kém hơn. Khi số nhóm chức tăng lên thì
mật độ các mối ngang cũng tăng do đó làm tăng độ cứng, giảm tính đàn hồi, tăng độ
bền hóa chất và tăng độ ổn định nhiệt. Thêm vào đó, khi hàm lượng nhóm OH tăng
thì độ bền cơ học cũng tăng nhưng tốc độ đóng rắn giảm xuống.

Các polyol dạng polyether thường được cung cấp dưới dạng lỏng không chứa
dung môi, và chúng ó cấu trúc mạch thẳng ít nhánh. Khối lượng phân tử của chúng
chủ yếu nằm trong khoảng từ 1000 đến 2000, và chúng không bị thủy phân, và nhìn
chung là có độ bền hóa chất cao. Một số loại có độ nhớt thấp có thể dùng trong công
thức sơn mà không cần dùng dung môi, vì vậy có thể làm giảm lượng dung môi bay
hơi. Tuy nhiên khi đó khả năng bị oxihoa cũng cao hơn, và do vậy chúng chỉ giới hạn
sử dụng trong một số lĩnh vực không yêu cầu tính năng cao. Chúng được ứng dụng
chủ yếu trong sơn lót và đặc biệt phù hợp làm sơn lót ngay trên bề mặt nền bê tông-
chỗ mà luôn đòi hỏi màng sơn có tính chất chịu kiềm cao. Polyol dạng polyether
cũng rất nhạy cảm với sự có mặt của nước trong quá trình bảo quản và thi công.
9
Sv: Nguyễn Thị Mến Báo cáo thực tập
Tìm hiểu về sơn PU
Polyol trên cơ sở polyeste thường được cung cấp dưới dạng rắn hoặc dung dịch
có độ nhớt cao. Khối lượng phân tử của chúng trong khoảng từ 500-5000. Và thông
thường loại mạch thẳng cho màng sơn có tính mềm dẻo cao hơn, trong khi loại mạch
nhánh thì cứng hơn hoặc có tính chất bền hóa chất cao hơn. Loại mạch nhánh thường
đi từ các polylo như là trimethylol propan hoặc glycol, và việc lựa chọn polyol và axit
phù hợp sẽ giúp chúng ta điều chỉnh được độ cứng hoặc tính mềm dẻo. Thật vậy axit
adipic, 1,6- hecxan diol, diethylen glycol được sử dụng để tạo ra nhựa có tính mềm
dẻo cao, trong khi nếu sử dụng axit phtalic, neopentyl glycol và etylen glycol sẽ làm
giảm tính mềm dẻo và do vậy màng sơn cứng hơn. Một số polyeste được biến tính
với axit béo không no để cải thiện tính làm ẩm bột màu của nhựa. Một khác nhau
chính giữa polyeste và polyete là khả năng chịu thời tiết tốt hơn của polyeste, tuy
nhiên độ bền thủy phân của polyeste lại thấp hơn. Vì vậy polyeste không được giới
thiệu sử dụng trên bề mặt có tính kiềm, cũng như không sử dụng nó trong môi trường
có tính kiềm cao.
Đôi khi polyeste được sử dụng kết hợp với polyete để tạo ra polyol có tính nhạy
cảm với độ ẩm kém hơn, trong khi vẫn đạt được chức năng bền hóa chất cao. Sự kết
hợp này đã được chứng minh là rất phù hợp cho sơn không dùng dung môi trên nền

bê tông.
Polyol acrylic cũng được sử dụng rộng rãi. So với các loại khác, acrylic có thời
gian khô sẽ nhanh hơn và đòi hỏi lượng polyisocryanate thấp hơn. Đây là bởi vì
chúng có mức độ nhất định trong tính khô vật lý. Và vì vậy hầu như chúng có khối
lượng phân tử cao hơn và có hàm rắn thấp hơn. Chúng cũng có thời gian sống(pot-
life: thời gian mà kể từ khi trộn hai thành phần vào dung dịch sơn vẫn còn sử dụng
được) dài hơn, mặc dù thời gian khô se nhanh hơn. Các acrylic có hàm lượng OH
thấp (1-2%) thường dễ dàng cho việc sơn lại, thầm chí cả khi bị phơi ngoài trời trong
thời gian dài. Điều này được cho là có lợi đặc biệt trong trường hợp thiết bị chịu sự
va chạm nhiều.
Có một số polyol khác như epoxy, vinyl, cellulosic, nhựa polyketon, và nhựa
silicol, tuy nhiên chúng sử dụng rất ít. Alkyd cũng có thể phản ứng với
polyisocyanate. Một polyol khác đang được quan tâm là nhựa polyeste-
polycarbonate. Loại nhựa này có những tính năng tuyệt vời, đặc biệt trong độ bền
thời tiết và độ bền thủy phân.
c. Tính toán tỉ lệ giữa polyol và polyisocyanate:
Gần như chắc chắn rằng trong tất cả các hệ sơn polyurethan hai hợp phần,
đương lượng gam của polyisocyanate và polyol là khác nhau. Việc tính toán tỉ lệ dữa
2 thành phần sẽ dựa trên số đương lượng gam tương đương, hoặc dư NCO(dư đóng
rắn), hoặc dư OH(dư nhựa gốc) tùy theo yêu cầu của mình. Ví dụ như nếu cần tính số
gam polyisocyanate cần để phản ứng với một gam polyol với tỉ lệ NCO : OH bằng 1
là:
Số gam polyisocyanate =
Trong đó: %OH và %NCO được cung cấp bởi các nhà chế tạo,
10
Sv: Nguyễn Thị Mến Báo cáo thực tập
Tìm hiểu về sơn PU
Giá trị 42 và 17 lần lượt là khối lượng phân tử của nhóm NCO và OH.(Chú ý
đây chỉ là công thức tính trên nhựa rắn với dung dịch nhựa sẽ được điều chỉnh tương
ứng theo hàm rắn.

Việc thay đổi tỷ lệ giữa đóng rắn và nhựa gốc sẽ cho ta sự thay đổi tương ứng
trong tính năng cơ lý của màng sơn. Cụ thể, khi lượng nhựa gốc dư(dư polylo) sẽ cho
màng sơn có độ mềm dẻo cao hơn tuy nhiệt độ bền dung môi hóa chất và thời tiết
kém hơn. Ngược lại khi dư đóng rắn(dư polyisocyanate) sẽ cho màng sơn có độ cứng
cao hơn, và bền hóa chất tốt hơn, do lượng NCO dư sẽ phản ứng với hơi ẩm trong
không khí làm tăng mật độ nối ngang trong màng.
Ảnh hưởng của tỷ lệ NCO/OH có thể được mô tả như sau:
OH NCO/OH=1/1 NCO
Mềm dẻo hơn cứng hơn
Kém bền hóa chất hơn chịu hóa chất, bền thời tiết hơn
II. Bột mầu, bột độn:
1. Giới thiệu về bột mầu, bột đôn.
Đúng như tên gọi, chức năng chính của nó trong màng sơn là mang màu. Ngoài
ra nó còn giúp tăng cường tính năng cơ lý của màng sơn. Và trong một số trường hợp
nó còn giúp cho màng sơn có nhiều tính năng đặc biệt khác như: chống lại sự ăn mòn,
chống bám bẩn, giúp phản quang…
Để đánh giá các loại bột màu với nhau cũng như giúp chúng ta dễ dàng trong
việc phân tán chúng vào trong sơn, một số chỉ tiêu của bột màu cần phải xem xét. Các
chỉ tiêu này sẽ được cung cấp bởi các nhà chế tạo bột màu. Một số tính năng chính
bao gồm:
• độ ngấm dầu: được đo bằng số gam(hoặc ml) dầu thảo mộc (dầu lành) cần
thiết để thấm ướt 100g bột màu tạo thành dạng past đồng nhất.
Chỉ tiêu này sẽ ảnh hưởng tới sự phân tán bột màu vào trong sơn. Nếu độ ngấm
dầu càng cao thì khả năng phân tán vào trong sơn càng khó và ngược lại.
• Cường lực mầu: chỉ tiêu này sẽ cho biết khả năng truyền mầu của nó sang bột
mầu khác trong hỗn hợp, và thường lấy TiO
2
làm chuẩn.
• Độ phủ: được tính bằng số gam bột mầu cần thiết để phủ 1m
2

sao cho phủ hết
không nhìn thấy nền. Độ phủ càng cao thì khả năng phủ càng tốt.
• Bền sáng: Chỉ tiêu này được chia theo thang đo từ 1-8. Bột mầu có chỉ tiêu này
càng cao thì khả năng bền ánh sáng càng tốt.
• Hàm ẩm: Nói chung bột mầu có hàm ẩm càng thấp càng tốt, đặc biệt trong sơn
polyurethan.
Ngoài ra còn một số chỉ tiêu khác như bền axit, bền thời tiết, bền kiềm, bền dung
môi, bền màu với thời tiết. Các chỉ tiêu này đều được đo theo thang đo từ 1-5. Bột
mầu có chỉ tiêu càng cao thì chứng tỏ các tính năng đó càng tốt.
2. phân loại bột mầu:
Có nhiều cách để phân loại khác nhau như: phân loại theo mầu sắc, phân loại
theo tính năng kỹ thuật của bột mầu, phân loại theo thành phần hóa học. Tuy nhiên
11
Sv: Nguyễn Thị Mến Báo cáo thực tập
Tìm hiểu về sơn PU
trong thực tế bột mầu được phân loại chủ yếu theo thành phần hóa học. theo cách
phân loại này người ta chia ra bột mầu vô cơ và bột mầu hữu cơ. So với bột mầu vô
cơ thì bột mầu hữu cơ thường có mầu sắc rực rỡ, cường lực mầu lớn song độ bền với
ánh sáng, khí quyển, tác nhân hóa học kém hơn.
3. Bột mầu, bột độn trong sơn polyurethan:
Cũng như các hệ sơn khác, độ ẩm của bột mầu và bột độn được giảm tới mức tối
đa, đặc biệt trong sơn polyurethan. Vì sơn polyurethan rất nhạy cảm với độ ẩm.
Trong sơn polyurethan một số bột mầu sẽ làm giảm thời gian sống của sơn; các
bột mầu này bao gồm oxit kẽm, chì đỏ,cyanamide chì, xanh oxit crom, đỏ molybdate,
và một số bột đen cacbon. Tuy nhiên cũng có nhiều loại bột mầu rất phù hợp với hệ
sơn này như: titan dioxit (dạng rutil), oxit sắt vàng-nâu-đỏ -đen, và hầu hết các bột
mầu hữu cơ.
Bột độn cũng được sử dụng rộng rãi trong sơn polyurethan để tẳng tính năng cơ
lý của màn sơn .Tuy nhiên ,khi đó khả năng hập thủ nước củng cao hơn ,do vây phải
thận trong trong việc lựa chọn bột độn.

4. . Dung môi
Dung môi có thể hiểu đơn giản là chất hòa tan nhựa để tạo thành dung dịch sơn.
Khi thi công màn sơn khô bằng hai cách: thứ nhất là sử bày hơi dung môi thông
thường, trường hợp thứ hai là vừa có sử bay hơi dung môi vừa có biển đổi hóa học.
Trong công nghiệp sơn, dung môi là một thành phần quan trọng vì nó sẽ giúp đơn
giản hóa quá trình chể tảo và sử dụng sơn. Tuy nhiển nó củng co hại, vì hẩu hết
chúng sẻ bay hởi vào môi trường và làm ô nhiểm nguồn nước. Ngoài ra nó còn gẩy ra
nguy hiểm do nguy cơ cháy nổ, gây ngộ độc. Việc thu hồi nó và sử dụng lại có thể
làm được, tuy nhiên điều này rất không kinh tế. Vì vậy trong thực tế sản xuất cũng
như ứng dụng cần hạn chế tối đa sự bay hơi không cần thiết, tránh tiếp xúc trực tiếp,
và cần có phương tiện bảo hộ cần thiết.
4.1 Phân loại dung môi:
Các dung môi sử dụng trong sơn hầu hết là dung môi hydro cacbon và dung môi
oxy hóa. Dung môi oxy hóa còn gọi là dung môi hóa học, bởi vì trước kia dung môi
hydrocacbon chỉ được chế tạo bằng cách chưng cất dầu mỏ, còn dung môi oxy hóa
được chế tạo bằng phương pháp tổng hợp. Ngày nay một số dung môi hydrocacbon
đặc biệt cũng được chế tạo bằng phương pháp tổng hợp, tuy nhiên thuật ngữ dung
môi hydro cacbon và dung môi oxy hóa vẫn được sử dụng.
Ngoài ra, nước cũng là một dung môi được sử dụng khá rộng rãi, đặc biệt trong
sơn trường latex. Tuy nhiên việc sử dụng nước như là dung môi thực trong sơn dầu
là rất hạn chế vì vậy ở đây ta bỏ qua dung môi nước.
a. Dung môi hydrocacbon:
Dung môi hydrocacbon chỉ chứa 2 nguyên tố là cacbon và hydro. Các nguyên tố
khác như lưu huỳnh, kim loại nặng có thể có trong dầu mỏ, nhưng nó sẽ được làm
giảm tới mức phần triệu hoặc thấp hơn trong suốt quá trình chưng cất cho tới khi đạt
đến độ tinh khiết theo yêu cầu.
Các dung môi hydrocacbon (HC) lại được chia thành dung môi HC no mạch
thẳng (n-parafin), dung môi HC no mạch nhánh (i-parafin), dung môi vòng no
12
Sv: Nguyễn Thị Mến Báo cáo thực tập

Tìm hiểu về sơn PU
(naphten), và dung môi vòng thơm (aromatic). Các loại hydrocacbon khác, đặc biệt là
olefin, hầu như không được sử dụng dùng làm dung môi trong công nghiệp sơn, mà
chỉ dùng làm tiền chất để chế tạo một số dung môi iso parafinic. Tất cả các olefin
phải được loại bỏ khỏi dung môi cuối cùng, bởi vì sự có mặt của chúng sẽ ảnh hưởng
rất nhiều tới mầu và mùi của dung môi, và tạo thành cặn khi bảo quản.
Nói chung tính chất của dung môi sẽ có sự tiếp nối đều đặn từ parafin qua
naphten tới aromatic (xem biểu đồ 1), trừ độ nhớt: độ nhớt của naphten cao hơn so
với loại parafin và aromatic tương ứng. Điều này là do phân tử của naphten không
thẳng, nó tồn tại ở dạng thuyền và dạng ghế, vì vậy khả năng trượt giữa các phân tử
khó khăn hơn.
Xét một cách tổng quát, dung môi HC có khả năng từ thấp tới trung bình, và chỉ
có khả năng hòa tan một vài loại nhựa, trong đó chủ yếu là alkyd. Đối với nhựa
polyurethan cũng như hầu hết các nhựa khác nó chủ yếu đóng vai trò là chất pha
loãng chứ ít khi là dung môi thực. Dung môi HC có tốc độ bay hơi trong khoảng
rộng, mùi thay đổi từ ít mùi sang mùi mạnh.Về giá thành thì chúng tương đối rẻ so
với các dung môi oxy hóa.
Biểu đồ 1: tính chất của dung môi HC
Tính chất parafin naphten aromatic
Tỷ trọng

Khối lượng phân tử
Khả năng bay hơi
Mùi
Sức căng bề mặt
Độ nhớt
Việc sản xuất dung môi hydrocacbon chủ yếu bằng việc chưng cất dầu mỏ, và có
thể được mô tả đơn giản như trong biểu đồ 2.
Biểu đồ 2: Sản xuất dung môi hydrocacbon
13

Sv: Nguyễn Thị Mến Báo cáo thực tập
Tìm hiểu về sơn PU
Dầu thô
Chưng cất Chưng cất
+ Vòng hóa
Vòng hóa
+ +
Hydro hóa Dehydro hóa Chiết
+ +
Chiết/chưng Chưng
+
Hydro hóa
Dung môi
Hydro cacbon
Dung môi
Hydro cacbon
Vòng no
Dung môi
Hydrocacbon
vòng thơm

Dung môi
hydrocacbon
naphten
b. Dung môi oxi hóa:
Trong phân tử dung môi oxy hóa có chứa C,O,H. Vị trí oxy trong phân tử sẽ
quyết định tính chất hóa học và lý học của dung môi. Việc phân loại chúng cũng dựa
vào đặc điểm này. Cụ thể chúng được phân thành các loại chính bao gồm: xeton,
este, alcohol, glycol ete, và glycol ete acetat. Cấu trúc và cách chế tạo của từng loại
có thể thấy rõ trong bảng 5 như sau:

Bảng 5: các loại dung môi oxy hóa
Loại dung môi Cấu trúc Ví dụ
Keton

 C =

H
3
C H
2
C

H
2
CC=O
Methyl ethyl ketone
14
Sv: Nguyễn Thị Mến Báo cáo thực tập
Tìm hiểu về sơn PU
Ester

O

 C = O
CH
3
-CH
2
-CH
2

-CH
2
-
O-(C=O)-CH
3
n- Butyl acetat
Alcohol

 C  OH

OH

H
3
C  CH

CH
3

Isopropanol
Glycol ete
HO-(CH
2
-CH
2
-O)
n
-R
HO-CH
2

-CH
2
-O-
CH
2
-CH
2
-CH
2
-CH
3
Ethylen glycol
monobutyl ete
Glycol ete acetat
CH
3
COOCH-CH
2
-O-R


CH
3
CH
3
COOCH-CH
2
-O-CH
3


CH
3
Propylen glycol
monometyl ete
Tính chất của dung môi oxy hóa phụ thuộc nhiều vào bản chất hóa học của dung
môi. Ví dụ như xeton sẽ hòa tan nhựa vinyl, trong khi alcohol thì không. Cấu trúc hóa
học của dung môi ảnh hưởng tới tính chất lý học của chúng. Ví dụ như MEK và
isopropanol có điểm sôi tương đương (khoảng 79
0
C tới 82
0
C), tuy nhiên tốc độ bay
hơi của MEK cao gấp 2 lần so với isopropanol, điều này là do isopropanol có liên kết
hydro mạnh.
Sự khác nhau giữa các loại dung môi oxy hóa này làm cho việc đánh giá chi tiết
các tính chất của chúng gặp nhiều khó khăn. Tuy nhiên, nói chung chúng là các dung
môi mạnh hơn dung môi hydrocacbon. Chúng có khả năng hòa tan nhiều loại nhựa sử
dụng trong sơn. Và hầu như chúng đều có mùi khó chịu, đắt hơn so với dung môi
hydrocacbon.
4.2 Tính chất của dung môi:
Đối với dung môi chúng ta cần phải quan tâm tới nhiều các tính chất khác nhau
như tỷ trọng, điểm sôi,mùi, độ nhớt…Tuy nhiên hai tính chất mà chúng ta quan tâm
nhất là khả năng hòa tan và tốc độ bay hơi của chúng.
15
Sv: Nguyễn Thị Mến Báo cáo thực tập
Tìm hiểu về sơn PU
a. Khả năng hòa tan:
Việc hòa tan có thể mô tả như là sự phân chia các phân tử chất rắn trong môi
trường phân tán là các phân tử của dung môi. Khả năng hòa tan (hay độ mạnh của
dung môi) cho biết hiệu quả mà một dung môi có thể ảnh hưởng tới sự phân chia này.

Trong thực tế, khả năng hòa tan của dung môi được đánh giá dựa trên độ nhớt và hàm
rắn của dung dịch nhựa. Có nghĩa là nếu cùng một hàm rắn, dung môi nào cho dung
dịch nhựa có độ nhớt thấp hơn được coi là khả năng hòa tan cao hơn.
Đồ thị 1: Quan hệ giữa độ nhớt và hàm rắn của nhựa
Độ nhớt
Dung môi A Dung môi B
Hàm rắn
Từ đồ thị 1 ta thấy: Với cùng một hàm rắn, độ nhớt của dung dịch A cao hơn độ
nhớt của dung dịch B. Và do vậy dung môi B được cho là hòa tan tốt hơn dung môi
A.
Riêng về khía cạnh khả năng hòa tan, mục tiêu của các nhà chế tạo sơn là sử
dụng ít dung môi nhất trong khi dung dịch vẫn đạt được độ nhớt cần thiết để có thể
chế tạo và thi công. Tuy nhiên trong thực tế việc lựa chọn dung môi còn phải đánh
giá nhiều yếu tố khác nhau như tốc độ bay hơi, kinh tế, độc hại…
Lý thuyết về khả năng hòa tan nói chung tương đối phức tạp, tuy nhiên nói
chung nếu dung môi và nhựa có bản chất hóa học tương tự thì sẽ có khả năng hòa tan
tốt trong nhau. Và các dung môi oxy hóa có khả năng hòa tan nhiều loại nhựa hơn so
với dung môi hydrocacbon.
Dựa vào khả năng hòa tan, trong thực tế người ta cũng chia dung môi thành
dung môi thực, dung môi hỗ trợ, dung môi độn và dung môi pha loãng. Cụ thể như
sau:
16
Sv: Nguyễn Thị Mến Báo cáo thực tập
Tìm hiểu về sơn PU
Dung môi thực: là dung môi mà một mình chúng cũng có thể hòa tan nhựa.
Dung môi hỗ trợ: chúng có tác dụng hỗ trợ khả năng hòa tan cho dung môi thực,
dung môi này đặc biệt có ích trong trường hợp sơn nitrocellulo. Ví dụ như, nếu chỉ
dùng dung môi este để hòa tan nitrocellulose thì độ nhớt của nhựa vẫn khá cao. Tuy
nhiên khi cho thêm một lượng nhỏ dung môi alcohol thì độ nhớt của dung dịch sẽ
giảm khá nhanh.

Dung môi độn: Đây thực ra không phải là dung môi cho nhựa. Nó được sử dụng
để giảm giá, tăng thể tích của hỗn hợp dung môi. Trong thực tế việc sử dụng hoàn
toàn dung môi thực có thể thực hiện được.
Tuy nhiên các dung môi thực thường rất đắt, và vì vậy các nhà chế tạo thường
giảm gí bằng cách sử dụng một lượng tối đa dung môi độn với một lượng tối thiểu
dung môi thực sao cho các tính năng của sơn vẫn đạt được theo yêu cầu.
Dung môi pha loãng: Đây là dung môi để làm giảm độ nhớt của sơn khi thi
công. Trong sản xuất sơn, đặc biệt là sơn cao cấp như polyurethan hai thành phần,
trong nhiều trường hợp người ta chế tạo riêng dung môi để pha loãng khi ứng dụng.
Chúng thường là hỗn hợp của cả hai dung môi thực, dung môi hỗ trợ và dung môi
pha loãng.
Với mỗi loại nhựa khác nhau, vai trò của dung môi trong công thức cũng khác
nhau. Điều này có thể được minh họa bằng các ví dụ trong bảng 6.
Bảng 6: Ví dụ về việc phân loại dung môi sơn
Loại dung môi Ví dụ Nhựa hòa tan
Dung môi thực
(DM hoạt tính)
Aliphatic Hydrocacbon
Aromatic
Hydrocacbon
Ketone
Este
- Alkyd béo
- Alkyd gầy,
Acrylic Epoxy
- Vinyl,Urethan
- Nitrocellulose,
Epoxy
DM hỗ trợ
(Đồng dung môi)

Alcohol Nitrocellulose
DM độn Hydrocacbon
Hầu hết nhựa
DM pha loãng Mineral Spirit
Alkyd béo
b. Tốc độ bay hơi:
Tốc độ bay hơi của dung môi là một thông số quan trọng. Chúng thường được
biểu hiện một cách tương đối bằng cách so sánh với tốc độ bay hơi của một dung môi
chuẩn. Trong thực tế chúng thường được so sánh với n-butyl acetat hoặc dietylete.
Về cơ bản, tốc độ bay hơi càng nhanh thì khả năng thoát ra khỏi dung dịch sơn
càng nhanh. Tuy nhiên trong thực tế một số dung môi có tốc độ bay hơi cao nhưng
tốc độ thoát ra khỏi màng thì lại rất chậm. Ví dụ như cyclohexan chẳng han, nó có tốc
17
Sv: Nguyễn Thị Mến Báo cáo thực tập
Tìm hiểu về sơn PU
độ bay hơi cao gấp 6 lần so với n- butyl axetat nhưng tốc độ thoát ra khỏi màng sơn
lại thấp hơn nhiều. Điều này là do cấu trúc “cồng kềnh” trong phân tử của chúng. Khi
tạo màng, ban đầu là sự bay hơi của dung môi trên bề mặt, và sau đó là sự khuếch tán
của dung môi bên trong bề mặt ra ngoài. Cấu trúc “cồng kềnh” của dung môi làm hạn
chế quá trình khuếch tán này. Có thể nhận thấy điều này trong bảng 7.
Bảng 7: Tốc độ bay hơi và việc thoát dung môi khỏi màng
Dung môi Tốc độ bay hơi Việc thoát dung
môi
MEK
Etyl acetat
Etylen glycol
n- Heptan
n- Butyl acetat
Benzen
Toluen

m- Xylen
MIBK
2,4 dimetyl pentan
Cyclo hexan
4.5
4.8
0.4
3.3
1.0
5.4
2.3
0.8
1.4
5.6
5.9
Nhanh nhất
Tốc độ bay hơi của dung môi ảnh hưởng nhiều tới quá trình tạo màng của sơn,
cũng như tới các tính năng của màng sơn sau này. Tốc độ bay hơi nhanh hay chậm
cũng đều có những ưu nhược điểm riêng của nó, và có thể trình bày vắn tắt như sau:
• Dung môi bay hơi nhanh có những ưu điểm là:
Làm tăng nhanh độ nhớt khi thi công, do vậy giảm thiểu việc chảy của màng
sơn, đặc biệt khi sơn lên những vật liệu có bề mặt thẳng đứng.
- Trong sơn khô hóa học, việc thoát dung môi nhanh cho phép phản ứng
đóng rắn được tiến hành nhanh hơn. Ví dụ như khi sơn oto cần phải có thời gian cần
thiết từ lúc phun tới lúc đóng rắn được tiến hành nhanh hơn. Ví dụ như khi sơn oto
cần phải có thời gian cần thiết từ lúc phun tới lúc đóng rắn. Trong khoảng thời gian
này một lượng lớn dung môi đã thoát ra khỏi màng ẩm, và do vậy tránh tạo thành
bong bóng và châm kim trong suốt quá trình đóng rắn. Đồng thời việc giảm khoảng
thời gian này sẽ làm giảm không gian giữa buồng phun và chi tiết.
- Màng sơn vẫn chưa khô hoàn toàn mặc dù hầu hết dung môi hiện có đã

bay hơi. Do vậy bụi bẩn trong môi trường không khí xung quanh vẫn bám trên màng
sơn khô, và làm sấu bề mặt sơn. Dung môi bay hơi nhanh làm giảm thời gian khô se
bề mặt, do đó làm giảm hiện tượng này.
• Dung môi bay hơi chậm có những ưu điểm là:
18
Sv: Nguyễn Thị Mến Báo cáo thực tập
Tìm hiểu về sơn PU
- Khi phun, nếu sử dụng dung môi bay hơi quá nhanh sẽ có thể dẫn tới sơn khô
trước khi bề mặt dàn chảy ổn định, do vậy tính dàn chảy kém và bề mặt bị sần da
cam.
- Tốc độ bay hơi của dung môi là nguyên nhân làm giảm nhiệt độ màng sơn ẩm.
Trong trường hợp sấu nhất nhiệt độ có thể giảm dưới nhiệt độ điểm sương, và dẫn tới
đọng nước trên bề mặt. Điều này dẫn tới việc kết tủa nhựa (tách pha) và làm cho
màng sơn mờ đục. Đặc biệt sơn nitrocellulo thường có hiện tượng này, vì vậy trong
dung môi sơn cho nitrocellulo người ta thường có sử dụng một lượng nhất định
alcohol. Đây là dung môi vừa có khả năng hòa tan nhựa vừa có khả năng hòa tan
nước ngưng tụ, do đó giảm thiểu sự tách pha của nhựa, vì vậy tránh được hiện tượng
mờ đục này.
Tốc độ bay hơi của một số dung môi hiện đang được sử dụng nhiều trong công
nghiệp sơn được thể hiện dưới bảng 8.
Bảng 8: Tốc độ bay hơi của dung môi
Dung môi Tốc độ bay hơi tương đối
n- butyl acetat =1 Dietyl ete = 1
Hydrocacbon:
-Toluen
- Xylen
- Aromatic (C9)
Ví dụ: Solvesso 100,
shellol A
- Mineral sipirit

2.4
0.75
0.21
0.12
6
15
35
55
Ketone
MEK
MIBK
Iso phoron
6
1.65
0.03
2.6
7.2
Este
- Etyl acetat
- n-Butyl acetat
7.5
1
2.9
12
Alcohol
- Iso propanol
- n-Butanol
2.5
0.44
10

33
Glycol ete
- Propylen glycol
monometyl ete
- Etylen glycol
monoetyl ete
- Glycol ete acetat
- Propylen glycol
monometyl ete acetat
- Etylen glycol
0.75
0.38
0.32
0.2
25
43
34
52
19
Sv: Nguyễn Thị Mến Báo cáo thực tập
Tìm hiểu về sơn PU
monoetyl ete acetat
5. Phụ gia:
Để tạo được màng sơn tốt ngoài nhựa, bột mầu, bột độn, và dung môi còn phải
cho một số nguyên liệu phụ tuy hàm lượng rất nhỏ nhưng đem lại hiệu quả rât lớn.
Các nguyên liệu phụ có tác dụng:
- Tăng năng suất lao động như làm chất thấm ướt, phân tán bột mầu. Do vậy
làm giảm thời gian thao tác trộn và nghiền.
- Ngăn ngừa những khuyết tật xảy ra trong quá trình bảo quản (chống lắng,
chống tạo màng), Thúc đẩy quá trình khô và cải thiện chất lượng bề mặt màng sơn

(lam nhẵn bóng, đẹp…), tăng tính ổn định đối với tia tử ngoại ánh sáng mặt trời.
Trong sơn polyurethan, ngoài các chất phụ gia thông thường như chất chống
lắng, chất thấm ướt, chất chống tia tử ngoại… còn có sử dụng một loại phụ gia riêng
biệt cho hệ sơn này, đó chính là phụ gia làm tăng tốc cho phản ứng isocyanate-polyol.
Hầu hết các xúc tác này đều ở dạng amin bậc ba hoặc muối hữu cơ. Khi thêm chúng
vào hỗn hợp sẽ làm tăng đáng kể tốc độ của phản ứng. Tuy nhiên chúng ta không sử
dụng xúc tác này.
PHẦN III - KỸ THUẬT SẢN XUẤT SƠN POLYURETHAN
A. Đơn phối liệu:
Công việc chính trong việc thiết lập công thức sơn nói chung, và công thức sơn
polyurethan nói riêng chính là xác định loại và lượng các thành phần như bột mầu,
nhựa, dung môi, và chất đóng rắn. Việc xác định tỷ lệ tương đối giữa các thành phần
có sự gắn bó mật thiết với nhau. Để thuận tiện cho việc thiết lập em sẽ tìm hiểu về
từng thành phần riêng rẽ như sau:
I. Xác định thành phần nhựa:
Nhựa là thành phần chính, và không thể thiếu trong kết cấu màng sơn. Việc xác
định hàm lượng nhựa sẽ gắn liền với việc xác định hàm lượng dung môi cũng như
hàm lượng bột mầu sao cho đảm bảo độ bóng, độ phủ, độ cứng… và độ nhớt theo yêu
cầu của thi công. Việc các định này phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm thực tế. và hiện
nay hàm lượng nhựa được sử dụng chủ yếu trong khoảng 45-65% trong công thức tùy
theo từng trường hợp cụ thể.
Một điều cần chú ý trong sơn polyurethan hai thành phần là hàm lượng nhựa bao
gồm cả nhựa gốc và đóng rắn. Tỷ lệ giữa hai thành phần tùy thuộc vào hàm lượng
nhóm OH của nhựa gốc và NCO của đóng rắn.
II. Xác định thành phần bột mầu, bột độn:
Hầu hết các bột mầu và bột độn đều có thể sử dụng trong sơn polyurethan. Tuy
nhiên cần rất chú trọng đến hàm ẩm của chúng. Một số loại bột mầu mà có thể ảnh
hưởng tới thời gian sống của sơn polyurethan cần phải được đánh giá lại trước khi
đưa chúng vào trong công thức.
Việc xác định hàm lượng của chúng phụ thuộc nhiều vào bản chất của từng loại

bột mầu như độ phủ, độ ngấm dầu, và yêu cầu của từng loại sơn. Và việc tính toán
20
Sv: Nguyễn Thị Mến Báo cáo thực tập
Tìm hiểu về sơn PU
này gắn liền với hàm lượng nhựa được sử dụng. Có một thông số quan trọng trong
việc xác định bột mầu đó là hàm lượng thể tích bột mầu (PVC). Trong các sơn phủ
bóng cao lượng bột mầu được lựa chọn sao cho PVC không quá 19, còn trong sơn lót
hoặc sơn mờ giá trị của PVC có thể cao hơn. Tuy nhiên, lượng bột mầu cũng không
được quá thấp để có thể đảm bảo độ phủ của sơn. Ví dụ như hiện nay chúng ta đang
sử dụng bột đỏ khoảng 6-7% , bột đen khoảng 2.5-3%, bột lục, lam khoảng 5-6%, và
các bột khác như TiO
2
, oxit sắt đỏ,bột vàng chanh, vàng thư khoảng 20-25%. Giá trị
PVC của chúng cũng thay đổi trong khoảng từ 8-15.
Trong sơn polyurethan, bột độn được sử dụng chủ yếu hiện nay là BaSO
4
. Hàm
lượng sử dụng của chúng tùy thuộc vào từng công thức sơn. Tuy nhiên chúng được
tính toán sao cho tổng hàm lượng bột mầu và bột độn trong công thức sơn khoảng 15-
25%, và giá trị PVC tổng cộng khoảng 10-18%.
III. Xác định thành phần của dung môi:
Ngoài nhựa và bột mầu, phần còn lại trong thể tích sơn chủ yếu là dung môi (bởi
vì lượng phụ gia là rất ít- chỉ khoảng vài phần nghìn). Như vậy lượng dung môi trong
công thức sẽ vào khoảng 15%.
Trong sơn polyurethan một thành phần thì dung môi sử dụng chủ yếu là
hydrocacbon vòng thơm (như xylen) và một ít dung môi hydrocacbon mạch thẳng.
Tuy nhiên việc xác định dung môi trong công thức sơn polyurethan hai thành phần
rất phức tạp, và có thể coi là khó nhất trong việc thiết lập công thức sơn.
Đây là một công việc khó bởi vì thông thường một dung môi không thể đảm bảo
cho sơn có được các tính chất như yêu cầu. Trong thực tế thường có sự kết hợp của

nhiều loại dung môi trong công thức. Tuy nhiên số lượng dung môi có thể sử dụng lại
rất lớn. Hơn nữa, mỗi loại dung môi lại có các thông số như khả năng hòa tan và tốc
độ bay hơi rất khác nhau. Khi kết hợp các dung môi này với nhau thì khả năng hòa
tan và tốc độ bay hơi của hỗn hợp lại không thể cộng một cách số học được mà phải
dựa nhiều vào kinh nghiệm và các số liệu thử nghiệm thực tế.
Cũng chính vì lẽ đó, để dễ dàng xác định thành phần dung môi, trong thực tế
người ta thường phân chia các thành phần dung môi trong công thức thành dung môi
thực, dung môi hỗ trợ và dung môi pha loãng.
Trong dung môi cho sơn polyurethan hai hợp phần, dung môi chính sẽ là dung
môi thực và dung môi độn. Trong đó dung môi thực là một số dung môi oxi hóa như
ketone, este…, và dung môi độn chủ yếu là các hydrocacbon vòng thơm như xylen,
toluen…
Như đã trình bày, các nhà chế tạo luôn mong muốn sử dụng một lượng tối thiểu
dung môi thực và một lượng tối đa dung môi độn để đảm bảo hạ giá thành đến mức
thấp nhất. Tuy nhiên, khi tỷ lệ dung môi thực trên dung môi độn giảm với hàm rắn
không đổi, độ nhớt sẽ tăng nhanh cho đến khi xuất hiện kết tủa. Vì vậy việc xác định
tỷ lệ dung môi thực trên dung môi độn phù hợp là cực kỳ quan trọng.
Trong thực tế, khi sử dụng hỗn hợp của dung môi độn và dung môi thực, một
điều quan trọng là phải tính tỉ lệ giữa chúng sao cho khi hỗn hợp của dung môi bay
hơi, thành phần của hỗn hợp dung môi còn lại không thay đổi tới mức mà sự kết hợp
21
Sv: Nguyễn Thị Mến Báo cáo thực tập
Tìm hiểu về sơn PU
của nhựa xuất hiện. bởi vì nếu xảy ra trường hợp này, màng sơn sẽ sần, không bóng,
và bám dính kém.
Như vậy, một hỗn hợp dung môi tốt phải đảm bảo sao cho quá trình chế tạo, ứng
dụng thuận tiện, các tính năng của màng sơn phải đạt được ở mức độ cao, và giá phải
rẻ. Một hỗn hợp dung môi như vậy được gọi là một hỗn hợp dung môi cân bằng.
Trong nhiều trường hợp, do thành phần dung môi thay đổi nhiều trong suốt quá
trình bay hơi, do vậy vấn đề không cân bằng thường xuất hiện ở cuối quá trình. Để

khắc phục vấn đề này trong hỗn hợp dung môi thường có sử dụng một lượng nhỏ
dung môi thực có tốc độ bay hơi châm. Khi hầu hết các dung môi khác đã bay hơi
vẫn còn một lượng nhỏ dung môi thực này để đảm bảo màng sơn được dàn chảy tốt,
không bị kết tủa tạo hạt, do vậy màng sơn cũng đảm bảo được độ bóng. Trong sơn
polyurethan, một số dung môi thực có tốc độ bay hơi chậm hay được sử dụng như
PMA, solveso 100, solveso 150, cellosolve acetat…
Tuy nhiên việc xác định tỷ lệ DM thực /DM độn là rất khó khăn và phải dựa
nhiều vào thực nghiệm.
Ngày nay, trên thế giới người ta thường sử dụng các phần mềm máy tính để hỗ
trợ cho việc tính toán này. Các phần mềm này sẽ dựa trên cơ sở là hàng trăm các thí
nghiệm thực tế, sau đó nó sẽ tổng hợp lại và cho ta một hỗn hợp dung môi rẻ nhất có
thể mà vẫn đảm bảo các tính năng, hoặc cho ta một hỗn hợp dung môi tốt nhất có thể
mà không cần quan tâm đến giá…với phần mềm này, ta chỉ cần nhập các yêu cầu của
ta như giá là bao nhiêu, tốc độ bay hơi thế nào, nhiệt độ, độ ẩm của buồng phun bao
nhiêu…nó sẽ cho ta một hỗn hợp dung môi tương đối. Và công việc của chúng ta chỉ
là kiểm tra lại.
Tuy nhiên, hiện nay chưa có điều kiện như vậy. cách tốt nhất, phù hợp nhất của
chúng ta để xác định thành phần dung môi hiện nay vẫn là dựa vào sự giới thiệu của
các nhà cung cấp nhựa, sau đó là sự kiểm chứng lại chính công ty để xác định thành
phần phù hợp nhất cho từng loại nhựa, thậm chí là cả theo mùa.
Trong việc lựa chọn dung môi cho sơn polyurethan, ngoài việc cân nhắc khả
năng hòa tan, tốc độ bay hơi, giá cả, mùi vị… như các loại dung môi cho sơn thông
thường khác, còn một số điều phải lưu tâm đặc biệt riêng cho sơn polyurethan như:
- Không sử dụng dung môi là rượu bậc 1 và rượu bậc 2, bởi vì các dung môi loại
này sẽ phản ứng nhóm NCO làm giảm hiệu quả của chất đóng rắn. Tuy nhiên một số
rượu bậc 3 lại có thể sử dụng được. Điều này là do khả năng phản ứng của rượu bậc 3
với nhóm NCO là rất thấp và trong một số trường hợp có thể coi chúng không phản
ứng với nhau.
- Hàm lượng cồn và nước trong dung môi phải được rất quan tâm, đặc biệt trong
các dung môi loại keton và este. Bởi vì do việc chế tạo của các loại dung môi này,

chúng rất dễ lẫn nước, cồn trong thành phần của chúng.
IV. Xác định thành phần của phụ gia:
Các phụ gia chính trong sơn polyurethan bao gồm chất chống lắng, chất làm khô
(dùng trong sơn polyurethan một thành phần đóng rắn bằng không khí), chất dàn,
chất chống mắt cá, chất chống tia tử ngoại. Hàm lượng sử dụng của chúng rất ít trong
22
Sv: Nguyễn Thị Mến Báo cáo thực tập
Tìm hiểu về sơn PU
công thức sơn, và chủ yếu dựa vào hàm lượng do nhà cung cấp giới thiệu, và có sự
đánh giá lại tại công ty.
Bảng 9: tỷ lệ tương đối của các thành phần trong công thức sơn.
Tên Tỷ lệ (%)
Bột mầu, bột độn 15-25
Nhựa (phần gốc và đóng rắn) 45-65
Dung môi 15-20
Phụ gia 1-3
B. Quy trình thao tác công nghệ:
Về công nghệ sản xuất, sơn polyurethan cũng giống như tất cả các loại sơn khác,
không có yêu cầu gì đặc biệt về thiết bị cũng như quy trình thao tác công nghệ. Tuy
nhiên đây lại là loại sơn cao cấp nên mỗi công đoạn trong quá trình sản xuất đều cần
có sự lưu ý đặc biệt hơn và yêu cầu cao hơn so với hầu hết các loại sơn khác. Lưu
trình sản xuất chung có thể trình bày theo sơ đồ sau:
Nhựa
Dung
môi
Bột mầu,
bột độn Phụ gia
Muối
ủ
Nghiề

n
Pha
Đóng
sản
phẩm
Sản phẩm
23
Sv: Nguyễn Thị Mến Báo cáo thực tập
Tìm hiểu về sơn PU
Quy trình sản xuất sơn polyurethan gồm 4 giai đoạn chính:
+ Giai đoạn ủ muối.
+ Giai đoạn nghiền cán.
+ Giai đoạn pha mầu.
+ Giai đoạn đóng sản phẩm.
I. Giai đoạn ủ muối:
a. Mục đích:
Các hạt bột mầu luôn bị không khí ẩm hấp thụ lên trên bề mặt. Để thay thế sự
hấp thụ này bằng chất tạo màng cần phải có sự khuấy trộn và thời gian. Sự thấm ướt
bột mầu phụ thuộc vào sức căng bề mặt của bột màu và chất tạo màng, độ nhớt dung
dịch, tốc độ khuấy trộn, thời gian thấm ướt. Mỗi loại bột mầu cần có thời gian muối ủ
nhất định để quá trình thấm ướt xảy ra hoàn toàn. Để đạt được kết quả tối ưu nhất cần
tính toán lượng bột mầu, bột độn, chất tạo màng, dung môi cho vào sao cho dung
dịch có độ nhớt hợp lý. Nếu độ nhớt của dung dịch lớn thì quá trình nghiền sẽ trở lên
khó khăn hơn, ngược lại nếu độ nhớt thấp quá trình nghiền hiệu quả thấp, lâu đạt độ
mịn mong muốn.
b. Quy trình thực hiện:
• Kiểm tra thùng chứa, máy khuấy và các thiết bị khác (kiểm tra xem có sạch sẽ,
vận hành tốt không)
• Kiểm tra các nguyên vật liệu đúng theo đơn.
Tiến hành ủ muối:

• Cho 30-50% lượng dung môi theo đơn vào thùng chứa.
• Cho 50-70% lượng nhựa theo đơn vào thùng chứa.
• Đưa thùng vào vị trí khuấy.
• Bật máy khuấy 200-500 v/ph đến khi hỗn hợp phân tán đều (15-20 phút)
• Dừng máy khuấy, tiếp tục cho hết bột mầu, bột độn, chất phân tán, chất chống
tạo bọt, chống lắng theo đơn vào thùng chứa.
• Bật máy khuấy ở 500 v/ph đến hỗn hợp phân tán đều 30-40 phút.
• Dừng máy khuấy, thùng chứa được đẩy ra khỏi máy khuấy, đậy nắp và ủ ít
nhất là 2h (tùy theo từng loại bột mầu).
II. Giai đoạn nghiền:
a. Mục đích:
Sau quá trình thấm ướt, các hạt bột mầu không tồn tại ở dạng riêng lẻ mà chúng
bị kết tụ lại với nhau. Để đạt các tính năng ưu việt nhất của các hạt bột màu nhất thiết
phải tách chúng ra thành các hạt riêng lẻ. Quá trình nghiền tức là dùng một lực tác
động lên các hạt bột màu để phá vỡ lực liên kết giữa các hạt, khi đó các hạt bột màu
sẽ tách ra khỏi nhau, khi đó sơn không đạt độ mịn mong muốn. Với sơn polyurethan
sử dụng thiết bị nghiền là máy nghiền hạt ngọc. Số lượt nghiền phụ thuộc vào loại bột
và độ mịn theo yêu cầu.
b. Quy trình thực hiện:
Kiểm tra máy nghiền, thùng chứa các thiết bị cần thiết khác (kiểm tra lại trục
nghiền, bi, thùng chứa).
24
Sv: Nguyễn Thị Mến Báo cáo thực tập
Tìm hiểu về sơn PU
• Kiểm tra hỗn hợp đã muối ủ.
• Khuấy lại paste trong thùng chứa ở 200-500 v/ph đến khi phân tán đều (15-20
phút).
• Đo độ nhớt bằng phễu FC4, độ nhớt 100-110 giây ở nhiệt độ môi trường.
• Kiểm tra độ phân tán bằng mắt, nếu hỗn hợp đồng nhất là được, nếu không đạt
quay lại muối ủ tiếp.

• Tiến hành nghiền.
• Kiểm tra máy, điện nước và các dụng cụ trước khi làm.
• Bật máy nghiền, nghiền từ 2-5 lượt tùy theo yêu cầu của từng loại sản phẩm.
• Khi chuyển lượt nghiền mới, các dụng cụ chứa bán sản phẩm lượt trước phải
được vệ sinh sạch sẽ.
• Các thùng chứa bán sản phẩm phải có nhãn để nhận biết lượt nghiền.
• Kiểm tra độ mịn paste theo quy trình kiểm tra nhanh sản phẩm sơn tại phân
xưởng trước khi chuyển sang giai đoạn pha.
III. Giai đoạn pha:
a. Mục đích:
Sau khi muối ủ và nghiền cán bổ xung thêm lượng chất tạo màng và dung môi
để đảm bảo chất lượng cuối cùng của màng sơn.
b. Quy trình thực hiện:
• Paste màu đã đạt độ mịn đưa vào thùng chứa.
• Đưa thùng chứa vào vị trí khuấy.
• Bổ xung lốt lượng nhựa theo đơn, cho đủ phụ gia vào thùng chứa.
• Bật máy khuấy 200-500 v/ph trong khoảng 15-30 phút cho đến khi hỗn hợp
đồng nhất.
• Chỉnh màu của hỗn hợp theo mẫu màu chuẩn.
• Chỉnh độ nhớt của sản phẩm với số dung môi còn lại theo đơn đến khi đạt độ
nhớt.
• Khi sơn đạt yêu cầu kỹ thuật thì tiến hành đóng hộp.
IV. Giai đoạn đóng sản phẩm:
Đóng sản phẩm trong bao bì theo quy định, yêu cầu kỹ thuật của bao gói sản
phẩm và kế hoạch tiêu thụ, sau đó nhập sản phẩm.
Đây là quy trình chung, tuy nhiên trong sơn polyurethan hai hợp phần có sự
khác biệt đôi chút. Theo đó loại sơn này được đóng thành hai thành phần riêng biệt:
phần gốc và đóng rắn:
Phần đóng rắn chỉ bao gồm chất đóng rắn (isocyanate) và một phần dung môi.
Phần gốc bao gồm paste bột mầu, bột độn nghiền mịn, nhựa gốc (polyol), phụ

gia.
Vì vậy trong quy trình sản xuất ở trên, nhựa được sử dụng trong suốt quá trình
từ muối ủ, nghiền, pha, chính là phần nhựa gốc (polyol) của sơn polyurethan hai hợp
phần.
Phần sơn gốc và chất đóng rắn được đóng thành hai phần riêng biệt, và tỷ lệ đã
được tính toán đủ trong đơn. Tuy nhiên khi đóng thùng cần chú ý rằng phần sơn gốc
25