bài giảng tiêu chuẩn đánh giá và kiểm tra sơn hữu cơ

1
GIẢI PHÁP
NÀO ĐỂ
HẠN CHẾ???
GIẢI PHÁP
NÀO ĐỂ
HẠN CHẾ???
Độ lấp nền kém
Bong tróc
Phấn hóa (bột hóa)
Nấm mốc
Ngấm nước
Vết cọ
Chảy màng sơn
Nhăn màng sơn
Kiểm tra,đánh
giá đặc tính
của sơn
4. Đánh giá
tính chất
vật lý
màng sơn
3. Kiểm tra
khả năng
chống ăn mòn
2. Kiểm tra
lớp sơn sau
khi bao phủ
trên chất nền
1. Tính chất
về thành phần

sơn và tính
chất vật lý
Yếu tố
kiểm tra
đánh giá
1.Tính chất về thành phần sơn và tính chất vật lý
 % Thể tích chất rắn – giúp tính toán độ bao phủ
 Thành phần không bay hơi
 Tỷ trọng
 Độ nhớt
 Thành phần hữu cơ dễ bay hơi
 Nồng độ thể tích chất màu
 Tính thấm ướt
Thể tích chất rắn
Thể tích chất rắn là một tính chất quan trọng của sơn phủ.
Được định nghĩa đơn giản là lượng chất phủ sẽ không bay hơi, Ví dụ: chất kết
dính, chất màu và những phụ gia khác.
Hàm lượng chất rắn được tính như sau:
Trong đó: V1: thể tích thành phần không bay hơi
V2: thể tích thành phần bay hơi
V = V1 + V2
VS: volume solid (thể tích chất rắn)
1
% *100
V
VS
V
=
% thể tích chất rắn của sơn là một yếu tố quan trọng bởi vì những lý do sau:
1. Nó xác định được khả năng phân bố của một hệ sơn

2. Nó quyết định độ dày màng khô (DFT – dry film thickness). Hàm lượng chất rắn cao
sẽ cho độ dày màng khô cao. Vì vậy có ba hệ sơn khác nhau như sau:
- Quy định sơn để pha với thể tích rắn 40 – 60%, độ dày màng khô 50 -70µm.
- Sơn có cấu trúc cao (HB – High build) với thể tích chất rắn trên 80%, độ dày
màng khô 80 - 100µm.
- Sơn không dung môi với thể tích chất rắn 99 – 100%. Thường áp dụng bằng
cách sử dụng súng phun sơn áp lực cho độ dày màng khô 100 -
1000µm, tùy thuộc vào thông số của súng.
3. Nó có thể được sử dụng để tính độ bao phủ. Bao nhiêu sơn được yêu cầu cho một
diện tích bao phủ có thể tính toán được từ % thể tích rắn và độ dày màng khô yêu
cầu. Kết quả tính toán này gọi là tỷ lệ bao phủ lý thuyết:
Tỷ lệ bao phủ lý thuyết = % thể tích rắn x 10/ DFT
Tuy nhiên, tỷ lệ bao phủ lý thuyết này là một giá trị không chính xác để tính toán tổng
bao phủ. Một khái niệm khác, được gọi là tỷ lệ bao phủ thực tế, tính toán cả những
thất thoát trong quá trình sơn. Tuân theo tiêu chuẩn ASTM D 2697.
NVM được định nghĩa là tổng thành phần không bay hơi trong sơn – bao gồm
chất kết dính, chất màu và phụ gia.
Được tính toán bằng phương pháp phân tích trọng lượng đơn giản như sau:
a. Cân 2 g mẫu sơn trong một đĩa và trải rộng chúng theo phương ngang.
b. Đặt vào lò sấy 105
0
C trong 3h hoặc 120
0
C trong 1h.
c. Tính toán khối lượng còn lại như phần trăm.
Xác định thành phần không bay hơi (NVM – non volatile matter)
Tỷ trọng
-
Để đo tỷ trọng của sơn, cốc tỷ trọng được sử dụng.
Cốc tỷ trọng thường có dạng hình trụ, có miệng rộng để

dễ dàng cho sản phẩm vào, dễ làm sạch. Với một nắp
bằng thép không rỉ vặn chặt vừa khít có một lổ nhỏ ở
giữa hướng lên trên để cho mẫu dư ra ngoài mà không
bị nhiễm bọt khí vào bên trong.
Ý nghĩa của việc đo tỷ trọng:
-
Nếu tỷ trọng không nằm trong tiêu chuẩn, có thể có lỗi trong quá trình
nạp liệu.
-
Kiểm tra lại hàm lượng chất rắn trong sơn.
Cốc đo tỷ trọng
-
Tỷ trọng là khối lượng trên một đơn vị thể tích. Tuy
nhiên, trong sơn phủ, nó được đo bằng khối lượng
trên một lít (WPL – weight per litter).
Phương pháp đo như sau:
Tỷ trọng (tt)
1. Cân cẩn thận cốc đo sạch và ghi lại khối lượng – m (g)
2. Cho đầy mẫu sơn cần đo vào trong cốc
3. Đặt cốc trên mặt phẳng. Cẩn thận để tránh bột khí xâm nhập.
4. Sơn tràn ra ngoài sau khi đậy nắp sẽ được lau chùi cẩn thận.
5. Cân khối lượng của cốc đã được điền đầy lần nữa – m1 (g)
1
*1000
m m
WPL
V
−
=
V – thể tích của cốc tỷ trọng , thể tích 100 ml

Tính toán độ bao phủ thực tế
- Tổ chức Sơn Thế giới khuyến cáo một phương pháp để tính bao
phủ thực tế.
- Theo đó, một hệ sơn với hàm lượng chất rắn 80%, để bao phủ
một lớp DFT 100µm, theo tính toán lý thuyết sẽ là: 80 x 10/100 = 8
m
2
/l.
- Có nghĩa là để có một lớp sơn DFT 100µm với hệ sơn có thế
tích chất rắn là 80% thì một lít sơn sẽ bao phủ được 8 m
2
.
- Tuy nhiên, thực tế lượng sơn cần nhiều hơn giá trị này do sự
mất mát biểu kiến và mất mát thực tế.
Độ nhớt
- Độ nhớt của sơn là một tính chất quan trọng. Nó đặc trưng cho sự chảy của
một hệ sơn. Quyết định khi sơn sẽ sử dụng công cụ gì? bàn chải hay con lăn hay
máy phun không khí hay phun áp lực.
- Độ nhớt cũng có thể ướt tính từ % thể tích chất rắn. Một hệ sơn có thể tích
chất rắn cao sẽ có độ nhớt cao hơn hệ sơn có thể tích chất rắn thấp.
- Độ nhớt có thể hiệu chỉnh bằng cách chọn các chất kết dính, chất liên kết ,
dung môi và khối lượng phân tử của chúng.
- Độ nhớt ảnh hưởng quá trình trộn các thành phần của sơn trong quá trình
sản xuất, sự ổn định của chúng trong quá trình tồn trữ, sự nhẹ nhàng trong quá
trình áp dụng trên chất nền và phương thức chảy để tạo ra lớp bề mặt mịn màng,
không có sự thiếu hụt lồi lõm như quá trình chảy và vết lằn của bàn chải.
- Độ nhớt được đo bằng nhiều thiết bị và kỹ thuật khác nhau. Trong công
nghiệp sơn, nhiều kỹ thuật khác nhau từ phương pháp cốc chảy đơn giản đến
nhớt kế quay điều khiển bằng máy tính, cũng đã được thiết lập để đo độ nhớt
Độ nhớt (tt)

Ford cup
Nhớt kế Stormer
- Đây là phương pháp đơn giản nhất,
một lượng sơn được chảy qua một lổ có
kích thước cố định. Ban đầu, dòng chảy
xuyên qua lỗ là liên tục. Tại điểm mà có
sự ngắt quãng dòng liên tục là thời gian
tính bằng giây, được sử dụng như là độ
nhớt của sơn.
- Sơn có độ nhớt thấp là những sơn
có độ nhớt < 40s.
- Bàn chải có thể áp dụng đến độ nhớt
75s.Sơn có độ nhớt cao hơn 75s, cần
phải áp dụng phương pháp phun không
khí hoặc phun áp lực.
-
Đây là phương pháp sử dụng nhớt kế
quay. Bao gồm một cánh quay kiểu mái
chèo, ngập trong một cốc đo độ nhớt hình
trụ. Tốc độ cánh khuấy có thể thay đổi
bằng cách thay đổi lượng mẫu.
-
Tiêu chuẩn xác định khối lượng mẫu
cần thiết để cánh khuấy quay 200
vòng/phút.
-
Tiêu chuẩn bao gồm một biểu đồ để
chuyển đổi số liệu tốc độ khuấy và khối
lượng thành đơn vi Kerbs Units.
Biểu đồ để chuyển đổi số liệu tốc độ khuấy và khối lượng thành đơn vi Kerbs Units.

Thành phần hữu cơ dễ bay hơi (VOC – volatile organic components)
- VOC được định nghĩa là những chất hữu cơ có nhiệt độ sôi thấp hơn hoặc bằng
250
0
C, đo ở điều kiện áp suất tiêu chuẩn 101.3 kPa.
-
Hàm lượng VOC được định nghĩa khối lượng hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, g/l,
trong công thức của sản phẩm.
-
VOC liên quan lớn đến các tổ chức bảo vệ môi trường trên thế giới. Trong quá
trình khô của sơn, các dung môi (VOC) bay hơi là nguyên nhân gây ảnh hưởng đến
sức khỏe.
-
Một vài hợp chất hữu cơ dễ bay hơi: formaldehyde, xylene, toluene, benzen,…
- VOC được tính toán từ hàm lượng tác chất không bay hơi:
VOC = 100 - %NVM
Thành phần hữu cơ dễ bay hơi (VOC – volatile organic components) (tt)
-
Hầu hết những ảnh hưởng nghiêm trọng gây ra bởi một hàm lượng nhỏ
chất hữu cơ trong không khí không phải là kết quả trực tiếp từ chính chất
đó, mà là thành phần nguy hiểm từ sản phẩm của phản ứng giữa VOC với
oxide nitơ, và ánh sáng mặt trời.
-
Sự hiện diện của tia cực tím, VOC và nito oxide phản ứng tạo ra ozone,
một dạng oxy hoạt động, tấn công vào mô phổi.
Những biện pháp khắc phục:
-
Sử dụng sơn với hàm lượng VOC không lớn hơn 450mg/l.
-

Sử dụng hệ sơn không dung môi.
-
Sử dụng công thức sơn nước.
Nồng độ thể tích chất màu (Pigment volume concentration – PVC)
PVC được định nghĩa là tỷ lệ chất màu (theo thể tích, đơn vị %) trong tổng số chất rắn.
V1: Thể tích chất màu
V2: Thể tích chất kết dính
1
1 2
% *100
V
PVC
V V
=
+
-
PVC đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định nhiều tính chất khác của hệ
sơn phủ.
-
Nó cũng quyết định cả độ sáng bóng của sơn. Gia tăng hàm lượng chất màu
hoặc sử dụng màu có kích thước hạt lớn, lớp sơn hoàn thiện sẽ đi từ độ bóng
đến độ nhẵn.
-
Kích thước hạt màu ảnh hưởng đến tính chất của lớp phủ. Hạt màu thô sẽ che
dấu bề mặt trong khi đó hạt màu mịn sẽ giữa được độ trong suốt.
Nồng độ màu tới hạn (Critical pigment volume concentration – CPVC).
- CPVC là điểm mà tại đó không có đủ chất liên kết để bảo vệ và bao bọc tất
cả chất màu. Những hạt màu có kích thước khác nhau (đa phân tán) có mật độ
nén chặt lớn hơn những hạt màu cùng kích thước (đơn phân tán). Trong trường
hợp hạt đa phân tán, CPVC tăng bởi vì thể tích lổ rỗng giữa các hạt màu có kích

thước lớn sẽ được điền đầy bởi các hạt nhỏ hơn.
- Trên điểm CPVC, những lỗ trống được tạo thành. Dưới điểm CPVC, những
hạt màu sẽ được tách rời bởi các chất kết dính. Có nhiều sự thay đổi độ ngột
trong tính chất của sơn xảy ra tại điểm CPVC được thể hiện ở sơ đồ sau:
Độ bóng
Độ ăn mòn
Tính thấm
Độ rộp
Tính thấm ướt
- Sự thấm ướt xảy ra khi có sự tiếp xúc giữa một chất lỏng và bề mặt.
-
Khi chất lỏng có sức căng bề mặt lớn (liên kết nội phân tử lớn), nó sẽ tạo
thành giọt.
-
Ngược lại chất lỏng với sức căng bề mặt thấp sẽ trãi rộng ra diện tích bề
mặt lớn hơn. Hầu hết các kiểm tra tính thấm ướt đều là xác định góc tạo nên
bởi bề mặt của giọt lỏng và bề mặt tiếp xúc.
-
Thông thường, góc càng nhỏ, tính thấm ướt càng tốt. Độ thẩm ướt hoàn
hảo là không có góc tiếp xúc (θ = 0
o
)
2. Kiểm tra lớp sơn sau khi bao phủ trên chất nền
a. Xác định bề dày
b. Thời gian khô
a. Xác định bề dày
Kiểm tra lớp sơn sau khi bao phủ trên chất nền (tt)
Độ dày màng sơn khô (DFT) là độ dày của lớp sơn đạt được sau khi dung môi
bay hơi hoàn toàn.
Có thể xác định chính xác độ dày màng sơn khô thông qua độ dày màng sơn ướt

(WFT):
DFT = WFT x %volume solid / 100.
Một số thiết bị đo độ dày màng sơn ướt WFT:
Kiểm tra lớp sơn sau khi bao phủ trên chất nền (tt)
b. Thời gian khô
Khi sơn được phủ trên bề mặt, có nhiều trạng thái khác nhau. Mỗi trạng thái chỉ
ra tốc độ khô khác nhau và tùy thuộc vào loại sơn, thành phần của chúng
Khô bề mặt:
- Màng sơn được coi như đạt
độ khô bề mặt khi các hạt cát
khô có thể được quét nhẹ khỏi
bề mặt màng mà không để lại
khuyết tật trên đó
- Khoảng thời gian từ khi gia
công màng lên tấm mẫu đến thời
điểm màng đạt độ khô bề mặt
gọi là thời gian khô bề mặt.
Khô hoàn toàn:
- Là trạng thái mà màng khô suốt dọc theo
chiều dày màng.
- Đối với tiêu chuẩn này, màng được coi là
đạt độ khô cấp I (hoặc cấp II) khi một miếng
vải, dưới một áp lực, sự xoắn và thời gian qui
định không tạo vết hay khuyết tật trên bề mặt
màng.
- Khoảng thời gian từ khi gia công màng
lên tấm mẫu đến thời điểm màng khô đạt độ
khô cấp I (cấp II) được gọi là thời gian khô
cấp I (hoặc cấp II).
Kiểm tra lớp sơn sau khi bao phủ trên chất nền (tt)

b. Thời gian khô – Xác định trạng thái khô
Khô bề mặt:
- Sau thời gian qui định đặt tấm mẫu cần
kiểm tra theo phương nằm ngang.
- Rót khoảng 0,5g cát lên bề mặt màng từ
độ cao trong khoảng 100 - 150 mm. Có
thể dùng ống nghiệm đường kính 25 mm
và chiều dài phù hợp rắc cát để tránh sự
tràn ra quá mức của các hạt cát.
- Sau 10s, giữ tấm mẫu ở góc 200C theo
phương nằm ngang và quét nhẹ cát đi
bằng chổi lông mềm.
- Màng được coi là đạt độ khô bề mặt nếu
tất cả các hạt cát được quét đi không để
lại khuyết tật trên bề mặt màng.
Khô hoàn toàn:
Xác định trạng thái khô cấp I
- Sau khi khô, đặt tấm mẫu thử lên tấm nền
phẳng.
- Đặt miếng vải lên vùng thử nghiệm trên tấm
mẫu.
- Đặt quả cân lên mặt trên của bộ nén sao cho
tạo nên áp lực 50G/cm
2
, hạ bộ nén xuống sao
cho miếng cao su nằm gọn trong miếng vải.
Bám đồng hồ và để bộ nén ở vị trí này 10 ± 1s.
- Sau 10s, xoay bộ nén đi một góc 900 trong
thời gian 2 ± 0,5s. Nhấc bộ nén lên, bỏ tấm
mẫu thử ra và kiểm tra.

-
Lặp lại phép thử này ba lần. Nếu màng không
bị khuyết tật hay để lại vết trong cả 3 lần thử thì
màng được coi là đạt độ khô cấp I.
Kiểm tra lớp sơn sau khi bao phủ trên chất nền (tt)
b. Thời gian khô – Xác định thời gian khô
Khô bề mặt:
- Tại các khoảng thời gian phù hợp,
ngay trước khi màng được dự kiến
là đã khô bề mặt, thực hiện việc
kiểm tra như trên cho đến khi đạt độ
khô bề mặt và ghi lại thời gian.
Khô hoàn toàn:
Xác định thời gian khô cấp I
- Sau khoảng thời gian phù hợp, tiến hành
kiểm tra như trên. Kiểm tra xem màng có
bị khuyết tật không, nếu có thì dừng việc
kiểm tra lại.
- Nếu không có khuyết tật để lại trên
màng, làm lại phép thử trên hai tấm mẫu
khác.
- Ghi lại thời gian dài nhất đã đo được sau
khi thử ba lần đạt độ khô cấp I.
Xác định trạng thái khô cấp II và thời gian khô cấp II.
Các bước thử được tiến hành như cấp I và quả cân được sử dụng có khối lượng
sao cho tạo nên áp lực nén lên tấm mẫu là 500 G/cm
2
.