Tiểu luận môn kỹ thuật tạo màng và sơn

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

TIỂU LUẬN
MÔN: KỸ THUẬT TẠO MÀNG VÀ SƠN
Tên đề tài: Tìm hiểu về sơn Nitro Cellulose

GVHD:
Hv:
Mã Hv:
Lớp:

HÀ NỘI – 2016


Lớp: CH KT Hóa

Mục Lục

HV: Genius

2|Page


Lớp: CH KT Hóa

ĐẶT VẤN ĐỀ

Từ thế kỷ 18 đến nay, trên thế giới nói chung và nước Việt Nam ta nói
riêng ngành sơn ngày càng được phát triển và ứng dụng nhiều trong cuộc
sống, mỗi loại sơn dùng cho một mục đích sử dụng và trong những điều kiện
môi trường làm việc nhất định. Nhóm sơn NC cho hệ sơn tổng hợp tiện dụng

cho các hàng gỗ trang trí nội thất. Màng sơn sáng, láng và khô rất nhanh sau
khi sơn, đồng thời có độ bám trên mặt thiết bị cần sơn cao, không tróc, ko rạn
nứt, sơn có thể dùng cho các loại gỗ khác nhau, sơn trang trí, sơn các thiết bị
máy móc như ô tô, xe máy…
Do nhận thức được tầm quan trọng về hệ sơn phủ NC này nên nhiều cơ
sở đã tiến hành nghiên cứu kết hợp của NC với các chất kết dính khác, tùy
theo sự lựa chọn của nguyên liệu đúng đắn sẽ làm tăng chất lượng của các
thành phần khác như nhựa Alkyds, hay sự kết hợp giữa NC và Isocyanates,
nhựa Maleic, nhựa acrylic,và các loại nhựa khác…
Sơn Nitrocellulose là loại sơn khô vật lý, sau khi được gia công, màng
sơn sẽ khô nhờ sự bay hơi của dung môi mà không có bất kì phản ứng hóa
học nào xảy ra, tốc độ khô của sơn có thể được điều khiển bằng cách chọn lựa
các loại dung môi có tốc độ bay hơi khác nhau.

HV: Genius

3|Page


Lớp: CH KT Hóa

PHẦN I.MỞ ĐẦU
1.1. Lịch sử phát triển của sơn[1,3]
Sơn (hoặc có thể gọi là chất phủ bề mặt) được dùng để trang trí mỹ
thuật hoặc bảo vệ các bề mặt vật liệu cần sơn. Sơn đã được loài người cổ xưa
chế biến từ các vật liệu thiên nhiên sẵn có để tạo các bức tranh trên nền đá ở
nhiều hang động nhằm ghi lại hình ảnh sinh hoạt cuộc sống thường ngày mà
ngành khảo cổ học thế giới đã xác định được niên đại cách đây khoảng 25.000
năm.
Ai Cập đã biết chế tạo sơn mỹ thuật từ năm 3000 – 600 trước công

nguyên, Hy Lạp và La Mã đã chế tạo sơn dầu béo vừa có tác dụng trang trí
vừa có tính chất bảo vệ các bề mặt cần sơn trong thời kỳ năm 600 trước công
nguyên đến năm 400 sau công nguyên, và mãi đến thế kỷ 13 sau công nguyên
các nước khác của Châu Âu mới biết đến công nghệ sơn này, và đến cuối thế
kỷ 18 mới bắt đầu có các nhà sản xuất sơn chuyên nghiệp do yêu cầu về sơn
tăng mạnh.
Cuộc cách mạng kỹ thuật của thế giới đã tác động thúc đẩy phát triển
ngành công nghiệp sơn từ thế kỷ 18 nhưng chất lượng sơn bảo vệ và trang trí
vẫn chưa cao vì nguyên liệu chế tạo sơn đi từ các loại dầu nhựa thiên nhiên và
các loại bột màu vô cơ có chất lượng thấp.
Đến thế kỷ 20 cùng với sự phát triển nhanh của ngành hóa chất công
nghiệp sơn tổng hợp ra đời phát triển mạnh mẽ. Toàn thế giới năm 1965 sản
xuất khoảng 10 triệu tấn sơn, năm 1975 tăng lên 16 triệu tấn.
Hiện nay trong công nghệ sản xuất sơn người ta sử dụng 2700 loại
nhựa làm chất tạo màng, 700 loại dầu, 2000 loại bột màu, 1000 loại dung môi
và 600 chất phụ gia.

HV: Genius

4|Page


Lớp: CH KT Hóa

Ngành công nghiệp sơn chỉ có thể phát triển nhảy vọt khi xuất hiện trên
thị trường các loại nhựa tổng hợp tạo màng sơn cùng với các loại bột màu hữu
cơ chất lượng cao và nhất là sự xuất hiện của sản phẩm bột màu trắng đioxit
titan (TiO2) là loại bột màu chủ đạo, phản ánh sự phát triển của công nghiệp
sơn màu.
Trong tương lai, thách thức của ngành công nghiệp sơn toàn cầu phải

giải quyết bài toán quen thuộc là tìm được giải pháp cân bằng giữa một bên là
sức ép về chi phí của năng lượng, nguyên liệu và đáp ứng quy định luật an
toàn môi trường của chính phủ với một bên là yêu cầu của thị trường là chất
sơn phải hoàn hảo với giá cả tốt nhất. Các thách thức này sẽ tạo ra nhiều cơ
hội cho ngành sơn công nghiệp thế giới nghiên cứu và triển khai các giải pháp
công nghệ mới, nguyên liệu mới và sản phẩm mới đó chắc chắn cũng là tác
động tích cực đối với sự phát triển hơn nữa của ngành công nghiệp này
Vào thời kì trước công nguyên người Ai Cập cổ đại đã biết trang trí
tường và hang hốc mình ở và các vật dụng trên cơ sở chất kết dính lòng trắng
trứng, sáp ong, nhựa cây trộn và bột màu thiên nhiên.
Vài nghìn năm sau đó người Trung Hoa đã phát hiện và dùng mủ cây
sơn làm sơn phủ và keo. Trước đây sơn được sản xuất từ các thảo mộc như
dầu lanh, dầu trẩu, dầu cao su… các loại nhựa thiê nhiên như nhựa cánh kiến,
nhựa thông, bitum thiên nhiên… các loại bột như cao lanh, ỏi sắt..

1.2. Công nghiệp sơn ở Việt Nam[2,3,4]
Tại Việt Nam, cha ông ta từ gần 400 năm trước đã biết dùng sơn ta từ
cây sơn mọc tự nhiên chế biến thành sơn trang trí và bảo vệ cho chất lượng gỗ
của các pho tượng thờ, các tấm hoành phi câu đối “sơn son thiếp vàng”, lớp
sơn bảo vệ này chất lượng hầu như không thay đổi sau hàng trăm năm sử
dụng, sơn ta đến nay vẫn được coi là nguyên liệu chất lượng cao dùng cho
ngành tranh sơn mài được ưa chuộng cả trong và ngoài nước hoặc một số loại
dầu béo như: dầu chẩu và dầu lai hoặc nhựa thông từ cây thông ba lá mọc tự
HV: Genius

5|Page


Lớp: CH KT Hóa

nhiên tại Việt Nam, từ lâu đã được người dân chế biến thành dầu bóng (clear
– varnish) gọi nôm na là “quang dầu” dùng trang trí và bảo vệ cho “nón lá”
hoặc “đồ gỗ”, nội ngoại thất.
Từ năm 1913 – 1914, ở nước ta mới xuất hiện một xưởng sản xuất sơn
dầu ở Hải Phòng mang nhãn hiệu Testudo do hai kỹ sư Pháp sản xuất và kinh
doanh. Khoảng năm 1920, một số người Việt Nam đi sâu vào nghiên cứu
cách chế tạo sơn dầu, tìm kiếm nguyên liệu ở trong nước rồi cùng nhau góp
vốn mở xưởng sản xuất. Trong số đó đáng chú ý là công ty sơn Nguyễn Sơn
Hà, sản xuất theo kiểu thủ công, hàng tháng chỉ được 2-3 tạ. Đến năm 1939
mới có một số ít máy móc, nhờ đó đã thành lập được các xưởng nhỏ thu hút
hàng trăm công nhân, sau đó phát triển thành một hãng lớn nhất ở Việt Nam
lúc bấy giờ, triển khai tại Hải Phòng mang nhãn hiệu Resistanco, sản lượng
hàng năm được hơn 100 tấn có bán khắp thị trường Đông Dương và xuất khẩu
sang Thái Lan, Pháp. Sau đó Hà Nội có hãng sơn Thăng Long, sơn Gecko;
nhưng do sự kìm hãm của chế độ thực dân và sự cạnh tranh của tư bản Pháp
nên ngành sản xuất sơn của ta không phát triển được.
Trong những năm 1946 – 1954, chúng ta đã có một số cơ sở sản xuất
sơn ở vùng tự do; ở vùng tạm chiến tiếp tục kinh doanh sơn nhưng cũng
không phát triển được bằng thời kỳ trước cách mạng. Hòa bình lập lại, các cơ
sở sản xuất được duy trì và khuyến khích phát triển như cơ sở công ty hợp
doanh sản xuất sơn Phú Hà ở Hải Phòng, Tô Châu ở Hà Nội.
Đầu những năm 1960, sản lượng sơn ở Miền Bắc nước ta khoảng 700 –
800 tấn.Tuy nhiên, phẩm chất sơn chưa tốt nên không thỏa mãn được các
ngành kinh tế quốc dân.
Đầu những năm 1970, miền Bắc nước ta có năm cơ sở sản xuất chính là
Nhà máy sơn Thái Bình (Hà Nội), sản lượng 1500 tấn/năm, Sơn Phú Hà (Hải
Phòng)-1000 tấn/năm, Nhà máy sơn của quân đội (Phú Thụy, Gia Lâm)-400 –

HV: Genius

6|Page


Lớp: CH KT Hóa

500 tấn/năm, Sơn Cầu Diễn, Sơn Tổng hợp (Hà Nội). Năm 1970, Tổng cục
hóa chất cho xây dựng Nhà máy sơn tổng hợp đầu tiên ở nước ta.
Năm 1975, miền Nam có 25 cơ sở sản xuất sơn như Sơn Á Đông, Bạch
Tuyết, Đồng Nai…hằng năm sản xuất 5000 – 6000 tấn chủ yếu là sơn dầu,
sơn nitroxenluloza…Sản lượng của hãng sơn lớn nhất là 1200 tấn/năm, còn
các cơ sở khác chỉ vào khoảng một vài trăm tấn/năm. Công suất tối đa của các
xưởng sản xuất sơn miền Nam và Bắc là 26.000 tấn/năm nhưng thực tế chỉ
sản xuất được 4000 – 5000 tấn/năm.
Trước đây, sơn dầu chiếm ưu thế trong công nghiệp sản xuất sơn nhưng
từ năm 1967, do ngành hóa chất phát triển mạnh, nguồn nhựa tổng hợp ngày
càng dồi dào, phong phú nên sơn tổng hợp đã tiến lên chiếm hàng đầu trong
các loại sơn.
Cho đến nay, mặc dù tiến bộ kỹ thuật mới áp dụng ngày càng rộng rãi,
nhưng ngay ở các nước có nền công nghiệp phát triển, công nghệ sơn vẫn
chiếm tỷ trọng lớn trong lĩnh vực bảo vệ vật liệu. Vì vậy, nhìn nhận và đánh
giá ngành công nghiệp sơn, cần gắn với nhiệm vụ chống ăn mòn kim loại và
bảo vệ vật liệu trong điều kiện môi trường khắc nghiệt của nước ta, đồng thời
phải đặt ngành công nghiệp này trong bối cảnh chung của yêu cầu phát triển
và xây dựng cơ sở vật chất kỹ thuật hạ tầng của đất nước.

HV: Genius

7|Page

Lớp: CH KT Hóa

PHẦN II. TỔNG QUAN VỀ SƠN
2.1. Định nghĩa[5]
Sơn là một loại dung dịch keo, phủ lên bề mặt sản phẩm, sau một thời
gian, tạo thành màng rắn bám chắc trên bề mặt, bảo vệ và trang trí cho sản
phẩm. Vì vậy màng sơn phải có độ bám dính tốt, có độ cứng nhất định, chịu
ma sát, bền, chịu khí hậu tốt, chịu nhiệt độ và độ ẩm, tính đàn hồi tốt, khô
nhanh, có độ bóng, năng lực che phủ tốt. Tuỳ vào mục đích sử dụng màng sơn
sẽ có những vai trò đặc biệt sau:
a. Bảo vệ bề mặt vật liệu
Màng sơn phủ lên bề mặt vật liệu nhằm mục đích bảo vệ vật liệu chịu
được môi trường khắc nghiệt, ngăn chặn các tác nhân ăn mòn và các tác nhân
bất lợi khác.
b. Tạo hình thức trang trí
Màng sơn sau khi khô sẽ tạo được độ bóng, độ tương phản, mầu sắc đa
dạng, hình thức tuyệt đẹp và những nét đặc sắc khác thu hút ánh mắt của
chúng ta.
c. Tạo được nhiều tính chất đặc biệt
Màng sơn có những tính chất đặc biệt như: cách điện, cách nhiệt, phản
quang, chống lại sự hoạt động sinh học, và bền với nhiều môi trường ...vv
Sơn được sử dụng rộng rãi chiếm một tỷ trọng lớn trong nền công
nghiệp của mỗi quốc gia. Ở các nước công nghiệp phát triển cần đến >20kg
sơn trên một đầu người. Các nước đang phát triển như Thái Lan, Philipin tiêu
thụ khoảng 20kg sơn cho một người. Ở Việt Nam hiện nay sản xuất sơn
Alkyd, sơn nhựa đường, sơn tường và một số sơn chuyên dùng với qui mô
nhỏ như: sơn chống hà, sơn vạch đường, sơn phản quan,…
HV: Genius

8|Page

Lớp: CH KT Hóa

2.2.Phân loại sơn
Người ta có thể phân loại sơn theo nhiều cách, tuy nhiên mỗi cách đều
có ưu, nhược điểm riêng.
* Theo dạng bên ngoài: sơn được phân làm hai loại: sơn trong và sơn
đục (sơn màu)
- Sơn trong là dung dịch chất tạo màng trong dung môi tương ứng,
trong một số trường hợp có thể thêm chất dẻo, chất làm khô, chất màu hữu cơ.
Sơn trong thường được gọi là vecny dùng để bảo vệ, trang trí bề mặt nhằm
giữ được gam màu của vật cần sơn.
- Sơn đục (sơn màu, sơn men...) là hệ huyền phù gồm chất tạo màng,
dung môi, chất màu, chất độn. Sơn đục có sức phủ lớn, che khuất mọi khuyết
tật của bề mặt nền, không những tạo nên những gam màu khác nhau, mà còn
tạo nên các hoa văn đặc biệt.
* Theo môi trường phân tán:
- Sơn tan trong dung môi hữu cơ (cồn, dầu thông, xăng pha sơn...).
Dạng sơn này được sử dụng phổ biến như sơn dầu, sơn alkyd, sơn epoxy, sơn
mau khô... chiếm tỉ trọng lớn khoảng 60-70%.
- Sơn phân tán trong nước (sơn nhũ tương, huyền phù) như sơn tườngsơn acrylic. Ngày nay, dạng sơn này rất được ưa chuộng vì dung môi là nước
không gây ô nhiễm môi trường, nó chiếm tỉ trọng khá cao khoảng 15-20%.
Trong những năm tới loại sơn này còn được sử dụng rộng rãi hơn và thay thế
một phần sơn tan trong dung môi hữu cơ.
- Sơn lỏng không dung môi: thường chất tạo màng có độ nhớt thấp như
olifa, sơn ta. Môi trường phân tán là polime cùng loại có khối lượng phân tử
thấp.
- Sơn bột: có dạng sệt quánh như matit.
* Theo lĩnh vực sử dụng:

HV: Genius

9|Page


Lớp: CH KT Hóa

- Sơn chống hà: được sử dụng trong môi trường nước biển có chứa độc
tố nhằm chống các vi sinh vật, bám bẩn.
Độc tố phổ biến nhất là muối thuỷ ngân, oxit đồng một... Ngày nay, sử
dụng những độc tố mạnh hơn như các hợp chất cơ kim hữu cơ.
- Sơn bền thời tiết: sơn vạch đường, sơn biển báo, sơn cầu đường ...
- Sơn bền hoá chất: dùng để sơn các thiết bị sản xuất hoá chất.
- Sơn bền dung môi: không bị phân tán, trương nở trong dung môi hữu
cơ, dầu mỡ...
Các dạng sơn đặc chủng khác được gọi theo lĩnh vực sử dụng: sơn phản
quang, sơn dẫn điện, sơn đổi màu...
* Ngoài ra người ta còn phân biệt sơn theo bản chất của chất tạo màng
như sơn dầu, sơn alkyd, sơn epoxy, sơn arylic... Nếu như chất tạo màng là
hỗn hợp nhựa, lấy một loại nhựa quyết định tạo thành màng làm cơ sở.
STT
Loại sơn
1
Sơn dầu

ưu điểm
Khuyết điểm
Chịu khí hậu tốt, dùng Khô chậm, tính năng cơ
trong nhà, ngoài trời.

2

Sơn thiên nhiên

khi thấp, không thể mài,

đánh bóng.
Khô nhanh, sơn gày cứng Sơn gầy chịu khí hậu kém,
dễ đánh bóng, sơn béo sơn béo không thể đánh

3

4

Sơn

dẻo chịu khí hậu tốt.
bóng.
phenol- Màng cứng, chịu nước, Dễ biến màu, màng sơn

focmaldehit

chịu ăn mòn hoá hoc và giòn.

Sơn bitum

cách điện.
Chịu nước, chịu axit

Màu đen, không thể chế
tạo các loại sơn màu, chịu

5
6

Sơn alkyd

ánh sáng yếu.
Chịu khí hậu tốt, bóng Màng sơn mềm, chịu kiềm

Sơn gốc amin

bền.
yếu.
Độ cứng cao, bóng chịu Ở nhiệt độ cao đóng rắn,
nhiệt, chịu kiềm, bám màng sơn sấy giòn.
chắc tốt.

HV: Genius

10 | P a g e


Lớp: CH KT Hóa

7

Sơn gốc nitro

Khô nhanh, chịu dầu, Dễ cháy, không chịu ánh
chịu mài mòn, chịu khí sáng tia tử ngoại, không

8

9

Sơn

hậu tốt.
chịu nhiệt độ trên 60 độ c
Chịu khí hậu tốt, chịu ánh Bám chắc yếu, chịu ẩm ướt

nitroxenlulozơ

sáng tia tử ngoại, có loại yếu.

Sơn clovinyl

chịu kiềm.
Chịu khí hậu tốt, chịu ăn Bám chắc yếu, không thể
mòn hoá học, chịu nước, đánh bóng, mài, không

10

Sơn vinyl

chịu dầu
chịu ở nhiệt độ trên 80 độ
đàn hồi tốt, màu trắng Chịu dung môi chịu nhiệt

chịu mòn, chịu ăn mòn kém, không chịu ánh sáng.

11

Sơn acrylic

hoá học.
Màng sơn không màu Chịu dung môi kém.
chịu nhiệt, chịu khí hậu
tốt, bền màu, chịu ánh
sáng, chịu ăn mòn hoá

12
13
14

Sơn polieste

học.
Lượng chất rắn cao, chịu độ bám chắc yếu.

Sơn epoxi

nhiệt, dai, cách điện.
Bám chắc tốt, chịu kiềm, Chịu ánh sáng yếu, để

Sơn

dai, cách điện.
ngoài trời dễ tạo bột.

Chịu mài mòn tốt, chịu Khi phun gặp ẩm dể nổi

poliamineste

nước, chịu ăn mòn hoá bọt, màng sơn dễ tạo bột,
học,

15

Sơn silicon

cách

điện,

chịu biến vàng.

nhiệt.
Chịu nhiệt, bền trong Chịu xăng kém.
không khí, không biến
màu, cách điện, chịu

16

Sơn cao su

nước, khó lão hoá.
Chịu axit, chịu kiềm, chịu Dễ biến màu, không chịu
ăn mòn, chịu nước, chịu ánh sáng.
mài mòn.

HV: Genius

11 | P a g e


Lớp: CH KT Hóa

2.3.Thành phần của sơn [5]
Sơn có rất nhiều loại, thành phần khác nhau, về cơ bản gồm có ba bộ
phận tạo thành.
- Chất tạo màng chủ yếu: Chất này là cơ sở tạo nên màng sơn bám lên
bề mặt sản phẩm. Chiếm khoảng 25% thành phần chính của sơn, quyết định
mọi tính chất cơ hóa lý của màng sơn. Trong nguyên liệu sơn có hai loại tạo
màng là dầu và nhựa. Sơn dùng chất tạo màng chủ yếu là dầu gọi là sơn dầu.
Sơn dùng chất tạo màng chủ yếu là nhựa gọi là sơn tổng hợp. Sơn dùng chất
tạo màng chủ yếu là dầu và nhựa thiên nhiên gọi là sơn dầu gốc.
- Chất tạo màng thứ yếu: Chất này cũng tạo thành màng sơn nhưng nó
không thể đơn độc tạo màng nếu không có chất tạo màng chủ yếu. Chất tạo
màng thứ yếu này là bột màu. Bột màu tạo cho sơn có màu theo mong muốn,
đồng thời góp phần làm tăng tính cơ lý hóa của màng sơn, tùy thuộc vào
cường độ màu mà tỷ trọng bột màu chiếm từ 3-20%.
- Chất phụ trợ tạo màng: Chất này không thể tạo màng nhưng có tác
dụng phụ trợ trong quá trình gia công sơn từ nguyên liệu sơn thành màng sơn.
Chất này gồm 2 loại: bột độn và phụ gia. Bột độn chiếm khoảng 3-20% là
thành phần tăng tính cơ lý cho sơn như: độ cứng, khả năng chịu va đập và có
ý nghĩa kinh tế làm giảm giá thành sản phẩm. Phụ gia có tác dụng tăng độ
khô, tính cơ lý cải thiện chất lượng bề mặt màng sơn, v.v…Tỷ lệ sử dụng
khoảng 0,1-2%.
Trạng thái tồn tại của màng sơn gồm có rắn và bay hơi. Chất rắn là

thành phần cuối cùng tồn tại trong màng sơn, là dầu, nhựa, bột màu, chất phụ
trợ. Phần bay hơi chỉ tồn tại trong dung dịch sơn, sẽ bị bay hơi khi dung dịch
sơn biến thành màng, không tồn tại trong màng sơn, đó là dung môi.
Vậy sơn bao gồm những thành phần sau: chất tạo màng, bột mầu, dung
môi hoặc chất pha loãng và các chất phụ gia.

HV: Genius

12 | P a g e


Lớp: CH KT Hóa

Sau khi đã phối trộn với nhau để tạo sơn gốc, trong quá trình sử dụng
chúng sẽ được pha với dung môi hay chất pha loãng để điều chỉnh độ nhớt
thích hợp với điều kiện sơn
2.3.1. Chất tạo màng
Là thành phần chủ yếu quan trọng nhất quyết định các tính chất của
màng sơn. Chất tạo màng là những hợp chất hữu cơ cao phân tử có nguồn gốc
tự nhiên hoặc tổng hợp. Chất tạo màng được sử dụng lâu đời nhất là các loại
nhựa được chiết suất từ tự nhiên như: nhựa thông, nhựa cánh kiến, các loại
dầu, các chất béo có nguồn gốc từ động vật hoặc thực vật, chúng được phối
trộn với bột mầu để chế tạo các loại sơn cho trang trí và bảo vệ tuỳ thuộc vào
mục đích sử dụng. Bên cạnh các chất tạo màng có nguồn gốc tự nhiên còn có
các chất tạo màng có nguồn gốc tổng hợp được tổng hợp từ dầu mỏ và nó là
các chất tạo màng được sử dụng phổ biến hiện nay.
Chất tạo màng là thành phần quan trọng nhất của màng sơn mà tính
chất và đặc điểm của màng sơn phụ thuộc vào tính chất và đặc điểm của loại
chất tạo màng được sử dụng trong đơn phối trộn.
Chất tạo màng thường tồn tại ở trạng thái lỏng nhớt và trong suốt.

Màng sơn được hình thành sau khi đã phủ lên bề mặt vật liệu chúng sẽ chuyển

HV: Genius

13 | P a g e


Lớp: CH KT Hóa

từ trạng thái lỏng nhớt sang trạng thái rắn chắc và bám dính dưới tác dụng của
tác nhân làm khô.
a.Các chất tạo màng tự nhiên

Dầu sử dụng trong sơn chủ yếu là dầu thực vật (có nơi dùng dầu động
vật nhưng tính năng không tốt) tạo thành lớp màng mỏng trên bề mặt sản
phẩm. Thường dùng dầu chẩu, dầu đay, dầu đậu, dầu thầu dầu.
Chúng được chiết từ thực vật như: Varnish, nhựa cánh kiến, nhựa
thông, các loại dầu như dầu chẩu, dầu lanh, dầu đậu tương,…
b. Các chất tạo màng tổng hợp
Là những hợp chất cao phân tử được tổng hợp từ những phản ứng
polyme hoá của phương pháp trùng hợp hoặc trùng ngưng, có thể hòa tan
trong dung môi hữu cơ, không hòa tan trong nước. Khi hòa tan nhựa trong
dung môi hữu cơ, quét lên bề mặt sản phẩm, dung môi bay hơi sẽ hình thành
màng cứng, trong suốt. So với các chất tạo màng có nguồn gốc tự nhiên, các
HV: Genius

14 | P a g e


Lớp: CH KT Hóa

chất tạo màng tổng hợp có trọng tượng phân tử lớn hơn, cấu trúc hoá học
phức tạp hơn và do vậy chúng có nhiều đặc điểm, tính chất ưu việt hơn.
Nhựa tổng hợp được chia ra làm hai loại đó là nhựa nhiệt dẻo và nhựa
nhiệt rắn.
Nhựa nhiệt dẻo là những loại nhựa bị nóng chảy hoặc chuyển từ trạng
thái rắn sang trạng thái nóng chảy hoặc phân huỷ dưới tác dụng của nhiệt độ
cao. Các loại nhựa này như: Polyetylen, Polyvinyl clorua, Polypropylene,
Polystiren,…
Nhựa nhiệt rắn là những loại nhựa bị biến đổi trạng thái thông qua phản
ứng hoá học khâu mạch, dưới tác dụng của nhiệt độ chúng bị đóng rắn hoặc
phân huỷ mạch đại phân tử. Các loại nhựa nhiệt rắn thường được sử dụng làm
chất tạo màng cho sơn phổ biến là các loại nhựa như: nhựa Melamine, nhựa
Acrylic, nhựa Polyeste,…
Một số loại nhựa được dùng phổ biến:
- Nhựa alkyd: là loại polyeste tổng hợp từ rượu đa chức và axit đa
chức. Nhựa alkyd có ưu điểm là bám dính tốt, đàn hồi, bóng, bền với tác dụng
của ánh sáng nhưng dễ hút nước và không bền với kiềm và axit. Nhựa alkyd
được sử dụng phổ biến để sơn trong nhà và ngoài trời, khi tổ hợp với nhựa
amin thì được sử dụng để sơn oto, xe máy, xe đạp, máy lạnh và nhiều máy
móc dụng cụ khác. Ngoài ra nhựa alkyd còn được biến tính để sử dụng cho
các mục đích đặc biệt như alkyd styren, alkyd phenol, alkyd urethan…
- Nhựa polyurethan: hình thành từ phản ứng giữa nhựa polyol và
polyisocyanat. Nhựa polyurethan được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác
nhau như: sản xuất sơn, keo dán, mực in… Sơn trên cơ sở nhựa polyurethan
có nhiều tính năng nổi bật như: bóng, đẹp, cứng, đàn hồi, chịu ma sát, va đập,
bền hóa chất và đặc biệt tính bền thời tiết là tính chất nổi trội nhất trong các
loại sơn.

HV: Genius

15 | P a g e


Lớp: CH KT Hóa

- Nhựa epoxy: là những hợp chất cao phân tử có chứa 2 hay nhiều
nhóm epoxy trong mạch. Có công thức chung:

Nhựa epoxy có những đặc tính quan trọng thích hợp cho màng sơn như
khả năng chịu hóa chất, độ mềm dẻo, bám dính tốt, chịu nhiệt độ và có độ
cứng cao…
- Nhựa acrylic: polyme và copolyme của axit acrylic và axit metacrylat
và các dẫn xuất của chúng (polyacrylat). Sơn trên cơ sở nhựa acrylic có nhiều
ưu điểm như: bám dính tốt, bóng, bền thời tiết, bền ánh sáng, bền hóa chất,
chịu mài mòn, độ ổn định cao…
- Nhựa amino formaldehit: là sản phẩm trùng ngưng của ure, melamin
với formaldehit, thường phối trộn với alkyd, acrylic, epoxy làm sơn cho oto,
xe máy, tủ lạnh, lò sấy…
- Nhựa silicon: là loại polyme có chứa các nguyên tố oxy, silic, có khả
năng chịu nhiệt độ rất lớn. Có công thức chung:

Nhựa silicon được biến tính, phối trộn với alkyd có thể khô ở nhiệt độ
thường, bám dính tốt, độ dẻo tốt, chịu nhiệt lên đến 500-600 oC. Khi phối trộn
với epoxy sẽ làm tăng độ bám dính.
2.3.2. Bột màu
Bột màu là những chất có màu sắc, không hòa tan trong dung môi hoặc
dầu, là thành phần quan trọng tạo màu cho màng sơn, là những hạt rắn mịn,
kích thước hạt từ vài micron đến hàng chục micron, phân tán đều trong môi
trường sơn và tạo cho màng sơn những tính chất đặc biệt, có tác dụng che

HV: Genius

16 | P a g e


Lớp: CH KT Hóa

phủ bề mặt, chống xuyên thấu của tia tử ngoại, chịu nước, chịu khí hậu, nâng
cao độ cứng, độ mài mòn, kéo dài tuổi thọ màng sơn…
Tính chất quan trọng của bột mầu là tạo cho màng sơn có màu sắc nhất
định, mất độ trong suốt, một số bột mầu có thể cho màng sơn có những chức
năng và khả năng làm việc tốt hơn. Bột mầu được đánh giá bằng sức phủ, sức
phủ lại phụ thuộc vào độ đục và hệ số chiết suất của bột mầu. Tuỳ thuộc vào
chức năng của chúng, bột mầu bao gồm: bột mầu vô cơ, bột mầu hữu cơ, bột
màu kim loại, bột mầu phụ trợ...vv
a. Bột màu vô cơ
Đại diện cho nhóm này bao gồm các bột mầu mang mầu như:
ZnO(mầu trắng)
CdS-CdSe(mầu nâu sẫm)
PbCrO4(mầu vàng)
Cr2O4(mầu xanh),…
Bột mầu chống rỉ như: Fe2O3(mầu đỏ nâu)
PbO2.PbO(màu da cam), …
b. Bột mầu hữu cơ
Đây là các loại bột mầu đươc tổng hợp từ các hợp chất hữu cơ có nhóm
định chức như:
-

N =N - , =CH-N=, …

c. Bột mầu kim loại
Các bột mầu kim loại như: bột nhôm (Al), bột kẽm (Zn), bột chì (Pb),
…
HV: Genius

17 | P a g e


Lớp: CH KT Hóa

d. Bột mầu phụ trợ
Bột mầu phụ trợ có tác dụng như bột độn hoặc cho vào để cải tiến một
số tính chất của màng sơn, một số loại như:
Barit(BaSO4, có tác dụng là bột độn).
Mica(K2O.2Al2O3.6SiO2.2H2O, cho vào sơn để giảm độ thấm nước,
tránh rạn nứt và phấn hoá), cao lanh, bột talc,…
2.3.3. Dung môi
Dung môi là chất lỏng, dễ bay hơi dùng để hoà tan chất tạo màng và
thay đổi độ nhớt của sơn. Sau khi màng đóng rắn, toàn bộ dung môi bay hơi,
không lưu lại trên màng. Một dung môi tốt phải đáp ứng được những yêu cầu
sau:
- Tạo được một dung dịch có độ nhớt thích hợp cho việc bảo quản và
sử dụng.
- Có tốc độ bay hợp lý và tạo nên một màng sơn với tính chất tối ưu.
- Có độ độc tối thiểu và có mùi chấp nhận được.
Với các loại sơn khô bằng phương pháp hoá học, dung môi có nhiệm
vụ chính là tạo nên một dung dịch sơn để có thể sơn theo phương pháp thích
hợp nhất.
Với các chất tạo màng khô vật lý, dung môi đóng vai trò phức tạp hơn

vì không những nó ảnh hưởng đến cách lựa chọn phương pháp sơn mà còn có
vai trò quyết định đối với thời gian khô và tính chất của màng sơn. Trong
những trường hợp này thường dùng hỗn hợp nhiều loại dung môi mà mỗi một
thành phần đều có những vai trò riêng, ngoài ra một số dung môi cần phải cho
vào hợp phần trong quá trình sử dụng nhằm điều chỉnh, làm giảm, kìm hãm
hoặc tăng tốc độ bay hơi của dung môi cho phù hợp với điều kiện dây chuyền.

HV: Genius

18 | P a g e


Lớp: CH KT Hóa

Chia ra 3 loại:
- Dung môi điểm sôi thấp: Điểm sôi dưới 100 0C, làm giảm độ nhớt của
sơn, bay hơi từ từ, dễ khô, hòa tan mạnh nhưng không được sử dụng rộng rãi
vì dễ biến trắng, tính lưu động kém, màng sơn chưa tốt. Ví dụ như: axeton,
etyl axetat…
- Dung môi điểm sôi trung bình: có điểm sôi ở nhiệt độ 110-145 0C, tính
lưu động cao, khô chậm, màng sơn phân bổ đều, chống biến trắng, độ nhớt
cao, có mùi. Ví dụ như: butyl axetat, xilen, rượu butylic…
- Dung môi điểm sôi cao: điểm sôi trên 1450C, độ hòa tan mạnh, khô
chậm, có thể điều chỉnh độ nhớt. Lượng dùng ít có thể làm cho màng sơn
bóng, đề phòng màng sơn biến trắng khi gia công nơi ẩm ướt và nitroxenlulo
kết tủa. Loại dung môi này có giá thành đắt, chỉ dùng trong trường hợp đặc
biệt.
Dung môi mới là loại hydrocacbon gốc nitro như nitrometan, nitroetan,
nitropropan… có thể dùng để nâng cao độ hòa tan, độ bằng phẳng, tốc độ khô,
giảm nhiệt độ bắt cháy của sơn. Sơn nào thì dùng dung môi đó, không được

nhầm lẫn vì nếu không nhựa tách ra, sơn kết tủa, màng sơn mất bóng, gia
công khó khăn.
Dưới đây là điểm nhiệt độ bay hơi của một số dung môi:
-

Dung môi bay hơi ở nhiệt độ thấp(< 1000C)
Bao gồm Aceton, Metyl ethyl ketone

-

Dung môi bay hơi ở nhiệt độ cao trung bình(100 – 1500C)
Bao gồm Toluen, Xylen, Butyl acetate

-

Dung môi bay hơi ở nhiệt độ cao(> 1500C)
Butyl cellosolve, Diacetone alcohol, Solvesso 100

2.3.4. Chất phụ gia

HV: Genius

19 | P a g e


Lớp: CH KT Hóa

Cấc chất phụ gia là những hợp chất hoá học được cho vào nhằm mục
đích xúc tác hoặc cải tiến một số tính chất của sơn.Trong một số trường hợp
đặc biệt nó được sử dụng nhằm mục đích cản trở sự hư hại của màng sơn

trong quá trình bảo quản, sử dụng cũng như cải tiến một số khả năng chịu
được môi trường của màng sơn.
Tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng các chất phụ gia sẽ được thêm vào
như: Chất hoá dẻo,chất pha loãng, chất làm khô hay đóng rắn, chất chống
lắng, chất phân tán, chất ổn định mầu sắc, chất thay đổi độ nhớt, chất hấp thụ
tia cực tím, chất tăng độ bền nước...
- Chất pha loãng: là chất không thể hòa tan nitroxenlulo, chủ yếu để
pha loãng thể tích của sơn sao cho đạt đến độ nhớt sử dụng, có tác dụng hòa
tan nhựa. Nguyên nhân chủ yếu dùng chất pha loãng vì giá thành rẻ hơn dung
môi rất nhiều, giảm giá thành sơn. Ví dụ như chất pha loãng sơn gốc nitro
(hỗn hợp etyl axetat, butyl axetat, butylic, benzen, toluen, xilen, axeton..),
chất pha loãng gốc amin (hỗn hợp xilen, butylic)…
- Chất làm khô thường là xà phòng của các kim loại có hóa trị thay đổi
được như coban, mangan, chì, kẽm, canxi…
- Chất hóa dẻo làm tăng và duy trì tính mềm dẻo của màng sơn, thường
dùng diotylphtalat
- Chất đóng rắn thường dùng C2H4(NH2)2.
- Sơn khô dưới tác dụng của phản ứng hoá học khâu mạch giúp cho
màng sơn chuyển từ trạng thái lỏng nhớt sang trạng thái rắn thông qua phản
ứng polyme hoá khâu mạch các mạch đại phân tử chất tạo màng. Khi màng
sơn đã khô hoàn toàn thì dung môi không còn tồn tại trong màng sơn. Sau quá
trình khô thành phần còn lại của màng sơn là bột mầu và chất tạo màng, chất
tạo màng là thành phần chính của màng sơn.

HV: Genius

20 | P a g e


Lớp: CH KT Hóa

HV: Genius

21 | P a g e


Lớp: CH KT Hóa

PHẦN III. SƠN NITROCELLULOSE
3.1 Giới thiệu chung
Cellulose thuộc nhóm polysaccharide bậc cao, là các hợp chất cao phân
tử có nguồn gốc từ thiên nhiên, có thể coi nó là loại polymer glucose.
Cellulose nguyên chất ở dạng sợi màu trắng, không mùi vị, không hòa
tan trong các dung môi hữu cơ và các dung dịch kiềm hoặc các dung dịch pha
loãng các axit vô cơ. Nó giống như rượu có thể tham gia tương tác hóa học
với axit vô cơ đậm đặc, axit hữu cơ đậm đặc để tạo thành các ester cellulose
làm chất tạo màng sơn.
Các ester cellulose được ứng dụng nhiều trong công nghiệp sơn là các
chất tạo màng rắn dạng vô cơ định hình gồm các loại sau:
•
•
•
•
•
•

Cellulose Nitrat hay Nitro Cellulose (NC)
Cellulose Acetate
Cellulose Acetate Butyrate (CAB)
Cellulose Acetate Propionate (CAP)

Ethyl Cellulose (EC)
Ethyl Hydroxy Ethyl Cellulose (EHEC)

Sơn Nitro Cellulose [C6H8O3(OH)3]n là hệ sơn dựa trên chất tạo màng
Nitro Cellulose có trộn hợp với một loại chất tạo màng khác như: acrylic,
alkyd, urea formaldehyde…
[C6H8O3(OH)3]n + 2nHNO3[C6H8O3(NO2)2]n + 2nH2O
-

Sơn Nitro Cellulose là loại sơn khô vật lý, sau khi được gia công, màng
sơn sẽ khô nhờ sự bay hơi của dung môi mà không có phản ứng hóa
học nào xảy ra.

-

Sơn Nitro Cellulose hay được dùng để sơn trên nhiều loại bề mặt vật
liệu như: sắt thép, nhựa, gỗ...

-

Phân loại: theo hàm lượng N và độ nhớt: Có hai loại NC chủ yếu được
dùng trong thương mại là RS (11,89-12,5%) và SS (10,7-11,2%)

-

Tính chất:
•
•
•

Khô nhanh
Màng sơn cứng, chịu ma sát
Mầu sắc đồng đều, bóng

HV: Genius

22 | P a g e


Lớp: CH KT Hóa
•
•
•
•
•

Chịu ăn mòn hóa học
Kém bền với ánh sáng và nhiệt độ, chịu ẩm ướt kém
Tạo màng sơn mỏng
Khó gia công bằng phương pháp quét
Mùi khó chịu

-

Phối trộn với các chất tạo màng khác: nhựa alkyd, acrylic, nhựa thiên
nhiên, nhựa vinyl…

-

Đơn phối liệu:

Nguyên liệu
Dung dịch nhựa NC
Nhựa AC
Bột màu
Dung môi
Phụ gia

Tỷ lệ phối trộn
8 -25
20 – 40
5 -20
20 – 35
1-5

Qui trình sản xuất sơn gồm 4 giai đoạn chính như sau:
Giai đoạn 1 là giai đoạn muối ủ ( sức căng bề mặt, độ nhớt, tốc độ khuấy, thời
gian)
Giai đoạn 2 là giai đoạn nghiền cán
Giai đoạn 3 là giai đoạn pha màu
Giai đoạn 4 là giai đóng sản phẩm

3.2 Giới thiệu chung về Nitrocellulose [6]
Các Nitro Cellulose cũng còn được gọi là Nitrat Cellulose được phát
minh ra từ năm 1846 nhưng đến sau năm 1918 nó mới được ứng dụng rộng
rãi trong ngành sơn dưới dạng Nitro Cellulose có độ nhớt thấp.
Nitro Cellulose được chế tạo từ phản ứng ester hóa cellulose với axit
HNO3 theo phản ứng sau:
[C6H8O3(OH)3]n + 2nHNO3 [C6H8O3(NO2)2]n + 2nH2O
Tùy theo hàm lượng Nitơ có trong Nitro Cellulose chia thành 3 loại sản

phẩm như sau:
-

HV: Genius

Coloxilin Nitrocellulose: có chứa 11 –12% Nitơ
PyroColodion Nitro Cellulose: có chứa 12 – 12,5% Nitơ
PyroXilin Nitro Cellulose: có chứa 12,5 – 13,5% Nitơ
23 | P a g e


Lớp: CH KT Hóa

Trong ngành sơn, mực in thường dùng Nitro Cellulose Coloxilin có
chứa 11 -12 %
Nitrocellulose là tên thương mại cho các sản phẩm từ phản ứng của
cellulose với axit nitric. Cellulose có thể được coi là một rượu trihydric có
công thức thực nghiệm là [C6H7O2(OH)3]n.
Có công thức cấu tạo như hình 1

Hình 1: Công thức cấu tạocellulose
Công thức cấu tạo của Nitro cellulose là phân tử chuỗi dài với ba nhóm
hydroxyl của vòng glucose khan và tạo liên kết ete. Số lượng trung bình của
các đơn vị hydroxyl của vòng glucose khan trong phân tử hầu hết là vài ngàn
cellulose tự nhiên, trong khoảng 500 đến 2.500 với cellulose hóa học tinh
khiết.
-

-

Mức độ thay thế là số nhóm (–OH) bị ester hóa: đặc trưng cơ bản đối
với ứng dụng của nitro cellulose có giá trị từ 0 - 3. Hàm lượng N 2 là %
trọng lượng nitro cellulose khô, hàm lượng này quyết định tính chất của
nitro cellulose. Hàm lượng N2 thấp: màng dẻo,trong chế tạo sơn có giá
trị từ 11,8% - 12,3%. Hàm lượng Nitro Cellulose quyết định phần lớn
tính hòa tan của Nitro Cellulose. Nitro cellulose công nghiệp có hàm
lượng nitrogen từ 10,8% - 12,5%.
Mức độ trùng hợp, độ nhớt

Mức độ trùng hợp là số đơn phân glucose khan của đại phân tử, nó
quyết định độ nhớt của dung dịch Nitro Cellulose khi các Nitro Cellulose
được phân tán ở một nồng độ nhất định trong hệ dung môi. Mức độ trùng hợp
từ 100 – 2000 tùy vào loại Nitro Cellulose, dạng công nghiệp khoảng 140, nó
ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất cơ học của màng và công dụng của vecni.
Nitro Cellulose có độ nhớt tương đối cao ngay sau khi nitrat hóa. Độ
nhớt có thể được xác định bằng thiết bị đo độ nhớt, bằng cách đo thời gian
HV: Genius

24 | P a g e


Lớp: CH KT Hóa

chảy khác nhau của dung dịch ở một mao mạch ống của máy đo đó. Trong đó
độ tan của Nitro Cellulose phụ thuộc rất nhiều vào độ nhớt của nó và hàm
lượng nitơ, cũng như các dung môi và chất pha loãng.

3.3 Tính chất của màng nitrocellulose
Do sơn Nitro Cellulose là loại sơn và quá trình tạo màng do hiện
tượng vật lý ( bay hơi dung môi) mà không xảy ra bất cứ phản ứng hóa học

nào, nên chất tạo màng này còn được gọi là “không chuyển hóa”, loại này bao
gồm: các polimer nhiệt dẻo, nhựa thiên nhiên…Còn các polymer nhiệt rắn,
sản phẩm chứa dầu béo thuộc loại chất tạo màng “chuyển hóa” nhờ sự tham
gia các phản ứng hóa học tạo mạng không gian làm cho màng bền vững với
những điều kiện khắc nghiệt.
Nitro Cellulose là chất tạo màng cho các ngành sản xuất sơn gỗ và mực
in… Các đặc tính của màng Nitro Cellulose:
-

Tốc độ khô cao
Dễ sử dụng
Bay hơi dung môi cao
Tạo màng tốt
Bóng
Không dẻo nhiệt

3.4 Sự hòa tan của nitrocellulose
Nitrocellulose hòa tan trong ethyl, isopropyl và butyl acetate, aceton,
este, amit, nitroparaffins và hỗn hợp ethyl – ether alcohol . Khi hòa tan tạo ra
dạng gel nhớt. Dung dịch thu được thường trong mờ và ít có màu. Độ nhớt
của dung dịch khác nhau tùy theo độ dài của chuỗi phân tử. Độ hòa tan của
Nitro Cellulose phụ thuộc vào hàm lượng Nitơ, các dung môi pha loãng
(diluent) là các hydrocarbon mạch thẳng hoặc vòng thơm. Màng sơn Nitro
Cellulose kém bền (vàng hóa) với thời tiết, với nhiệt độ, bền với nước, axit,
kiềm. Bột Nitro Cellulose khô (không có thấm ướt bằng rượu) rất dễ bốc cháy
và gây nổ, vì vậy nhựa Nitro Cellulose thương phẩm đã được thấm ướt trước
bằng các hỗn hợp alcohol gồm ethanol với propanol hoặc butanol thường có
chứa 70% nhựa NC nguyên chất.
Nhựa NC thương phẩm có 2 dạng: dạng xơ (fibre) viết tắt là F và dạng
phiến mỏng hình vuông (dense) viết tắt là D. Trong ngành sơn thường sử

HV: Genius

25 | P a g e