Kỹ thuật tạo màng và sơn Sơn Silicon

MỞ ĐẦU
Sự phát triển của các ngành khoa học ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển
và tiến bộ của xã hội loài người. Xã hội càng phát triển thì các ngành khoa học
càng được hoàn thiện và nâng cao hơn. Một trong những ngành đang có sự bứt phá
và phát triển nhất nước ta hiện nay phải kể đến đó là ngành công nghiệp sơn.
Nghành sản xuất sơn Việt Nam được hình thành từ những năm 30 của thế kỷ
XX, từ cơ sở là dầu thực vật như dầu lanh, dầu trẩu…sẵn có trong nước. Thời kỳ
này sản lượng còn ít, chủng loại càng hạn chế, sản phẩm chủ yếu là sơn dầu, được
cung cấp cho lĩnh vực xây dựng. Từ chỗ chỉ sản xuất được một vài loại sơn thông
dụng, chất lượng thấp đến nay ngành sản xuất sơn của Việt Nam đã có thể sản xuất
được nhiều loại sơn đặc chủng, có chất lượng cao như sơn trang trí, sơn dân
dụng…, và các loại sơn kĩ thuật như sơn trong môi trường nước biển, sơn giao
thông, sơn chống thấm, sơn chịu nhiệt…Phục vụ cho từng yêu cầu đặc thù của
khách hàng.
Sơn có rất nhiều loại khác nhau, mỗi loại có một ứng dụng quan trong trong
cuộc sống. Trong bài này, ta đi tìm hiểu sâu về sơn Silicon để biết được cấu tạo,
tính chất và tầm quan trọng của sơn Silicon.

1


PHẦN I TỔNG QUAN VỀ SƠN
1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN NGÀNH SƠN
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 cò 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
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 (TiO 2) là
loại bột màu chủ đạo, phản ánh sự phát triển của công nghiệp sơn màuCác mốc
phát triển công nghiệp sơn (được khởi đầu từ thế kỷ 20 đến cuối thế kỷ 20) có thể
được phản ánh như sau:

2


- Năm 1923: nhựa Nitrocellulose, alkyd
- Năm 1924: Bột màu TiO2
- Năm 1928: Nhựa Phenol tan trong dầu béo
- Năm 1930: Nhựa Amino Urea Formaldehyde
- Năm 1933: Nhựa Vinyl Clorua đồng trùng hợp
- Năm 1934: Nhựa nhũ tương trong gốc dầu
- Năm 1936: Nhựa Acrylic nhiệt rắn
- Năm 1937: Nhựa Polyurethan
- Năm 1939: Nhựa Amino melamin Formaldehyde
- Năm 1944: Sơn gốc Silicone
- Năm 1947: Nhựa Epoxy
- Năm 1950: Nhựa PVA và Acrylic laquer
- Năm 1955: Sơn bột tĩnh điện

- Năm 1958: Sơn xe hơi gốc Acrylic laquer, Sơn nhà gốc nhựa latex
- Năm 1960: Sơn công nghiệp gốc nước
- Năm 1962: Sơn điện di kiểu Anode
- Năm 1963: Sơn đóng rắn bằng tia EB và UV
- Năm 1971: Sơn điện di kiểu catode
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

3


Ở 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 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.
Tuy nhiên, việc sử dụng sơn nói trên chỉ mang tính chất tự phát từ nhu cầu
đời sống thường ngày, đến năm 1913 - 1914 ở Việt Nam mới xuất hiện một xưởng
sơn dầu ở Hải Phòng do người Pháp mở mang nhãn hiệu TESTUDO , tiếp sau đó
vài năm hãng sơn Việt Nam đầu tiên “Công ty sơn Nguyễn Sơn Hà” được thành

lập và tiếp theo có các hãng sơn ở Hà Nội là Thăng Long, Gecko. Trong đó cần
chú ý là loại sơn RESISTANCO của hãng sơn Nguyễn Sơn Hà rất được người tiêu
dùng trong và ngoài nước ưa chuộng, đây có thể nói là hãng sơn đầu tiên lớn nhất
tại Việt Nam lúc ấy và còn để lại giấu ấn lịch sử tới ngày nay là Công ty cổ phần
sơn Hải Phòng phát triển từ mảnh đất mang tên Xí nghiệp sơn Phú Hà (hậu duệ sau
này của ông Nguyễn Sơn Hà). Vì vậy có thể nói rằng: ông Nguyễn Sơn Hà chính là
ông tổ ngành sơn Việt Nam
Và trong công nghiệp sơn ngày nay người ta đã sử dụng khoảng 2700 loại
nhựa làm chất tạo màng, 700 loại dầu, 2000 loại bột màu, 1000 loại dung môi và
khoảng 600 chất phụ gia. Riêng ở Liên Xô sản xuất được khoảng 2500 loại sơn
khác nhau. Ngày nay, nhiều thiết bị mới đựơc đưa vào sử dụng như thiết bị phun
sơn nóng, thiết bị phun sơn tĩnh điện, thiết bị phun sơn điện chuyển, thiết bị sấy
khô màng sơn bằng tia điện tử, tia tử ngoại, tia hồng ngoại…

4


2. ĐỊNH NGHĨA SƠN
Có thể đưa ra nhiều định nghĩa khác nhau về sơn nhưng khái quát hơn cả:
sơn là hệ huyền phù gồm chất tạo màng, dung môi và một số chất phụ gia. Khi phủ
lên bề mặt tạo thành lớp màng mỏng bám chắc, bảo vệ và trang trí bề mặt vật được
sơn. Hỗn hợp được điều chỉnh với một lượng phụ gia và dung môi tùy theo tính
chất của mỗi loại sản phẩm.
3. PHÂN LOẠI SƠN
3.1 Sơn dầu

Sơn dầu có hai loại là sơn dầu thuần túy và sơn dầu có nhựa.
a) Sơn dầu thuần túy
Loại sơn này chỉ có thành phần dầu thảo mộc, bột màu và dung môi, không
có thành phần nhựa thiên nhiên tham gia. Bởi vậy mang sơn không được bong,

kém bền vững. Loại sơn này chỉ dùng vào công việc bình thường như sơn lên vải,
làm vải che mưa, sơn tường nhà và trần nhà, ít sử dụng tỏng công nghiệp cơ khí.
b) Sơn dầu có nhựa
Loại này gồm 5 thành phần hỗ hợp là dầu sơn, nhựa thiên nhiên, bột màu,
dung môi và chất làm khô. Màu sơn bền vững đẹp và bóng. Sơn được sử dụng rộng
dãi trong ngành công nghiệp chế tạo, giao thông vận tải, xây dựng,… Sơn dầu có
nhựa được chia làm hai loại: loại sơn gầy có ít thành phần dầu, dùng để sơn vật
kiệu trong nhà; loại sơn béo có nhiều thành phần dầu, dùng để sơn sản phẩm ngoài
trời.
3.2 Sơn nhựa đường

Sơn nhựa đường có thể chia ra làm 4 loại:

5


a) Sơn nhựa đường không có dầu: loại sơn này chế tạo từ nguyên liệu dầu mỏ.
Loại sơn này chỉ để sơn những vật liệu thông thường như tre, gỗ và các vật liệu
chống mối mọt.
b) Sơn nhựa đường có dầu: gồm hai thành phần là nhựa đường và dầu thảo mộc.
Loại sơn này dùng để sơn gỗ và kim loại.
c) Sơn nhựa đường kết hợp với nhựa khác không có dầu
d) Sơn nhựa đường kết hợp với nhựa khác có đầu thảo mộc. Có hai loại: bitum
thiên nhiên lấy từ đá dầu và bitum nhân tạo lấy từ đầu mỏ ( bitum dầu mỏ). Hai
loại này có màng sơn đen bóng, bền màu, dùng để sơn sắt, xi máy, gầm ôtô, sơn
các đường ống dẫn dầu, ống nước, ống dẫn hơi đốt đi ngầm dưới đất.
3.3 Sơn tổng hợp

Căn cứ vào gốc nhựa tổng hợp mà người ta đặt tên cho các loại sơn khác
nhau: sơn tổng hợp ankit, sơn clovinin, sơn nitroxenlulo,…Sơn tổng hợp là các loại

sơn chống rỉ bảo vệ kim loại, sơn màu các loại để trang trí cho kim loại, đồ gỗ, ôtô,
mô tô, xe đạp,…Đặc tính của sơn tổng hợp là có dộ bám dính tốt.bền trong môi
trường khí quyển, dộ cứng, độ bóng cao, bền màu sắc.
3.4 Sơn chống hà

Sơn chống hà dùng chủ yếu trong công nghiệp đóng tàu biển, tàu đánh cá, xà
lan,…thường xuyên làm việc ở vùng biển và vùng nước lợ.
Sơn chống hà sản xuất từ gốc nhựa đường, bột màu kim loại như oxit kẽm,
oxit nhôm. Dung môi dùng các loại cacbua thơm, xăng thông. Ngoài các thành
phần chủ yếu trên còn pha thêm các độc tố như oxit thủy ngân, axenait đồng. các
độc tố này chống hầu hà bám vào đáy tàu.
Sơn chống hà có ba loại: Sơn chống hà nước 1 màu trắng nhũ có tính chất
chống gỉ ăn mòn kim loại; Sơn chống hà nước 2 có màu xám khói là nước sơn đệm
giữa hai lớp sơn chống gỉ; Sơn chống hà nước 3 màu nâu sẫm là lớp sơn độc tố
6


chống hà. Nhiệm vụ của lớp sơn chống hà 2 là bảo vệ lớp chống gỉ của sơn chống
hà 1 và tạo điều kiện cho lớp sơn chống hà 3 bám dính tốt. Cho nên khi sử dụng
phải tuân thủ theo trật tự quy định sơn chống hà 1 trước, sau đó đến sơn chống hà 2
và cuối cùng là sơn chống hà 3.
3.5 Sơn bột

Những loại sơn được sản xuất sơn bột là nhựa epoxy, nhựa polyester,
polyamit, polystyrene,… Những loại nhựa này rất khó hòa tan trong dung môi
thông thường, cho nên không sử dụng làm sơn truyền thống được, nhưng dùng làm
sơn bột thì chúng lại tạo thành màng sơn rất tốt.
Sơn bột được phát triển nhanh chóng trong và năm gần đây nhờ những đặc
điểm sau:
- Màng sơn bột có độ bền va chạm, độ bền cào xước, độ bền mài mòn cao.

- Màng sơn bột không bị giỗ nên khả năng bảo về kim loại cao.
- Chống được hiện tượng oxy hóa thẩm thấu qua màng sơn vào bề mặt kim
loại.
- Sơn bột bền với hóa chất và có tính năng cách nhiệt tốt.
- Sơn bột có tính chất bám dính tốt trên thủy tinh, sành sứ và kim loại.
- Màng sơn bột có thể sơn dày mỏng tùy ý, tùy theo yêu cầu của từng sản
phẩm.
- Sơn bột hoàn toàn không chứa dung môi nên ko gây độc hại và cháy nổ.
- Sơn bột có thể tận dụng được chất tạo màng của những polyme không tan
trong dung môi của sơn nước mà trước đây không thể dùng sơn truyền thống được.
- Giá thành sơn bột thấp.
3.6 Sơn cách điện bitum

Sơn cách điện bitum cấu tạo từ nhựa đường, dầu thảo mộc, dung môi và chất
làm khô. Sơn nhựa đường cách điện dùng trong công nghiệp điện gọi là sơn nhựa
7


bitum. Có hai loại bitum: bitum thiên nhiên lấy ở đá dầu và bitum nhân tạo lấy ở
dầu mỏ.
3.7 Sơn tan trong nước

Việc sử dụng nước làm dung môi có ý nghĩa kinh tế to lớn, vì nước là dung
môi dễ kiếm, rẻ tiền, không độc, không cháy nổ. Trước đây người ta dùng sản
phẩm thiên nhiên như cadien, dẫn xuất của xelulo để làm sơn tan trong nước. Ngày
nay, người ta đã tổng hợp được hàng loạt chất tạo màng tan trong nước như nhựa
alkyl, nhựa phenol, nhựa epoxy, nhựa acrylic,…
3.8 Sơn vec ni

Sơn vec ni cách điện có hai loại: loại gốc nhựa thiên nhiên lấy từ thảo mộc

và loại gốc nhựa tự nhiên lấy từ than đá.
Màng sơn vec ni có độ bền cứng, tính đàn hồi tốt, chịu nhiệt, chịu độ ẩm tốt,
bền trong hóa chất và axit. Màng sơn vec ni bền được trong môi trường tác dụng
của xăng, xilen. Đặc biệt kém chịu bền trong tác dụng cơ. Sơn vec ni có thể chia
làm 5 loại theo công dụng:
- Sơn vec ni các vật liệu ngoài trời có thể chịu được mọi điều kiện khí hậu
khắc nhiệt.
- Sơn các vật dụng trong nhà.
- Sơn chịu hóa chất, chịu dầu mỡ, chịu xăng, chịu nước.
- Sơn chịu được nhiệt độ cao từ 100oC đến 500oC.
- Sơn cách điện.

8


4. THÀNH PHẦN CHÍNH TRONG SƠN
4.1 Chất tạo màng

Chiếm khoảng 25-30 % trọng lượng sơn, là thành phần chính của sơn, quyết
định mọi tính chất cơ lý, hoá của màng. Chất tạo màng phải có tính chất bám dính,
độ bền cơ học, độ bóng cao nhanh khô.
Chất tạo màng là dung dịch nhũ tương của các polyme sẽ chuyển thành
màng sơn trong quá trình khô sơn. Khi đó nó dính kết các hợp phần còn lại với
nhau tạo nên lớp màng che phủ bám chắc lên bề mặt cần bảo vệ, trang trí.
Chất tạo màng trong sơn nước tồn tại ở dạng nhũ tương nghĩa là nhựa phân
tán đều trong nước. Trương nhựa nhũ, các sợi polyme tập hợp lại với nhau thành
từng nhóm tạo thành hạt cầu, các hạt này phân tán đều trong môi trường nước gọi
là dung dịch nhũ tương. Chất tạo màng thường là các polime, olygomer hữu cơ.
*) Cơ chế của quá trình tạo màng: Khi sơn quét lên bề mặt cần sơn, nhờ quá
trình bay hơi mà màng sơn được tạo thành. Màng sơn từ trạng thái lỏng chuyển

sang trạng thái rắn ta gọi đó là quá trình tạo màng không chuyển hóa. Màng sơn
tạo thành do sự bay hơi dung môi và sự oxy hóa các hạt nhựa nhờ oxy không khí
hay xúc tác khâu mạch quá trình tạo màng này gọi là quá trình tạo màng chuyển
hóa.
Như vậy quá trình oxy hóa dẫn đến sự khâu mạch tạo thành polyme mạng
lưới gọi quá trình này là quá trình tạo màng sơn.
Theo quan điểm hiện nay cơ chế tạo màng gồm 4 giai đoạn :
-Các hợp phần sơn được dàn trải và phân bố đều trên bề mặt cần sơn.
-Nước bắt đầu bay hơi và hạt nhựa tiến vào gần nhau.
-Các hạt nhựa trộn vào nhau để tạo thành màng sơn, trong quá trình này do
các hạt nhựa là hệ dầu còn môi trường xung quanh là hệ nước nên khó trộn vào

9


nhau vì vậy chất hỗ trợ tạo mạng tạo hệ dầu nhỏ sẽ làm cho các hạt nhựa dễ trộn
vào nhau.
-Nước, PG ( monopropylene glycol), texanol và các phụ gia khác tiếp tục
bay hơi và các sợi nhựa liên kết lại với nhau dưới tác dụng của oxy không khí.
4.2 Bột màu

Chiếm từ 10-20 % trọng lượng sơn, tạo cho sơn có gam màu theo ý muốn,
đồng thời góp phần làm tăng tính năng cơ lý của màng sơn. Bột màu sử dụng trong
vật liệu sơn là những hạt mịn có màu sắc khác nhau, không hòa tan mà có khả năng
phân tán trong nước, trong dung môi và trong chất tạo màng. Tính quan trọng nhất
của bột màu là làm cho màng sơn có màu sắc nhất định. Bột màu được đánh giá
bằng sức phủ, sức phủ phụ thuộc vào độ đục và hệ số chiết suất. Do vậy hệ số chiết
suất được xem như là yếu tố đầu tiên xác định sức phủ của bột màu.Bột màu bao
gồm cả vô cơ lẫn hữu cơ, nhưng thường là các oxít kim loại, muối vô cơ.
*) Paste màu: Là các chất màu cơ bản (vô cơ hoặc hữu cơ) bán thành phẩm đã

được nghiền mịn sẵn thành dạng nhão, sệt, khi sử dụng pha sơn ta chỉ cần phân tán
chúng vào paste trắng, điều khiển độ đậm nhạt của màu sơn theo ý muốn.
4.3 Chất độn

Chiếm 10-20 % trọng lượng sơn, là thành phần không thể thiếu trong sơn,
giảm giá thành sản phẩm đồng thời điều chỉnh tính năng như làm tăng độ cứng và
khả năng chịu va đập của màng sơn (bột độn gia cường) trong một số trường hợp
nó có thể thay thế bột màu. Bột độn là các chất dạng bột mịn, màu trắng hoặc màu
rất nhạt, chỉ số khúc xạ thấp (khoảng 1, 4- 1,7) không hòa tan nhưng phân tán tốt
trong hệ thống sơn. Ví dụ: bột oxyt Fe đối với sơn chống gỉ, muội than đối với sơn
đen.

10


4.4 Dung môi

Chiếm 30-50 % trọng lượng sơn, là thành phần chính quyết định độ nhớt của
sơn, trong một số trường hợp có tác dụng như 1 chất hoá dẻo, dùng dung môi nó có
tính chất quyết định tính chất cơ lý của màng sơn và chế độ công nghệ sản xuất.
4.5 Chất phụ gia

Chiếm từ 1-5 % được đưa vào sơn với tỉ lệ ít nhưng để làm thay đổi vai trò
đặc trưng mà cấu tử chính (chất tạo màng, bột màu dung môi) không đảm nhiệm
hết. Các chất phụ gia được chia làm nhiều nhóm: chất làm khô, chất hoá dẻo, chất
chống loang, chất chống oxi hoá, bức xạ,…
5.ỨNG DỤNG CỦA SƠN
Song song với sự phát triển kinh tế của một đất nước thì nền khoa học kỹ
thuật cũng như nhu cầu sử dụng của con người với trang thiết bị công nghệ hiện
đại hay dụng cụ tiêu dùng hàng ngày càng gia tăng với những trang thiết bị đó,

dụng cụ đó ngoài những tính năng về chất lượng sản phẩm song để bảo vệ cũng
như tạo ra vẻ đẹp mỹ quan thì không thể không nói đến sơn. Sơn đã được ứng dụng
trong công nghệ sơn phủ tạo màu sắc phù hợp cho từng thiết bị nó còn được ứng
dụng trong công nghiệp, sơn máy móc, thiết bị trong nhà máy xí nghiệp, trong
phương tiện giao thông, sơn ô tô, máy bay, tàu thuyền, cầu đường… trong xây
dựng như sơn nước, sơn màu với sự đa dạng hóa về sản phẩm. Ngoài ra sơn bảo vệ
làm tăng tuổi thọ của thiết bị… khi có tác động của môi trường. Bởi vậy sơn được
ứng dụng rất rộng rãi

11


PHẦN II SƠN SILICON
1. NHỰA SILICON
1.1 Giới thiệu chung về nhựa Silicon

Hợp chất Silicon được nghiên cứu từ năm 1828 do BERZELINS khởi đầu và
được tiếp nối bởi các ông FRIEDEL và KRAFTS. Năm 1901 FS Kipping và Matt
Saunders đặt ra từ silicone để mô tả polydiphenylsiloxane bằng cách tương tự với
công thức của nó, Ph2SiO (Ph là viết tắt của pheny, C6H5), với công thức của
xeton benzophenone, Ph2CO Kipping ý thức rõ rằng polydiphenylsiloxane là
polyme trong khi benzophenone là monomeric và lưu ý rằng Ph 2 SiO và Ph 2 CO
có hóa học rất khác nhau. Việc phát hiện ra các cấu trúc khác biệt giữa các phân tử
Kippings và nhóm chứa xenton có nghĩa là silicone là không còn là thuật ngữ
chính xác (mặc dù nó vẫn còn trong sử dụng thông thường) và các hạn siloxan là
đúng theo danh pháp của hóa học hiện đại.
Từ năm 1899 – 1944, KIPPING tổ chức thực hiện nghiên cứu một cách có
hệ thống. Từ năm 1950, các trường hợp chất Silicon được tăng cường sản xuất và
có rất nhiều ứng dụng trong thực tế.
Nhựa Silicon có thể coi là một loại polymer lai tạo ( Hybrid Polymer) có liên

kết nối giữa nguyên tố hữu cơ và vô cơ, do đó nhựa Silicon có được cả hai đặc tính
nguốn gốc vô cơ (Silicon và Silicate ) bền nhiệt, bền hóa chất, và nguồn gốc hữu
cơ với tính chất hòa tan , mềm dẻo, có khả năng phản ứng theo nhóm chức,v.v…
Theo cấu tạo mạch Polyme, nhựa Silicon có thể chia thành loại Polyorgano
Siloxan ( mạch …Si – O – Si - … ), Polyorgano Silazan (mạch …Si – N – Si - …)
và Polyelemento – organoSiloxan (mạch cơ bản gồm Si, O, Al hoặc Titan ).

12


Gọi chính xác hơn là polyme siloxan hoặc polysiloxanes, silicon bao gồm một
silicon-oxy vô cơ chuỗi xương sống (⋯ -Si-O-Si-O-Si-O- ⋯) với các nhóm bên
hữu cơ gắn liền với các nguyên tử silicon. Những nguyên tử silicon có hóa trị
bốn. Vì vậy, silicon là các polyme xây dựng từ vô cơ monome hưu cơ. Silicon có
chung công thức hóa học [R 2 SiO] n, trong đó R là một nhóm hữu cơ
như methyl, ethyl, hoặc phenyl.
Công

thức

hóa

học

của

loại

nhựa

silicone

đơn

giản

nhất

là

polydimethylsiloxane được thể hiện bên dưới.

Trong công thức này, do liên kết Si-O (444 kJ/mol) bền hơn liên kết C-C
(356 kJ/mol) làm cho nhựa silicone có tính kháng nhiệt độ cao tốt hơn các loại cao
su hữu cơ truyền thống. Bên cạnh đó, mạch chính nhựa silicone không có các liên
kết đôi chưa bão hòa làm nhựa silicone trơ, kháng tốt với các yếu tố môi trường
như oxy, ozon, ánh sáng mặt trời. Ngoài ra, do năng lượng quay tự do của liên kết
Si-O thấp tạo nên tính mềm dẻo cho nhựa silicone chưa gia công.
Thực tế, các mạch phân tử polysiloxane được biến tính, thêm vào các nhánh
bên để đạt được những tính chất nhất định cho các ứng dụng riêng biệt. Nhìn
chung, methyl, vinyl, phenyl và trifluoropropyl là các nhóm nhánh thông dụng nhất
tạo thành các sản phẩm polysiloxane thương mại khác nhau.

13


Polydimetylsiloxane (PDMS) là chất lỏng có độ nhớt trung bình thấp. Nó là
những chất phụ gia silicone đầu tiên được sử dụng trong các lớp sơn phủ. dễ dàng
hòa tan trong dung môi sơn, làm giảm sức căng bề mặt của chất lỏng và nó cho
phép để nơi ẩm ướt, thậm chí nếu bị ô nhiễm với bụi, dầu mỡ hoặc dầu. Điều này

làm giảm sự xuất hiện của các khuyết tật phổ biến là ám muộn và châm kim.
Sự kết hợp của các nhóm vinyl (ít hơn 1% mol) như nhánh bên của chuỗi
phân tử polysiloxane (loại VMQ) tăng đáng kể hiệu quả kết mạng với các peroxide
hữu cơ. Điều này giúp loại VMQ có tính biến dạng dư thấp và tính kháng dầu nóng
cải thiện so với loại MQ. Nhánh vinyl có thể được kết hợp vào mạch chính ở
những vị trí nhất định, giúp kiểm soát các liên kết mạng, tính chất cơ lý của sản
phẩm tốt hơn và ổn định trong thời gian dài. Ngày nay, hầu hết các loại nhựa
silicone thương mại đều chứa một lượng đơn vị vinyl nhất định.
Nhựa silicon chịu nhiệt rất cao, cách điện tốt, chống nước, chống ẩm ướt,
chịu ăn mòn hóa học , chịu nhiệt tốt dùng để chế tạo sơn chịu nhiệt, sơn cách điện.
1.2 Phương pháp điều chế

a) Đi từ Silic đioxit

b) Điều chế các Silan theo phản ứng theo phản ứng trực tiếp

14


c) Điều chế các Silanol ( phản ứng thủy phân Sian )

Nhóm chức đơn (M)

Nhóm chức 3(T)

Nhóm chức đôi (D)

Nhóm chức 4 (Q)

d) Phản ứng trùng ngưng các Silanol để tạo ra các Polysilanol

Tùy theo tỷ lệ các đơn vị mạch Polyme M, D, T và Q mà có các sản phẩm
Silicon khác nhau là:
- Silicon Oil MDxMX < 2000
- Silicon gum MDx Mx > 2000
- Nhựa Silicon MDT ( là phổ biến ) hoặc kết hợp MDTQ

15


1.3 Các ứng dụng quan trọng của nhựa Silicone

a) Sơn chịu nhiệt: cụ thể là:
- Tới 1000C: dùng nhựa silicon biến tính.
- 100 – 3000C: sơn Silicon biến tính và bột nhũ bạc (Al) hoặc Silicon với
bột màu bền nhiệt.
- 300 – 4000C: sơn Silicon biến tính và bột Al hoặc nhựa Silicon với bột
màu đen và xám.
- 400 – 6000C: nhựa Silicon với bột nhũ bạc.
b) Sơn chống thấm:
Dùng dạng nhũ tương Silicon hoặc dạng bột trên chung với vữa xây dựng
hoặc dạng dung dịch nhựa Silicon không màu làm lớp phủ chống thấm cho vật liệu
xây dựng gốc vô cơ.
c) Sơn chống thấm dạng thẩm thấu:
Thường là hợp chất Siliconat đậm hoặc pha loãng với nước và rượu (thường
dùng Siliconat Na hoặc Siliconat K ).
2. SƠN SILICON
2.1 Giới thiệu chung về sơn Silicon

Sơn silicon là loại sơn trên cơ sở chất tạo màng là nhựa silicon.
Lớp phủ màng sơn silicon chứa một monomer silane hữu cơ, silicon hoặc

silicon oligomer là hệ thống lớp phủ polymer. Sự kết hợp độc đáo của các thuộc
tính của silicon là rất thích hợp để ứng dụng trong việc sơn phủ. Hai thành phần
chính sản phẩm được sử dụng: polymer silicone là chất phụ gia và các loại nhựa
silicone làm thành phần chính, hoặc chất kết dính.Lớp phủ silicon có vai trò rất lớn
là bảo vệ hoặc trang trí. Lớp phủ silicon với monomer silane hữu cơ, oligomer
hoặc silicone silicone polymer làm vật liệu tạo màng chính, trong silicon hữu cơ

16


"Si-O-Si" là chìa khóa có độ ổn định tốt. Vì vậy sơn silicon là loại sơn đặc biệt có
tính chịu nhiệt cao. Các loại sơn khác thường không chịu được nhiệt độ cao, ở
nhiệt độ cao sơn bị lão hóa , nứt, mất đi tác dụng đàn hồi, độ bám chắc, tính bền ăn
mòn. Trái lại sơn chịu nhiệt có thể sử dụng lâu dài ở nhiệt độ cao , có tác dụng bảo
vệ tốt. Vì vậy sơn chịu nhiệt được sử dụng rộng rãi để sơn ống khói, lò nung, tủ
sấy, đường ống hơi, máy phát điện, và các thiết bị chịu nhiệt khác. Ngoài ra, vì
silicon năng lượng bề mặt thấp, vì vậy nó không ưa nước, chống thấm nước, có thể
được sử dụng rộng rãi trong đá và độ bền của bảo vệ kết cấu bê tông.
*) Ưu điểm: Sơn silicon chịu nhiệt, bền trong không khí, không biến màu, cách
điện, chịu nước, khó lão hóa.
*)Nhược điểm: Chịu xăng kém, có loại giòn, độ bám, độ dẻo kém các loại màng
khác.
*) Tính năng cơ lí của sơn silicon
TT
1

Tên chỉ tiêu
Thời gian khô ở 3000C

Đơn vị đo

Phút

Kết quả
15

2

Độ bám dính

điểm

3

3

Độ bền va đập

kg.cm

35

4

Độ cứng màng sơn

so kính chuẩn

0.52

5

Độ bền uốn

mm

3

6

Độ bong

%

96

Từ bảng trên nhận thấy: độ cứng, độ bóng của nhựa rất cao; thời gian khô
của nhựa đạt yêu cầu.
2.2 Tính năng sơn chịu nhiệt silicon

Sơn Silicon chịu nhiệt độ cao được dùng làm sơn phủ bảo vệ cho kết cấu
kim loại như: lò đốt, sấy; lỗ thông thoát và đường ống hệ thống khí thải công

17


nghiệp; hệ thống dây chuyền sấy công nghiệp; động cơ máy phát điện và các kết
cấu khác hoạt động tại nhiệt độ lên tới 650 oC. Sơn chịu nhiệt độ từ 150oC- 650oC.
Sơn có độ bám dính rất cao, khả năng chịu mài mòn và va đập tốt, cụ thể:
- Sơn chịu nhiệt silicon có 5% nhôm: loại sơn này có thể khô ở nhiệt độ
thường trong 2 giờ, chịu nhiệt 300-350oC, chịu nước, chịu xăng tốt.

-Sơn chịu nhiệt silicon các màu:Sơn chịu nhiệt silicon pha thêm bột màu tạo
thành sơn các màu. Sơn có thể khô ở nhiệt độ thường, thời gian 2 giờ, chịu nhiệt
300oC
-Sơn chịu nhiệt silicon màu xanh lụcSơn chịu nhiệt silicon màu xanh lục
thành phần gồm có sơn chịu nhiệt silicon, etyl xenlulozo, bột màu xanh lục... tạo
thành. Sơn có thể khô ở nhiệt độ thường trong 24 giờ, chịu nhiệt 400 oC, chịu xăng,
chịu muối rất tốt.
-Sơn chịu nhiệt silicon màu nhôm: Sơn chịu nhiệt silicon màu nhôm thành
phần gồm có sơn chịu nhiệt silicon và pha thêm bột nhôm. Sơn sấy ở nhiệt độ
150oC thời gian 2 giờ, chịu nhiệt 500oC.
2.3 Đặc điểm gia công

- Sơn chịu nhiệt silicon màu nhôm: Khi pha thêm bột nhôm phải khuấy đều,
lọc sau đó sử dụng.
- Các loại sơn chịu nhiệt có thể phun trực tiếp trên bề mặt gang thép đã phun
cát, có thể phun trên bề mặt hợp kim nhôm, để nâng cao độ bền ăn mòn, có thể
dùng các loại sơn chịu nhiệt làm sơn lót.
2.4 Công nghệ sản xuất sơn chịu nhiết Silicon

a) Chất kết dính
18


Chất kết dính là nhựa Silicon, có thể thêm nhựa Epoxy.
Nhựa Silicon bao gồm nhựa silicon mạch thẳng ( nhựa dimethyl silicone,
nhựa methylphenyl silicon và các loại tương tự). Nhựa silicon mạch thẳng là thích
hợp hơn. Có thể sử dụng một loại nhựa silicone hay kết hợp hai hay nhiều loại
nhựa silicone. Ngoài ra có thể kết hợp nhựa silicone và nhựa epoxy.
b) Thành phần màu
Sơn chịu nhiệt có chứa sắc tố màu đen là hỗn hợp các oxit kim loại bao gồm

các hệ oxit: Fe-Cu-Mn-Cr, Cu-Mn-Fe, Mn-Cu-Si-Fe, Mn-Cu-Si-Fe-Na, Mn-Cu-SiAl-Na và các hệ tương tự. Hàm lượng các oxit trong màu đen thích hợp là: MnO:
25%-45%( theo khối lượng); CuO: 5%-25%; SiO 2: 3%; Al2O3: 5%-10%; Fe2O3:
15%-65%; Na2O: 0%-2%. Hàm lượng các thành phần chứa trong các màu đen có
thể điều chỉnh bằng cách thay đổi tỷ lệ và xác định bằng phân tích rơnghen huỳnh
quang.
Ngoài ra màu đen có thể chứa các thành phần khác như : bari, lưu huỳnh,
canxi, titan, kali, photpho, magie và clo trong phạm vi thích hợp mà không ảnh
hưởng đến màu của sơn.
c) Dung môi
Bao gồm các hợp chất thơm (như toluene và xylene) và rượu ( như butanol)
và các chất tương tự.
d) Phụ gia
- Các chất phụ gia bao gồm chất độn, chất ổn định sắc tố màu, màu chống rỉ,
tác nhân làm dày, chất làm cứng và chất phân tán.
- Chất độn bao gồm nhôm photsphate, canxi molybdenate,…
- Chất ổn định sắc tố bao gồm bột mica, sợi kali tinanate, màu silicat, canxi
cacbonat, bari sulfat,…
- Màu chống rỉ bao gồm bột kẽm kim loại và các chất tương tự.

19


2.5 Ứng dụng của sơn silicon

Lớp sơn silicon dùng để sơn phủ bề mặt ngoài cầu cống, các khung kim loại
của các công trình xây dựng. Nó bền vững với mọi thời tiết, không thấm nước và
bền nhiệt hơn rất nhiều so với các vật liệu tạo màng hữu cơ thông thường. Loại sơn
này có thể được ứng dụng rộng rãi theo nhiều kiểu dạng: dạng hòa tan trong dung
môi hữu cơhoặc trong nước dạng đóng rắn bằng tia bức xạ hay dạng sơn bột. Vật
liệu này đã được ứng dụng làm vecni cao cấp cho đồ gỗ, sơn phủ trang trí cho các

tòa nhà, sơn phủ cho ô tô hay làm mực in, v.v...
Sơn chịu nhiệt Silicon được sử dụng để sơn những bộ phận hoặc những
nơi đòi hỏi khả năng chịu nhiệt, chẳng hạn sơn ống xả khói của động cơ xe, hoặc
sử dụng sơn màu đen ở những nơi tiếp xúc với nhiệt độ cao từ 350 oC trở lên trong
thời gian dài, màu sắc có thể biến đổi
Đặc biệt, trong việc gìn giữ các di sản kiến trúc, sơn silicon vừa có khả năng
giữ nét cổ kính nguyên sơ của các công trình xây dựng, vừa bền vững với thời
gian. Sơn silicon được dùng khi bảo tồn và trùng tu các công trình kiến trúc cổ.
Khi lớp phủ silcon được dùng làm lớp bảo vệ, nó sẽ gìn giữ các vật liệu ở trạng
thái nguyên trạng bằng cách thấm vào lớp đá bị hư hại và hoàn trả lại dáng vẻ
ban đầu, không làm thay đổi màu sắc tự nhiên của công trình do nó trong suốt,
không chứa bột màu.
Sơn Silicon vừa có tác dụng bịt kín, vừa bám dính tốt, vừa làm bóng, bền
với thay đổi nhiệt độ, với gió, ẩm và hóa chất. Nhờ đó làm giảm sự xuống cấp của
các vật liệu xây dựng ngay cả trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt nhất. Đã có rất
nhiều công trình xây dựng trên thế giới được bảo vệ bằng sơn silicon như tòa nhà
cao tầng Baiyoke II Tower (tòa nhà cao nhất Thái Lan), công trình kiến trúc sân
bay Kuala Lumpur - Malaysia; các công trình xây dựng trên biển nổi tiếng tại
Bahrain, Dubai, Hong Hong, v.v... Nhờ tính cách nhiệt cao nên khi sơn siliconlên
20


bề mặt tấm kính của tòa nhà sẽ làm giảm mất mát nhiệt, nhờ đó làm giảm nhu cầu
sử dụng năng lượngđể làm mát hoặc sưởi ấm bên trong tòa nhà. Người ta cũng sử
dụng vật liệu này để bảo vệ các công trình biển,…
*) Chú ý trong quá trình sản xuất sơn Silicon:
1. Để ở nơi ráo nước, thông thoáng, không cắt hay hàn các các đồ chứa
sản phẩm này.
2. Xưởng sản xuất có hệ thống thông gió tốt và nghiêm cấm sự xuất hiện
của các ngọn lửa.

3. Nguyên liệu để sản xuất nếu lưu trữ quá lâu mà chưa đưa vào sản xuất
thì không nên dùng,nếu không nó sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất của sản phẩm

3. MỘT SỐ SẢN PHẨM ỨNG DỤNG CỦA SƠN SILICON
3.1 Sơn phủ cách điện, chống ẩm silicon

a).Đặc tính:
- Tính bền cao với các chất hóa học, chịu nhiệt, chịu đánh lửa hồ quang, chiụ
ozon.
- Độ bám dính rất tốt lên bề mặt, kể cả bề
mặt bóng.
- Chịu rung, sốc, va đập tốt.
- Chống a xít mạnh không bị ăn mòn bởi
xít khi đã cứng.
b) Ứng dụng:

21

a


Dùng để phủ một lớp bọc cách điện, bảo vệ chống ẩm, chống rung cho bảng mạch
điện tử, cuộn dây động cơ, mô tơ, ổn áp, máy phát điện, đồ chơi, tranh nghệ thuật,
bề mặt gỗ…
3.2 Sơn silcon chịu nhiệt

a) Đặc tính:
- Độ bám dính cao.
- Bền với nước, nước muối, xăng dầu,
hóa chất.

- Bền thời tiết.
- Khả năng chịu nhiệt cao, có thể sử
dụng cho các bề mặt bị làm nóng lên
đến 3500 C.
b) Ứng dụng:
Sơn silicon chịu nhiệt là loại sơn
bền nhiệt gốc nhựa silicon, dùng cho
các công trình công nghiệp và sản
phẩm điện, cơ khí dân dụng. các thiết bị chịu nhiệt độ tới 350o C.
3.3 Sơn nước silicon – sơn ngoại thất

a) Đặc tính:
- Chất lượng cao có gốc nhựa silicon và acrylic resin polymer là thành phần
chủ yếu.
- Chịu tác động của thời tiết, chịu
nước và kiềm rất tốt kết hợp với chất phụ

gia

đặc biệt và bền màu.
- Chống nấm mốc, rêu, bảo vệ màng
b) Ứng dụng:
22

sơn.


Dùng cho văn phòng, khách sạn, nơi công cộng, bệnh viện, cửa hàng nhà ở
và nhà xưởng....trang trí và bảo vệ ngoại thất, tường xi măng, chống mốc và bụi
bẩn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Kỹ thuật sơn – Đinh Văn KiênNXB – Thanh niên 1999, Việt Nam.
2. Toàn cảnh ngành sơn và mực in Việt NamBáo cáo tại ngày hội hóa học
Tp.HCM 2005 của VPIA.
3. Silicone Surfactants; R. M. Hill, Ed.; Marcel Dekker, Inc.: New York; 1999.
4. Smith, A. L. The Analytical Chemistry of Silicones, John Wiley & Sons, Inc.:
New York, 1991; 210-211.
5. Easton, T. and Stones, M. Surface Coatings International, Oil and Colour
Chemists’ Association, Wembley, 1999, 82 (11), 549.
6. Cackovich, A.; Easton, T. European Coatings Journal 1999, 10, 26.
7. Mowrer, N. R. Polysiloxane Coatings Innovations, Ameron Int., Brea CA .
Technology presentation on www.ameronpsx.com; 2003.
23


8. Brown, H. L. Silicones in Protective Coatings, in Treatise on Coatings, Volume
1, Part III, Film Forming Compositions, Marcel Dekker Inc.: New York, 1972;
545.
9. Vincent, H.L. and Witucki G.L.; Dow Coming Corp.; U.S. Patent 5280098;
January 18, 1994; and Morita, Y.; Nakanishi, J.; Saruyama, T.; and Tanaka, K.;
Dow Coming Toray Silicone; European Patent 0620242; October 19, 1994.
10. Mikami, R.; Dow Corning Toray Silicone Co., Ltd.; US Patent 5,364,923:
Organopolysiloxane Graft Epoxy Resins and a Method for the Preparation
Thereof; November 15, 1994.

KẾT LUẬN
Sơn nói chung và sơn Silicon nói riêng được sử dụng rộng rãi trong các
ngành công nghiệp sơn phủ bảo vệ vật liệu và còn mang lại vẻ đẹp cho một loạt
các ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Nhiều tác phẩm, công trình

kiến trúc lâu đời và truyền thống của con người hiện nay được phục chế nhờ một
loại vật liệu mới. Các nhà sản xuất vật liệu đã đưa sơn silicon trở thành một loại
vật liệu quan trọng nhằm bảo vệ vẻ đẹp của các công trình kiến trúc trước sự tác
động của thời tiết, thời gian cũng như các chất gây ô nhiễm khí quyển ngày càng
nhiều của thế giới hiện đại ngày nay. Vật liệu sơn silicon cũng góp phần kiến tạo
thêm vẻ đẹp và sự bền vững cho các công trình kiến trúc hiện đại.

24


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU............................................................................................................................1
PHẦN I TỔNG QUAN VỀ SƠN.......................................................................................2
1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN NGÀNH SƠN.....................................................................2
2. ĐỊNH NGHĨA SƠN.....................................................................................................5
3. PHÂN LOẠI SƠN.......................................................................................................5
4. THÀNH PHẦN CHÍNH TRONG SƠN......................................................................9
Chất tạo màng là dung dịch nhũ tương của các polyme sẽ chuyển thành màng sơn
trong quá trình khô sơn. Khi đó nó dính kết các hợp phần còn lại với nhau tạo nên lớp
màng che phủ bám chắc lên bề mặt cần bảo vệ, trang trí................................................9
Chất tạo màng trong sơn nước tồn tại ở dạng nhũ tương nghĩa là nhựa phân tán đều
trong nước. Trương nhựa nhũ, các sợi polyme tập hợp lại với nhau thành từng nhóm
tạo thành hạt cầu, các hạt này phân tán đều trong môi trường nước gọi là dung dịch nhũ
tương. Chất tạo màng thường là các polime, olygomer hữu cơ.......................................9
*) Cơ chế của quá trình tạo màng: Khi sơn quét lên bề mặt cần sơn, nhờ quá trình bay
hơi mà màng sơn được tạo thành. Màng sơn từ trạng thái lỏng chuyển sang trạng thái
rắn ta gọi đó là quá trình tạo màng không chuyển hóa. Màng sơn tạo thành do sự bay
hơi dung môi và sự oxy hóa các hạt nhựa nhờ oxy không khí hay xúc tác khâu mạch
quá trình tạo màng này gọi là quá trình tạo màng chuyển hóa........................................9
Như vậy quá trình oxy hóa dẫn đến sự khâu mạch tạo thành polyme mạng lưới gọi quá

trình này là quá trình tạo màng sơn..................................................................................9
Theo quan điểm hiện nay cơ chế tạo màng gồm 4 giai đoạn :.........................................9
-Các hợp phần sơn được dàn trải và phân bố đều trên bề mặt cần sơn............................9
-Nước bắt đầu bay hơi và hạt nhựa tiến vào gần nhau.....................................................9
-Các hạt nhựa trộn vào nhau để tạo thành màng sơn, trong quá trình này do các hạt
nhựa là hệ dầu còn môi trường xung quanh là hệ nước nên khó trộn vào nhau vì vậy
chất hỗ trợ tạo mạng tạo hệ dầu nhỏ sẽ làm cho các hạt nhựa dễ trộn vào nhau.............9
-Nước, PG ( monopropylene glycol), texanol và các phụ gia khác tiếp tục bay hơi và
các sợi nhựa liên kết lại với nhau dưới tác dụng của oxy không khí.............................10
Chiếm từ 10-20 % trọng lượng sơn, tạo cho sơn có gam màu theo ý muốn, đồng thời
góp phần làm tăng tính năng cơ lý của màng sơn. Bột màu sử dụng trong vật liệu sơn
là những hạt mịn có màu sắc khác nhau, không hòa tan mà có khả năng phân tán trong

25