chương :hóa học cao phân tử

• VIII.3. Bột màu
• A. Định nghĩa
• Các bột màu được sử dụng với mục đích:
 Tạo màu sắc và độ mờ đục cho hỗn hợp sơn.
 Tạo ra một số tính chất cần thiết cho sơn như: độ bền ánh sáng, thời tiết và hóa chất


•

Màu sắc của bột màu phụ thuộc chủ yếu vào cấu trúc hóa học của chúng. Việc hấp thụ và
phản xạ các bước sóng khác nhau của ánh sáng va chạm tới bề mặt của chúng sẽ quyết
định màu sắc của chúng.

•

VD: Một bột màu xanh là do chúng phản xạ bước sóng xanh và hấp thụ các bước sóng
khác của ánh sáng trắng tới nó.

•

Màu đen hấp thụ tất các bước sóng tới chúng trong khi đó màu trắng tán xạ và phản xạ
toàn bộ màu các bước sóng tới chúng


•
•

B. Một số bột màu vô cơ tiêu biểu:

•

Dạng tinh thể rutile có thể được tổng hợp từ quặng của TiO2 gọi là quặng rutile. Khi đó
quặng rutile được trộn với than cốc và nghiền nhỏ thành bột. Sau đó được phản ứng với
Cl2 ở nhiệt độ 9000 C tạo thành TiCl4 cùng với các oxit cacbon. TiCl4 là một chất lỏng có
thể được cô đặc và tách khỏi các tạp chất.

Titan dioxit (TiO2): TiO2 có màu trắng tồn tại ở ba dạng tinh thể brookit (không được sử
dụng làm bột màu), anatase (chỉ thỉnh thoảng được sử dụng), rutile (là dạng được sử dụng
phổ biến nhất).


•

0
TiCl4 sau khi tinh chế được làm bay hơi và phản ứng với O2 ở nhiệt độ 1500 C tạo thành
TiO2 và sinh ra Cl2 tái sử dụng vào quá trình trên.

•

TiO2 ngoài có màu trắng bền còn có các tính chất như bền dung môi, hóa chất và nhiệt.


•
•
•
•
•
•

Than đen (C) :là một trong những bột màu cổ điển nhất được sử dụng bởi người nguyên
thủy từ cách đây khoảng 25000 năm.

Bột màu này có độ bền sáng, bền dung môi, bền hóa chất và bền nhiệt cao.
Kích thước hạt của than đen sẽ quyết định cường độ đen của chúng, theo đó hạt có kích
thước càng nhỏ thì càng đen.
0,01-0,015 µm: độ đen cao
0,016-0,035 µm: độ đen trung bình
>0,035 µm: độ đen thấp


•
•
•

Bột màu đỏ:
CdS: Bột màu này có màu sáng, có khả năng chịu dung môi và nhiệt tốt.
Fe2O3: Loại bột màu này được sử dụng trong các bức tranh hang động tìm thấy ở Pháp và
Tây Ban Nha dưới dạng khoáng “hemantit”

•

Fe2O3 có khả năng chịu hóa chất và dung môi, ổn định nhiệt.


•
•
•

VIII.4. Dung môi và chất phụ gia cho sơn
A. Dung môi
Ngoài nước thì hầu hết các dung môi sử dụng trong sơn là các hợp chất hữu cơ có khối
lượng phân tử thấp.

• Các dung môi hữu cơ chia làm 3 loại:
 Hydrocacbon: bao gồm tất cả các dạng béo và thơm
 Dung môi chứa Oxy: Bao gồm dải rộng hơn bao gồm ete, este, xêtôn, rượu.
 Một số ít: bao gồm các hợp chất hydrocabon clo hóa


• Dung môi được sử dụng với các mục đích sau:
 Hòa tan chất tạo màng
 Giảm độ nhớt của hỗn hợp sơn


• Dung môi được lựa chọn cho sơn dựa trên các tiêu chí sau:
 Khả năng hòa tan
 Độ nhớt
 Nhiệt độ sôi
 Tốc độ bay hơi:
 Điểm cháy
 Độ độc
 Gía cả


•
•

B. Phụ gia cho sơn

•
•
•

•
•

Phụ gia phá bọt

Có tác dụng nâng cao hiệu quả sử dụng sơn đồng thời mang lại một số tính chất đặc biệt
cho sơn.
Phụ gia chống nấm mốc
Phụ gia chống lắng
Phụ gia chống cháy
Phụ gia chống ăn mòn


•
•

VIII.5. Cơ chế tạo màng
Để tạo thành màng khô bám dính trên bề mặt của vật liệu cần phủ cần có quá trình chuyển
màng từ dạng lỏng sang dạng rắn.

•
•
•

Có hai cơ chế chủ yếu hình thành màng sơn bao gồm:
Cơ chế vật lý
Cơ chế hóa học


•

•

A. Cơ chế khô vật lý

•

Các polyme sử dụng trong trường hợp này do có KLPT cao nên độ nhớt rất lớn cần phải
hòa tan trong dung môi trước khi sử dụng.

•
•

Những loại màng này được làm khô bằng cách bay hơi dung môi đơn thuần, không kèm
phản ứng hóa học xảy ra. Chất tạo màng thường thường là polyme có khối lượng phân tử
lớn có khả năng tạo thành màng cứng liên tục mà không cần phản ứng hóa học xảy ra.

Sơn khô theo cơ chế vật lý do bay hơi dung môi có thể hòa tan lại trong các dung môi thích
hợp.


•
•

Ưu điểm:
Có khả năng khô trong một dải rộng nhiệt độ, thời gian khô phụ thuộc vào tốc độ bay hơi
dung môi. Điều này cũng đồng nghĩa với việc rằng dù sử dụng trong các điều kiện nhiệt độ
khác nhau nhưng cuối cùng đều thu được màng sơn có tính chất như nhau.


•

•

Nhược điểm:
Do hòa tan trong dung môi nên hàm lượng chất rắt giảm đáng kể, do đó cần thiết phải áp
dụng quét nhiều lớp để đạt được độ dầy màng sơn cần thiết. Điều này làm tiêu tốn thời
gian và tăng chi phí.

•
•

Màng sơn có độ mềm cao
Ví dụ: sơn trên cơ sở chất tạo màng acrylic, vinylacetat…


•
•

B. cơ chế hóa học

•

Khi màng sơn đã khô (đóng rắn) hoàn toàn chúng không có khả năng hòa tan lại trong
dung môi ban đầu.

•

Những loại sơn này trong quá trình tạo màng khô ngoài sự bay hơi của dung môi còn xảy
ra phản ứng hóa học.

Chất tạo màng thường là polyme có khối lượng phân tử thấp có khả năng phản ứng với

nhau để tạo thành màng sơn có khối lượng phân tử lớn


•
•

Ví dụ: phản ứng đóng rắn của nhựa polyuretan (PUR) bằng hơi ẩm trong không khí
Qúa trình phủ màng sơn trên cơ sở nhựa polyuretan lên bề mặt vật liệu cần bảo vệ sau
thời gian tạo thành màng không hòa tan trong dung môi. Cơ chế quá trình này như sau:

•

Giai đoạn 1: hơi ẩm trong không khí khuyếch tán vào trong màng sơn PUR và tấn công các
liên kết NCO tạo thành axit cacbamic:

•

Giai đoạn 2: axit bacbamic không bền dễ dàng tách thành amin bậc nhất và giải phóng
CO2


O
RNCO

H2 O

(1)

R

NH

C

Axit cacbamic

OH

(2)
CO2

R

NH2


•

Giai đoạn 3: Amin bậc 1 tạo thanh có hoạt tính cao dễ dàng tác dụng với nhóm uretan
(NCO-) trong nhựa PUR tạo thành liên kết urê:

R

NH2

O

(3)
RNCO

R

NH

C

NH

R


•

Giai đoạn 4: phản ứng của hợp chất urê với nhóm NCO trong phân tử PUR

O
R

NH

C

O

(4)
NH

R

RNCO

R

NH

C

N

R

R

NH

C

O



•
•

Cơ chế đóng rắn của hệ sơn trên cơ sở nhựa epoxy sử dụng chất đóng rắn polyamin.
Với hệ sơn trên cơ sở chất tạo màng epoxy. Để tạo thành màng sơn cứng và khô trên bề
mặt vật liệu cần bảo vệ cần sử dụng chất đóng rắn. Chất đóng rắn phổ biến nhất là các
polyamin do có ưu điểm là khối lượng phân tử cao nên không bị bay hơi trong quá trình sử
dụng như Dietylentriamin (DETA):

•
•

H2N-(CH2)2-NH-(CH2)2-NH2
Cơ chế đóng rắn được trình bày như sau:



•

Tuy nhiên việc sử dụng chất đóng rắn amin thường có nhược điểm là có thể tạo bề mặt
sơn bị mờ đục do amin dễ hút ẩm, trong môi trường không khí ẩm tạo thành cacbamat:

•

H2O + CO2

•
•

H2CO3 + ~NH2

•
•

~NHCOOH + ~NH2

H2CO3
~NHCOOH + H2O
Axit cacbamic

~NH3OCONH~
Cacbamat


•
•

BT1: Cao su tự nhiên và lưu hóa?chất xúc tiến lưu hóa?vai trò của than đen với cao su

•
•

BT3: Sơn alkyd?Cơ chế đóng rắn của sơn alkyld

BT2: Tìm hiểu phụ gia cho sơn: phụ gia chống lắng, phụ gia chống oxy hóa, phụ gia chống
cháy, phụ gia chống ẩm mốc, phụ gia chống chảy
BT4: Chống lão hóa cho nhựa nhiệt dẻo, nhựa nhiệt rắn