Quy trình và công nghệ sản xuất son alkyd

trang

I.

Giới thiệu về sơn.
1. Khái niệm và các yêu cầu kỹ thuật
1.1.
Khái niệm
Sơn là một hệ phân tán ở trạng thái lỏng bao gồm nhiều thành phần có khả

năng bám dính lên bề mặt của vật liệu trong điều kiện nhất định tạo ra một lớp
màng che phủ để bảo vệ các tính chất của vật liệu dưới tác dụng của các điều
kiện khác nhau của môi trường : nhiệt độ , ánh sáng , áp suất ,ăn mòn…
1.2.
•

Các yêu cầu kỹ thuật

Độ nhớt : sơn phải có độ nhớt thích hợp . Độ nhớt quá cao hay quá thấp đều
ảnh hưởng việc gia công và tính thẩm mỹ của màng sơn , khi độ nhớt cao thì
sẽ khó gia công , còn khi độ nhớt thấp thì màng sơn mỏng , độ che phủ kém .

•

Độ bám dính : sơn phải bám dính được trong môi trường ẩm , bền trong môi
trường nước , bền ở mọi nhiệt độ khác nhau , bền trong hóa chất , xăng dầu ,
nước biển … Sức căng bề mặt sản phẩm và sơn càng tốt thì tuổi thọ sơn càng dài
.

•

Thời gian khô : phụ thuộc vào cấu tạo của sản phẩm dày hay mỏng , hình
dáng phức tạp hay đơn giản , ở nơi thoáng gió hay kín gió , nơi có nhiều ánh
sáng hay bóng râm …Tuy nhiên ở bất cứ môi trường nào , sơn phải có tốc độ
khô vừa phải . Nếu khô quá nhanh màng sơn sẽ bị chảy , kém bóng ,dễ bị bụi
bẩn bám vào .

[Type text]

Page 1


Màu sắc : màng sơn phải nhẵn , bóng , đẹp và bền màu theo thời gian . Sơn

•

phải có sự đồng đều về màu sắc , màu sắc phải giữ được bền lâu , chống
nhiệt độ cao , độ ẩm , nước , môi trường hóa chất.
Độ cứng và độ bền va đập : sơn chất lượng tốt phải có độ cứng cao. Đối với

•

các loại sơn dùng trong động cơ và máy móc có độ rung lớn , đòi hỏi sơn
phải chịu được lực rung động đó.
Độ bền uốn và độ đàn hồi : màng sơn luôn chịu tác dụng của khí quyển , độ

•

ẩm , độ nóng lạnh của môi trường do đó màng sơn phải có độ co dãn thích
hợp để không bị phá vỡ hay rạn nứt .
Các phương pháp tạo thành màng sơn

2.

2.1.

Cơ chế khô vật lý

Khi lượng dung môi trong sơn bay hơi hết , để lại một màng sơn khô bám
dính trên bề mặt sản phẩm , ta gọi đó là hiện tượng khô vật lý . Các loại sơn khô
theo cơ chế này : sơn nitroxenlulo , sơn clovinyl , sơn cao su …
2.2.
Cơ chế khô hóa
a. Phản ứng oxy hóa

học

Quá trình tạo màng sơn của loại này phân làm 2 bước : bước một dung môi
bay hơi hết , bước hai phản ứng trùng hợp oxi hóa tạo thành màng sơn rắn chắc
, bền . Các loại sơn khô theo cơ chế này : sơn alkyd , sơn silicon, sơn bitum
b.

Phản ứng đóng rắn

Sự tạo thành màng sơn của loại này nhờ vào chất đóng rắn . ví dụ : sơn
epoxi, sơn poli amin …
c.

Phản ứng nhớ nhiệt độ cao

[Type text]

Page 2


Quá trình tạo thành màng sơn của loại này phải qua sấy mới tạo ra phản
ứng trùng hợp . Ví dụ: sơn alkyd gốc amin, sơn silicon…
Các thành phần cơ bản của sơn

3.

3.1.

Nhựa dung trong sơn

Khái niệm

a.

Nhựa là thành phần cơ bản của màng sơn , có thể tan trong dung môi hữu cơ
không tan trong nước .Khi hòa tan nhựa trong dung môi hữu cơ , quét lên bề
mặt sản phẩm, dung môi sẽ bay hơi hình thành màng cứng trong suốt .

Vai trò của nhựa

b.

Liên kết giữa các phân tử bột màu , bột độn , phụ gia với nhau và giữ

•

chúng lại trên màng sơn. Chuyển chúng từ dạng rời sang dạng liên kết.
Tạo màng sơn đồng nhất sau khi khô và đóng rắn.

•

Làm cho sơn bám dính vào bề mặt vật liệu.

•

Phân loại nhựa

c.

Nhựa thiên nhiên :


•

Hổ phách : là loại nhựa màu vàng hoặc màu nâu đỏ có thể hòa

tan trong dầu thông .Hổ phách dùng để chế tạo sơn dầu , màng sơn bóng ,
cứng đàn hồi .
•

Cánh kiến : là mủ của một loại côn trùng qua quá trình gia công

tinh luyện mà thành .
•

Nhựa bitum : bitum đã được dùng rất lâu đời .Bitum là chất rắn

hoặc bán rắn , khi gia nhiệt sẽ nóng chảy thành chất lỏng .Bitum tan trong

[Type text]

Page 3


các dung môi như dầu thông , benzen , chịu nước , chịu hóa chất tốt , dùng
để chế tạo sơn chống ăn mòn cho kim loại và gỗ.
Tùng dương : là loại nhựa thiên nhiên được sử dụng nhiều nhất

•

và lâu đời nhất .Tùng dương thu được từ mủ cây thông sau khi chưng cất
dầu thông .Tùng dương có màu vàng nhạt đến màu đen , không hòa tan
trong nước nhưng có thể hòa tan trong dầu , kiềm và dung môi hữu cơ.
Nhựa tổng hợp : hiện nay công nghiệp sơn dùng rất nhiều nhựa



tổng hợp để chế tạo sơn như :
Nhựa phenol formaldehit hòa tan trong rượu : nhựa

•

chỉ hòa tan trong cồn (rượu etilic) , không hòa tan trong hỗn hợp dầu ,
chịu acid ,kiềm . Khi hòa tan trong cồn , quét lên sản phẩm sẽ hình thành
màng mỏng cứng , dòn có thể sơn trang trí thiết bị hóa chất , nhưng công
dụng không rộng rãi.

Nhựa phenol formaldehit hòa tan trong dầu : là chất

•

rắn trong suốt , chịu acid , chịu kiềm , chịu nước, chịu khí hậu và cách
điện. Khi hòa tan với dầu chẩu , chế tạo sơn chịu nước , chịu acid , chịu
kiềm ,là chất chống ăn mòn kim loại rất tốt . Nhựa được sử dụng rộng rãi.
Nhựa phenol formaldehit tùng hương: nhựa có thể hòa

•

tan trong dầu , dung môi dầu mỏ .Nhựa có tùng dương , hàm lượng nhựa
phenolformaldehit chiếm 15-35% . Nhựa có tính năng tốt của nhựa
phenolformaldehit như chịu kiềm , chịu nước , cách điện , tính năng tốt
hơn ester tùng hương .
Nhựa alkyd : cho sơn có độ bóng cao , độ bám dính

•

chắc tốt , chịu ánh sáng , đàn hồi tốt , bền khi dùng ngoài trời.
[Type text]

Page 4


Nhựa amin :nhựa gốc amin có màu sắc nhạt .Cần phải

•

gia nhiệt mới tạo thành màng , màng bóng , cứng , chịu nước , chịu kiềm ,

nhưng màng sơn dòn , vì thế không sử dụng đơn độc , thông thường phải
pha chế nó với các loại nhựa khác như nhựa alkyd , nitro xenlulozo..
thành sơn sấy có tính năng bảo vệ tốt .
Nhựa epoxi : có tính bền hóa học rất tốt , bám dính tốt

•

, có thể gắn chắc bề mặt giữa các vật liệu , ngoài ra còn có tính năng chịu
mài mòn và cách điện tốt .Nhựa epoxi là loại nhựa chống ăn mòn hóa học
tốt , được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sơn .
Nhựa poli este: công nghiệp sơn thường dùng hai

•

loại : một loại nhựa poliester không bão hòa là hợp chất cao phân tử của
acid bậc 2 không bão hòa với rượu bậc 2, loại còn lại là giữa acid bậc 2
bão hòa và rượu bậc 2.
Loại nhựa vinyl: nhựa vinyl dùng trong công nghiệp

•

sơn rất ít , bởi vì nó chịu ánh sáng , chịu nhiệt không tốt , hòa tan trong
dung môi kém , vì vậy độ bám chắc kém khi tạo màng. Dùng nhựa
clovinyl và nhựa axetat vinyl để điều chế nhựa poli clovinyl axetat . Độ
hòa tan của nhựa này được cải tiến hơn rất nhiều so với nhựa poli
clovinyl , chịu ăn mòn hóa học và chịu nước tốt , có thể dùng để chế tạo
sơn chống ăn mòn . Căn cứ vào tỉ lệ cảu clo vinyl và axetat vinyl mà chế
tạo các loại nhựa quy cách khác nhau , nếu tỉ lệ axetat vinyl lớn có thể
làm tăng độ hòa tan của nhựa này với các loại nhựa khác và với dung môi
: độ bám chắc , độ hòa tan được nâng cao , nhưng tính trang trí của loại

nhựa này không tốt .
[Type text]

Page 5


Nhựa acrylat:là loại nhựa tổng hợp mới . Nhựa acrylat

•

có nhiều tính năng quý như không biến màu , chịu ánh sáng chịu khí hậu ,
chịu ăn mòn hóa học …
Nhựa sillicon : nhựa sillicon chịu nhiệt rất

•

cao(2500C) , cách điện tốt , chống ẩm ướt , chịu ăn mòn hóa học , chịu
khí hậu tốt , dùng để chế tạo sơn chịu nhiệt sơn cách điện.
3.2.
a.

Dung môi
Khái niêm

Dung môi là chất lỏng dễ bay hơi dùng để hòa tan chất tạo màng . Sau khi
màng đóng rắn toàn bộ dung môi bay hơi , không lưu lại trên màng.
b.
•
•

Các yêu cầu của dung môi

Hòa tan hoàn toàn chất tạo màng.
Có tốc độ bay hơi nhất định( không quá nhanh hoặc quá chậm) , và không để
lại mùi gì ở sơn.

•

Dung môi phải trung tính và ổn định, ít độc hại , khó cháy nổ , giá rẻ và
không quá hiếm.

•

Nhiệt độ sôi của dung môi chỉ nên vào khoảng 50-2000C, vì nếu quá cao thì
dung môi sẽ khó bốc hơi ra khỏi màng sơn.

•

Yêu cầu về liều lượng dung môi không được nhiều quá , làm sao để dung
dịch chất tạo màng có đủ độ nhớt để sơn phủ một lớp mỏng , đều và không
quá mỏng cũng không quá đặc lên bề mặt vật liệu cần sơn .

•

Không nên dùng loại dung môi dễ bay hơi , cần có thời gian để cho chất tạo
màng phân bố lên đều toàn mặt sơn.
c.

[Type text]

Nguyên tắc nựa chọn dung môi

Page 6


Khi lựa chọn dung môi , thông thường phải dùng khái niệm tham số hòa tan
để phán đoán năng lực hòa tan của dung môi đối với nhựa . Tham số độ hòa tan
của dung môi (δ ) được xác định theo công thức Hansen’s như sau :
δ2 = δ 2 + δ 2 + δ 2
d

p

h

Trong đó :
Δ : tham số hòa tan của dung môi .
δ : lực phân tán .
d

δ : lực hút hydro .
h

δ : lực hút tĩnh điện .
p

Bảng 1.1 Thông số hòa tan của dung môi theo Hansen’s [4]
Dung môi

Thông số hòa tan (MJ)0,5m-1,5/2,04

δ
d

δ
p

δ

δ

h

Toluen

8,8

0,7

1,0

8,9

o-Xylene

8,7

0,5

1,5

8,8

Methyl ethyl ketone

7,8

4,4

2,5

9,3

Methyl isobutyl ketone

7,5

3,0

2,0

8,4

Isophorone

8,1

4,0

3,6

9,7

Ethyl acetate

7,7

2,6

3,5

9,1

n- Butyl acetate

7,7

1,8

3,1

8,5

Ethylene glycol monoethyl ether acetate

7,8

2,3

5,2

8,7

Isopropanol

7,7

3,0

8,0

11,5

n-Butanol

7,8

2,8

7,7

11,4

Ethylene glycol monoethyl ether

7,9

4,5

7,0

11,5

Ethylene glycol monobutyl ether

7,8

2,5

6,0

10,2

Nước

7,6

7,8

20,7

23,4

Sau khi ta có được thông số hòa tan của dung môi , ta đem so sánh với
thông số hòa tan của nhựa .Nếu hai thông số này chênh lệch nhau càng ít thì
khả năng hòa tan càng cao.
Bảng 1.2 Thông số hòa tan của nhựa [4]

[Type text]

Page 7

Loại nhựa

Thông số hòa tan (δ) (MJ)0,5m-1,5/2,04)

Alkyd trung bình

9,4

Polybutadiene

8,6

Butylated urea formaldehyde

10,1

Cao su Cloren

9,4

Epoxy bisphenol A

10,9

Nitroxenlulose

11,5

Phenolic

11,5

Polyacrylonitrile

15,4

Polyethylen

7,9

Polymethyl methacrylate

9,5

Polystyren

9,1

Silicone (polydimethyl)

7,3

Polytetrafluorethylen

6,2

Polyvinyl acetate

9,4

Polyvinyl clorua

9,7

Khi lựa chọn dung môi tốc độ bay hơi của dung môi cũng là một
thông số rất quan trọng . Nếu như tốc độ bay hơi của dung môi rất chậm , công
nghệ sản xuất dài, gây nên sự cố về sơn , tốc độ bay hơi nhanh làm cho sự lưu
động màng sơn kém , màng sơn không bằng phẳng … Tốc độ bay hơi của dung
môi còn liên quan đến phương pháp gia công sơn , khi quét tốc độ bay hơi chậm
, khi phun tốc độ bay hơi nhanh .
Bảng 1.3 Tốc độ bay hơi của dung môi [1]
Công thức hóa học

Tỉ trọng (200C)

Điểm sôi (0C)

Tốc độ bay
hơi

CH COCH
3

CH COOC H
3

2

3

720

0,886

70-80

525

0,870

34-94

435

0,809

77-82

465

0,791

70-79

205

0,766

109-111

195

3 2

CH COC H
3

2

C H OH

5

5

C H CH
6

59,60

5

CH COOCH(CH )

2

0,793
3

5

[Type text]

3

Page 8


CH COOCH (CH )(C H )
3

2

3

2

(CH ) CHCH COCH
3 2

2
4

180

0,802

112-119

145

0,876

119-127

100

0,811

116-119

45

0,862

127-159

68

0,862

130-145

63

0,980

145-230

6

9

C H OH
4

105-127

3

CH COOC H
3

0,858

5

9

C H (CH )
6

4

3 2

CH COOC H
3

5

11

CH CH(OH)COOC H
3

4

9

Chú thích : tốc độ bay hơi lấy Butyl acetat làm tiêu chuẩn 100 , tính ra số
liệu của các dung môi khác .
d.

Những chú ý khi sửu dụng dung môi

Hầu hết các dung môi đều độc , hơi của chúng rất hại cho đường hô hấp ,
hại đến máu và có tác dụng vào da, vì thế khi tiếp xúc phải chú ý . Ở nơi làm
việc , nồng độ cho phép bay hơi của một vài loại dung môi trong không khí là :
Bảng 1.4 Nồng độ cho phép của dung môi [9]
Dung môi

Nồng độ cho phép (mg/lít)

Aceton

0,2

Dầu xăng loại 2

0,3

Benzen

0,1

White spirit

0,3

Rượu metylic

0,03

Rượu etylic

1,0

Ete etylic

0,3

Toluen

0,1

Dầu thông

0,3

Ngoài ra dung môi là chất dễ cháy , hơi của chúng có thể kết hợp với
không khí thành những hỗn hợp nổ nên cần phải bảo quản tốt , sử dụng cẩn
thận.

[Type text]

Page 9


Chất pha loãng

3.3.
a.

Khái niệm: chất pha loãng chủ yếu làm loãng thể tích của sơn , đạt đến
độ nhớt sử dụng , có tác dụng hòa tan nhựa

b.
•
•
•
•

Hòa tan được nhựa.
Làm loãng thể tích của sơn giúp sơn đạt đến độ nhớt sử dụng.
Giá thành rẻ hơn dung môi.
Tốc độ bay hơi phải nhanh hơn dung môi.
c.

•

Tính chất cảu chất pha loãng

Những chất pha loãng thường sử dụng

Chất pha loãng sơn gốc Nitro: etyl axetat, butyl axetat, butilic, benzen,
toluen, xilen, axeton.

•
•
•
•

Chất pha loãng sơn Clovinyl: butyl axetat, toluen,xilen, axeton
Chất pha loãng sơn gốc Amin: xilen, butilic.
Chất pha loãng sơn Acrylat: ester rượu, benzen.
Chất pha loãng nhựa Alkyd: dầu thông, xăng, xilen, có thể dùng cho sơn
Alkyd.

3.4.
a)

Bột màu

Khái niệm

Bột màu là thành phần quan trọng tạo màu cho màng sơn.Bột màu là chất rắn
có độ hạt rất nhỏ , không hòa tan trong dầu hoặc dung môi . Bột màu là chất rắn

có độ hạt rất nhỏ , không hòa tan trong dầu hoặc dung môi .Bột màu được mài
nghiền đồng đều với chất làm dẻo ,có tác dụng che phủ bề mặt , chống xuyên
thấu của tia tử ngoại làm cho màng sơn có màu , chịu nước , chịu khí hậu , nâng
cao độ cứng , độ mài mòn , kéo dài tuổi thọ màng sơn…
[Type text]

Page 10


b)
•

Chức năng của bột màu

Chức năng quang học: bột màu với kết hợp với chất tạo màng quyết định
tính phủ, màu và độ bóng của sơn.Chính bột màu hấp thụ và phản chiếu các
bước sóng tạo cho sơn có màu sắc như mong muốn, mang tính thẩm mỹ cao

•

Chức năng bảo vệ: bột màu làm tăng tính năng ổn định của sơn , độ cứng bề
mặt, độ dẻo ,khả năng chống bám bụi , mài mòn, tăng độ bám dính và các
khả năng bảo vệ khác .

•

Chức năng tăng cường: việc lựu chọn đúng bột màu sẽ làm tăng nhiều tính
chất cho sơn như tính đàn hồi, khả năng chịu mài mòn mà không cần giảm.
c)

i.

Phân loại bột màu
Bộ màu vô cơ: là muối và phức của kim loại đa hóa trị . Màu vô cơ có
đặc điểm là không tan mà chỉ phân tán trong chất tạo màng và dung môi .
Độ đa dạng và độ sáng của màu kém . Tuy nhiên độ bền nhiệt và môi
trường của màu vô cơ rất cao .Màng sơn pha màu vô cơ có độ truyền suốt
kém.
Bột màu vô cơ thiên nhiên thường có kết cấu thô, màu sắc không
tươi , chúng có độ bền ánh sáng tốt và cho màng sơn có độ đục cao , độ
bền hóa chất rất cao.
Bột màu vô cơ tổng hợp có kết cấu mịn hơn , do đó dễ phân tán
hơn trong môi trường sơn , tính ổn định ánh sáng và độ đục tốt , có nhiều
màu từ nhạt đến đậm .
Bảng 1.5 Thành phần và tính chất của bột màu vô cơ [1]

Loại màu
Màu trắng

Số thứ tự
1

Thành phần
TiO

Tính chất
-Che phủ thể hiện màu mạnh, chịu ánh sáng , chịu nhiệt ,

2

chịu kiềm , chịu acide loãng , không biến màu , dễ bột hóa .

[Type text]

Page 11


-Che phủ , thể hiện màu mạnh , chịu kiềm tốt không chịu
acide không chịu khí hậu dễ bột hóa , tính chất không giống
2

ZnS+BaSO

TiO2.
4

-Thể hiện màu mạnh , tính chống gỉ tốt không biến màu ,
không bột hóa , chịu nhiệt tốt , che phủ kém hơn TiO2 , ZnS
+BaSO4.

Màu vàng

3

ZnO

1

PbC O
2

-Che phủ tốt , thể hiện tính màu , chịu khí quyển , chịu ánh

4

sáng kém , độc , tỉ trọng lớn .
-Thể hiện màu mạnh , chịu ánh sáng , chịu nhiệt , chịu kiềm
2

CdS

, không chịu acide , dễ bột hóa , che phủ kém PbCrO4.
-Che phủ , thể hiện màu tốt , chịu ánh sáng , chịu kiềm , rẻ ,
màu không đẹp.

3

Bột vàng có Fe O

1

HgS

2

Màu đỏ

3

-Màu rõ rệt đẹp ,rất ổn định , không biến màu , độc , tỉ

trọng lớn, đắt .
-Che phủ , thể hiện màu xanh , chịu ánh sáng , chịu nhiệt

Màu xanh

2

CdS ,CdSe

độ cao , đắt.

1

KFe[Fe(CN) ]

-Thể hiện màu tốt , chịu khí hậu, chịu acide , không chịu

6

kiềm .
2

(Al NaSiOCr)

-Màu đẹp chịu ánh sáng , chịu nhiệt độ , chịu kiềm , che

2

Na SO
2

Màu xanh

1

phủ kém , không chịu acide.
4

KFe[Fe(CN) ]+ZnC

-Màu đẹp , chịu ánh sáng tốt, không chịu kiềm , che phủ

6

lục

rO

không tốt.
4

-Chịu ánh sáng , chịu nhiệt , chịu kiềm , chịu acide .
2
Cr O
2

Màu đen

1

3

Cacbon

-Che phủ tốt , thể hiện màu mạnh . Rất ổn định , chịu nhiệt ,
không biến màu , tỉ trọng nhỏ .

Màu kim

1

loại

ii.

Bột đồng kẽm Al

-Màu đẹp rất ổn định , chịu tia tử ngoại , chịu nhiệt , không
chịu nước , chống gỉ .

Bột màu hữ cơ: : là các hợp chất hữu cơ hoặc phức của chúng . Nó có khả
năng tan trong dung môi thích hợp .Tính đa dạng và độ sáng cao. Tuy

[Type text]

Page 12


nhiên kém bền trong các môi trường khí hậu nhiệt đới so với màu vô cơ ,
màng sơn pha màu hữu cơ có độ truyền suốt cao hơn so với màu vô cơ.

Các loại màu hữu cơ thông dụng trong sơn Alkyd :


Đỏ Toluidin : một loại hợp chất hữu cơ có tên là thuốc nhuộm azo ,
không tan trong nước . Bột màu Toluidin được dùng rộng rãi , có màu
đỏ nhạt , tươi , sức phủ tốt , có độ ổn định cao với ánh sáng . Tuy
nhiên khi phối trộn với các loại bột màu khác, nhất là bột màu trắng
tính ổn định màu của nó bị giảm đi . Bột màu có cấu tạo hóa học như
sau
OH

NO2
HC

3

N

N

Màu sắc của bột màu có thể thay đổi bằng cách thay đổi điều kiện phản
ứng . Do độ ổn định màu tốt nên Toluidin đỏ được dùng làm sơn trang trí bên
ngoài . Nó có thể chịu được nhiệt độ 1800C trông thời gian ngắn . Do đó có thể
dùng cho các loại sơn đóng rắn nóng . Nhưng khi kéo dài thời gian sử dụng ở
nhiệt độ cao, Toluidin sẽ bị biến màu nghiêm trọng .
Đỏ Toluidin tan trong dung môi thơm , tan ít trong rượu và các loại dung
môi thẳng , có độ bền axit và kiềm tốt nên được ứng dụng làm sơn chịu hóa chất
, không độc và có thể dùng thay thế crom chì .

[Type text]

Page 13




Đỏ Pyrazolone : thuộc họ màu diazo , độ cho màu cao , có màu đỏ
tươi có tính trong suốt và chịu nhiệt tốt , có khả năng chống mất màu
hơn nhóm họ màu mono azo , khả năng chịu hóa chất tốt , màu sắc
bền ánh sáng kém .



Vàng hansa : là một dẫn xuất của nhóm bột màu azo , và có màu từ
vàng da cam cho đến vàng nhạt . Khi dùng riêng có độ ổn định ánh
sáng tốt, nhưng độ ổn định này giảm khá nhanh khi trộn với bột màu
trắng . Nó có độ đục nhỏ nhưng vì không độc nên được dùng để thay
thế chì Cromat trong một số trường hợp như sơn đồ chơi trẻ em . Bột
màu hansa tan trong dung môi thơm , xeton và este nhưng tan ít trong
dung môi thẳng . Vì vậy được dùng phổ biến trong các loại sơn trang
trí , có cấu tạo tiêu biểu như sau :

CH3
CO
H3 C

N

N

CH
CO
NH



Bột màu xanh da trời ( green Phthalocyanine) : có màu từ xanh da trời
đến xanh lá cây . Nó được dùng rất nhiều trong sơn ,có sức nhuộm
màu và độ đục lớn , chịu ánh sáng rất tốt . Thuộc loại bột màu không
độc và ổn định đến 5000C , nó bền với hầu hết các loại hóa chất trừ

[Type text]

Page 14


acid mạnh . Không tan trong hầu hết các dung môi dùng trong công
nghiệp sơn do đó không bị loãng . Do có tính ổn định cao nên bột màu
Phthalocyanine green có thể dùng trong tất cả các hệ sơn trang trí và
công nghiệp .

Bảng 1.6 So sánh tính chất của màu hữu cơ và vô cơ [5]
Tính chất

Màu hữu cơ

Màu vô cơ

Sáng

Mờ

Khác nhau

Thường cao

Khả năng thể hiện màu

Cao

Thấp

Tính mờ đục

Thấp

Cao

Khả năng chịu dung môi

Khác nhau

Rất tốt

Khả năng chịu hóa chất

Thường là tốt

Khác nhau

Khác nhau

Thường cao

Khó

Dễ

Màu sắc
Chịu sáng và thời tiết

Ổn định nhiệt
Khả năng phân tán

d)
•

Các yếu tố cần thiết khi chọn bột màu

Mức độ mịn của bột màu , bột màu càng mịn màng sơn càng bền nhưng
không nên quá mịn vì sẽ hao phí nhiều bột màu.

•

Khả năng che phủ của bột màu (là số gam bột màu/ 1m2 bề mặt sơn ) . Cần
làm sao để khả năng phủ càng lớn nghĩa là tốn ít bột màu , muốn thế bột màu
không nên quá mịn và phải nhẹ.

•
•

Bột màu phải có màu sắc và độ bền màu đối với tác dụng của tia tử ngoại .
Khả năng phòng gỉ của bột màu, độ bền của nó với khí quyển và môi trường
xung quanh

•

Độ ngấm dầu của bột màu càng bé càng tốt , căn cứ vào độ ngấm dầu ta xác
định lượng dầu cần phải dùng . Thực tế lượng dầu cần dùng gấp đôi độ ngấm
dầu.

[Type text]

Page 15


Chất độn

3.5.
a.

Khái niệm : là chất màu trắng hoặc không có màu , không thể hiện màu
,độ che phủ kém .Bột độn là nguyên liệu rẻ tiền , dễ kiếm.chất độn cho
vào sơn làm tăng độ dày màng sơn , nâng cao độ cứng , chịu mài mòn ,
chịu nước, và đặc biệt là làm giảm giá thành của sơn.

b.


Phân loại : có 2 loại chất độn sử dụng phổ biến trong sơn đó là :

Chất độn tự nhiên : là các loại đá , khoáng được khai thác trong tự nhiên và
được nghiền mịn



Chất độn tổng hợp: thu được từ quá trình hóa học .
Bảng 1.7 Thành phần và tính chất của bột độn như sau [1]

Số thứ tự

Thành phần

Tính chất

1

BaSO

Chịu acide , chịu kiềm , chống tia tử ngoại, làm màng sơn cứng, tỉ
4

trọng lớn, dễ kết tủa , dùng làm mattít,sơn lót , sơn chịu acide.
2

CaCO

Không hòa tan trong nước ,dễ bị nước hấp phụ.dùng làm sơn
3

lót ,mattit.
3

3MgO SiO H O
4

2

Chống bột màu kết tủa , chịu nước chịu mài mòn . Dùng làm

2

mattit , sơn lót.
4

CaSO H O
4

Hấp thụ nước mạnh. Dùng rất ít cho sơn lót, mattit.

2

Ngoài ra còn có bột chống gỉ : không thể hiện màu trang trí , nhưng có
màu và độ che phủ tốt , có tính năng chống gỉ tốt , để phòng cho kim loại bị ăn
mòn , kéo dài thời gian sử dụng vật liệu.
Bảng 1.8 Công dụng , thành phần và tính chất bột màu chống gỉ [1]
Số thứ tự
1

Thành phần

Pb O
3

Tính chất và công dụng
-Là chất chống gỉ tốt nhất trên bể mặt sắt thép, độ che phủ tốt, dùng

4

làm sơn lót chống gỉ , rất độc.
2

ZnCrO

-Là chất chống gỉ tốt nhất trên bề mặt nhôm ,Magie, cũng có thể
4

dùng cho sắt thép .Tính chống gỉ tốt .Dùng chủ yếu chống gỉ cho
kim loại nhẹ.
3

Ba(BO )

-Là chất chống gỉ loại mới. Tính chống gỉ tốt , chống mốc , chống

2 2

hà , chống bột hóa , chịu nhiệt …có thể thay thế Pb3O4 . Không độc

[Type text]

Page 16


, dùng cho sơn chống gỉ , sơn chống mốc ,sơn chịu nhiệt.

3.6.

Chất phụ trợ khác

Những chất phụ trợ khác trong sơn không phải là chất tạo màng chủ yếu ,
nhưng chọn và sử dụng chính xác chất phụ trợ có ảnh hưởng rất lớn đến chất
lượng màng sơn. Có rất nhiều loại chất phụ trợ , tùy theo tác dụng của nó mà phân ra
các loại :
a.

Chất làm khô: Là chất làm tăng tốc độ khô của màng sơn . Chất làm khô
thường dùng là chất oxi hóa và muối kim loại như cooban, mangan , chì ,
… và các chất hữu cơ có thể xà phòng hóa của chúng.

b.
•

Chất trợ nhớt và chất chống lắng

Chất trợ nhớt: có tác dụng làm tăng độ nhớt của sơn nhằm tránh hiện tượng
chảy khi sử dụng sơn trên bề mặt thẳng đứng . Ngoài ra , nó còn có tác dụng
trong việc chống lắng các thành phần trong sơn . Chất trợ nhớt thường sử
dụng là silica.

•

Chất chống lắng: là hợp chất dạng giống như chất hoạt động bề mặt , có thể
lên kết các thành phần phân tán trong sơn để tránh hiện tượng lắng .Một số
chất chống lắng thông dụng: stearat kẽm , stearat nhôm.
c.

Chất trợ phân tán

Hợp chất này cũng là một dạng chất hoạt động bề mặt , có tác dụng làm tăng
độ phân tán giữa các thành phần của sơn làm cho màng sơn đồng nhất hơn
.Hiện nay có một số chất trợ phân tán hiệu quả rất cao như BYK A905
d.

Chất bảo vệ UV

[Type text]

Page 17


Màng sơn khi sử dụng ngoài trời thường bị tác dụng của tia tử ngoại làm
gãy mạch polyme và phân hủy màu, làm cho màng sơn giòn, bong rộp ,nhạt
màu theo thời gian sử dụng . Và hợp chất bảo vệ UV ( như BYK A305) có khả
năng hấp thụ tia UV để tránh hiện tượng trên .
Phụ gia chống vi sinh

e.

Các phụ gia chống vi sinh chủ yếu là các chất có tính độc hại , được sử
dụng để đưa vào sơn nhằm mục đích bảo vệ màng sơn tránh khỏi sự tấn công

của vi sinh vật như rong tảo , hà. Các loại sơn này thường sử dụng trong ngành
vận tải đường sông , biển và chống rong mốc. Một số phụ gia phổ biến như
:CuO, CuCl,Hg O, hợp chất gốc phenol.
2

II.

Giớ thiệu về nhựa alkyd
1.

Khái niệm và phân loại nhựa alkyd
1.1.

Khái niệm

Alkyd là loại polyme được tổng hợp bằng phản ứng trùng ngưng giữa polyol
với polyacid và được biến tính bằng dầu thực vật.
1.2.

Phân loại
1.2.1.

•
•

Phân loại nhựa alkyd theo hàm lượng dầu

Alkyd gầy: hàm lượng dầu chiếm <40%, được sử dụng làm chất hóa dẻo .
Alkyd trung bình : có hàm lượng dầu chiếm 40-50% ,được sử dụng làm chất
hóa dẻo và chất dẻo lớp.

•

Alkyd béo : có hàm lượng dầu chiếm >50% , được sử dụng làm chất tạo
màng.
1.2.2.

[Type text]

Phân loại theo loại dầu nấu nhựa alkyd

Page 18


a.

Nhựa Alkyd khô

Khi tổng hợp loại nhựa này người ta dùng dầu khô để biến tính . Dầu khô là
các loại dầu như : dầu trẩu , dầu lanh ,dầu đanh ,dầu thầu dầu khử nước . Khi
đưa dầu khô vào thì quá trình đóng rắn xảy ra nhanh hơn màng sơn cứng và độ
bóng cao nhưng màng bị hóa vàng do trong dầu chứa một lượng lớn các acide
béo không no.
b.

Nhựa Alkyd khô

Khi tổng hợp loại nhựa này người ta dùng dầu khô để biến tính . Dầu khô
là các loại dầu như : dầu trẩu , dầu lanh ,dầu đanh ,dầu thầu dầu khử nước . Khi
đưa dầu khô vào thì quá trình đóng rắn xảy ra nhanh hơn màng sơn cứng và độ

bóng cao nhưng màng bị hóa vàng do trong dầu chứa một lượng lớn các acide
béo không no.
2.

Các tính chất cơ bản của nhựa alkyd
2.1.

Ưu điểm

Alkyd là một trong những chất tạo màng tốt cho sơn vì :
•
•
•
•
•

Nhựa alkyd có độ ổn định cao , tránh được hiện tượng keo tụ .
Tính bám dính và độ nhớt của sơn alkyd thích hợp để làm chất tạo màng .
Giá thành thấp.
Sơn có tính đàn hồi tốt, có độ bóng cao, tính bền ngoài trời tốt .
Sơn từ nhựa alkyd thường có độ bền lâu, tính mềm dẻo , bền nhiệt.
2.2.

•

Nhược điểm

Giữ màu kém , chịu nước không tốt.

[Type text]

Page 19


•

Độ bền với sơn alkyd đối với kiềm , ester, và ceton còn kém . Để khác phục
hiện tượng này người ta còn biến tính nhựa alkyd bằng cách pha thêm các
loại nhựa khác để tạo được nhiều tính năng khác nhau.
3.

Phương pháp tổng hợp nhựa alkyd :
Phương pháp rượu hóa : ( phương pháp 1 giai đoạn)

3.1.

Đây là phương pháp phổ biến nhất .
o

Chuyển hóa monoglyceride: là phản ứng trao đổi ester giữa dầu và
glyceride để tạo monoglyceride dưới xúc tác của Pb2+( PbO)

2 CH-OH

CH2-OOCR

CH2-OOCR

CH2-OH

+

PbO

CH-OOCR

3 CH-OH

220-230C
CH2-OH

CH2-OOCR

CH2-OH

R là các gốc của acide béo . Lượng xúc tác PbO dùng càng ít càng để ta
thu được nhựa alkyd có màu sáng . Để nhận biết được điểm dừng của
phản ứng ta thử độ tan của hỗn hợp trong rượu.
o

Phản ứng trùng ngưng :đây là giai đoạn monoglycerite tác dụng với
anhydricphtaleic ở nhiệt độ dưới 1700C để tránh hiện tượng AP
thăng hoa làm giảm hiệu suất phản ứng tạo monoglycerite.

Phản ứng:
o

Monoglycerite + Anhydricphatleic → Monoester .

CH2

OOCR

+

CH-OH
CH2

O

OH

[Type text]

OOCR

C
O
C

3

CH-OH

<170C
CH2

O
o

CH2

Phản ứng đa tụ tạo alkyd :
Page 20

OH


Phản ứng đa tụ tạo alkyd là phản ứng cân bằng được tiến hành ở nhiệt độ
220-2300C, cần phải lấy H O ra để tăng hiệu suất cho phản ứng. Thường
2

dùng xylen để tạo hỗn hợp đẳng phí với H O để lôi cuốn hơi nước ra bên
2

ngoài . Tỷ lệ xylen/nước =4/1 về khối lượng.
RCOO CH2
HO

H2C

CH

O

H2C

O C

O

COOH

CH
H2C

O

O

C

C

O

+ H2O

o
220-230 C

n

Phương pháp acide hóa : ( 2 giai đoạn)

3.2.

Tiến hành tách acide béo từ dầu thảo mộc. Vì vậy ta không cần quá
trình acol hóa dầu.
Các nguyên liệu để tổng hợp nhựa alkyd được cho vào nồi phản
ứng cùng 1 lúc bao gồm : rượu đa chức , AP , acide béo. Tiến hành

tổng hợp theo ở nhiệt độ 200-2500C.

Bảng 2.2 So sánh 2 phương pháp rượu hóa và acide hóa
Phương pháp rượu hóa

Phương pháp acide hóa

-Dùng trực tiếp dầu thực vật để nấu nhựa alkyd.
- Quá trình nấu nhựa được thực hiện trong 1 thiết bị
phản ứng .

dùng acide đó để nấu nhựa .
Quá trình tách dầu và nấu nhựa

-

-Sản phẩm không đồng nhất.
-Thời gian nấu lâu.

Tách acide béo từ dầu thực vật ,

-

dùng 2 thiết bị khác nhau.
Sản phẩm đồng nhất hơn.

-

Quá trình phản ứng tạo nhựa

-Giá thành thấp hơn.

alkyd diễn ra nhanh hơn .
-

III.

Quy trình công nghệ

[Type text]

Page 21

Giá thành cao .


Lập luận để chọn lựa quy trình công nghệ

1.

Về phương pháp tổng hợp nhựa alkyd ta có 2 phương pháp đó là rượu
hóa và

acide béo . Ở đây ta chọn phương pháp rượu hóa với các lý do

sau đây :
Do nguyên liệu dầu thầu dầu khử nước của ta có độ đồng nhất cao

•

( 87% là acide linoleic) và đã qua quá trình xử lý nên chắc chắn nhựa
alkyd tổng hợp bằng phương pháp rượu hóa vẫn có độ đồng nhất cao như
phương pháp acide béo .
•

Trên thị trường hiện nay, nhà cung cấp vẫn có loại acide béo triết xuất từ
dầu thầu dầu khử nước ( Dehyrated castor oil fatty acide) nên nếu muốn
tổng hợp nhựa bằng phương pháp acide béo thì ta có thể nhập trực tiếp
loại này để tổng hợp nhựa mà không cần tốn thêm thiết bị và mặt bằng
phân xưởng để tách acide béo, nhưng khi đó nhựa tổng hợp ra sẽ có giá
khá cao so với khi ta tổng hợp nhựa bằng dầu thầu dầu khử nước. Do đó
ta khó mà cạnh tranh với các loại nhựa alkyd khác trên thị trường .
Về quy trình sản xuất có 2 quy trình đó là quy trình sản xuất liên tục và

gián đoạn với các ưu nhược điểm của từng quy trình như sau :
1.1.

Quy trình sản xuất liên tục
Ưu điểm :


•
•
•
•

Chiếm diện tích mặt bằng ít hơn so với quy trình sản xuất liên tục.
Bảo dưỡng máy móc thiết bị dễ .
Thời gian nấu 1 mẻ nhựa ngắn.
Chiều cao dây truyền sản xuất vừa phải .

[Type text]

Page 22


•
•


Tiết kiệm nhiên liệu .
Thích hợp với quy mô sản xuất vừa và nhỏ.

Nhược điểm :
•
•

Khối lượng mẻ nấu nhỏ .
Muốn đạt được năng suất cao phải hoạt động liên tục 24/24 giờ.

1.2.

Quy trình sản xuất gián đoạn
Ưu điểm


•
•
•

Thích hợp quy mô sản xuất lớn.
Khối lượng nhựa 1 mẻ nấu lớn.
Năng suất lớn.
Nhược điểm :



Hao tốn nhiên liệu để gia nhiệt lại cho mẻ nấu sau .

•

Thời gian nấu 1 mẻ nhựa dài.

•

Bảo dưỡng máy móc thiết bị khó.

•

Chi phí đầu tư thiết bị cao.

•

Chiếm diện tích mặt bằng lớn.

•

Chiều cao của dây truyền sản xuất lớn.

•

Với công xuất tổng hợp nhựa là 900 tấn / năm thì thích hợp với quy trình nấu
liên tục.
Để tổng hợp nhựa alkyd được dễ dàng ta chọn tổng hợp nhựa alkyd béo với
hàm lượng dầu chiếm khoảng 55% .
2.

Quy trình tổng hợp nhựa alkyd trên cơ sở dầu thầu dầu khử nước
PbO

[Type text]

Page 23


Glyerin
Dầu
cân

Tạo monoglyxerit(2300C)
thử độ tan
Tạo monoeste
Đa tụ tách nước (2300C)
Chuẩn CA
Làm nguội
Hoà tan
AP
cân
XYLEN
Xylenvà H2O

CA>30
CA<30
cân

cân

không đạt
Giảm nhiệt (1700C)
Lọc nhựa
Bồn chứa nhựa

[Type text]

Page 24


3.

Quy trình công nghệ sản xuất sơn :
Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất sơn alkyd bằng phương

3.1.

pháp nghiền phân tán :

Giải thích quy trình công nghệ :

3.2.
•

Giai đoạn 1 : pha loãng .

Trước tiên cho 20% khối lượng White Spirite , toàn bộ khối lượng Al
Stearat , BYKA 905 và 40 % khối lượng nhựa Alkyd vào nồi công tác , khuấy ở
tốc độ 1200- 1500 vòng/ phút trong khoảng thời gian 5 đến 10 phút .
•

Giai đoạn 2 : tạo paste nghiền .

Cho toàn bộ khối lượng các chất độn và 98% khối lượng paste màu vào
nồi công tác . Khuấy đều cho đến khi tạo thành 1 hỗn hợp đồng nhất .
•

Giai đoạn 3 : nghiền .

Paste nghiền được bơm vào máy nghiền hạt ngọc liên tục để thực hiện
quá trình phân tán những tập hợp hạt độn bền vững như BaSO và làm đồng đều
4

kích thước hạt độn , đồng thời làm cho các hạt độn và paste màu phân tán đều
trong môi trường nhựa và dung môi . Cuối quá trình nghiền ta thu được paste
bán thành phẩm .
•

[Type text]

Giai đoạn 4 : chỉnh màu và độ nhớt .

Page 25