Tổng quan về sơn alkyd và ứng dụng thực tiễn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG
MƠN CƠNG NGHỆ SƠN VÀ LỚP PHỦ BỀ MẶT

TIỂU LUẬN

SƠN ALKYD
NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
GVHD: T.S Nguyễn Vũ Việt Linh
Nhóm 5

HCM – 2020


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG
MƠN CƠNG NGHỆ SƠN VÀ LỚP PHỦ BỀ MẶT

TIỂU LUẬN
SƠN ALKYD

NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
GVHD: T.S Nguyễn Vũ Việt Linh
Nhóm 5

HCM – 2020


LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay ngành công nghiệp sơn ngày càng phát triển và mở rộng quy mơ trên tồn
thế giới, thật vậy, nhu cầu sử dụng sơn của con người ngày càng tăng, nếu như vài năm

trước đây, người ta dùng sơn để bảo vệ bề mặt vật liệu tránh các tác nhân gây hại từ bên
ngồi, thì hiện tại sơn cịn là một sản phẩm giúp trang trí và góp phần làm tăng vẻ đẹp
của sản phẩm, vật liệu. Do đó, con người ln nghiên cứu và cải tiến, phát triển ngành
công nghiệp sơn, để phục vụ tốt nhất có thể nhu cầu của người dân, đồng thời góp phần
phát triển nền kinh tế của quốc gia.
Trong các loại sơn, có thể nhận thấy Alkyd là cái tên thường thấy trong đời sống
thường ngày lẫn trong các ngành công nghiệp, bởi lẽ, giá thành của nó tương đối rẻ, đàn
hồi, bền, đẹp, mau khơ và có khả năng dính chặt cao, đáp ứng được nhu cầu và thị hiếu
của mọi người đó cũng là lý do nhóm em chọn đề tài này. Bài tiểu luận “SƠN ALKYD”
của nhóm gồm 4 nội dung chính sau:





Chương 1: Tổng quan về sơn Alkyd
Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp tổng hợp sơn Alkyd
Chương 3: Sản xuất và phương pháp kiểm tra sơn Alkyd
Chương 4: Ứng dụng của sơn Alkyd trong thực tiễn.

Trong q trình hồn thành bài, nhóm em khó tránh khỏi thiếu sót và khiếm khuyết.
Rất mong cơ nhận xét, góp ý giúp bài tiểu luận được hồn thiện nhất. Nhóm em xin gửi
lời cảm ơn và lời chúc sức khỏe chân thành nhất đến cô.

3


MỤC LỤC

4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SƠN ALKYD
1.1.

Giới thiệu chung

Alkyd là loại polymer được tổng hợp bằng phản ứng trùng ngưng giữa polyol với
polyacid và anhydride của chúng, sau đó được biến tính bằng dầu thảo mộc. Các Alkyd
ban đầu là hợp chất của glycerol và phthalic anhydride được gọi là glyptal.

Tên gọi Alkyd là ghép của hai chất rượu và nhóm chức acid. Trên thực tế, Alkyd được
ứng dụng trong ngành sơn khi sử dụng một hỗn hợp các chất phản ứng là acid béo đơn
chức của dầu béo cùng với acid hữu cơ đa chức và rượu đa chức.

Bản chất ứng dụng của Alkyd phụ thuộc chính vào hàm lượng phần trăm của dầu béo
hoặc acid béo có trong Alkyd, cịn gọi là độ béo của Alkyd.
1.2.

Lịch sử hình thành

Từ xa xưa, điện lực đóng vai trị vơ cùng quan trọng trong kinh tế lẫn sự phát triển của
thế giới, các nhà khoa học ln nổ lực tìm kiếm và phát minh ra những loại polymer có
khả năng cách điện ngày càng tốt, góp phần phát triển cho điện lực.
Lần đầu tiên vào năm 1927 Kienle đã tìm ra Alkyd, bằng cách kết hợp acid béo và các
ester không bão hịa. Cái tên Alkyd chính là được ghép bởi “AL” trong polyhydric
alcohols và “KYD” polybasic acids.

5

Thời gian sau đó khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, người ta đã biến tính vào
phản ứng tạo Alkyd bằng các loại dầu thảo mộc hoặc các acid béo đơn chức. Chính điều
này đã cải tiến được tính năng của Akyd và phạm vi ứng dụng của Alkyd trong ngành
công nghiệp các chất phủ bề mặt.
1.3.

Phân loại sơn Alkyd

Sơn Alkyd có hai cách để phân loại:
•

Phân loại theo kiểu rượu đa chức và acid đa chức tổng hợp thành Alkyd:
+ Glyphtal: kết hợp giữa glycerol và phthalic anhydride, nó hịa tan tốt trong dung
+

mơi nhưng tạo màng sơn kém chất lượng.
Pentaphtalic: kết hợp pentaerythriol và phthalic anhydride tạo ra màng sơn cứng

và bền.
• Phân loại theo hàm lượng % dầu thảo mộc (acid béo) biến tính có trong Alkyd:
+ Alkyd gầy: Dầu chiếm < 45%. Alkyd gầy khô được dùng làm sơn lót và sơn lót
nhanh khơ. Sau khi gia cơng thành màng sơn, màng này có thể giữ được độ bóng,
giữ màu, cứng, chịu mài mịn, chịu được nhiều môi trường tốt hơn sơn đi từ nhựa
Alkyd béo. Alkyd gầy không khô chũ yếu được sử dụng trong sơn nitrocellulose
hoặc kết hợp với một số nhựa tạo màng khác làm sơn sấy, sơn đồ gỗ NC… có chất
+

lượng cao hơn Alkyd thơng thường.
Alkyd trung bình: Dầu chiếm 45 - 55%. Alkyd trung bình khơ sử dụng cho ứng

dụng cơng nghiệp xe như lớp lót và lớp bên trong. Loại khơng khơ thường được

+

dùng như là chất hóa dẻo trong sơn nitrocellulose.
Alkyd béo: Dầu chiếm 56 - 70%. Alkyd béo thường được ứng dụng làm sơn phủ
lớp ngoài, trang trí các bề mặt kim loại, gỗ… Chúng được sử dụng rộng rãi trong
sơn bóng khơng màu.
Alkyd biến tính từ dầu béo cùng với nhựa thông để sản xuất nhựa Alkyd Glyphtal
và Pentaphtalic làm sơn dầu và sơn sấy Alkyd Amino, v.v…

6


1.4.

Tính chất

Alkyd có màu vàng đến nâu tùy thuộc vào loại dầu và kỹ thuật trong quá trình thực
hiện tổng hợp.
Alkyd có thể tan trong các dung mơi hữu cơ có độ phân cực trung bình như xylene,
toluene, xăng, dầu hỏa…
Dung dịch Alkyd 50% trong xylene có độ nhớt 1800 ÷ 2800 (cP), có khả năng tạo
màng tốt, bám dính trên các bề mặt gỗ, thép…
Độ bền của Alkyd trong môi trường tự nhiên khá tốt, kém bền trong các loại dung
mơi, kém bền kiềm.
Alkyd béo có khả năng khơ trong khơng khí khi có các chất làm khơ.
Alkyd cịn có thể biến tính được với các nhựa khác (như phenolic, styren, vynyl
toluen, monome acrylic, polyurethane…) khi dùng để sản xuất ra nhiều chủng loại sơn,
nhằm phục vụ cho nhiều ngành nghề, lĩnh vực khác nhau trong nền kinh tế quốc dân.

7


CHƯƠNG 2: TỔNG HỢP ALKYD
2.1.

Nguyên liệu tổng hợp Alkyd

2.1.1.

Polyol

Khi sử dụng polyol có độ chức càng cao khả năng tạo mạch nhánh và mạch không
gian càng lớn, nhựa dễ bị gel trong quá trình tổng hợp.
Polyol sử dụng để tổng hợp Alkyd thường là loại có độ chức f ≥ 3.
a) Glycerol (glycerides)

Cơng thức cấu tạo:
f=3

Với 1 nhóm (-OH) ở vị trí α ở dạng tự do, khơng tham gia phản ứng, làm giảm mức
độ phân nhánh của nhựa, dẫn đến giảm độ cứng cũng như độ bền nước của màng. Alkyd
làm từ glycerol có độ tan và độ đồng nhất tốt hơn các loại còn lại.
Glycerol thường được sử dụng trong công nghệ sản xuất Alkyd bởi giá thành rẻ, trạng
thái lỏng dễ thao tác cũng như nhiệt độ sôi cao dễ dàng thực hiện trong phương pháp
dung môi hay nóng chảy…
b) Penthacrithytol

Cơng thức cấu tạo:

f=4

Sau glycerol, Penthacrithytol được sử dụng phổ biến để điều chế Alkyd do có 4 nhóm
(-OH) ở vị trí  nên khả năng phản ứng cao hơn, đồng thời cũng tạo ra gel hóa nhanh. Do
đó Penthacrithytol thường được sử dụng để sản xuất nhựa Alkyd béo vì Alkyd béo cần độ
bền và khơ.
Màng Pentaphtal so với màng Glyphatal về độ cứng, bền nước, ánh sáng lẫn chịu khí
quyển là hơn hẳn nhưng giá thành khá cao và dễ bị gel hóa nên ít được sử dụng hơn
glycerol.
8


c) Sorbitol

Công thức cấu tạo:
f=6

Bột Sorbitol được tạo ra bởi sự hydro hóa xúc tác của D-glucose và có sẵn dưới dạng
một tinh thể tự do chảy và như các dung dịch nước. Sorbitol có đặc tính dịng chảy tuyệt
vời, đảm bảo trộn đều, hiệu quả kinh tế tương đương với glycerol nhưng glycerol có độ
hịa tan tốt hơn nên người ta vẫn ưu tiên sử dụng glycerol.
2.1.2.

Polyacid và Anhydric của chúng

Một số polyacid thơng dụng (thường là có độ chức f = 2)
a) Phthalic acid

Các đồng phân của phthalic acid

f=2

Vì quá trình tiến hành ở nhiệt độ cao, acid hịa tan kém trong alcohol, dễ bị gel hóa
nên việc sản xuất alkyd từ acid phtalic là khó, vì vậy trên thực tế người ta không sử dụng
phương pháp này để tổng hợp Alkyd.
b) Maleic acid

Công thức cấu tạo:
f=2

9


c) Anhydric phthalic (AP)

Công thức cấu tạo:

Anhydric phthalic (C8H4O3) được sản xuất từ Naphtalen hoặc o-xylene. Thường được
sử dụng để tăng hiệu quả và rút ngắn thời gian tổng hợp, màng phủ trên Alkyd được tổng
hợp với AP có độ cứng cao và cấu trúc chặt chẽ.
d) Anhydric maleic (AM)

Công thức cấu tạo:

AM có khả năng phản ứng lớn, nếu thay AP bằng AM thì thời gian càng được rút
ngắn, màu của nhựa cũng đẹp hơn, tăng độ nhớt, nâng cao chất lượng của sơn, khuynh
hướng gel hóa cũng tăng và tạo nên màng giịn.
Mặc dù vậy, trong cơng nghiệp, người ta vẫn ưu tiên sử dụng AP vì giá thành chấp
nhận được, giảm lượng nước tạo ra, do có vịng thơm nên có độ bền cao và độ bóng cao.
2.1.3.

Dầu thảo mộc

Dầu thảo mộc là triglyceride giữa glycerol và acid béo có cơng thức chung:
CH 2 COOR 1
CH

COOR 2

CH 2 COOR 3 với R1, R2, R3 là các acid béo

Dầu thảo mộc được ép từ các loại nhân của các hạt thực vật. Sau khi sấy và tinh chế
có chứa 99% dầu, 0.2÷0.5% acid béo tự do cịn lại là nước, cặn vơ cơ và một ít là protein.
Các acid béo khơng no chủ yếu trong dầu thảo mộc:
•
•

Acid có ba nối đơi:
+ Acid Linolenic: CH3CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH(CH2)7-COOH
+ Acid Eleostearic: CH3-(CH2)3-CH=CH-CH=CH-CH=CH-(CH2)7-COOH
Acid có hai nối đơi:
10


•

Acid Linoleic: CH3-(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOH
Acid có một nối đơi:
+ Acid Oleic: CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH
+ Acid Ricinoleic: CH3-(CH2)4-CH2-CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOH

+

OH
a) Tính chất của dầu

Bảng: Đặc trưng của các loại dầu
% Acid béo trong dầu
Loại

Tên

% Dầu

dầu

dầu

trong hạt

Khô

Lino-

Linole-

Eleo-

Ricin-

leic

noic

stearic

oleic

80

Loại no

Trẩu

42 - 38

12,5

-

-

Lanh
Perila
Hồ

36 - 37
36 - 51

4,5
4

52
53

23
23

8,3
12

65

10

78

4

7

14 - 25

32

52

2

8

27 - 35

39

46

10

-

83

4

11

Cao su

40 - 45

11 - 29

20 - 26

Dừa

-

5

đào
Đậu
nành
Hướng
dương
Olive

Không

Oleic

5 - 12

5

9 – 12
94

khô

Ve
48 - 60
9
83
3
Dầu nhẹ hơn nước và không tan trong nước, có thể hịa tan trong ete, benzen,

clorofom, xăng…
Khi có tác dụng của kiềm xảy ra phản ứng xà phòng hóa tạo thành glycerol và muối
của acid béo.

11


Khi gặp acid và men, hoặc đun lâu ở nhiệt độ cao cũng bị phân hủy tạo thành glycerol
và acid béo tự do.
Khi đun nóng dầu bị giãn nở nên trọng lượng riêng bị giảm xuống. Cứ tăng 1 oC thì
trọng lượng riêng giảm xuống 0,0007 (g/cm3). Nhiệt độ bùng cháy của dầu trong khoảng
190 - 235oC.
Dầu bị oxy hóa bởi oxy tạo thành andehyde và sản phẩm hóa khác.
b) Chỉ số Iode (CI)

Chỉ số Iode là số gam iode phản ứng với nối đơi có trong acid béo của 100g dầu.
Iode phản ứng dễ dàng với nối đơi có trong acid béo của dầu bằng phản ứng cộng. Ý
nghĩa của chỉ số iode là thể hiện lượng nối đôi có trong dầu thực vật.
c) Phân loại dầu

Nối đơi của dầu thảo mộc có tác dụng làm khơ màng sơn từ Alkyd bằng phản ứng
trùng hợp dưới tác dụng của Oxygene khơng khí. Dựa vào tính chất này và CI người ta
phân dầu ra làm 3 loại:
+

Dầu có CI > 130: dầu khô - là những loại dầu thảo mộc có khả năng tạo một màng
liên tục khi quét một lớp mỏng. Ví dụ: thầu dầu khử nước, trẩu, lanh… Sử dụng để

+

tổng hợp Alkyd béo.
Dầu có CI = 90 ÷130: dầu bán khơ - là dầu thảo mộc có khả năng trùng hợp
oxygene nhưng chậm hơn và không khô hồn tồn, do đó nó khơng được dùng

riêng để làm chất tạo màng mà chỉ dùng phối hợp với dầu khô nhưng vẫn đạt chỉ
số CI tổng thể >130 để có thể tổng hợp Alkyd béo . Ví dụ: đậu nành, thầu dầu,

+

hướng dương, cao su... Sử dụng để tổng hợp Alkyd trung bình.
Dầu có CI < 90: dầu khơng khơ - là dầu thảo mộc khơng có khả năng tham gia
phản ứng trùng hợp oxygene, Ví dụ: dừa, phộng, oliu... Sử dụng để tổng hợp
Alkyd gầy.

12


2.1.4.

Các thành phần khác trong sơn Alkyd

a) Chất xúc tiến

Naphthanate cobalt: được tổng hợp từ acid naphthanic với oxyde cobalt. Sau đó được
hồ tan trong xylene (nồng độ 10%). Hố chất này có tác dụng hấp thụ oxygene khơng
khí và giải phóng oxygene dạng gốc, xúc tiến q trình làm khô màng sơn bằng phản ứng
trùng hợp.
Octoate coban: được tổng hợp từ octoic acid và oxyde cobalt. Có tác dụng tương tự
như naphthanate cobalt, tồn tại dạng dung dịch 10% trong xylene. Hai chất trên làm khơ
mặt ngồi của màng sơn và được gọi là dung dịch Co2+.
Octoate chì và octoate mangan: tồn tại dạng dung dịch 10% trong xylene. Có tác dụng
làm khơ mặt trong của màng sơn.
b) Chất che phủ

Chất che phủ mang lại độ che phủ cho màng sơn. Khả năng che phủ của chúng được
thể hiện bằng độ che phủ: khối lượng chất sử dụng có thể che phủ hết một đơn vị diện
tích. Độ che phủ phụ thuộc vào bản chất hố học và hình dạng chất che phủ.
Các chất che phủ thông dụng được sắp xếp theo chiều giảm dần về độ che phủ như
sau: TiO2> ZnO > CaCO3.
c) Chất trợ nhớt và 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. Ngồi ra, nó cịn 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 liên kết
các thành phần phân tán trong sơn để tránh hiện tượng lắng. Một số chất chống lắng
thông dụng: stearat kẽm, stearat nhôm.
d) Màu

Màu được sử dụng khi pha vào sơn để tạo màu cho sơn. Có hai loại màu cơ bản là
màu hữu cơ và màu vô cơ:
+

Màu vô cơ: là muối hoặc phức của các kim loại đa hố trị. Màu vơ cơ có đặc điểm
là không tan mà chỉ phân tán trong chất tạo màng và dung môi. Độ đa dạng và độ
13


sáng của màu kém. Tuy nhiên độ bền nhiệt và môi trường của màu vô cơ rất cao,
+

giá thành thấp… Màng sơn pha màu vơ cơ có độ truyền suốt kém.
Màu hữu cơ: là các hợp chất hữu cơ hoặc phức của chúng. Nó có khả năng tan

trong dung mơi thích hợp.
e) Chất độn
Độn có mục đích chủ yếu là làm tăng khối lượng riêng cho sơn và giảm giá thành.
Một số trường hợp nó làm tăng độ nhớt và một số tính năng khác của màng sơn như tính
chất màng sơn, khả năng thi cơng, kiểm sốt độ lắng… Một số loại độn thường dùng là
CaCO3, MgSO4…
f) 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. Hiện nay có một số chất
trợ phân tán hiệu quả rất cao như BYK A905.
g) Chất bảo vệ UV

Màng sơn khi sử dụng ngoài trời thường bị tác dụng của tia tử ngoại làm gãy mạch
polymer 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 BYKA 305) có khả năng hấp thụ tia UV để tránh hiện
tượng trên.
h) Phụ gia chống vi sinh

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 các 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: Cu2O, CuCl, Hg2O, hợp chất gốc phenol...
i) Dung mơi

Dung mơi có tác dụng giúp cho sự phân tán của các thành phần trong sơn và tạo độ
nhớt thích hợp thuận tiện cho việc sử dụng. Các u cầu chủ yếu của dung mơi là:
+ Có khả năng phân tán các thành phần trong sơn tốt.
+ Có tốc độ bay hơi phù hợp với công nghệ sơn.
+ Tính độc hại khơng cao.

+ Khả năng tự bắt cháy thấp.
+ Giá thành phù hợp.
14


Trong một số trường hợp người ta trộn các dung môi lại với nhau để tạo được hỗn hợp
dung môi có khả năng đáp ứng những yêu cầu trên. Đối với sơn alkyd, dung môi sử dụng
chủ yếu mang gốc hữu cơ như: dầu lửa, xăng, xylene, toluene…
2.2.

Phương pháp tổng hợp Alkyd

2.2.1.

Phương pháp acid béo

Đây là phương pháp đi từ acid béo, phương pháp này thực hiện phản ứng nhanh, thao
tác dễ dàng, xây dựng đơn phối liệu linh động, sản phẩm có tính năng kỹ thuật tốt như:
Trọng lượng phân tử đồng đều, độ cứng, bền va đập, bền nước, chịu mơi trường… Song
có nhược điểm là ngun liệu đầu vào có giá thành cao, khó tìm, kiểm sốt q trình thực
hiện phản ứng khó. Sản phẩm có giá thành tương đối cao.
Phản ứng hoá học xảy ra như sau:
O

O

C

C

O

O

C

C

O
n

CH 2

OH

CH

OH

CH 2 OH

O

CH 2

OH
n RCOOH
OH
n RCOOH

CH

CH 2 OH
n 1

n

CH 2 OH
CH

CH 2

n 1

CH 2 OH

CH 2 OH
COOR O
O
CH COOR O
O
C
C
O
CH 2 O
C

CH 2 OH
(3 n 1) H 2O
CH OH

O
(3 n 1) H 2O
CH OH
CH 2
C
O
CH 2
n

n

15


Thay glycerol bằng penta erythrytol phản ứng như sau:
O

O

C

C
O
C
O

O
+
C
O

n

CH 2OH
CH 2OH
+ HOH2C C CH 2OH + (n+1) RCOOH
HOH2C C CH 2OH + (n+1) RCOOH
CH 2OH
CH 2OH
n

n +1

CH 2OH
O
O
CH 2OH
O
O
RCOO CH 2 C CH O C
C O
RCOO CH 2 C CH2 O 2C
C O CH2
CH 2OH
CH 2OH

2.2.2.

n

Phương pháp rượu hóa

n +1

CH 2OH
CH 2OH
CH2 C CH 2OH + 3 n H2O
C CH 2OH + 3 n H2O
CH 2OH
CH 2OH
n

a) Giai đoạn 1: Alcol phân

Trigliceride của dầu sẽ chuyển hóa ester với polyol dưới tác dụng của PbO.

Thực hiện phản ứng này ta phải dùng xúc tác như: oxyt, muối của kim loại chuyển
tiếp, hydroxyt, muối của kim loại kiềm. Trong thực tế thường dùng các oxyt, muối của
Pb. Phản ứng sinh ra nước ở nhiệt độ cao dễ gây hiện tượng sôi trào. Lượng xúc tác dùng
càng ít càng tốt để nhận được Alkyd có màu sáng, bền nước và bền kiềm. Khi cân bằng
đạt được, hỗn hợp phản ứng bao gồm: Dầu dư, Monoglyxeride, Diglyxeride, Glycerol dư,
song hợp phần chủ yếu của quá trình là α-monoglyxeride.
Điểm dừng phản ứng là hỗn hợp tan tốt trong rượu (3 phần methanol hoặc 4 phần
ethanol).

16


Lượng xúc tác có ảnh hưởng lớn đến phản ứng Alcol phân. Nếu lượng xúc tác nhỏ,
tốc độ phản ứng xảy ra rất chậm, không tạo ra được nhiều hợp phần α- monoglyxeride,
làm khả năng phản ứng của nguyên liệu (Dầu, Glycerol, Anhydride phthalic) với nhau

kém.
Nếu lượng xúc tác còn dư lại, trong khi đó cân bằng của phản ứng đã đạt được. Xúc
tác sẽ tác dụng với Anhydride tạo muối kim loại gây ảnh hưởng cho phản ứng sau này.
•

b) Giai đoạn 2: Thực hiện phản ứng ester hóa

Phản ứng monoesther (trừng ngưng)
Monoglyceride sẽ phản ứng với polyacid tạo monoesther.

(2)

Đây là phản ứng tỏa nhiệt, ∆H khoảng -8 ÷ -10 (kcal/kmol). Khi tổng hợp mẻ lớn >
100 (kg) cần lưu ý giải nhiệt cho phản ứng.
Phản ứng thường kéo dài 1 giờ. Thời điểm dừng của phản ứng là AP tan hết và khơng
có hiện tượng AP thăng hoa bám trên thành bình cầu.
•

Phản ứng đa tụ tạo Alkyd
(3)

Đây là phản ứng cân bằng, cần phải lấy H 2O ra để tăng hiệu suất cho phản ứng.
Thường dùng xylene để tạo hỗn hợp đẳng phí với H 2O để lơi cuốn hơi nước ra ngồi. Tỷ
lệ xylene/nước = 4/1 về khối lượng.
Thời điểm dừng của phản ứng là chỉ số acid CA của mẫu tổng hợp < 30.
•

Các phản ứng phụ có thể xảy ra:
+ Phản ứng đóng vịng nội phân tử của sản phẩm ở phản ứng (2) khi nhiệt độ cục bộ
là lớn hơn 240oC. Phản ứng này làm trọng lượng phân tử của Alkyd giảm.

17


+

Phản ứng oxy hóa, trùng hợp nối đơi có trong dầu khi nhiệt độ > 230 oC. Phản ứng
này làm tăng lượng mạch nhánh của sản phẩm, M P tăng có thể tạo mạng khơng

+

gian làm sản phẩm bị gel.
Khi độ chức của các tác chất f ≥3, phản ứng tạo mạng không gian dễ xảy ra làm
gel sản phẩm. Do đó, Alkyd gầy khó nấu hơn Alkyd béo.

Q trình polyester hóa có thể tiến hành ở dạng nóng chảy hay dạng dung dịch. Khi ở
dạng nóng chảy, q trình được tiến hành ở nhiệt độ 200 – 250 oC và kèm theo sự nhiệt
phân mạnh các ester của phthalic acid tổn thất nhiều AP. Điều đó gây khó khăn cho việc
nhận được Alkyd có acid thấp và sáng màu.
Khi thực hiện giai đoạn 2 ở dạng dung dịch với dung môi trơ (xylene…) người ta
nhận được Alkyd đồng nhất và sáng màu hơn. Dung môi tạo với nước thành hỗn hợp
đẳng phí nên dễ tách ra. Trong trường hợp này các chất phản ứng khơng bị hóa nhiệt,
trong bình phản ứng sinh ra hơi dung môi trơ bao trùm khoảng khơng của bình phản ứng,
do đó loại bỏ khả năng bị gel hóa.
Màng sơn nhận được từ Alkyd tổng hợp trong mơi trường dung mơi thì đóng rắn
nhanh hơn, cứng hơn và ít thấm nước hơn màng được tổng hợp ở dạng nóng chảy. Điều
này được giải thích là do tăng hàm lượng AP trong Alkyd và giảm lượng hydroxyl tự do.
Tuy nhiên phương pháp dung dịch đòi hỏi thiết bị phức tạp hơn, lượng nhiệt tiêu hao
nhiều hơn so với phương pháp nóng chảy.
Ở giai đoạn ester hóa, q trình phản ứng có thể kiểm tra bằng sự thay đổi nhóm

carboxyl tự do khi trùng ngưng thơng qua xác định chỉ số acid và độ nhớt. Thông thường
trị số acid phải nhỏ hơn 15.
•

Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp rượu hóa:
+ Ưu điểm: khơng phải tách acid béo mà có thể dùng trực tiếp dầu thực vật, tiến
+

hành cả hai giai đoạn trong một thiết bị phản ứng.
Nhược điểm: thời gian dài, khó kiểm tra chính xác điểm kết thúc.

18


CHƯƠNG 3: SẢN XUẤT VÀ PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA SƠN ALKYD
3.1.

Quy trình sản xuất sơn Alkyd béo từ dầu

lanh
3.1.1.

Nhập liệu

Trước khi sử dụng, dầu lanh được làm sạch bằng cách để lắng trong bồn tách tạp chất.
Dầu lanh và glycerol từ bồn chứa bơm lên thùng định lượng rồi chảy vào nồi nấu
nhựa theo lượng đã tính.
3.1.2.

Nấu monoglyceride

Gia nhiệt, mở cánh khuấy, mở nước qua thiết bị ngưng tụ. Khi đạt 180 oC thì cho PbO
vào từ từ để thúc dẩy khả năng phản ứng và tránh sự sôi trào khi cho xúc tác vào cùng lúc
với một lượng lớn. Tiếp tục gia nhiệt đến 230oC để tăng tốc độ phản ứng chuyển hóa
monoglyceride.
3.1.3.

Đa tụ và tách nước

Duy trì nhiệt độ 230oC trong khoảng 3 giờ, xác định điểm dừng của phản ứng bằng
cách lấy một ít mẫu thử hịa tan vào trong methanol theo tỷ lệ 1:3. Nếu mẫu thử bị hịa
tan hồn tồn thì mở nước làm nguội, hạ nhiệt độ hỗn hợp xuống 170oC trong khoảng 1
giờ để hỗn hợp ổn định. Cho AP vào từ từ và sục khí trơ N 2 để đuổi oxy nhằm tránh phản
ứng phụ (tạo phản ứng truyền mạch không mong muốn) và duy trì nhiệt độ này khoảng 2
– 3 giờ cho AP tan hết và tránh sự thăng hoa của AP. Sau đó nâng nhiệt độ lên 230 –
240oC là nhiệt độ thích hợp cho phản ứng trùng ngưng, đồng thời tách nước ra khỏi hỗn
hợp bằng cách cho xylene vào thùng định mức và đưa vào nồi từ từ để tách nước do phản
ứng sinh ra (cho một phần xylene bằng 3% khối lượng hỗn hợp). Hỗn hợp đẳng phí
xylene - nước qua thiết bị ngưng tụ và hoàn lưu xylene trở lại nồi nấu nhựa.
Tiếp tục duy trì nhiệt độ 230 - 240 oC khoảng 5 - 6 giờ đến khi độ nhớt và chỉ số acid
đạt yêu cầu (nhỏ hơn 20) thì ngừng gia nhiệt. Trong thực tế sản xuất thường dùng tay kéo
nhựa thành sợi dài 1 m là đạt yêu cầu.

19


3.1.4.

Pha loãng

Mở nước làm nguội đến 150oC và xả qua nồi pha loãng, mở khuấy, mở nước vào thiết
bị ngưng tụ, làm nguội đến 70oC, cho xylene từ thùng chứa vào nồi pha loãng để pha
loãng nhựa thành dung dịch đặc có hàm lượng nhựa khoảng 70%.
Glycerine, dầu
lanh

20


Xylene
PbO

Gia nhiệt
Pha loãng
Tổng hợp monoglycerit
Lọc

T = 1700C

T = 230oC

Sản phẩm nhựa
alkyd

Thử hịa tan trong methanol
Khơng đạt
Sơ đồ sản xuất sơn Alkyd béo từ dầu lanh
Đạt

AP

Xylene

T = 1700C

Giảm nhiệt

T = 2400C

Đa tụ

Thử độ nhớt

Không đạt

Đạt

Giảm nhiệt

21

T = 700C

Xylene
+ H2 O


3.2.

Phương pháp kiểm tra

Các sản phẩm nhựa Alkyd có thể ứng dụng được cho việc sản xuất sơn Alkyd công
nghiệp. Phải đạt các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu:
Màu sắc
< 10 gardner
Độ nhớt
130 – 200 giây
Chỉ số acid
≤ 22 mgKOH/g
Hàm lượng chất không bay hơi
= 60 ± 2%
3.2.1
Phương pháp xác định màu sắc chất lỏng
(TC 3.1 - 2002/PPT.NL - STH)
a) Dụng cụ

Ống nghiệm thuỷ tinh KT 1,7×1,5×15cm: 2 chiếc.
Mẫu chất lỏng cần kiểm tra, mẫu chất lỏng chuẩn.
b) Tiến hành
+ 1 ống nghiệm đựng mẫu chất lỏng cần kiểm tra.
+ 1 ống nghiệm đựng mẫu chất lỏng chuẩn để so sánh.
+ Để 2 ống nghiệm sát nhau và so màu. Màu của chất lỏng cần kiểm tra phải giống
+
+

+

như màu của mẫu chất lỏng chuẩn.
Muốn cho việc so sánh được chính xác, thỉnh thoảng nên đổi chỗ theo vị trí khác
nhau.

3.2.2

Phương pháp xác định độ nhớt bằng dòng

chảy
(TC 3.3 - 2002/PPT.NL - STH)
a) Dụng cụ

Phễu đo độ nhớt FC4
Nhiệt kế
Đồng hồ bấm giây
b) Tiến hành
0
+ Đưa mẫu và phễu đo về nhiệt độ 30 C. Mẫu thử nghiệm phải không có bọt khí.
+
+
+

Giá đỡ phễu được đặt thăng bằng. Bịt đáy phễu và rót mẫu từ từ vào phễu để tránh
tạo bọt khí đến khi mẫu tạo thành một mặt cong hoặc vừa tràn ra mép phễu. Dùng
+

đũa thuỷ tinh gạt qua mép phễu.
Thời gian chảy của mẫu qua phễu được tính từ khi mẫu bắt đầu chảy đến khi dòng

+

chảy bắt đầu đứt đoạn và được đo bằng đồng hồ bấm giây.
Chênh lệch nhiệt độ cho phép ± 10C.

22


3.2.3

Phương pháp xác định chỉ số acid

(TC 3.4 - 2002/PPT.NL - STH)
Phương pháp xác định acid là số lượng mgKOH dùng để trung hoà acid dư trong 1g
nhựa Alkyd.
a) Dụng cụ - hóa chất

Cân kỹ thuật
Buret chuẩn độ
Bình tam giác chuẩn
Phenolphthalien
Dung dịch chuẩn KOH 0.1N
Hỗn hợp dung môi cồn - xylen 1 : 1
b) Tiến hành
+ Cân khoảng 1 - 2g mẫu nhựa Alkyd đưa vào bình chuẩn độ và pha loãng bằng 40 +
+
+
+
+
+

50ml hỗn hợp cồn - xylen, sau đó đun nhẹ hoặc ngâm trong nước nóng và lắc để
+

hoà tan hoàn toàn mẫu.

Thêm vào 2 - 3 giọt Phenolphthalien và tiến hành chẩn độ bằng dung dịch KOH
0.1N. Khi mẫu chuyển từ không màu sang hồng nhạt bền trong 30 giây thì dừng
chuẩn và ghi lại số ml KOH tiêu tốn.

+

Chỉ số acid =
Trong đó:

V × N × 56,1
m

V - Số ml dung dịch KOH sử dụng
N - Nồng độ dung dịch chuẩn KOH
m - Khối lượng mẫu (tính bằng gram)

23


3.2.4

Phương pháp xác định hàm lượng chất

không bay hơi.
(TC 3.2 - 2002/PPT.NL - STH)
a) Dụng cụ

Cân phân tích có độ chính xác đến 0.001g
Đĩa nhơm, kích thước 5×2×3cm: 2 chiếc.
Lị sấy

b) Tiến hành
+ Tiến hành thử trên 2 mẫu. Cân trọng lượng hai đĩa nhơm chính xác đến ± 0.002g.
+ Cân từ 1 - 2g mẫu chính xác đến ± 0.002g trên mỗi đĩa nhơm và đưa vào lị sấy.
+
+
+

Nhiệt độ và thời gian sấy tùy theo từng loại chất tạo màng cho đến khi trọng lượng
+

khơng đổi.
Tắt lị sấy và để mẫu nguội đến nhiệt độ phòng. Cân lại trọng lượng đĩa nhơm sau

+

khi sấy chính xác đến ± 0.002g.
Hàm lượng các chất khơng bay hơi được tính bằng cơng thức:

HLR =

m3 - m1
× 100
m2 - m1

Trong đó:
m1 - trọng lượng đĩa nhơm
m2 - trọng lượng đĩa nhơm có mẫu trước khi sấy
m3 - trọng lượng đĩa nhơm có mẫu sau khi sấy
+
+

Làm thí nghiệm trên 2 mẫu và ghi lại số liệu.
Hàm lượng các chất không bay hơi bằng trung bình cộng kết quả 2 mẫu thí
nghiệm

24


CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CỦA SƠN ALKYD
4.1.

Ứng dụng

Sơn Alkyd được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng yêu cầu độ bóng cao,
bền. Chúng là sự lựa chọn phù hợp nhất cho đồ nội thất, tủ và đồ trang trí. Sơn Alkyd
cung cấp một lớp hồn thiện bóng, chịu lực tốt, chống bám bẩn và vết bẩn. Các loại sơn
này cũng dễ dàng lau chùi nhiều lần mà không bị mất màu. Các vết bẩn không dễ bị hấp
thụ và không bị biến màu. Sơn giữ được độ sáng đồng đều trong thời gian dài.
Sơn Alkyd có độ bền cao và chống mài mòn. Những loại sơn này được ưa chuộng
rộng rãi cho các khu vực giao thông cao trong nhà như hành lang và phịng chơi cho trẻ
em.
Ngồi ra, những loại sơn này có khả năng chống ẩm mốc hay oxi hóa. Do đó, chúng
là lựa chọn tốt cho nhà bếp, phòng tắm, cho các vật dụng nội, ngoại thất, bề mặt kim loại,
hàng rào…
Do sự kết dính mạnh mẽ của chất kết dính nhựa, bạn thực sự có thể áp dụng sơn
Alkyd trên một lớp sơn Latex. Bạn cũng có thể áp dụng nó trên gỗ chưa hồn thành. Nếu
bạn muốn sơn một khu vực mà không cần chuẩn bị nhiều hoặc không muốn loại bỏ lớp
sơn cũ, sơn Alkyd là lựa chọn tốt nhất của bạn. Nếu bạn muốn sử dụng sơn Latex thay
cho sơn Alkyd, bạn phải chuẩn bị bề mặt trước và sơn lót. Sơn Alkyd dày và mang lại lớp
sơn bền trên mọi bề mặt.

4.2.
4.2.1
•

Các loại sơn Alkyd trên thị trường

Sơn chống rỉ hãng sơn Đại Bàng

Ứng dụng
Sơn Chống rỉ Đại Bàng nhanh khô, tạo độ bám dính tốt

cho lớp sơn phủ kế tiếp Sử dụng dễ dàng nên đa số các cơng
trình xây dựng như chung cư cao cấp, toà nhà cao tầng…
Chuyên dùng cho sắt thép trong nhà và ngoài trời, chống rỉ

25