Công nghệ sơn tàu thuyền

13 Sơn tàu
R Lambourne

13.1 Đặt vấn đề

Việc sơn tàu và các kết cấu thép ngoài khơi, chẳng hạn như giàn khoan dầu khí, đặt ra
một số vấn đề vơ cùng nghiêm trọng về chống ăn mòn cho các nhà sản xuất sơn. Các bề mặt
này phải chống chọi với các môi trường cực kỳ khắc nghiệt như: nước biển và gió biển. Do
đó, ở đây, chúng tơi đề cập đến các cơ chế khác nhau trong công nghệ sơn bảo vệ vỏ
tàu. Ngồi các vấn đề về ăn mịn, đáy tàu còn bị bám cặn bởi các sinh vật biển làm tăng lực
cản của tàu, do đó làm tăng mức tiêu thụ nhiên liệu.
Gitlitz [1] trích dẫn một ví dụ về ảnh hưởng kinh tế của việc tắc nghẽn hàng hải. Giả sử
một tàu VLCC (siêu tàu chở dầu/tàu chở hàng rất lớn) di chuyển với tốc độ 15 hải
lý/giờ. Tốc độ tiêu thụ nhiên liệu khoảng 170 tấn/ngày. Giả sử rằng con tàu đi biển 300 ngày
trong năm, chi phí nhiên liệu sẽ tiêu tốn trên 4 triệu $ (theo giá năm 1981 là 80$/tấn). Ông
cho rằng để duy trì tốc độ vận hành tối ưu có thể làm tăng lượng nhiên liệu cần thiết lên tới
30%, tức là hơn 1 triệu $/năm. Các kết luận do Gitlitz đưa ra vẫn còn phù hợp cho đến tận
ngày nay, trong trường hợp tàu chở container nhanh hơn có lẽ cịn lớn hơn rất nhiều - mặc
dù chi phí dầu nhiên liệu luôn dao động và tại thời điểm viết bài, giá dầu nhiên liệu nặng là
khoảng 65£/ tấn. Nếu không có chất chống bám bẩn hiệu quả, lượng cặn bẩn tích tụ có thể
lên đến 10 lb/ft2 (50 kg/m2) trong 6 tháng. Bám bẩn làm phá vỡ lớp phủ bảo vệ, thúc đẩy
q trình ăn mịn. Mục đích của chủ tàu là tránh việc cập cảng khô thường xuyên và tốn
kém. Do đó, họ rất quan tâm đến các sản phẩm sơn chống ăn mòn và chống bám bẩn. Khi
các nước khối Đông Âu tan rã, nhiều quốc gia không thể mua sơn hàng hải trên thị trường
thương mại tự do trên thế giới. Nhiều tàu buôn và tàu cá của Nga do thiếu bảo dưỡng đã bị
rỉ sét đến mức không thể tiếp tục đi biển.
Trên các bề mặt của con tàu, chỉ phần thân tàu bị ngâm nước mới bị bám bẩn. Điều
quan trọng là phải xác định và phân loại các loại bề mặt khác nhau, mỗi loại yêu cầu một
loại sơn khác nhau. Chúng tôi đã đề cập đến các loại sơn chống ăn mòn /chống bám bẩn
được sử dụng cho đáy tàu. Khu vực giữa đường tải nhẹ (đường nước khi tàu không tải) và
đường tải sâu (đường nước khi tàu chở đầy hàng) được gọi là đáy khởi động.

Khu vực này đôi khi nằm dưới mực nước và đơi khi tiếp xúc với khí quyển biển. Ngồi
ra, khu vực này có thể bị hư hại mặc dù đã sử dụng các tấm chắn, ví dụ như mài mịn do tiếp
xúc với cầu cảng hoặc với các tàu khác như tàu kéo. Phía trên boottopping là mặt trên và
cấu trúc thượng tầng. Ngồi sơn cho các vị trí cịn có các loại sơn đặc biệt cho boong, nội
thất, động cơ, v.v. Trong các tàu hải quân, sơn hút khí được thiết kế để ngăn cháy lan, nhưng
vẫn còn nghi ngờ về hiệu quả của chúng sau khi bị lão hóa hoặc sơn lại. Tuy nhiên, chúng
có thể hữu ích trong việc giảm sự lây lan của các đám cháy nhỏ.
Việc sơn tàu có thể được xem xét theo hai bối cảnh: sơn trong khi đóng tàu và sơn lại
trong q trình bảo dưỡng. Những khó khăn khi sơn tàu trong quá trình bảo dưỡng phát sinh
do hạn chế về u cầu về điều kiện gia cơng sơn. Do đó, các loại sơn được cung cấp phải đủ
'chắc chắn' để có thể thi cơng chúng trong các điều kiện bất lợi, ví dụ như với bề mặt thơ
sơ nhất. Một số khu vực nhất định như mặt trên và cấu trúc trên tầng, có thể được sơn lại
trong khoảng thời gian khá thường xuyên, thậm chí là khi tàu đang ở trên biển.
Các công thức sơn được đưa ra trong Phần 13.5 đại diện cho công nghệ sơn chủ yếu
trong những năm 1980. Nhiều công thức trong này hoặc các cơng thức tương tự có nguồn
gốc từ chúng vẫn được sử dụng cho đến ngày nay, ngoại trừ trong một số lĩnh vực nhất định
như sơn chống bám bẩn, loại cần nghiên cứu và cải tiến để phát triển các loại sơn mới hiệu
quả và thân thiện với môi trường hơn.
Trong chương này, chúng ta sẽ xem xét ngắn gọn các yêu cầu chính đối với các loại
sơn trong lĩnh vực hàng hải. Tuy nhiên, trước tiên chúng ta sẽ xem xét một cách đơn giản cơ
chế ăn mòn của thép và các phương pháp loại bỏ hoặc làm chậm q trình ăn mịn.
13.2 Ăn mịn
Ăn mịn là một q trình điện phân liên quan đến phản ứng giữa kim loại sắt,
oxy và nước tạo thành oxit sắt ngậm nước hoặc gỉ. Phản ứng của q trình có dạng như sau:
4Fe + 3O2 + 2H2O -> 2Fe2O3.H2O

(13.1)

Cơ chế phản ứng bao gồm các quá trình tại anốt và catốt. Bề mặt của sắt hoặc thép tiếp
xúc với nước phát triển cục bộ thành cực dương và cực âm, tại đó các q trình điện phân sẽ
diễn ra. Dịng electron (tạo thành 'dòng ăn mòn') xảy ra qua kim loại và điều này được bổ
sung bởi sự vận chuyển tương đương của điện tích qua nước hoặc chất điện phân bởi các


ion hydroxyl. Quá trình này được thể hiện dưới dạng biểu đồ trong Hình 13.1. Các quy trình
điện cực riêng lẻ như sau:
Tại cực dương: sự hình thành các ion dương do mất các điện tử,
4Fe -> 4Fe++ + 8e

(13.2)

và ở cực âm: sự hình thành các ion hydroxyl,
4H2O + 2O2 + 8e -> 8OH-

(13.3)

Do đó, sản phẩm ban đầu của q trình oxy hóa là hydroxit sắt,
4Fe++ + 8OH- -> 4Fe(OH)3

(13.4)

Trong điều kiện oxy dư, hydroxit sắt bị oxy hóa thành oxit sắt ngậm nước, một loại oxit
màu đỏ gọi là gỉ.
Các vùng anốt và catốt trên bề mặt kim loại phát sinh từ sự không đồng nhất trên bề
mặt. Điều này có thể là do một số yếu tố bao gồm phần tiếp xúc giữa các hạt, ứng suất và
các lỗi vi mô gây ra gradient nồng độ cục bộ của chất điện phân hoặc oxy trong dung dịch
mà ở đây là nước biển. Bất kỳ lí do gì làm phát sinh sự khác biệt tiềm tàng giữa các khu vực
liền kề trên bề mặt đều có thể gây ra q trình điện hóa.

Khi đóng các tàu mới, người ta phải xử lý bề mặt thép vì trên bề mặt của nó có một lớp
oxit có độ dày lên đến 60 µm được hình thành khi thép được sản xuất. Thép được cán nóng
đến độ dày yêu cầu trong khoảng nhiệt độ 800-900°C. Q trình oxy hóa thép xảy ra trong
quá trình làm nguội. Lớp oxit này được gọi là 'millscale'. Millscale có thể gây ăn mịn vì có
sự chênh lệch điện thế khá lớn giữa lớp millscale và thép trần (khoảng 300 mV) khi thép
ngâm trong các chất điện phân như nước biển. Lớp millscale là cực âm và cực dương chính
là thép. Do đó, nếu một vết nứt hoặc khe nứt kéo dài từ lớp millscale đến thép, một pin điện
hóa được hình thành và q trình ăn mịn bắt đầu. Gỉ được hình thành ở vùng lân cận của
cực dương tiếp xúc với nước muối, nhưng khơng nằm trên vị trí của cực dương. Do đó, cực
dương bị hịa tan từ từ và xảy ra hiện tượng rỗ. Tại cực âm thì khơng trải qua q trình hịa
tan như vậy. Ngày nay, tất cả lớp millscale hiện đã được làm sạch bằng phương pháp thổi,
và thép được 'sơn lót tại xưởng' trước khi đem đi đóng tàu. Tuy nhiên, q trình ăn mịn vẫn
có thể xảy ra.


Hình 13.1 - Q trình ăn mịn.
Vậy làm thế nào để làm giảm hoặc loại bỏ sự ăn mịn? Có hai cách tiếp cận:
• Loại bỏ hoặc ức chế quá trình điện phân.
• Loại trừ nước hoặc oxy khỏi vị trí có khả năng bị ăn mịn.
Q trình catốt địi hỏi sự có mặt của nước và oxy ở bề mặt kim loại, do đó có thể thấy
rằng hai yếu tố được chỉ ra ở trên có mối quan hệ với nhau. Trong thực tế, rất khó để ngăn
cản oxy và nước đến bề mặt kim loại vì hầu hết các chất kết dính sơn có khả năng thấm khá
cao với các tác nhân này. Cũng có các vật liệu có tính thấm nước và oxy thấp, chẳng hạn
như sáp, vì bản chất kết tinh của chúng. Tương tự, các polyme kết tinh thể hiện tính thấm
thấp,
nhưng chúng khó tạo thành màng khơ trong khơng khí. Nói chung, các loại sơn hàng hải
thông thường không bảo vệ catốt. Ở bề mặt anốt, để xảy ra sự ăn mòn, các ion sắt cần phải
đi vào chất điện phân. Điều này có thể được ngăn chặn bằng cách sử dụng hai loại sơn. Loại
đầu tiên sử dụng kẽm kim loại có nồng độ rất cao, như vậy sẽ diễn ra quá trình tiếp xúc giữa
các hạt kẽm và bề mặt sắt. Trong trường hợp này, vì kẽm có độ âm điện mạnh hơn sắt nên

giữa hai kim loại tồn tại một cặp điện cực, sắt là cực âm và kẽm là cực dương. Kết quả thực
là ngăn chặn sự hòa tan của các ion sắt, thay vào đó là sự ăn mịn của kẽm. Loại thứ hai có
thể triệt tiêu cực âm bằng cách sử dụng sơn có chứa các sắc tố ức chế như chì đỏ, chì trắng


hoặc oxit kẽm. Các chất màu này được sử dụng cùng với chất kết dính dựa trên q trình
làm khơ các loại dầu trải qua q trình tự nhiễm. Ngồi sự hình thành các màng liên kết
chéo, một số chất béo trung tính trong dầu sấy cịn xảy ra cùng với sự hình thành các sản
phẩm oxy hóa như axit azelatic. Các axit này phản ứng với sắc tố để tạo thành xà phịng chì
hoặc kẽm tùy trường hợp. Xà phịng phản ứng với màng ơxít bề mặt trên kim loại và ngăn
chặn sự xâm nhập của nước cần thiết cho sự hình thành gỉ. Nhóm chất màu thứ hai hoạt
động theo cách tương tự là những chất thể hiện khả năng hòa tan trong nước hạn chế. Chúng
bao gồm cromat của kẽm, bari, stronti và chì. Trong những trường hợp này, màng oxit được
bảo vệ bằng cách tạo thành phức oxit sắt/crom.
Gần đây, có nhiều lo ngại về tính độc hại của các chất này, và các nghiên cứu đang được
tiến hành để loại bỏ các chất màu chì và cromat khỏi tất cả các loại sơn.
Có hai cách khác để ngăn chặn quá trình điện phân gây ra sự ăn mịn đã được sử dụng
trên tàu:
• Sử dụng 'các cực dương nhân tạo', trong đó các cực dương được chế tạo trên thân tàu,
sử dụng các hợp kim có độ âm điện lớn hơn với thép của thân tàu. Các cực dương này
khơng sơn và mục đích của chúng là chịu ăn mòn thay cho thép, được thay thế khi cần thiết.
• Sử dụng một dịng điện bên ngồi được tính tốn trước truyền vào thân tàu để ngăn
chặn sự hòa tan của các ion sắt. Đây được gọi là 'phương pháp bảo vệ bằng dịng điện
ngồi'.
Tuy nhiên, cả hai phương pháp vẫn cần sơn thân tàu vì những lý do rõ ràng đã trình bày
trên.
Những điều nói trên là sự đơn giản hóa tối đa các quá trình liên quan đến sự ăn mịn của
thép khi ngâm trong nước biển tự nhiên. Tuy nhiên, có rất nhiều lí do ảnh hưởng đến q
trình ăn mon của thép. Ví dụ, vi khuẩn và các vi sinh vật khác có thể gây ra sự ăn mịn ngay
cả trong điều kiện yếm khí . Lý do mà màng vi sinh vật có thể ảnh hưởng đến q trình điện

hóa như ăn mịn là do nó có khả năng thay đổi tính chất hóa học của mơi trường tại vị trí ăn
mịn. Do đó, một màng sinh học có thể hoạt động như một rào cản vật lý đối với sự khuếch
tán oxy qua màng và cũng hoạt động như một bộ lọc oxy trong q trình hơ hấp: nó cũng có
thể có ảnh hưởng đáng kể đến độ pH mơi trường xung quanh. Ảnh hưởng của màng sinh
học hình thành trên bề mặt kim loại trong nước biển tự nhiên được cho là nguyên nhân dẫn


đến sự khác biệt về tốc độ ăn mòn quan sát được giữa các tấm kim loại được thử nghiệm
trong nước biển tự nhiên và các tấm kim loại được thử nghiệm trong nước biển nhân tạo
được sử dụng trong phịng thí nghiệm. Ở đây, chung tơi khơng thể đề cập sâu đến vẫn đề
này trong phạm vi bài viết được. Độc giả muốn tìm hiểu sâu hơn có thể tìm hiểu qua bài báo
của Dexter về vai trị của vi sinh vật trong q trình ăn mịn biển [2].
13.3 Chuẩn bị bề mặt
Để đạt được hiệu suất như tính toán từ hệ sơn, điều cần thiết là phải loại bỏ tỷ lệ
millscale khỏi bề mặt thép. Nó khơng chỉ góp phần trực tiếp vào sự ăn mịn mà cuối cùng nó
sẽ bị tách ra khỏi bề mặt thép và do đó là chất cần phải loại bỏ trước khi sơn. Chuẩn bị bề
mặt là bước cực kỳ quan trọng để đạt được hiệu suất tốt nhất từ hệ sơn.
Chỉ kể từ đầu những năm 1960, các phương pháp xử lý bề mặt cho thép millscale với
chi phí thấp mới được phát triển. Trước Chiến tranh thế giới 2, khi các con tàu được đóng từ
sống thuyền và các tấm thép được ghép với nhau bằng đinh tán, thông thường millscale sẽ
bị loại bỏ do thời tiết sau khoảng hơn một năm. Tấm thép tiếp xúc với môi trường xung
quanh và cho phép bị gỉ. Sự rỉ sét cho phép tách lớp millscale ra bằng cách cạo và chà bằng
bàn chải kẽm. Sau Thế chiến 2, với sự phát triển của tàu hàn, thời gian đóng tàu được rút
ngắn đã khơng cho phép chờ millscale bị phong hóa. Gần đây, một số phương pháp khác đã
được sử dụng, như tẩy axit, làm sạch bằng ngọn lửa, và đánh bóng bằng cát. Phương pháp
phun cát là phương pháp chuẩn bị bề mặt được sử dụng phổ biến nhất hiện nay.
Phương pháp phun cát có hai phương pháp phun chính được sử dụng phổ biến là: làm
sạch bằng phương pháp phun ly tâm hoặc phương pháp vòi phun. Trước đây, bi thép hoặc
cát được sử dụng là chất mài mòn và được thu hồi sau q trình làm sạch millscale. Chất
mài mịn thường thô hơn so với bụi được tạo ra trong q trình này, và nó có khả năng được

tách bằng thiết bị tách xyclon. Các chất mài mịn có thể được tái sử dụng nhiều lần. Phương
pháp ly tâm này sử dụng một tuabin ly tâm để phun các hạt mài mòn với vận tốc cao trên bề
mặt theo hướng xác định trước. Phương pháp vịi phun sử dụng khí nén để chiếu chất mài
mòn lên bề mặt. Phương pháp này linh hoạt hơn, vì nó có thể được sử dụng tại chỗ trên các
kết cấu được tạo hình sẵn, trên các mối hàn, v.v., nhưng có nhược điểm là tạo ra bụi. Một
phương pháp khác được cải tiến cho phép loại bỏ chất mài mòn và bụi bằng cách sử dụng
hút chân khơng xung quanh vịi phun, ví dụ như phương pháp Vacublast. Tuy nhiên, phương


pháp này chậm hơn nhiều và chỉ được sử dụng trên các khu vực nhỏ. Sau khi làm sạch bằng
phương pháp phun, phải tiến hành sơn lót càng sớm càng tốt để ngăn chặn sự rỉ sét của bề
mặt thép su khi làm sạch.
13.4 Sơn lót
Sơn lót được phun ngay sau khi làm sạch bề mặt thép. Chúng phải khô nhanh chóng
(trong vịng vài phút sau khi thi cơng) để có thể xử lý thép mà khơng làm hỏng lớp phủ. Lớp
sơn lót khơng được ảnh hưởng đến q trình chế tạo tiếp theo. Ví dụ như cản trở quá trình
hàn và tạo ra một bề mặt thích hợp cho qua trình sơn tiếp theo.
Bốn loại sơn lót đang được sử dụng phổ biến:
• Keo phenolic/polyvinyl butyral (PVB) một và hai thành phần, đóng rắn bằng axit;
• Keo epoxy đóng rắn nguội hai thành phần, có màu đỏ bởi oxit sắt đỏ (và chất ức chế như
cromat);
• Keo epoxy đóng rắn nguội hai thành phần có chứa kẽm;
• Keo kẽm silicat một và hai thành phần.
Sau khi sơn khoảng 8 giờ mới có thể sử dụng được trong thực tế. Các epoxy thường
được đóng rắn bằng polyamit chẳng hạn như Versamid 140 hoặc 115. Trong keo silicat kẽm
hai thành phần, kẽm được trộn vào sơn tại thời điểm thi công. Các cơng thức của các loại
sơn lót này được Banfield mô tả [3] trong Bảng 13.1.
Các loại phenolic/PVB được sử dụng rộng rãi và phổ biến với hầu hết các hệ sơn ngoại
trừ các trường hợp sử dụng dung môi mạnh. Tiếp theo là đến keo epoxy hai thành phần. Cả
hai loại oxit sắt và kẽm đều có thể được sử dụng trên thực tế bất kỳ loại sơn nào. Tuy nhiên,

chúng có nhược điểm là có hai thành phần và đắt hơn các loại phenolic/PVB. Các loại keo
kẽm silicat chủ yếu được sử dụng khi chúng được sơn với sơn kẽm silicat.
Sơn có chứa kim loại kẽm có khả năng chống ăn mịn tốt nhất, nhưng chúng có một số
nhược điểm là phải sử dụng một trong các loại sơn lót tương thích khác. Các sản phẩm ăn
mịn của kẽm tan trong nước, và chúng phải được loại bỏ trước khi được phủ một lớp sơn
khác. Các sản phẩm này có thể xử lý bằng vịi phun nước áp lực cao. Một vấn đề khác liên
quan sơn có chứa kẽm là sự hình thành khói oxit kẽm khi hàn tấm phủ. Việc hít phải hơi
kẽm có thể dẫn đến tình trạng được gọi là 'sốt hơi kẽm'. Vấn đề này đã được đề cập trong


ngành công nghiệp mạ kẽm trong hơn một thế kỷ qua. Tuy nhiên, chưa có báo cáo chính
thức về sự nguy hiểm của nó đối với sức khỏe lâu dài.

Bảng 13.1 - Thành phần của một số loại sơn lót
Sơn lót phenolic / PVB một thành phần
Sơn nền
PVB (ví dụ: Mowital B60H)
Phenodur PR263 (nhựa phenolic)
Ơxít đỏ (tổng hợp)
Asbestine (magie silicat)
Axit photphoric, SG 1.7
Metyl etyl xeton
n-Butanol
iso-Propanol
Tổng
Sơn lót epoxy hai thành phần
Sơn nền
Epikote 1004
Kẽm phốt phát (theo BS 5193: 1975)
Ơxít đỏ (tổng hợp)

Tiền đình
Talc (5µm)
Bentone 27 (chất chống lắng)
Toluene
iso-Propanol
Chất đóng rắn
Versamid 140 (polyamide)
Toluene
iso-Propanol
Tổng
Sơn lót epoxy giàu kẽm hai thành phần
Sơn nền
Kẽm (Zincoli 620 hoặc Durham Chemicals 'Ultrafine')
Bentone 27
Canxi oxit
Epikote 1001
Toluene
iso-Propanol
Chất đóng rắn
Versamid 115
Toluene

% khối lượng
4,7
4,7
8.6
1,4
1,0
30.0
19,6

30,0
100,0
% khối lượng
12,0
8,0
10,0
1,5
15,3
0,4
23,0
11,5
1,8
11,0
5,5
100,0
% khối lượng
80,0
1,0
0,3
4,0
6,6
3,3
1,8
2,0


iso-Propanol

1,0
Tổng

100,0
Lưu ý: Canxi oxit đóng vai trị làm chất hút ẩm trong dung môi. Nếu không, hơi ẩm sẽ
phản ứng với kẽm để tạo thành hydro trong bình chứa.
Sơn lót kẽm/ethyl silicat
Sơn nền
% khối lượng
Ethyl silicat (ví dụ Dynasil H500)
20,0
Bentone 38. chất chống lắng
1,4
Talc (5µm)
4,0
Toluene
5,3
iso-Propanol
5,3
Cellosolve
4,0
Kẽm (ví dụ: Zincoli 615)
60,0
Tổng
100,0
Lưu ý: Bột kẽm được thêm vào thiết bị trộn tại thời điểm sử dụng. Sản phẩm sau đó có
thời gian sử dụng khoảng 8 giờ.
13.5 Hệ sơn cho tàu biển
Việc bảo vệ thép tấm sau khi sản xuất đã được mô tả ngắn gọn ở trên. Việc sơn tàu trong
và sau q trình đóng tàu là một cơng nghệ rất phức tạp. Các bề mặt khác nhau yêu cầu xử
lý khác nhau. Mỗi bề mặt yêu cầu một hệ sơn riêng, vì khơng thể kết hợp tất cả các u cầu
của các bề mặt trong một hệ sơn. Vì vậy, tất cả hệ sơn nào đều áp dụng nhiều lớp sơn để
tăng độ dày màng sơn nhằm giảm thiểu sự ăn mịn xảy ra. Các hệ sơn điển hình cho sơn bề

mặt và cấu trúc thượng tầng, sơn boong và đáy tàu biển thơng dụng được tóm tắt trong
Bảng 13.2.
Bảng 13.2 - Tổng hợp các loại sơn tàu biển thông dụng
Bề
mặt

Hệ sơn
Sơn lót

Đáy

Boong
tàu
Mặt

Vỏ
Chống bám
bẩn
Sơn lót 655
Sơn bề mặt
Sơn lót

Loại chất kết dính
Nhựa phenol biến tính trong
dầu, bitum
Bitum/nhựa
Hỗn hợp từ dầu/nhựa thơng,
Cu hoặc tributyltin oxit
Dầu tung/phenolic biến tính
từ dầu lanh

Dầu tung/phenolic biến tính
từ dầu lanh
Nhựa ankyd trung bình từ

Số
lớp
sơn

Chiều
dày lớp
sơn (µm)

3-4

40 - 60

1

50-60

1

50-75

2-3

40-60

Tổng chiều
dày trung bình

hệ sơn (µm)

~ 265

~ 200
2

40-60

2

50

~ 220


trên và (khô nhanh) dầu lanh (55-60%OL)
Lớp
sơn Nhựa ankyd trung bình từ
cấu
1
50
trung gian
dầu lanh (50-55%OL)
trúc
Nhựa ankyd béo từ dầu lanh
thượn
Sơn phủ
1-2
35-50

(65%OL)
g tầng
Trong những năm gần đây, những thay đổi lớn đã diễn ra trong ngành công nghệ sơn để
đáp ứng nhu cầu phát triển của tàu siêu tốc. Sự phát triển của tàu siêu nổi bắt nguồn từ việc
đóng cửa kênh đào Suez vào năm 1967 do hậu quả của chiến tranh Trung Đông. Các tàu
siêu chở dầu được sử dụng cho việc vận chuyển dầu từ Trung Đông. Tàu chở dầu đầu những
năm 1950 có tổng trọng tải khoảng 30.000 tấn. Tàu đổ bộ trung bình của những năm 1980
có tổng trọng tải là 300.000 tấn và hoạt động với số lượng thủy thủ đồn ít hơn so với tàu
tiền nhiệm của nó. Tức là cần ít thủy thủ đồn hơn để tiến hành sơn bảo dưỡng tàu có tải
trọng lớn hơn nhiều. Ảnh hưởng tổng thể của những thay đổi này đòi hỏi thời gian bảo
dưỡng tàu ngắn hơn và ít thường xuyên hơn ở ụ tàu. Để đạt được điều này, phải sản xuất
các loại sơn có độ bền cao hơn với ít lớp sơn phủ hơn nhưng vẫn mang lại hiệu quả cao.
Do đó, một thế hệ sơn mới đã được phát triển cho phép tăng khoảng thời gian giữa các
lần sơn từ khoảng 9-12 tháng lên 24-30 tháng. Đây chắc chắn không được coi là giới hạn
của công nghệ hiện đại, và một số nhà sản xuất sơn đang hướng tới việc kéo dài khoảng thời
gian đó lên đến 5 năm.
Những yêu cầu này đã được đáp ứng bằng cách phát triển các hệ sơn được coi như một
lớp sơn dày, mỗi lớp khô dày ít nhất l00µm. Các lớp sơn này được gia cơng phổ biến nhất
bằng phương pháp phun sơn. Một súng phun sơn có khả năng phun từ 50 đến 80 lít/giờ,
tương đương khoảng 150-400 m 2/h tùy theo độ dày màng yêu cầu. Để tránh chảy xệ trên bề
mặt thẳng đứng, sơn phải thể hiện tính lưu biến khơng Newton, nghĩa là, chúng phải mỏng
để có thể chảy qua súng phun và ngun tử hóa thành dạng khí, nhưng phải nhanh chóng
phát triển cấu trúc ngay khi tạo màng lỏng. Do đó họ có thể có một độ nhớt khoảng 5-10
poise tại 10000s-1 , và khoảng độ nhớt ~ 10 -2 poise tại 100 s-1 . Độ nhớt này đạt được bằng
cách sử dụng thixotropic hoặc chất tạo gel như đất sét montmorillonit, polyamit. Hiệu suất
sơn cao hơn khi sử dụng keo hai thành phần. Hiệu suất sơn phụ thuộc nhiều vào việc ngăn
chặn hoạt động điện phân bằng lớp màng chắn dày hơn là sử dụng chất ức chế, mặc dù các
loại sơn lót vẫn có các chất như vậy. Độc tính của các chất ức chế (chì và cromat) đã đòi hỏi

một nỗ lực phối hợp giữa các nhà nghiên cứu để tìm ra chất thay thế cho chúng. Người ta
khắc phục bằng cách tăng lượng dùng kẽm phốt phát trong công thức lên.
13.5.1 Sơn mặt trên và cấu trúc thượng tầng của tàu
Các loại sơn để sơn bề mặt và kết cấu thượng tầng có yêu cầu gióng như các loại sơn
được sử dụng trong sơn thương mại trên thị trường: yêu cầu sơn lót, sơn phủ và lớp sơn
bóng khô ở nhiệt độ môi trường. Trong nhiều năm, chúng dựa trên chất kết dính alkyd và
nhựa thơng. Như vậy, lớp sơn lót sẽ sử dụng chất kết dính (ví dụ phenol biến tính trong dầu)
với chất ức chế, thường là chì đỏ. Lớp sơn trung gian sẽ được pha chế trên một loại nhựa
alkyd từ dầu lanh có độ dài trung bình. Lớp phủ trên cùng có thể dựa trên alkyd béo từ dầu
lanh hoặc alkyd vinyl-toluen hóa. Sắc tố trong alkyd vinyl-toluen hóa sẽ giúp sơn có độ mờ
và các tính chất thẩm mỹ khác. Alkyd được vinyl hóa khơ nhanh, nhưng có nhược điểm là
phải thực hiện hết sức cẩn thận, đặc biệt trong quá trình sơn lại, vì q trình khơ ban đầu
xảy ra do bay hơi dung môi và nếu lớp sơn đầu tiên được sơn sau 12 giờ nhưng để trôi qua
16 giờ mới sơn tiếp có thể xảy ra hiện tượng bong tróc do sơn đã bị khơ hồn tồn, đặc biệt
nếu nhiệt độ môi trường thấp. Hiệu ứng này là do tốc độ liên kết chéo của loại chất kết dính
này tương đối chậm.
Các hệ sơn ngày này dựa trên nhiều loại chất kết dính bao gồm epoxy, polyuretan và
cao su clo hóa. Cao su clo hóa thường được sử dụng trong hỗn hợp với nhựa acrylic hoặc
nhựa alkyd.
Ví dụ như hệ sơn epoxy cho các bề mặt trên và cấu trúc thượng tầng như sau: sử dụng
hai lớp sơn lót/lớp sơn trung gian cao cấp, tiếp theo là một lớp phủ epoxy, tạo ra tổng độ dày
màng sơn khơ khoảng 300µm. Đối với kết cấu thượng tầng yêu cầu cao về độ bóng sử dụng
một lớp sơn lót, tiếp theo là sơn trung gian/sơn lót epoxy và sơn phủ polyurethane. Độ dày
màng sơn khơ trong trường hợp này khoảng 200 µm. Ví dụ về sơn dày epoxy với oxit màu
đỏ và sơn epoxy màu trắng được cho trong Bảng 13.3. Epoxy có thể được liên kết chéo với
các amin, như diethylene triamine và triethylene tetramine. Các amin thường được phản ứng
trước với epoxy để tạo thành các sản phẩm có những ưu điểm nhất định so với các
amin. Chất phụ gia thường sẽ được trộn với một phần epoxy sẽ được sử dụng trong nền sơn.
Bằng cách sử dụng phương pháp này, mùi của amin tự do có thể giảm hoặc loại bỏ hoàn
toàn, và tỷ lệ trộn sơn: chất hoạt hóa sẽ giảm đi, ví dụ 2 hoặc 3: 1 thay vì khoảng 10: 1,...

Bảng 13.3 - Công thức của sơn dày oxit màu đỏ và sơn epoxy màu trắng
Sơn nền
% khối lượng
Tổng hợp oxit đỏ
5,0
Asbestine (magie silicat)
22,0
13 Crystoballite (silica) lọt qua sàng 325 lưới
18,0
Epikote 1001
16,0
Bentone 27
2,0
Xylene
14,0
n-Butanol
5,0
Chất đóng rắn
Versamid 115 (polyamide)
8,0
Cellosolve
10,0
Tổng
100,0
Một cơng thức sơn epoxy trắng
Sơn nền
% khối lượng
Rutile titanium dioxide (ví dụ: Tioxide R-CR2)

30,0
Aerosil 380 (chất chống lắng)
0,5
Epikote 1001
23,0
Solvesso 100 (naphtha)
16,5
Methyl isobutyl xeton
8,0
n-Butanol
3,0
Chất đóng rắn
Versamid (polyamit)
11,0
Chất gia tốc (ví dụ: Anchor K54)
1,0
Xylene
7,0
Tổng
100.0
Polyurethane hai thành phần cũng được sử dụng trong lớp sơn phủ trên cùng. Lớp sơn
nền có chứa nhựa polyester bão hịa chứa hydroxyl (ví dụ Desmophen 650); chất đóng rắn
có chứa gốc isocyanate (ví dụ như Desmodur N) là một dung dịch chứa 75% hỗn hợp của
xylen và Cellosolve acetate với tỷ lệ 1: 1. Polyuretan được sử dụng khi sơn có yêu cầu độ
bóng cao.
Các loại sơn một thành phần có hiệu suất cao, chất lượng cao có thể kể đến như cao su
clo hóa và nhựa vinyl. Sơn cao su clo hóa đã được sử dụng rộng rãi hơn sơn vinyl mặc dù
sau này chúng được phát triển để sử dụng cho hải quân Hoa Kỳ và Canada. Các cơng thức
điển hình cho sơn lót, sơn trung gian và sơn phủ đều dựa trên cao su clo hóa được nêu trong
Bảng 13.4-13.6.

Thành phần được đưa ra trong Bảng 13.4 là cơng thức để sản xuất sơn lót cao su clo hóa
trong nhà máy. Chất hóa dẻo là hỗn hợp của parafin clo hóa rắn (sáp) với parafin clo hóa


dạng lỏng. Chất thixotropic là dầu thầu dầu đã hydro hóa. Điều này chỉ phát triển cấu trúc
khi nó được kết hợp trong giai đoạn trộn và gia nhiệt, tùy thuộc vào quy mô sản xuất, lên
trên 40°C. Tuy nhiên, nhiệt độ khơng được vượt q 55°C, nếu khơng thì mất tác dụng. Bột
nhôm không được trộn với các chất màu khác, nhưng được thêm vào thiết bị trộn vào khi
mẻ đã nguội. Propylen oxít là chất ổn định trong có thể giúp loại bỏ các ion Cl - được tạo ra
từ cao su clo hóa trong q trình bảo quản.
Để cải thiện độ bóng của lớp sơn phủ, trong công thức đưa ra trong Bảng 13.6 đã thay
đổi một số thành phần như: giảm lượng chất độn (xem lớp sơn lót), sử dụng Bentone 38
thay vì Thixatrol ST, và tăng tỷ lệ Cerechlor 70. Mặc dù vậy, độ bóng của sơn này vẫn thấp
hơn so với sơn epoxt hoặc polyurethane. Các loại sơn này đều được gia công bằng máy
phun sơn.
Bảng 13.4 - Sơn lót cao su clo hóa
Nhơm dán, không lá (65% naphtha)
Oxit kẽm
Blanc fixe
Thixatrol ST (tác nhân thixotropic)
Alloprene Rl0 (cao su clo hóa)
Cerechlor 70 (chất làm dẻo sáp clo)
Cerechlor 42 (chất làm dẻo sáp clo)
Ơxít propylen (chất ổn định)
Xylene
Solvesso 100 (Naphtha)
Tổng
Bảng 13.5 - Sơn trung gian cao su clo hóa: màu trắng
Titanium dioxide (ví dụ: Tioxode R-CR2)
Blanc fixe

Oxit kẽm
Thixatrol ST (tác nhân thixotropic)
Alloprene Rl0 (cao su clo hóa)
Cerechlor 70 (chất làm dẻo clo)
Cerechlor 42 (chất làm dẻo clo)
Propylen oxit (chất ổn định)
Xylene
Solvesso 100
Tổng
Bảng 13.6 - Sơn phủ cao su clo hóa: màu trắng

% khối lượng
20,0
1,0
10,0
0,5
15,0
7,5
7,5
0,1
28,4
10,0
100,0
% khối lượng
16,0
14,0
1,0
1,0
14,0
7,0

7,0
0,1
29,9
10,0
100,0


Titanium dioxide (ví dụ: Tioxode R-CR2)
Blanc fixe
Oxit kẽm
Bentone 38 (tác nhân thixotropic)
n-Butanol (chất trương nở)
Alloprene Rl0
Cerechlor 70
Cerechlor 42
Propylen oxit
Xylene
Solvesso 100
Tổng
13.5.2 Boottoppings

% khối lượng
18,0
2,0
1,0
1,0
0,5
16,0
12,0
4,0

0,1
30,4
15,0
100,0

Khác với các loại sơn chống gỉ truyền thống đã đề cập trước đây (Bảng 13.1), các hệ
sơn cho phần boong tàu sử dụng các chất kết dính tương tự như sơn mặt trên. Trong hạng
mục này, cao su clo hóa đem lại hiệu quả rất tốt vì chúng có độ bám dính giữa các lớp sơn
rất cao. Điều này đặc biệt quan trọng vì hệ sơn bị hư hại do mài mòn và va đập với các tấm
chắn, và do đó cần phải sơn lại thường xuyên. Với VLCC, bám bẩn cũng có thể là một vấn
đề lớn trong khu vực chống bám bẩn và thông thường người ta sử dụng sơn chống bám bẩn
làm lớp sơn hồn thiện. Vì vậy, thơng thường sẽ sử dụng cùng một chất chống bám bẩn như
ở sơn đáy tàu.
13.5.3 Sơn đáy tàu
Các hệ sơn được mô tả cho các mặt trên và cấu trúc thượng tầng của tàu cũng được sử
dụng cho sơn đáy tàu. Tuy nhiên, do không yêu cầu tính thẩm mỹ q cao nên có thể sử
dụng loại sơn với chi phí thấp hơn bằng cách kết hợp nhựa than đá. Do đó, sơn thường có
màu nâu sô cô la hoặc đen. Tỷ lệ nhựa than đá trong sơn nhựa than đá epoxy có thể thay đổi
trong một phạm vi rộng. Hàm lượng nhựa than đá càng cao thì khả năng chống dầu hoặc
hóa chất càng kém. Theo Chỉ dẫn kỹ thuật DGS 5051 của Bộ Quốc phòng Anh (Cục Tàu
thủy), tỷ lệ nhựa than đá sẽ chiếm khoảng 60-65% tổng chất kết dính. Tỷ lệ này sẽ được lựa
chọn tùy theo khả năng tương thích với nhựa; và một phần của nó có thể phản ứng với các
nhóm epoxy vì nó chứa một số nhóm hydroxyl phenol. Do đó, nó thường trộn vào phần chất
đóng rắn của keo hai thành phần. Một cơng thức điển hình được đưa ra bởi Banfield [3]
được thể hiện trong Bảng 13.7.


Sau khi trộn, sơn được thi công bằng máy phun sơn để có độ dày lớp sơn khơ là 125 µm
mỗi lớp. Thời gian thi công là khoảng 4 giờ ở 15°C. Tốc độ phản ứng sẽ tang gấp đôi khi
tăng 10°C, hoặc giảm một nửa nếu nhiệt độ giảm 10°C. Do đó, thời gian thi cơng sơn thay

đổi từ khoảng 8 giờ ở 5°C và chỉ 2 giờ ở 25°C. Tốc độ đóng rắn cũng ảnh hưởng đến khả
năng sơn lại. Để đạt được độ bám dính giữa các lớp sơn đạt yêu cầu và tránh bị bong
tróc, thời gian sơn tối đa và tối thiểu được quy định tùy theo nhiệt độ thi công.
Bảng 13.7 - Công thức của sơn đáy hai thành phần
Thành phần
Barytes
Asbestine
Epikote 1001
Bentone 27
Xylene
Solvesso 100
n-Butanol
Chất đóng rắn
BSC Norsip 5 (75% nhựa than thơm trong xylen)
Versamid 140
Synolide 968
Xylene
Tổng
Bảng 13.8 – Sơn phủ buộc nhôm
Bột nhôm, nhũ chìm
Bột chì sunphat
Gilsonite (bitum)
Dầu hạt lanh, 50 poise
Than đá naphtha, 90/160
Tổng

% khối lượng
20,0
20,0
11,0

1,0
10,0
5,0
3,0
25,0
2,5
0,3
2,2
100,0
% khối lượng
14,0
14,0
22,4
5,6
44,0
100,0

Loại sơn này có thể được sử dụng cho cả tàu đang đóng mới và những tàu bảo dưỡng
được sơn lại. Sơn chống bám bẩn được sơn sau khi tàu đã hoạt động trong một khoảng thời
gian ngắn, như vậy là rất lâu sau thời gian tối ưu để sơn phủ lớp sơn epoxy nhựa than
đá. Trong trường hợp này, người ta sử dụng sơn phủ buộc. Sơn phủ buộc cũng được Bộ
Quốc phòng Vương quốc Anh quy định (Chỉ dẫn kỹ thuật DGS 5954). Thành phần của sơn
phủ buộc được đề cập trong Bảng 13.8.


Lớp phủ buộc được thi công bằng cách phun để tạo ra một lớp màng khơ có độ dày
khoảng 50µm. Sau đó, lớp phủ chống bám bẩn có thể được thi công ngay trước khi đưa ra
thị trường.
Các loại sơn đáy cũng có thể sử dụng cao su clo hóa và vinyls. Người đọc có thể tìm
kiếm thêm thơng tin trong các chuyên đề của Banfield về chủ đề này [3].

13.5.4 Lớp phủ chống bám bẩn
13.5.4.1. Vấn đề bám bẩn
Các thực vật và động vật biển đều có khả năng tự bám vào vỏ tàu. Thực vật cần ánh
sáng mặt trời để quang hợp, do đó, chúng thường bám vào thân tàu ở ngay bên dưới mặt
nước. Thực vật phổ biến nhất trong số này là loài tảo biển thuộc chi Enteromorpha có dạng
sợi dài hình ống màu xanh lục, tốc độ phát triển rất nhanh. Các loại rong biển màu nâu và
đỏ cần ít ánh sáng hơn, nên chúng có thể phát triển ở tầng thấp hơn hoặc thậm chí ở đáy
tàu. Các loại thực vật này có thể có thể bám chặt vào vỏ tàu chỉ trong vài giờ trừ khi chúng
bị ngăn cản.
Các động vật sống dưới nước có khả năng tự bám vào tàu bao gồm hà, trai, động vật
hình rêu, san hơ, động vật thủy sinh, hải tiêu và bọt biển. Trong đó, nổi tiếng nhất (và rắc rối
nhất) là hà. Những loài động vật này khơng cần ánh sáng để duy trì sự phát triển, vì vậy
chúng có thể được tìm thấy trên tất cả các phần chìm trong nước của thân tàu. Để gắn chặt,
ấu trùng cần khoảng 48 giờ. Hậu quả nặng nề nhất của việc bám bẩn đối với các tàu lớn hiện
đại là chi phí đẩy tàu đi tăng lên do lực cản gia tăng hay nói cách khác là tải trọng của tàu
tăng lên.
Các loại sơn 'chống bám bẩn' đầu tiên dựa trên việc sử dụng các chất ức chế đã được
giới thiệu vào giữa thế kỷ 19. Đây là các chế phẩm có chứa ơxít thủy ngân và arsen. Sau đó,
do tính độc hại cao đối với con người và chi phí ngày càng tăng của ơxít thủy ngân, các loại
sơn thay thế sử dụng ơxít kim loại đã được phát triển. Oxit kim loại vẫn là chất độc hại được
sử dụng phổ biến nhất trong các loại chế phẩm 'thông thường' ngày nay.
13.5.4.2 Chống bám bẩn thông thường
Có hai loại sơn chống hà thơng thường, được phân loại theo phương thức hoạt
động. Chúng thường được gọi là dạng "màng sơn hòa tan" và dạng "màng sơn tiếp xúc".
Dạng màng sơn hòa tan


Ở dạng màng sơn hòa tan, chất độc được phân tán trong chất kết dính ít hịa tan trong
nước biển. Chất độc được giải phóng từ từ khi chất kết dính hịa tan. Tốc độ hịa tan phải
được kiểm sốt rất chặt chẽ vì nồng độ chất độc trên bề mặt không đủ sẽ không ngăn cản

được sinh vật biển bám vào vỏ tàu, trong khi hòa tan quá nhanh thì hiệu quả của việc chống
hà
sẽ quá ngắn. Chất kết dính được sử dụng trong loại chống bám bẩn này có thể là hỗn hợp
nhựa thơng/dầu lanh đun sơi theo tỉ lệ 3: 1.
Sản phẩm 'siêu nhiệt đới' tốt hơn có thể có thành phần sau được cho trong Bảng
13.9. Sản phẩm 'Đại Tây Dương' hoặc 'nhiệt đới' không nhất thiết phải sử dụng oxit
Tributyltin.
Bảng 13.9 - Công thức cho chế phẩm chống hà siêu nhiệt đới, %khối lượng
Oxit đồng
Oxit kẽm
Tributyltin oxit
Ơxít sắt đỏ
Bột trắng Paris
Bột Talc (l0µm)
Bentone 38
n-Butanol
Nhựa thơng/ dầu lanh đun sôi, 3: 1, 60% trong naphtha
Xăng trắng
Tổng

24,0
5,0
2,0
8,0
9,0
6,0
0,3
0,1
41,0
4,6

100,0

Dạng màng sơn tiếp xúc
Loại sơn chống bám bẩn tiếp xúc được đặt tên như vậy bởi vì các hạt sắc tố (chất độc)
được sử dụng với nồng độ rất cao và được phân tán đều trong màng sơn khô. Chất kết dính
hầu như khơng hịa tan trong nước biển, do đó khi q trình hịa tan chất độc hại diễn ra, lớp
màng sơn vẫn còn trên bề mặt vỏ tàu. Chất kết dính khơng hịa tan hồn tồn, và sự cân
bằng giữa độ hịa tan/khơng hịa tan của chất kết dính đóng vai trị quan trọng trong việc
kiểm sốt tốc độ hòa tan của chất độc hại. Mặc dù những loại sơn này được pha chế để sắc
tố phân tán đều trong màng sơn, nhưng vẫn còn nghi ngờ liệu điều này có đạt được hay
mong muốn trong thực tế hay khơng. Các hạt sắc tố (chất độc hại) có thể bị keo tụ khi sơn
kết dính. Tuy nhiên, đây không phải là một vấn đề lớn trong thực tế. Cơng thức điển hình
cho chất chống bám bẩn tiếp xúc được nêu trong Bảng 13.10.
Bảng 13.10 - Công thức điển hình cho loại tiếp xúc chống bám bẩn% theo trọng lượng
Oxit đồng
57,4


Asbestine
Nhựa thơng
Dầu lanh / phenolic biến tính. 1: 2, 60% trong dung mơi 90/190 naphtha.
Cao su clo hóa
Dung mơi naphtha. 90/190
Tổng

2,4
16,1
9,0
5,4
9,7

100,0

Một trong những thông số quan trọng nhất của các chế phẩm chống bám bẩn là tốc độ
giải phóng chất độc của chúng. Các sinh vật khác nhau thể hiện mức độ nhạy cảm khác
nhau với chất độc. Đối với con hà, khoảng l0µg Cu/cm2/ngày là đủ để ngăn chặn chúng bám
vào vỏ tàu. Có một số bằng chứng về sự kết hợp giữa các loại chất độc. Đó là một trong
những lý do mà đồng và triglixerit oxit được kết hợp cùng với nhau để đáp ứng các yêu cầu
khắt khe hơn, ví dụ như trong các chất chống bám bẩn cấp 'siêu nhiệt đới'.
13.5.4.3 Chống bám bẩn cao cấp
Các tàu lớn hơn (ví dụ siêu tàu chở dầu) địi hỏi hệ sơn ít cần bảo dưỡng thường xun,
việc ngăn ngừa bám bẩn trong thời gian dài cũng được đặt ra yêu cầu tương tự.
Năm 1954, Van der Kerk & Luijten [4] đã báo cáo về đặc tính diệt khuẩn của các hợp
chất Tributyltin. Họ kết luận rằng những vật liệu này có hiệu quả rất rộng: chúng độc hại đối
với nhiều loại sinh vật biển. Sau đó, oxit Tributyltin được sử dụng kết hợp với oxit đồng.
Tuy nhiên, tuổi thọ của lớp phủ chống bám bẩn này không thể vượt quá 18 tháng. Do đó,
việc sử dụng các dẫn xuất organotin đã tăng lên, và một 'họ' các dẫn xuất organotin có sẵn
cho cơng thức sơn ra đời. Trong các thí nghiệm trong phịng thí nghiệm, với cùng khối
lượng, các dẫn xuất của Tributyltin có hiệu quả gấp một trăm lần so với oxit đồng,
[5]. Trong các điều kiện thử nghiệm thực tế hơn, chỉ cần sử dụng 1/10 đến 1/20 lượng hợp
chất organotin có khả năng kiểm soát tảo và hà tương đương so với đồng [6]. Vì vậy, sơn
địi hỏi phải được pha chế rất cẩn thận để có thể sử dụng hiệu quả tối đa chất độc hại.
Một số dẫn xuất organotin đã được sử dụng trong sơn chống bấm bẩn như tributyltin
oxide, tributyltin fluoride, and triphenyltin fluoride.
Tributyltin oxit là chất lỏng, có thể trộn lẫn với các dung mơi sơn thơng thường. Độ hịa
tan trong nước muối tương đối cao, 25 ppm, cho phép nó được sử dụng khi u cầu tốc độ
rửa trơi cao. Nó có khả năng hóa dẻo trên màng sơn, dẫn đến hàm lượng sử dụng khoảng
13% khối lượng trong hệ sơn vinyl. Hiện nay, nó được trộn oxit đồng vào khoảng 2-5% tính
theo khối lượng của màng sơn. Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy quang học và
sinh học nó có độc tính khá thấp. Hơn nữa, mặc dù tributyltin oxit hòa tan trong nước biển
trong một phạm vi giới hạn, nó được dễ dàng bám vào vật chất lơ lửng và lắng xuống bùn

sau khi gây độc cho hà [7].


Tributyltin florua là một chất rắn màu trắng, nhiệt độ nóng chảy cao và khơng tan trong
dung mơi sơn thơng thường. Hàm lượng sử dụng khoảng 30% tính theo khối lượng màng
sơn. Nó ít hịa tan trong nước biển so với dạng oxit, l0ppm, và đóng vai trị là chất độc tính
duy nhất trong các hệ sơn vinyl/cao su clo hóa/nhựa thơng. Tributyltin florua tồn tại ở dạng
bột hoặc bột nhão. Dạng bột nhão thường được sử dụng phổ biến hơn do dễ trộn ở tốc độ
cao.
Các dẫn xuất Triphenyltin cũng là chất độc hữu ích trong các lĩnh vực
khác. Triphenyltin florua (TPTF) đã được sử dụng như một chất diệt nấm nơng nghiệp. Nó
là một chất bột màu
trắng, độ hòa tan trong nước biển dưới 1ppm. Các loại sơn có chứa nó có thể bảo vệ hiệu
quả trong tối đa hai năm. Các sản phẩm thủy phân của triphenyltin florua trong nước biển là
triphenyltin clorua và triphenyltin hydroxit, cả hai đều là chất rắn không khuếch tán qua
màng. Do đó, TPTF có hiệu quả nhất khi được sử dụng trong dạng màng sơn hòa tan.
Các hệ sơn chống bám bẩn thông thường đều dựa trên sự rửa trôi chất độc hại, thể hiện
qua hàm logarit về sự phân rã nồng độ của chất độc hại có sẵn tại bề mặt sơn/nước biển. Do
đó, để đạt được tuổi thọ lâu dài, nó phải cung cấp nồng độ chất độc cao hơn nhiều so với
mức cần thiết để kiểm soát hiệu quả chống bám bẩn. Khi nồng độ của chất độc giảm xuống
dưới mức cần thiết để chống bám bẩn thì vẫn cịn một số chất độc hại cịn sót lại trong
màng. Do đó, q trình này khơng hiệu quả nếu sử dụng thành phần sơn đắt tiền. Hay nói
cách khác, nếu cơ chế giải phóng duy nhất là cơ chế khuếch tán, việc tăng gấp đôi độ dày
của màng làm tăng tuổi thọ hiệu quả của lớp phủ chỉ khoảng 13%. Nếu có thể đạt được tốc
độ giải phóng chất độc hại tối ưu và ổn định trong suốt thời gian sử dụng của lớp phủ thì
đây sẽ là một bước tiến dài. Một bước đột phá được thực hiện vào đầu những năm 1970
thơng qua cơng trình đầu tiên tại Vương quốc Anh của International Paint trong lĩnh vực chế
phẩm polyme organotin.
Các polyme của acrylat trialkyltin lần đầu tiên được Montermoso và cộng sự mô tả. [8]
vào năm 1958. Ban đầu, các polyme này được điều chế để tìm kiếm các polyme bền nhiệt,

và
chúng không được thử nghiệm về hoạt tính diệt khuẩn. Leebrick (9] vào năm 1965 là người
đầu tiên tuyên bố sử dụng polyme organotin diệt khuẩn, nhưng phải đến năm 1978, họ mới
nhận được sự chấp thuận của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ. Vào thời điểm này, họ
đã có tên tuổi ở Châu Âu và Nhật Bản.


Các polyme kết hợp các nguyên tố organotin là copolyme hoặc terpolymer dạng đơn
giản ngẫu nhiên hoặc có cấu trúc sắp xếp sau có nguồn gốc từ tributyltin acrylate and
methyl methacrylate:

Việc liên kết chất độc với polyme mang lại nhiều lợi ích so với việc sử dụng các dẫn
xuất khơng ở dạng polyme phải được đưa vào sơn ở dạng sắc tố (bột màu). Hàm lượng chất
độc của polyme có thể thay đổi tùy ý và Tg (nhiệt độ hóa thủy tinh) của polyme có thể thay
đổi để đáp ứng các yêu cầu sử dụng. Một trong những ưu điểm vượt trội của nó là có thể
giải phóng chất độc thơng qua q trình thủy phân hóa học thay vì chỉ bằng các phương
pháp vật lý.
Những ưu điểm của chất chống bám bẩn polyme organotin:
• tốc độ giải phóng chất độc hại khơng đổi;
• có thể kiểm sốt được tốc độ hịa tan và giải phóng chất độc hại;
• tự làm sạch (và ở tốc độ xói mịn cao, tự đánh bóng);
• có hiệu quả cao và khi cần sơn lại khơng có cặn.
Tuy nhiên, sơn chống bám bẩn gốc polyme organotin đã tạo ra những vấn đề rất đặc
biệt. Việc sử dụng chất diệt khuẩn polyme organotin trong các hệ sơ chống bám bẩn
làm tăng chi phí ban đầu cho chủ tàu, nhưng điều này có thể bù đắp bằng việc giảm tần suất
cập cảng khô để bảo dưỡng. Các công ty sản xuất sơn chống bám bẩn polyme organotin,
International Paint (ở Anh) và Công ty Nippon Oils and Fats ở Nhật Bản, đã phát triển sản
phẩm của họ theo nhiều hướng khác nhau. International Paint tuyên bố sản phẩm của họ có
khả năng chống bám bẩn và tăng độ bóng, tuy nhiên, sản phẩm màng sơn của họ có tốc độ
hịa tan nhanh hơn. Do đó, đối với loại sơn chống bám bẩn/bóng, tốc độ ăn mịn thường là

10-12µm mỗi tháng. Để có tuổi thọ trong 2-3 năm cần đến bốn lớp sơn 100µm. Hệ sơn của
Nhật Bản bị hịa tan khoảng 3 – 6µm mỗi tháng, do đó để đạt tuổi thọ tương đương chỉ cần
hai lớp sơn 100 µm. Tuy nhiên, độ nhám bề mặt sơn có thể ảnh hưởng đến yêu cầu năng
lượng để đẩy các siêu tàu chở dầu di chuyển. Harpur và Milne [10] chỉ ra rằng các tàu sử
dụng sơn thông thường chiều dày của thân tàu tăng khoảng 25 µm/năm so với chiều dày
trung bình ban đầu là 110-125µm. Các nhà thủy động lực học đã chỉ ra mối quan hệ định
luật công suất giữa sức đẩy và độ nhám của thân tàu, chiều dày tăng thêm 10µm làm tăng


thêm khoảng 1% mức tiêu thụ nhiên liệu. Tuy nhiên, lợi ích của việc tự đánh bóng ít có khả
năng thực hiện được trên các tàu cũ đã trải qua q trình ăn mịn đáng kể và có nhiều vết rỗ.
Trong hai thập kỷ qua, các lớp phủ chống bám bẩm dựa trên TBT đã được phát triển
nhằm đặt ra các tiêu chuẩn mới về khả năng chống bám bẩn. Các hệ sơn tự đánh bóng có thể
chống bám bẩn lên đến 5 năm và đã được khẳng định chất lượng trong ngành sơn. Trong
giai đoạn 1977-1993, International Paint đã cung cấp sơn bóng có chứa TBT cho hơn
13.000 cơng trình, tương đương với 600 triệu tấn [11]. Tuy nhiên, trong những năm 1980,
các vấn đề liên quan đến tác động môi trường của chất chống bám bẩn làm từ thiếc đã được
đặt ra. Dữ liệu về độc tính của các hệ thống này mâu thuẫn với nhau. Các nghiên cứu tại
Phịng thí nghiệm biển Plymouth cho thấy rằng TBT khơng nguy hại như đã đề cập. Ví dụ,
một loại váng sữa đã được tìm thấy để khắc phục tác động ức chế khả năng sinh sản của
TBT. Tuy nhiên, chỉ riêng nghiên cứu này sẽ không đủ để kết luận rằng việc tiếp tục sử
dụng TBT khơng có tác động bất lợi nào đối với môi trường. Việc đưa ra lệnh cấm sử dụng
lớp phủ chứa TBT trên các tàu thuyền nhỏ đã được coi là cần thiết. Điều này đã làm giảm
lượng dư lượng thiếc trong các báo cáo về nước gần bờ biển ở các bờ biển của Pháp, Anh và
Mỹ. Các luật khác đã được ban hành nhằm hạn chế việc sử dụng các chế phẩm có chứa
TBT, đặc biệt là ở Nhật Bản tất cả các sáng chế như vậy hiện đã bị cấm.
Những nghi ngờ về việc tiếp tục sử dụng sơn gốc TBT đã thúc đẩy sự phát triển của tất
cả các công ty sơn tàu biển lớn về các sản phẩm chống bám bẩn thay thế không chứa
thiếc. Công nghệ về sơn chống bám bẩm vẫn được giữ lại và các chất độc hại khác (thường
không được nhà sản xuất tiết lộ) đã được sử dụng; các chất độc hại này có lẽ đáp ứng các

tiêu chuẩn mơi trường. Do đó, Cơng ty Jotun Protective Coatings của Na Uy đã giới thiệu
chất chống bám bẩn không chứa TBT ('Seaguardian') vào năm 1990, được thử nghiệm trên
tàu VLCC thuộc lớp British Resolution của công ty BP. Khi cập cảng cạn ở Singapore vào
năm 1993, con tàu không bị bám bẩn [12]. Một loại sơn chống bám bẩn không chứa thiếc
'thế hệ thứ ba' cũng đã được giới thiệu bởi Công ty Đan Mạch, Hempel's Marine Paints, với
tên thương mại là 'Combic 7199'. Sản phẩm này được mô tả là thân thiện với môi trường và
tiết kiệm chi phí; nó có chi phí trên một đơn vị diện tích và tốc độ hịa tan thấp, kiểm soát độ
nhám tốt và yêu cầu độ dày màng sơn khơ thấp. Nó được khẳng định có hiệu quả trong 'tối
đa 5 năm'. Kể từ năm 1993, nó đã được sử dụng trên 35 tàu trên toàn thế giới [13].
Các phương pháp để xử lý vấn đề chống bám bẩn tiếp tục được nghiên cứu. Một số
nghiên cứu về việc thay thế cho các chất độc kim loại nặng không gây nguy hiểm cho môi
trường đã được triển khai.


Do đó, việc sử dụng các chất độc tự nhiên đã được đề xuất. Một nghiên cứu về các chất
chiết xuất từ một số loài bọt biển thu được từ vùng biển ven biển Curacao đã được thực hiện
[14]. Trong nghiên cứu này, chiết xuất từ 51 loài bọt biển đã được đánh giá qua các thử
nghiệm trong phịng thí nghiệm bằng cách sử dụng giống hà Balanus crenatus. Người ta
thấy rằng chất chiết xuất từ bọt biển đã ức chế giai đoạn đầu của quá trình bám bẩn bằng
cách ảnh hưởng đến q trình trao đổi chất và hơ hấp của hà. Các nghiên cứu này khó có thể
dẫn đến các sản phẩm khả thi về mặt thương mại trong ngắn hạn. Tuy nhiên, các vật liệu
hoạt tính sinh học có nguồn gốc tự nhiên có thể cung cấp chất chống bám bẩn hiệu quả và
có thể chấp nhận được với môi trường về lâu dài.
Việc sử dụng các lớp phủ có năng lượng bề mặt thấp ('khơng dính') là một cách khác để
kiểm soát sự bám bẩn. Một hệ sơn silicone có chứa các liên kết bậc thang đã được sử dụng
trên khoảng 55 tàu, bao gồm cả tàu ngầm hạt nhân. Đây là hệ sơn 'Intersleek' của
International [15], cung cấp một lớp màng mềm, dẻo, mịn mà các vi sinh vật bám
bẩn không dễ dàng bám vào. Ngay cả những sinh vật đã bám vào thân tàu cũng dễ dàng bị
loại bỏ ở tốc độ vận hành bình thường khi tàu di chuyển trong nước. Nó được sử dụng trên
các tàu cao tốc và tàu hải quân có vỏ bằng nhơm. Khơng thể sử dụng chất chống bám bẩn

mới thân thiện với mơi trường có nguồn gốc từ kim loại đồng trên các tàu này do tác động
điện phân giữa hai kim loại. Hệ sơn 'lntersleek' dường như không được sử dụng với các tàu
VLCC do khả năng chống va đập kém và chi phí quá cao.
Tuy nhiên, một cách tiếp cận khác sử dụng phương pháp năng lượng bề mặt thấp của
các lớp phủ dựa trên các polyol flo liên kết chéo với các polyisocyanat thông thường và
được tạo màu bằng 35-40% (khối lượng) các hạt PTFE [7]. Hệ sơn này mặc dù ban đầu đắt
tiền, tuy nhiên có thể giảm xuống khi được phát triển thêm và chuyển từ giai đoạn thử
nghiệm sang khai thác thương mại. Người ta khẳng định rằng có thể dễ dàng loại bỏ cặn bẩn
bám vào lớp phủ bằng cách chà bằng bọt biển và bàn chải nylon dưới dòng nước áp suất
thấp. Các phương pháp sau có thể tỏ ra không phù hợp với quy mô tàu VLCC.
Một hệ sơn chống bám bẩn mới dựa trên việc sử dụng sơn dẫn điện đã được phát triển
bởi công ty Mitsubishi Heavy Industries, Nhật Bản và được bán trên thị trường với tên gọi
MGPET-200, ('Hệ sơn chống bảm bẩn tàu bằng Cơng nghệ điện phân'). Nó có hiệu quả
tương tự như một loại sơn chống bám bẩn, nhưng không chứa các chất ô nhiễm kim loại
nặng. Lớp sơn dẫn điện được cách điện với vỏ tàu bằng hệ thống sơn không dẫn điện. Vỏ
tàu và màng sơn luôn chênh lệch điện thế với nhau, để đảm bảo q trình điện hóa ln xảy
ra. Do đó, màng sơn ln phiên là cực dương hoặc cực âm tùy thuộc vào cực của điện áp đặt
vào. Các vật liệu diệt khuẩn là clo và các ion hypocloro được tạo ra ở cực dương. Sự phát


triển của hà biển bị ngăn chặn khi nồng độ ion hypocloro trong nước biển lớn hơn 0,05-0,1
ppm. Hiện tại, hệ thống được cung cấp để sử dụng trên các tàu có trọng tải lên đến 500
tấn. Việc sử dụng nó cho các tàu lớn hơn đang được tiến hành [16, 17].
13.6 Sơn các cơng trình xa bờ
Các giàn khoan (gần bờ và xa bờ) và đường ống dẫn nước dưới nước đều cần có lớp
phủ bảo vệ tương tự như lớp sơn dùng trong sơn tàu biển. Chúng thường được gọi là 'lớp
phủ hạng nặng'. Giàn khoan có ba loại: giàn nửa chìm nửa nổi, giàn chân chống/tự nâng và
tàu khoan. Tất cả đều có thể được coi là tĩnh trong quá trình khoan. Các bệ ở chỗ giao nhau
của đường ống từ mỏ khí hoặc dầu và đường ống nối chính vào đất liền là kết cấu tĩnh giống
như giàn khoan, nhưng khơng có thiết bị khoan; tuy nhiên, vì chúng nằm cố định trong mơi

trường ăn mịn nên chúng cũng yêu cầu hệ thống lớp phủ bảo vệ hiệu quả và yêu cầu tần
suất bảo trì tối thiểu. Bảo vệ chống ăn mòn quan trọng hơn việc chống bám bẩn (hà), ngoại
trừ trường hợp các sinh vật biển góp phần vào việc bắt đầu ăn mịn; do đó, nó khơng tiết
kiệm chi phí bằng cách giảm lực cản như sơn hàng hải.
Giống như tàu, các cơng trình ngồi khơi cần có hệ thống sơn nhiều lớp, góp phần
chống ăn mòn và bám bẩn. Việc sơn cấu trúc được thực hiện trên bờ trong điều kiện vi khí
hậu tương tự. Trong q trình sử dụng, rất khó để sửa chữa các lớp phủ ban đầu do làm
hỏng lớp phủ hoặc sự cố của nó. Các cấu trúc này được chia làm ba khu vực chính tiếp xúc
với các điều kiện mơi trường khác nhau. Đó là vùng khí quyển (gần giống với mặt trên và
cấu trúc thượng tầng của một con tàu), "vùng nước " (giống với phần mui của một con tàu)
và vùng "ngập nước" (giống với đáy của một con tàu). Giudice [18] xác định có 12 loại bề
mặt cả bên trong và bên ngoài, yêu cầu các hệ sơn khác nhau. Các hệ sơn sử dụng các bề
mặt khác nhau được ví dụ trong Bảng 13.11. Các bề mặt khác bao gồm bề mặt của tank
chứa nước dằn tàu và nước ngọt, máy móc, v.v.
Bảng 13.11
STT
1

2

Tên
Đặc điểm
Bề mặt bên ngồi chính - (thân tàu, bể chứa và thang, v.v.)
Sơn lót
Sơn lót kẽm silicat (một lớp, độ dày màng sơn khơ 70 µm)
Lớp sơn nền thứ Sơn polyamide-epoxy đóng rắn bằng sắt oxit sắt oxit.
nhất
(1 lớp, độ dày màng khơ (dft) 120µm)
Lớp sơn nền thứ
Sơn vinyl khơ nhanh hiệu suất cao (một lớp, l00µm dft)

hai
Lớp phủ
Sơn vinyl acrylic (một lớp, 50µm dft)
Các boong bên ngồi chính - (bao gồm cả boong sân bay trực thăng)
Sơn lót
Sơn lót kẽm silicat (một lớp, độ dày màng sơn khơ 70 µm)
Sơn trung gian
Sơn epoxy hai thành phần đóng rắn bằng polyamide (một lớp,


3.1

3.2

4
4.1

4.2

4.3

120µm dft)
Sơn epoxy hai thành phần đóng rắn bằng polyamide (một lớp,
Lớp phủ
120µm dft) (kết hợp cát silica sấy khơ bằng ngọn lửa 300500µm).
Vùng ngập nước - Chân, bề mặt ngoài của tank spud, giàn khoan tự nâng
Sơn epoxy sắc tố kẽm phốt phát hai thành phần đóng rắn bằng
Sơn lót
polyamide (một lớp, 50µm dft)
Sơn epoxy hai thành phần đóng rắn bằng polyamide (ba lớp,

Sơn phủ
360µm dft)
Bên dưới đường tải trọng khoan (phao, cột, giằng, v.v.)
Sơn lót
Sơn lót vinyl (một lớp, 5µm dft)
Sơn trung gian Sơn epoxy hai thành phần đóng rắn bằng polyamide (ba lớp,
thứ nhất
360µm dft)
Sơn trung gian
Sơn cao su clo hóa sắc tố nhơm (một lớp, 40µm dft)
thứ hai
Sơn cao, tự đánh bóng, chống rỉ (hai lớp,
Sơn phủ
200µm dft)
Vùng đáy biển
Phịng chứa bùn và phịng bơm bùn; hố bùn, bể chứa bùn và máy bơm bùn (bên
ngoài)
Sơn epoxy sắc tố kẽm hai thành phần đóng rắn bằng polyamide,
Sơn lót
(một lớp, dft 50 µm)
Sơn epoxy hai thành phần, kết cấu cao, đóng rắn bằng polyamide
Sơn phủ
(hai lớp, 240µm dft)
Hố bùn và tank chứa bùn (bên trong)
Sơn lót
Sơn lót rửa vinyl (một lớp, 5 µm dft)
Sơn epoxy nhựa than đá hai thành phần đóng rắn bằng
Sơn phủ
polyamide, đóng rắn nhanh (hai lớp, 240 µm dft)
Sàn khoan

Sơn lót
Sơn kẽm silicat (một lớp, 70µm dft)
Sơn epoxy hai thành phần đóng rắn bằng polyamide (ba lớp,
Sơn phủ
360µm dft)
Kết luận

Mục đích của chủ tàu là tránh việc cập cảng khô thường xuyên và tốn kém. Do đó, họ
rất quan tâm đến các sản phẩm sơn chống ăn mòn và chống bám bẩn. Các tàu lớn hơn (ví dụ
siêu tàu chở dầu) địi hỏi hệ sơn ít cần bảo dưỡng thường xuyên, và việc ngăn ngừa bám bẩn
trong thời gian dài cũng được đặt ra yêu cầu tương tự. Do đó, các loại sơn được cung cấp có
thể thi cơng trong các điều kiện bất lợi. Một số khu vực nhất định như mặt trên và cấu trúc


thượng tầng có thể được sơn lại khi tàu đang ở trên biển. Các loại sơn chống ăn mòn và
chống bám bẩn cho môi trường biển luôn cần nghiên cứu và cải tiến để phát triển các loại
sơn mới hiệu quả và thân thiện với môi trường hơn.