thiết kế phân xưởng sản xuất sơn xe máy trên cơ sở chất tạo màng pu

Đặc biệt một số loại sơn còn có khả năng đáp ứng đượcnhiều yêu cầu kỹ thuật quan trọng như chống gỉ, cách điện, hấp thụ tia cựctím, chịu kiềm, chịu va đập… Trong các loại sơn thì sơn sử

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thế Hữu đã tận tình hướng dẫn,giúp đỡ em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp thiết kế phân xưởng sản xuất Sơn

xe máy với chất tạo màng là nhựa PU được giao

Em xin gửi lời biết ơn đến các thầy cô trong khoa Công nghệ hóa đãđóng góp những ý kiến quý báu giúp em trong quá trình hoàn thành quyểnkhóa luận này

Em xin cám ơn ban giám đốc Công ty TNHH Nippon paint Việt Nam(Hà Nội) đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em tham quan, tìm hiểu các quytrình sản xuất của nhà máy giúp em hiểu rõ hơn quy trình sản xuất sơn xemáy

Con xin gửi đến cha mẹ tấm lòng biết ơn vô hạn, cảm ơn tất cả nhữngngười thân đã thương yêu,quan tâm và chăm lo cho tôi

Qua đây em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tất cả các bạn trong tậpthể lớp ĐH Hóa 1 K2 đã luôn sát bên em, cùng nhau học hỏi, tìm hiểu giúp

em có thể hoàn thành tốt bài khóa luận

Do thời gian có hạn cho nên trong thời gian hoàn thành quyển khóa luậntốt nghiệp này không tránh khỏi những sai sót Kính mong sự chỉ bảo cũngnhư những lời góp ý chân thành từ tất cả thầy cô cùng các bạn đọc với sựthông cảm …

Hà nội, Tháng 05 năm 2011 Sinh viên: Nguyễn Thị Mến

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN I

CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG VĂN BẢN V DANH MỤC HÌNH VẼ VII DANH MỤC BẢNG BIỂU VIII

LỜI MỞ ĐẦU 1

PHẦN 1 - TỔNG QUAN 2

1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ SƠN 2

1.1.1 Khái niệm và phân loại sơn: 2

1.1.1.1 Khái niệm sơn: 2

1.1.1.2 Phân loại sơn: 2

1.1.2 Các phương thức tạo thành màng sơn 4

1.1.2.1 Cơ chế khô vật lý: 4

1.1.2.2 Cơ chế khô hóa học 4

1.1.3 Thành phần sơn: 4

1.1.3.1 Nhựa dùng trong sơn 5

1.1.3.2 Dung môi 5

1.2 GIỚI THIỆU VỀ SƠN PU 13

1.2.1 Lịch sử phát triển và ứng dụng của sơn polyurethane 13

1.2.2 Chất tạo màng : 15

1.2.2.1 Alkyd urethan : 15

1.2.2.2 Polyurethan một thành phần đóng rắn bằng hơi ẩm : 16

1.2.2.3 Polyurethan một thành phần đóng rắn bằng nhiệt: 16

1.2.2.4 Nhựa hai thành phần polyisocyanate và polyol: 18

1.2.3 Bột mầu, bột độn: 24

1.2.3.1 Giới thiệu về bột mầu, bột đôn 24

1.2.3.2 Phân loại bột mầu: 25

1.2.3.3 Bột mầu, bột độn trong sơn polyurethan: 25

1.2.4 Dung môi 25

1.2.4.1 Phân loại dung môi: 26

1.2.4.2 Tính chất của dung môi: 31

1.2.5 Phụ gia: 36

1.2.6 Nguyên tắc thiết lập công thức sơn: 37

1.2.6.1 Xác định thành phần nhựa: 37

1.2.6.2 Xác định thành phần bột mầu, bột độn: 37

1.2.6.3 Xác định thành phần của dung môi: 38

1.2.6.4 Xác định thành phần của phụ gia: 40

PHẦN 2 - THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN 41

CHƯƠNG 1: NGUYÊN LIỆU 41

2.1.1 Đơn phối liệu 41

2.1.2 Tính toán nguyên liệu cần dùng cho 1 năm 42

2.1.2.1 Lượng nguyên liệu dùng cho một ngày 42

2.1.2.2 Lượng nguyên liệu dùng cho một năm 43

2.1.3 Tính giá thành nguyên liệu dùng cho 1 năm 44

CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ MÁY MÓC VÀ NHÀ XƯỞNG 45

2.2.1 Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy 45

2.2.2 Thiết kế tổng mặt bằng 46

2.2.2.1 Yêu cầu chung về thiết kế nhà máy sơn 46

2.2.2.2 Nguyên tắc phân vùng 47

2.2.2.3 Các công trình hạng mục trong nhà máy 47

2.2.3 Các Thiết bị máy móc 49

2.2.3.1 Máy khuấy 49

2.2.3.2 Máy nghiền 54

2.2.3.3 Các thiết bị máy móc khác 58

CHƯƠNG 3- TÍNH TOÁN NHÂN CÔNG 60

CHƯƠNG 4- QUY TRÌNH SẢN XUẤT 63

2.4.1 Sơ đồ sản xuất sơn 63

2.4.1.1 Giai đoạn ủ muối: 64

2.4.1.2 Giai đoạn nghiền: 65

2.4.1.4 Giai đoạn đóng sản phẩm: 66

CHƯƠNG 5 - TÍNH TOÁN KINH TẾ 68

2.5.1 Tóm tắt quá trình 68

2.5.2 Tính toán kinh tế 68

2.5.2.1.Tính vốn đầu tư 69

2.5.2.2 Tính thời gian thu hồi vốn 78

CHƯƠNG 6- ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SƠN 79

2.6.1 Kiểm tra độ nhớt của sơn: 79

2.6.2 Đo tỷ trọng của sơn: 79

2.6.3.Phần trăm không bay hơi (hàm lượng chất rắn) 80

2.6.4 Độ cứng 80

2.6.5 Độ bám dính 81

2.6.6 Tính bền điểm 81

2.6.7 Tinh bền săng dầu 82

2.6.8 Khả năng chịu vết 83

2.6.9 Khả năng chịu va đập với tấm thép 84

2.6.10 Kiểm tra chịu va đập với tấm nhựa 84

2.6.11 Khả năng chịu uốn (độ đàn hồi) 85

2.6.12 Kiểm tra khả năng chịu độ ẩm 85

2.6.13 Kiểm tra khả năng chịu muối 86

2.6.14 Kiểm tra độ bóng 86

2.6.15 Kiểm tra độ biến trắng của hỗn hợp dung môi 87

2.6.16 Kiểm tra khả năng chịu môi trường khí hậu tự nhiên 87

CHƯƠNG 7 - AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH CÔNGNGHIỆP 88

2.7.1 Các nguyên tắc cơ bản trong an toàn lao động: 88

2.7.2 Những qui định về sử dụng máy 89

2.7.3 Những qui định về vệ sinh máy và thiết bị : 90

2.7.4 Vệ sinh công nghịêp 90

2.7.4.1 Giới thiệu chung 90

2.7.4.2 Xử lý nước thải 92

2.7.4.3 Xử lý nước thải trước khi sơn 95

2.7.4.4 Xử lý nước thải sơn điện di 95

2.7.5 Xử lý khí thải 95

2.7.5.1 Phương pháp hấp thụ 95

2.7.5.2 Phương pháp đốt trực tiếp 95

2.7.5.3 Phương pháp đốt xúc tác 95

KẾT LUẬN 95

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG VĂN BẢN

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Thành phần chính của sơn 4

Hình 1.2: Tính chất của dung môi Hữu cơ 27

Hình 1.3: Sản xuất dung môi hydrocacbon 29

Hình 1.4: Quan hệ giữa độ nhớt và hàm rắn của nhựa 32

Hình 2.1 Sơ đồ bố trí các công trình trong công ty sơn 49

Hình 2.2 Hình dạng cánh khuấy được sử dụng ở phân xưởng 50

Hình 2.3 Hình máy khuấy 1 trục HMB 755 52

Hình 2.4 Hình ảnh máy khuấy thực tế trong phân xưởng 52

Hình 2.5 Thông số máy nghiền hạt ngọc kiểu đứng 56

Hình 2.6 Cấu tạo máy nghiền hạt ngọc 57

Hình 2.7 Quy trình sản xuất một mẻ sơn chung 63

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Thông số hòa tan của dung môi theo Hansen’s 6

Bảng 1.2 Thông số hòa tan của nhựa 7

Bảng 1.3 Tốc độ bay hơi của dung môi 7

Bảng 1.4 Nồng độ cho phép của dung môi 8

Bảng 1.5 Thành phần và tính chất của bột màu vô cơ 9

Bảng 1.6 Thành phần và tính chất của bột độn như sau 11

Bảng 1.7 : Một số tác nhân che chắn 17

Bảng 1.8 : Ảnh hưởng của cấu trúc isocyanate tới thời gian khô 19

Bảng 1.9: Các tiền chất diisocyanate 20

Bảng 1.10: Các dạng polyisocyanate 21

Bảng 1.11: Các loại dung môi oxy hóa 30

Bảng 1.12: Ví dụ về việc phân loại dung môi sơn 33

Bảng 1.13: Tốc độ bay hơi và việc thoát dung môi khỏi màng 34

Bảng 1.14: Tốc độ bay hơi của dung môi 35

Bảng 1.15: Tỷ lệ tương đối của các thành phần trong công thức sơn 41

Bảng 2.1 Đơn phối liệu sơn mầu trắng 41

Bảng 2.2 Khối lượng nguyên liệu dùng cho 1 ngày 42

Bảng 2.3 Khối lượng nguyên liệu dùng cho 1 năm 43

Bảng 2.4 Bảng kê giá thành lượng nguyên liệu để sản xuất sơn 44

Bảng 2.5 Các thông số về máy khuấy 50

Bảng 2.6 Các thông số của máy nghiền 55

Bảng 2.7 Thống kê các loại máy móc thiết bị trong xưởng 59

Bảng 2.8 Vốn đầu tư mua thiết bị máy móc 70

Bảng 2.9 Bố trí số bóng được 71

Bảng 2.10.Năng lượng điện dùng trong sản suất 72

Bảng 2.11.Quỹ lương trả cho công nhân trực tiếp 75

Bảng 2.12.Quỹ lương trả cho công nhân gián tiếp 75

Bảng 2.13.Bảng tổng hợp chi phí chủ yếu 76

Bảng 2.14 Bảng ước tính giá sản phẩm: 77

Bảng 2.15.Tiêu chuẩn các chất thải ra môi trường 91

LỜI MỞ ĐẦU

Khi nền công nghiệp ngày càng phát triển thì sơn không chỉ có tácdụng bao phủ lên bề mặt vật liệu nhằm chống lại sự phá hủy của môi trườngxung quanh mà còn tăng thêm vẻ đẹp cho từng loại vật liệu đó với đủ loạimầu sắc bắt mắt Đặc biệt một số loại sơn còn có khả năng đáp ứng đượcnhiều yêu cầu kỹ thuật quan trọng như chống gỉ, cách điện, hấp thụ tia cựctím, chịu kiềm, chịu va đập…

Trong các loại sơn thì sơn sử dụng chất tạo màng là nhựa PU có những tính năng tốt khác biệt với các loại sơn khác là dính chặt vào bề mặt vật liệu, đàn hồi, bóng, bền dưới tác dụng của ánh sáng, giá thành cũng tương đối thấp được ứng dụng rộng rãi nên nhu cầu về sơn PU cũng khá cao lớp phủ linh hoạt, mềm dẻo, dễ thích ứng, độ co dãn tốt, đàn hồi va đập cao…ngày nay sơn sử dụng chất tạo màng PU cũng đã được sử dụng khá phổ biến

do nhưng tính năng vượt trội của nó

Trên thế giới, công nghiệp hóa chất phát triển rất nhanh, tạo điều kiệncho ngành sơn cũng phát triển mạnh Với một đất nước đang phát triển nhưnước ta hiện nay thì đây là một thị trường tiềm năng để phát triển cho ngànhsơn công nghiệp Trong các lĩnh vực sản xuất các thiết bị công nghiệp nhưthiết bị linh kiện xe máy, oto… Thì ngành sơn đóng vai trò hết sức quan trọngtrong việc bảo vệ và trang trí Chính vì vậy, với đề tài thiết kế phân xưởng

sản xuất sơn xe máy với chất tạo màng là nhựa PU mà em đã tìm hiểu vànghiên cứu là rất sát với thực tế và cần thiết

PHẦN 1 - TỔNG QUAN1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ SƠN

Được biết vào thời kỳ trước công nguyên người Ai Cập đã biết trang trítường, hang hốc, các vật dụng dựa trên cơ sở chất kết dính là lòng trắngchứng, sáp ong, nhựa cây trộn với bột màu thiên nhiên

Vài ngàn năm sau đó người Trung Hoa đã phát hiện và dùng nhựa câysơn làm sơn phủ và keo Trước đây sơn được sản xuất từ các loại dầu thảomộc như: dầu lanh, dầu trẩu, dầu gai, dầu dừa, dầu hướng dương, dầu ngô,dầu cao su…Các loại nhựa như: nhựa cánh kiến, nhựa thông…Các loại bộtnhư cao lanh, oxit sắt…

Đến thế kỷ thứ 20 cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp hóachất, công nghiệp sơn tổng hợp được ra đời và phát triển mạnh, đặc biệt là ởnhững nước có ngành công nghiệp hóa chất phát triển mạnh Toàn thế giớinăm 1965 sản xuất khoảng 10 triệu tấn sơn Năm 1975 tăng 16 triệu tấn

Vậy sơn là gì?  Ta có một định nghĩa tổng quát như sau: Sơn là hệphân tán gồm nhiều thành phần (chất tạo màng, chất mầu … trong môi trườngphân tán) Sau khi phủ lên bề mặt vật liệu nền nó tạo thành lớp màng đều đặn,bám chắc, bảo vệ và trang trí bề mặt vật liệu cần sơn

1.1.1 Khái niệm và phân loại sơn:

1.1.1.1 Khái niệm sơn:

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 ramột lớp màng che phủ để bảo vệ các tính chất của vật liệu dưới tác dụng củacác điều kiện khác nhau của môi trường: nhiệt độ, ánh sáng, áp suất, ănmòn…

1.1.1.2 Phân loại sơn:

Có rất nhiều cách để phân loại sơn.

a Dựa vào bản chất của chất tạo màng ta chia sơn ra làm 3 loại:

- Sơn dầu thuần túy: Thành phần chất tạo màng chỉ có dầu thảo mộc nên

ít dùng do không bền

- Sơn dầu nhựa: Thành phần chất tạo màng gồm dầu thảo mộc và nhựa(nhựa thiên nhiên, hoặc nhân tạo) Loại này được dùng phổ biến trong đờisống hàng ngày nhưng ít dùng trong các ngành kỹ thuật

- Sơn tổng hợp: Chất tạo màng là nhựa tổng hợp ( gọi tên căn cứ vào têncác loại nhựa: sơn epoxy, sơn ankyd…)

b Căn cứ bản chất của môi trường phân tán:

- Sơn tổng hợp: chất tạo màng là nhựa tổng hợp (gọi tên căn cứ vàotên của loại nhựa: sơn epoxy, sơn alkyd…)

c Căn cứ vào bản chất của môi trường phân tán:

- Sơn dung môi  Môi trường phân tán là dung môi hữu cơ

- Sơn nước  môi trường phân tán là nước

- Sơn bột  không có môi trường phân tán

1.1.2.2 Cơ chế khô hóa học

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

- Phản ứng đóng rắn nhờ vào chất đóng rắn: Sự tạo thành màng sơn củaloại này nhờ vào chất đóng rắn Ví dụ: sơn epoxi, sơn poli amin …

- Phản ứng nhờ nhiệt độ cao (sấy): Quá trình tạo thành màng sơn của

loại này phải qua sấy mới tạo ra phản ứng trùng hợp Ví dụ: sơn alkyd gốcamin, sơn silicon…

Hình 1.1 Thành phần chính của sơn

1.1.3.1 Nhựa dùng trong sơn

a Khái niệm

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, quétlên bề mặt sản phẩm, dung môi sẽ bay hơi hình thành màng cứng trong suốt

b Vai trò của nhựa:

Liên kết giữa các phân tử bột màu, bột độn, phụ gia với nhau và giữchúng lại trên màng sơn Chuyển chúng từ dạng rời sang dạng liên kết Tạomàng sơn đồng nhất sau khi khô và đóng rắn Làm cho sơn bám dính vào bềmặt vật liệu

c Phân loại nhựa:

Gồm 2 loại chính:

- Nhựa thiên nhiên: Hổ phách, Cánh kiến, Nhựa bitum, Tùng dương…

- Nhựa tổng hợp: Nhựa phenol formaldehit hòa tan trong cồn (rượuetilic), nhựa phenol formaldehit hòa tan trong dầu, nhựa phenol formaldehittùng hương, nhựa alkyd, nhựa gốc amin, nhựa epoxi, nhựa polieste, loại nhựavinyl, nhựa acrylat, nhựa silicon…

1.1.3.2 Dung môi

a Khái niệm:

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

- Các yêu cầu của dung môi: Hòa tan hoàn toàn chất tạo màng Có tốc

độ bay hơi nhất định 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 chỉnên vào khoảng 50-2000C, vì nếu quá cao thì dung môi sẽ khó bốc hơi ra khỏimàng sơn Yêu cầu về liều lượng dung môi không được nhiều quá Khôngnên dùng loại dung môi dễ bay hơi

c Nguyên tắc lựa chọn dung môi:

Khi lựa chọn dung môi, phải dùng khái niệm tham số hòa tan để phánđoán năng lực hòa tan của dung môi đối với nhựa Tham số độ hòa tan củadung môi (δ ) được xác định theo công thức Hansen’s như sau:

δ2 = δ2

d + δ2

p + δ2 h

Trong đó: Δ: tham số hòa tan của dung môi δ

d : lực phân tán δ

h : lực húthydro δ

p : lực hút tĩnh điện

B ng 1.1 Thông s hòa tan c a dung môi theo Hansen’s ảng 1.1 Thông số hòa tan của dung môi theo Hansen’s ố hòa tan của dung môi theo Hansen’s ủa dung môi theo Hansen’s

So sánh thông số hòa tan của dung môi với thông số hòa tan của nhựa.Nếu hai thông số này chênh lệch nhau càng ít thì khả năng hòa tan càng cao

B ng 1.2 Thông s hòa tan c a nh a ảng 1.1 Thông số hòa tan của dung môi theo Hansen’s ố hòa tan của dung môi theo Hansen’s ủa dung môi theo Hansen’s ựa

B ng 1.3 T c đ bay h i c a dung môi ảng 1.1 Thông số hòa tan của dung môi theo Hansen’s ố hòa tan của dung môi theo Hansen’s ộ bay hơi của dung môi ơi của dung môi ủa dung môi theo Hansen’s

Công thức hóa học Tỉ trọng

(20 0 C)

Điểm sôi ( 0 C)

Chú thích: tốc độ bay hơi lấy Butyl acetat làm tiêu chuẩn 100, tính ra

số liệu của các dung môi khác

- Nồng độ cho phép của dung môi:

B ng 1.4 N ng đ cho phép c a dung môi ảng 1.1 Thông số hòa tan của dung môi theo Hansen’s ồng độ cho phép của dung môi ộ bay hơi của dung môi ủa dung môi theo Hansen’s

Dầu xăng loại 2 0,3

+) 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

+) Tính chất của chất pha loãng: 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

+) 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, sơn Alkyd

- Chất pha loãng sơn Epoxi: butyl axetat, butyl, xilen

d) Bột màu

+) Khái niệm: Bột màu là thành phần tạo màu cho màng sơn, chất rắn

có độ hạt rất nhỏ, không hòa tan trong dầu hoặc dung môi, được mài nghiền

đồng đều với chất làm dẻo, có tác dụng che phủ bề mặt, chống xuyên thấu củatia tử ngoại làm cho màng sơn có màu, chịu nước, chịu khí hậu, nâng cao độcứng, độ mài mòn, kéo dài tuổi thọ màng sơn…

+) Chức năng của bột màu: Chức năng quang học, chức năng bảo vệ,

chức năng tăng cường

+) Phân loại bột màu: Gồm màu hữu cơ và màu vô cơ:

- Màu vô cơ: là muối và phức của kim loại đa hóa trị

B ng 1.5 Thành ph n và tính ch t c a b t màu vô c ảng 1.1 Thông số hòa tan của dung môi theo Hansen’s ần và tính chất của bột màu vô cơ ất của bột màu vô cơ ủa dung môi theo Hansen’s ộ bay hơi của dung môi ơi của dung môi

- Che phủ, thể hiện màu mạnh, chịu kiềm tốt không chịu acide không chịu khí hậu dễ bột hóa, tính chất không giống TiO2

- 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

- Thể hiện màu mạnh, chịu ánh sáng, chịu nhiệt, chịu kiềm, không chịu acide, dễ bột hóa, che phủ kém PbCrO4

2O

3 - Che phủ, thể hiện màu tốt, chịu ánh

sáng, chịu kiềm, rẻ, màu không đẹp

- Che phủ, thể hiện màu xanh, chịu ánh sáng, chịu nhiệt độ cao, đắt

1 Cacbon - Che phủ tốt, thể hiện màu mạnh Rất

ổn định , chịu nhiệt , không biến màu , tỉ trọng nhỏ

+) Khái niệm: là chất màu trắng hoặc không có màu, không thể hiện

màu, độ che phủ kém, là nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm Có tác dụng làm tăng

độ dày màng sơn, nâng cao độ cứng, chịu mài mòn, chịu nước, và đặc biệt làlàm giảm giá thành của sơn

+) Phân loại: có 2 loại chất độn đó là:

- Chất độn tự nhiên: là các loại đá, khoáng được khai thác trong tựnhiên

- Chất độn tổng hợp: thu được từ quá trình hóa học

Bảng 1.6 Thành phần và tính chất của bột độn như sau

2O Chống bột màu kết tủa, chịu nước chịu

mài mòn Dùng làm mattit, sơn lót

- 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 Gồm: Chất làm khôcoban, chất làm khô Mangan, chất làm khô chì, chất làm khô hỗn hợp

- Chất trợ nhớt: Tác dụng làm tăng độ nhớt của sơn tránh hiện tượngchảy khi sử dụng sơn trên bề mặt thẳng đứng Thường sử dụng là silica.

- Chất chống lắng: liên kết các thành phần phân tán trong sơn để tránhhiện tượng lắng Chất chống lắng thông dụng: stearat kẽm, stearat nhôm

- Chất trợ phân tán: Tác dụng làm tăng độ phân tán giữa các thànhphần của sơn làm cho màng sơn đồng nhất hơn Chất trợ phân tán hiệu quả rấtcao là BYK A905

- Chất bảo vệ UV (như BYK A305) có khả năng hấp thụ tia UV để

tránh hiện tượng phân hủy màu, làm cho màng sơn giòn, bong rộp ,nhạt màutheo thời gian sử dụng

- Phụ gia chống vi sinh: nhằm mục đích bảo vệ màng sơn tránh khỏi sự

tấn công của vi sinh vật như rong tảo, hà Phụ gia phổ biến như: CuO, CuCl,Hg

2O, hợp chất gốc phenol

1.2 GIỚI THIỆU VỀ SƠN PU

1.2.1 Lịch sử phát triển và ứng dụng của sơn polyurethane

Năm 1849, wurtz nhà bác học người Đức lần đầu tiên công bố đã tách

ra được phân tử izoxianat, ông đã cố gắng lý giải hợp chất trung gian này để

sử dụng

Năm 1884 Hentschel (Đức) đã bổ sung thêm những quan điểm để hoànthành công việc của Wurtz

Người có công đóng góp quan trọng là Bayer và trợ lý của ông, họ đã chỉ

ra đuợc giá trị thuơng mại của nó khi tạo được polyme từ hợp chất trung gian.Đến thập kỷ 50 của thế kỷ 20, polyurethan đã được sản xuất từ phânđoạn dầu mỏ

Ngoài metan và metanol được tạo ra từ sinh vật phân huỷ là nguồnnguyên liệu phong phú để sản xuất polyurethan, phản ứng của một alcol vớimột izocianat tạo ra một ure (cacbamat) là phản ứng cộng đơn giản với sựdịch chuyển hydro của (Wurtz)

R-N=C=O + HOR  R-NH-CO-OR

Năm 1937 Otto Bayer tìm hiểu được bản chất hoá học của polyurethan

đi từ polyizoxianat và hợp chất hydroxyl cho sản phẩm polyme mạch thẳng,nhánh và không gian

Sự khác biệt giữa sơn polyurethan và các loại khác là Trong sơn

polyurethan, thành phần chất tạo màng có chứa nhóm

isocyanate(NCO).Nhóm này sẽ phản ứng với bất kỳ loại hydro hoạt tính nào trong thành phần của nhựa gốc để tạo thành màng sơn.Có thể được thấy rõ điều này thông qua việc xem xét cấu trúc cộng hưởng của nhóm isocyanat:

R - N - C = O  R-N=C=O  R-N=C-O

Hydro hoạt tính phản ứng với nối đôi C=N, trong đó hydro tấn công vào

vị trí Nitơ và phần còn lại tấn công vào vị trí cacbon

Trong các chất phản ứng cùng với isocyanat để tạo thành polyurethan,polyol là một chất quan trọng

R - N = C = O + HO - R' R - N - CO - OR'

H

Polyol phản ứng khá nhanh với isocyanat, tuy nhiên tốc độ phản ứngkhác nhau nhiều tùy thuộc vào polyol.Các rượu bậc một phản ứng mãnh liệtvới isocyanat ở nhiệt độ thường, trong khi tốc độ phản ứng của rượu bậc haichỉ bằng 0,3 lần, và rượu bậc ba là khoảng 0,005 lần Điều này là do sự chechắn không gian lớn hơn của rượu bậc cao sẽ làm giảm tốc độ của phản ứng

Ví dụ như triphenylcarbinol gần như không phản ứng isocyanat

Ngược lại sự phản ứng của isocyanat với amin thì rất nhanh Cũng nhưrượu, các amin bậc càng thấp thì phản ứng xảy ra càng mạnh.Các amin bậcmột mạch thẳng có thể phản ứng nhanh hơn rượu bậc một từ 100 đến 1000lần, trong khi các amin bậc hai mạch thẳng và amin bậc một vòng thơm thìkhả năng phản ứng thấp hơn, và amin bậc hai vòng thơm còn phản ứng chậmhơn nữa

R - NCO + R’ -NH2  R - NH - CO - NH - R’

R - NCO + R’ - NH - R’’  R - NH - CO - NR’R’’

Khả năng phản ứng rất cao của amin giới hạn việc sử dụng chúng trongcông thức chế tạo sơn Thông thường các amin được sử dụng trong côngnghiệp sơn đều đã được biến tính.

Ngoài rượu và và amin, rất nhiều các hợp chất khác có chứa hydro hoạttính có thể phản ứng với isocyanat, một trong số đó có thể liệt kê ở đây như :uretan, axit cacboxylic, silanol, amit, nước…

Trên đây là phản ứng cơ bản xảy ra trong tất cả các hệ sơnpolyurethan.Tuy nhiên, riêng trong hệ sơn polyurethan đóng rắn bằng nhiệt,sơn polyurethan đóng rắn bằng chất làm khô, và sơn polyurethan đóng rắnbằng hơi ẩm thì có sự khác biệt Trong sơn polyurethan đóng rắn bằng nhiệt,

vì nhóm isocyanate đã được che chắn ( tạo adduct ) nên phản ứng xảy ra khiđóng rắn do nhiệt có khác cơ chế ở trên, và có thể được trình bày như sau :

R - NH - CO - BL + R’-OH  R- NH - CO - R’ + BLOHTrong sơn polyurethan khô bằng chất làm khô thì cơ chế khô tương tựnhư trong sơn ankyd do thực chất đây là polyurethan biến tính bằng dầu thảomộc Việc khô được tiến hành theo cách oxy hóa liên kết không no trong vị trícủa axit béo Còn trong sơn đóng rắn bằng hơi ẩm, ban đầu nhóm NCO sẽphản ứng với hơi ẩm để tạo thành amin :

R - NCO + H2O  RNHCOOH  RNH2 + CO2

Sau đó amin này sẽ quay lại phản ứng với NCO

Để hiểu rõ hơn ta sẽ tìm hiểu từng nguyên liệu để tạo nên sơnpolyurethan như sau:

1.2.2 Chất tạo màng :

Như trên đã trình bày, việc tạo màng trong sơn polyurethan có thể do sựkết hợp của isocyanate (chất đóng rắn) với các polyol ( nhựa gốc) (trong sơnhai thành phần), hoặc dưới tác dụng của nhiệt hoặc chất làm khô Ở đây đểcho dễ hiểu em trình bày chất tạo màng theo bản chất của từng loại nhựa

1.2.2.1 Alkyd urethan :

Đây được coi là dầu urethan hoặc uralkyd Đúng như tên gọi chúng cũngtương tự như alkyd truyền thống, nhưng diaxit (AP) được thay thế bởidiisocyanate Ban đầu dầu được phản ứng với triol để tạo thành mono và

diglyxerit, sau đó diisocyanate được thêm vào.Phản ứng cuối cùng là củanhóm isocyanate với nhóm với nhóm OH tự do của mono và diglycerit.

H2COH H2COH H2COH H2COCOR    

HCOH + HC͟͟OCOR  HC- OCOR + HC - OH    

H2COH H2COCOR H2COCOR H2COH

H2C-OH H2C-O-CO-NH-R-NH-OCO-CH2

CH-OCOR + R(NCO)2  CH-OCOR ROCO-CH

H2C-OCOR H2C-OCOR ROCO-CH2

Các màng phủ này đóng rắn theo cách tượng tự như những alkyd thôngthường, tức là oxy hóa liên kết đôi trong mạch cacbon của axit béo Tuy nhiên

so với alkyd truyền thống, alkyd urethan cho tốc độ khô nhanh hơn, bền nướctốt hơn, độ bóng tốt hơn, ổn định hơn, và dễ phân tán bột màu hơn

1.2.2.2 Polyurethan một thành phần đóng rắn bằng hơi ẩm :

Nhựa này được tạo thành trên cơ sơ isocyanate loại TDI, MDI, HDI,hoặc IPDI và polyol loại polyete hoặc polyol loại polieste.Nhìn chung các loạinhựa này có hàm lượng isocyanate trong khoảng 3% đến 16% (trên hàm rắn).Chúng phản ứng với hơi ẩm tæong không khí để tạo thành màng sơn

Nhựa này cũng được giới thiệu như nhựa một thành phần - 1K (viết tắttheo tiếng đức là 1 Komponent) Ưu điểm hiển nhiên của loại này là khôngcần trộn thành phần thứ hai vào để tạo thành một màng bền vững

Cấu trúc và tính chất của polyol ảnh hưởng nhiều tới tính chất của nhựa.Nhựa trên cơ sở polyol là polyete thường bền hóa chất tốt hơn nhưng bền hóachất kém hơn so với nhựa trên cơ sở polyol là polyeste Các phân tử mạchthẳng dài thường cho nhựa có tính đàn hồi cao hơn, trong khi các phân tửmạch nhánh thường dẫn tới màng cứng hơn và bền hóa chất tốt hơn

Loại polyisocyanate được sử dụng cũng ảnh hưởng tới tính chất cuốicùng của màng sơn Polyisocyanate vòng thơm sẽ dẫn tới sự vàng hóa nhanh

hơn dưới tác động của ánh sáng (tia UV), nhưng lại cho tốc độ khô nhanh hơn

so với loại polyisocyanate mạch thẳng

1.2.2.3 Polyurethan một thành phần đóng rắn bằng nhiệt:

Đây là một cách khác để chế tạo sơn polyurethan một thành phần bằngcách che chắn nhóm isocyanate hoạt tính Ưu điểm của loại này là màng sơnkém nhạy cảm hơn với độ ẩm, và vì vậy cho tính ổn định cao hơn Nhượcđiểm là để tạo màng cần phải sấy Tuy nhiên đây không phải là nhược điểmquá lớn, vì trong thực tế cũng có nhiều hệ thống cũng đòi hỏi phải sấy khác

Có nhiều tác nhân che chắn khác nhau đã được nghiên cứu mỗi một loạiđòi hỏi một nhiệt độ tối thiểu để phá vỡ sự che chắn này, như được liệt kêtrong bảng 1 Trong thực tế, chỉ một vài trong số chúng thực sự có tínhthương mại Đó là dẫn xuất của phenol, caprolactam, ketoxim và este maloic

Cơ chế để phá vỡ sự che chắn này là rất phức tạp và phụ thuộc vào cácnhân tố như :

Loại tác nhân che chắn

Chất cùng phản ứng cũng ảnh hưởng tới tính chất của loại nhựa này Ví

dụ polyamin sẽ phản ứng với isocyanate được che chắn bởi phenol ở nhiệt độthường, trong khi polyol lại đòi hỏi phải sấy Nhìn chung khi hàm lượnghydroxyl tăng sẽ đòi hỏi nhiệt độ sấy thấp hơn Sự có mặt của xúc tác cũnglàm giảm nhiệt độ sấy của hệ thống

Bảng 1.7 : M t s tác nhân che ch n ộ bay hơi của dung môi ố hòa tan của dung môi theo Hansen’s ắn.

1.2.2.4 Nhựa hai thành phần polyisocyanate và polyol:

Đây là hệ sơn gồm hai hợp phần được đóng riêng rẽ là sơn gốc (có chứapolyol) và chất đóng rắn (có chứa polyisocyanate) Chỉ khi nào sử dụng haihợp phần mới được trộn với nhau Và khi trộn chúng với nhau phản ứng giữanhóm NCO và OH sẽ diễn ra ngay lập tức và ta chỉ có thể làm chậm hoặcdừng phản ứng bằng cách giảm nhiệt độ Vì vậy, sau khi trộn hợp sơn phảiđược sử dụng trong một khoảng thời gian giới hạn nhất định, bởi vì độ nhớtcủa hỗn hợp sẽ tăng lên khi phản ứng diễn ra Thời gian kể từ khi trộn hợp haithành phần cho tới khi độ nhớt của hệ thống đạt tới mức mà không thể thicông được gọi là thời gian sống của sơn (po-life) Thời gian pot - life phụthuộc vào loại polyisocyanate và loại polyol Phương pháp tốt nhất để xácđịnh khoảng cách thời gian này là bằng thực nghiệm, từ đó cũng thấy đượcnhiều nhân tố có thể ảnh hưởng đến nó

Quá trình khô được thực hiện theo hai quá trình Thứ nhất là sự bay hơicủa dung môi, mà trong trường hợp acrylic có thể tạo thành màng khô se ngayhoặc gần khô Thứ hai là quá trình khô hóa học (phản ứng giữa OH và NCO)

sẽ xảy ra trong một thời gian dài Khi màng đóng rắn, tính linh động củanhóm hoạt tính giảm xuống, điều này có nghãi là sự đóng rắn hoàn toàn cóthể diễn ra sau nhiều ngày Tuy nhiên phân tử nước có thể khuếch tán vàotrong màng và phản ứng với nhóm isocyanate tự do Vì vậy khi tính tỷ lệ

nhựa gốc và chất đóng rắn, việc cân nhắc tới độ ẩm cũng là công việc cầnthiết.

Hệ sơn hai thành phần này có lẽ là một hệ sơn được sử dụng nhiều nhất

và cũng có sản lượng lớn nhất trong các loại sơn polyurethan Và ngoài ra hơn

90 % của hệ sơn này sử dụng chất đóng rắn trên cơ sở TDI, HDI, MDI, hoặcIPDI phần Sự lựa chọn loại chất đóng rắn nào phụ thuộc vào yêu cầu đòi hỏicủa màng sơn Ví dụ như khi màng sơn đòi hỏi tính chịu tia tử ngoại cao(bềnánh sáng) thì HDI được lựa chọn, tuy nhiên polyisocyanate này lại có tốc độphản ứng chậm hơn Sự so sánh tốc độ khô của polyisocyanate trên cơ sở HDI

và TDI được trình bày trong bảng 2 Từ bảng này chúng ta thấy rằng thànhphần hóa học của polyisocyanate có ảnh hưởng tới tốc độ khô và cũng ảnhhưởng tới các tính năng khác Vì vậy trong thực tế người ta cũng đã so sánhnhiều isocyanate khác nhau dựa trên việc nghiên cứu các phản ứng trongtrường hợp lý tưởng

Bảng 1.8 : nh h Ảnh hưởng của cấu trúc isocyanate tới thời gian ưởng của cấu trúc isocyanate tới thời gian ng c a c u trúc isocyanate t i th i gian ủa dung môi theo Hansen’s ất của bột màu vô cơ ới thời gian ời gian

Từ việc nghiên cứu phản ứng của diisocyanate với polyol, ta có thể phánđoán khả năng phản ứng tương đối của các diisocyanate như sau:

MDI > TDI = XDI >HMDI >IPDI = XMDI > HDI

Tuy nhiên đây chỉ có tính chất tham khảo, bởi vì tốc độ phản ứng cònphụ thuộc vào chất phản ứng cùng( ví dụ như polyol), xúc tác và dung môi Trong thực tế có rất nhiều loại chất đóng rắn khác nhau Ta sẽ tìm hiềuảnh hưởng của chất đóng rắn tới chất tạo màng cụ thể theo từng loại như sau:

a Polyisocyanate (chất đóng rắn)

Hầu hết các loại chất đóng rắn sử dụng hiện nay, chúng đều đi từ cácdiisocyanate dạng TDI, MDI, HDI, IPDI, HMDI ( xem bảng 3) và tạo thành

polyisocyanate dưới 3 dạng cơ bản là urethan, biuret, và isocyanate (xembảng 4)

Bảng 1.10: Các d ng polyisocyanate ạng polyisocyanate

Biuret

O=C-NH-R-NCO 

N-R-NCO 

O =C-NH-R-NCO

Từ hai bảng 1.9 và 1.10 ta có thể thấy rằng, việc kết hợp các dạng tiềnchất đóng rắn khác nhau Để có thể tiện theo dõi ta có thể liệt kê một số loạichất đóng rắn hiện có theo các dạng như trong bảng 4 ở trên

Ví dụ một số chất đóng rắn như:

+) Polyisocyanate loại urethan:

Các chất đóng rắn loại L đều ở dạng này Về cơ bản chúng là sự kết hợpcủa TDI và trimethylol propan:

+) Polyisocyanate loại isocyanurate:

Hiện nay các chất đóng rắn loại này được cung cấp rất nhiều loại khácnhau Trong đó chủ yếu là sự kết hợp riêng rẽ của HDI,TDI,IPDI và trong

công thức dạng isocyanate, hoặc sự kết hợp của 2 trong 3 loại đó, cụ thể nhưsau:

- Sự kết hợp của TDI tạo thành isocyanurate

Các chất đóng rắn loại IL chủ yếu dưới dạng này Chúng đều được pha51% trong butyl acetate( hoặc etyl acetate), và có %NCO khoảng 8%

- Sự kết hợp của HDI trong isocyanurate

Một số chất đóng rắn loại N có cấu trúc ở dạng này Ví dụ như:

N3300 có % NCO khoảng 21.5%

N3390 có % NCO khoảng 19.4%

- Sự kết hợp của cả HDI và TDI

Loại đóng rắn được cung cấp ở dạng này chủ yếu là sự kết hợp của 2monome loại TDI và 1 monome loại HDI Công thức lý tưởng của chúng cóthể được mô tả như sau:

- Sự kết hợp của IPDI trong dạng isocyanurate:

Trong trường hợp này chỉ có đóng rắn loại Z, với % NCO khoảng11.5%

- Polyisoxyanate loại Biuret:

Một số chất đóng rắn loại N ở dạng này Các chất được cung cấp cótính thương mại bao gồm:

đó làm tăng độ cứng, giảm tính đàn hồi, tăng độ bền hóa chất và tăng độ ổnđịnh nhiệt Thêm vào đó, khi hàm lượng nhóm OH tăng thì độ bền cơ họccũng tăng nhưng tốc độ đóng rắn giảm xuống

Các polyol dạng polyether thường được cung cấp dưới dạng lỏng khôngchứa dung môi, và chúng có cấu trúc mạch thẳng ít nhánh Khối lượng phân

tử của chúng chủ yếu nằm trong khoảng từ 1000 đến 2000, và chúng không bịthủy phân, và nhìn chung là có độ bền hóa chất cao Một số loại có độ nhớtthấp có thể dùng trong công thức sơn mà không cần dùng dung môi, vì vậy cóthể làm giảm lượng dung môi bay hơi Tuy nhiên khi đó khả năng bị oxihoacũng cao hơn, và do vậy chúng chỉ giới hạn sử dụng trong một số lĩnh vựckhông yêu cầu tính năng cao Chúng được ứng dụng chủ yếu trong sơn lót vàđặc biệt phù hợp làm sơn lót ngay trên bề mặt nền bê tông chỗ mà luôn đòihỏi màng sơn có tính chất chịu kiềm cao Polyol dạng polyether cũng rất nhạycảm với sự có mặt của nước trong quá trình bảo quản và thi công

Polyol trên cơ sở polyeste thường được cung cấp dưới dạng rắn hoặcdung dịch có độ nhớt cao Khối lượng phân tử của chúng trong khoảng từ500-5000 Và thông thường loại mạch thẳng cho màng sơn có tính mềm dẻocao hơn, trong khi loại mạch nhánh thì cứng hơn hoặc có tính chất bền hóachất cao hơn Loại mạch nhánh thường đi từ các polylo như là trimethylolpropan hoặc glycol, và việc lựa chọn polyol và axit phù hợp sẽ giúp chúng tađiều chỉnh được độ cứng hoặc tính mềm dẻo Thật vậy axit adipic, 1,6-hecxan diol, diethylen glycol được sử dụng để tạo ra nhựa có tính mềm dẻocao, trong khi nếu sử dụng axit phtalic, neopentyl glycol và etylen glycol sẽlàm giảm tính mềm dẻo và do vậy màng sơn cứng hơn Một số polyeste đượcbiến tính với axit béo không no để cải thiện tính làm ẩm bột màu của nhựa.Một khác nhau chính giữa polyeste và polyete là khả năng chịu thời tiết tốthơn của polyeste, tuy nhiên độ bền thủy phân của polyeste lại thấp hơn Vìvậy polyeste không được giới thiệu sử dụng trên bề mặt có tính kiềm, cũngnhư không sử dụng nó trong môi trường có tính kiềm cao

Đôi khi polyeste được sử dụng kết hợp với polyete để tạo ra polyol cótính nhạy cảm với độ ẩm kém hơn, trong khi vẫn đạt được chức năng bền hóachất cao Sự kết hợp này đã được chứng minh là rất phù hợp cho sơn khôngdùng dung môi trên nền bê tông

Polyol acrylic cũng được sử dụng rộng rãi So với các loại khác, acrylic

có thời gian khô sẽ nhanh hơn và đòi hỏi lượng polyisocryanate thấp hơn.Đây là bởi vì chúng có mức độ nhất định trong tính khô vật lý Và vì vậy hầunhư chúng có khối lượng phân tử cao hơn và có hàm rắn thấp hơn Chúngcũng có thời gian sống(pot-life: thời gian mà kể từ khi trộn hai thành phầnvào dung dịch sơn vẫn còn sử dụng được) dài hơn, mặc dù thời gian khô senhanh hơn Các acrylic có hàm lượng OH thấp (1-2%) thường dễ dàng choviệc sơn lại, thầm chí cả khi bị phơi ngoài trời trong thời gian dài Điều nàyđược cho là có lợi đặc biệt trong trường hợp thiết bị chịu sự va chạm nhiều

Có một số polyol khác như epoxy, vinyl, cellulosic, nhựa polyketon, vànhựa silicol, tuy nhiên chúng sử dụng rất ít Alkyd cũng có thể phản ứng vớipolyisocyanate Một polyol khác đang được quan tâm là nhựa polyeste-polycarbonate Loại nhựa này có những tính năng tuyệt vời, đặc biệt trong độbền thời tiết và độ bền thủy phân

1.2.3 Bột mầu, bột độn:

1.2.3.1 Giới thiệu về bột mầu, bột đôn.

Đúng như tên gọi, chức năng chính của nó trong màng sơn là mang màu.Ngoài ra nó còn giúp tăng cường tính năng cơ lý của màng sơn Và trong một

số trường hợp nó còn giúp cho màng sơn có nhiều tính năng đặc biệt khácnhư: chống lại sự ăn mòn, chống bám bẩn, giúp phản quang…

Để đánh giá các loại bột màu với nhau cũng như giúp chúng ta dễ dàngtrong việc phân tán chúng vào trong sơn, một số chỉ tiêu của bột màu cần phảixem xét Các chỉ tiêu này sẽ được cung cấp bởi các nhà chế tạo bột màu Một

số tính năng chính bao gồm:

- độ ngấm dầu: được đo bằng số gam(hoặc ml) dầu thảo mộc (dầu lành)

cần thiết để thấm ướt 100g bột màu tạo thành dạng past đồng nhất

Chỉ tiêu này sẽ ảnh hưởng tới sự phân tán bột màu vào trong sơn Nếu độngấm dầu càng cao thì khả năng phân tán vào trong sơn càng khó và ngượclại

- Cường lực mầu: chỉ tiêu này sẽ cho biết khả năng truyền mầu của nó

sang bột mầu khác trong hỗn hợp, và thường lấy TiO2 làm chuẩn

- Độ phủ: được tính bằng số gam bột mầu cần thiết để phủ 1m2 sao chophủ hết không nhìn thấy nền Độ phủ càng cao thì khả năng phủ càng tốt.

- Bền sáng: Chỉ tiêu này được chia theo thang đo từ 1-8 Bột mầu có chỉ

tiêu này càng cao thì khả năng bền ánh sáng càng tốt

- Hàm ẩm: Nói chung bột mầu có hàm ẩm càng thấp càng tốt, đặc biệt

trong sơn polyurethan

Ngoài ra còn một số chỉ tiêu khác như bền axit, bền thời tiết, bền kiềm,bền dung môi, bền màu với thời tiết Các chỉ tiêu này đều được đo theo thang

đo từ 1-5 Bột mầu có chỉ tiêu càng cao thì chứng tỏ các tính năng đó càng tốt

1.2.3.2 Phân loại bột mầu:

Có nhiều cách để phân loại khác nhau như:

- phân loại theo mầu sắc

- phân loại theo tính năng kỹ thuật của bột mầu

- phân loại theo thành phần hóa học

- Tuy nhiên trong thực tế bột mầu được phân loại chủ yếu theo thànhphần hóa học theo cách phân loại này người ta chia ra 2 loại :bột mầu vô cơ

và bột mầu hữu cơ So với bột mầu vô cơ thì bột mầu hữu cơ thường có mầusắc rực rỡ, cường lực mầu lớn song độ bền với ánh sáng, khí quyển, tác nhânhóa học kém hơn

1.2.3.3 Bột mầu, bột độn trong sơn polyurethan:

Cũng như các hệ sơn khác, độ ẩm của bột mầu và bột độn được giảm tớimức tối đa, đặc biệt trong sơn polyurethan Vì sơn polyurethan rất nhạy cảmvới độ ẩm

Trong sơn polyurethan một số bột mầu sẽ làm giảm thời gian sống củasơn; các bột mầu này bao gồm oxit kẽm, chì đỏ,cyanamide chì, xanh oxitcrom, đỏ molybdate, và một số bột đen cacbon Tuy nhiên cũng có nhiều loạibột mầu rất phù hợp với hệ sơn này như: titan dioxit (dạng rutil), oxit sắtvàng-nâu-đỏ -đen, và hầu hết các bột mầu hữu cơ

Bột độn cũng được sử dụng rộng rãi trong sơn polyurethan để tẳng tínhnăng cơ lý của màn sơn Tuy nhiên ,khi đó khả năng hập thủ nước củng caohơn ,do vây phải thận trong trong việc lựa chọn bột độn.

1.2.4 Dung môi

Dung môi có thể hiểu đơn giản là chất hòa tan nhựa để tạo thành dungdịch sơn Khi thi công màn sơn khô bằng hai cách: thứ nhất là sự bay hơidung môi thông thường, trường hợp thứ hai là vừa có sự bay hơi dung môivừa có biển đổi hóa học Trong công nghiệp sơn, dung môi là một thành phầnquan trọng vì nó sẽ giúp đơn giản hóa quá trình chế tạo và sử dụng sơn Tuynhiên nó cũng có hại, vì hầu hết chúng sẻ bay hơi vào môi trường và làm ônhiễm nguồn nước Ngoài ra nó còn gây ra nguy hiểm do nguy cơ cháy nổ,gây ngộ độc Việc thu hồi nó và sử dụng lại có thể làm được, tuy nhiên điềunày rất không kinh tế Vì vậy trong thực tế sản xuất cũng như ứng dụng cầnhạn chế tối đa sự bay hơi không cần thiết, tránh tiếp xúc trực tiếp, và cần cóphương tiện bảo hộ cần thiết

1.2.4.1 Phân loại dung môi:

Các dung môi sử dụng trong sơn hầu hết là dung môi hydro cacbon vàdung môi oxy hóa Dung môi oxy hóa còn gọi là dung môi hóa học, bởi vìtrước kia dung môi hydrocacbon chỉ được chế tạo bằng cách chưng cất dầu

mỏ, còn dung môi oxy hóa được chế tạo bằng phương pháp tổng hợp Ngàynay một số dung môi hydrocacbon đặc biệt cũng được chế tạo bằng phươngpháp tổng hợp, tuy nhiên thuật ngữ dung môi hydro cacbon và dung môi oxyhóa vẫn được sử dụng

Ngoài ra, nước cũng là một dung môi được sử dụng khá rộng rãi, đặcbiệt trong sơn trường latex Tuy nhiên việc sử dụng nước như là dung môithực trong sơn dầu là rất hạn chế vì vậy ở đây ta bỏ qua dung môi nước

a Dung môi hydrocacbon:

Dung môi hydrocacbon chỉ chứa 2 nguyên tố là cacbon và hydro Cácnguyên tố khác như lưu huỳnh, kim loại nặng có thể có trong dầu mỏ, nhưng

nó sẽ được làm giảm tới mức phần triệu hoặc thấp hơn trong suốt quá trìnhchưng cất cho tới khi đạt đến độ tinh khiết theo yêu cầu

Các dung môi hydrocacbon lại được chia thành dung môi Hữu cơ nomạch thẳng (n-parafin), dung môi Hữu cơ no mạch nhánh (i-parafin), dungmôi vòng no (naphten), và dung môi vòng thơm (aromatic) Các loạihydrocacbon khác, đặc biệt là olefin, hầu như không được sử dụng dùng làmdung môi trong công nghiệp sơn, mà chỉ dùng làm tiền chất để chế tạo một sốdung môi iso parafinic Tất cả các olefin phải được loại bỏ khỏi dung môicuối cùng, bởi vì sự có mặt của chúng sẽ ảnh hưởng rất nhiều tới mầu và mùicủa dung môi, và tạo thành cặn khi bảo quản

Nói chung tính chất của dung môi sẽ có sự tiếp nối đều đặn từ parafinqua naphten tới aromatic (xem biểu đồ 1), trừ độ nhớt: độ nhớt của naphtencao hơn so với loại parafin và aromatic tương ứng Điều này là do phân tử củanaphten không thẳng, nó tồn tại ở dạng thuyền và dạng ghế, vì vậy khả năngtrượt giữa các phân tử khó khăn hơn

Xét một cách tổng quát, dung môi Hữu cơ có khả năng từ thấp tới trungbình, và chỉ có khả năng hòa tan một vài loại nhựa, trong đó chủ yếu là alkyd.Đối với nhựa polyurethan cũng như hầu hết các nhựa khác nó chủ yếu đóngvai trò là chất pha loãng chứ ít khi là dung môi thực Dung môi Hữu cơ có tốc

độ bay hơi trong khoảng rộng, mùi thay đổi từ ít mùi sang mùi mạnh.Về giáthành thì chúng tương đối rẻ so với các dung môi oxy hóa

Tính chất parafin naphten aromatic

Tỷ trọng

Khối lượng phân tử

Khả năng bay hơi

Mùi

Sức căng bề mặt

Độ nhớt

Hình 1.2: Tính chất của dung môi Hữu cơ

Việc sản xuất dung môi hydrocacbon chủ yếu bằng việc chưng cất dầu

mỏ, và có thể được mô tả đơn giản như trong hình 1.2

Hydro hóa

Chiết/ chưng Chưng

Hydro hóa

Dung môi hydro cacbon vong no

Dung môi hydro cacbon vong thom

Dung môi hydro cacbon vong thom

b Dung môi oxi hóa:

Trong phân tử dung môi oxy hóa có chứa C,O,H Vị trí oxy trong phân

tử sẽ quyết định tính chất hóa học và lý học của dung môi Việc phân loạichúng cũng dựa vào đặc điểm này Cụ thể chúng được phân thành các loạichính bao gồm: xeton, este, alcohol, glycol ete, và glycol ete acetat Cấu trúc

và cách chế tạo của từng loại có thể thấy rõ trong bảng 5 như sau:

Bảng 1.11: các loại dung môi oxy hóa

Ester

O   C = O

OH 

H3C  CH 

không Cấu trúc hóa học của dung môi ảnh hưởng tới tính chất lý học củachúng Ví dụ như MEK và isopropanol có điểm sôi tương đương (khoảng

790C tới 820C), tuy nhiên tốc độ bay hơi của MEK cao gấp 2 lần so vớiisopropanol, điều này là do isopropanol có liên kết hydro mạnh

Sự khác nhau giữa các loại dung môi oxy hóa này làm cho việc đánh giáchi tiết các tính chất của chúng gặp nhiều khó khăn Tuy nhiên, nói chungchúng là các dung môi mạnh hơn dung môi hydrocacbon Chúng có khả nănghòa tan nhiều loại nhựa sử dụng trong sơn Và hầu như chúng đều có mùi khóchịu, đắt hơn so với dung môi hydrocacbon

1.2.4.2 Tính chất của dung môi:

Đối với dung môi chúng ta cần phải quan tâm tới nhiều các tính chấtkhác nhau như tỷ trọng, điểm sôi, mùi, độ nhớt…Tuy nhiên hai tính chất màchúng ta quan tâm nhất là khả năng hòa tan và tốc độ bay hơi của chúng

a Khả năng hòa tan:

Việc hòa tan có thể mô tả như là sự phân chia các phân tử chất rắn trongmôi trường phân tán là các phân tử của dung môi Khả năng hòa tan (hay độmạnh của dung môi) cho biết hiệu quả mà một dung môi có thể ảnh hưởng tới

sự phân chia này Trong thực tế, khả năng hòa tan của dung môi được đánhgiá dựa trên độ nhớt và hàm rắn của dung dịch nhựa Có nghĩa là nếu cùngmột hàm rắn, dung môi nào cho dung dịch nhựa có độ nhớt thấp hơn được coi

là khả năng hòa tan cao hơn