Thiết kế và tính toán thiết bị công nghệ sản xuất lớp phủ cho sơn ô tô

Trước đây, sơn được sản xuất từ các loại dầu thảo mộc, các loại nhựa thiên nhiên, các loại bột… Cho đến thế kỷ 20 thì ngành công nghiệp sơn mới thực sự phát triển mạnh, nhất là ở các nước có ngành công nghiệp hóa chất phát triển. Song song với sự phát triển của ngành công nghiệp hóa chất, các loại nhựa tổng hợp đã xuất hiện và đóng góp rất nhiều vào nguồn nguyên liệu của ngành công nghiệp sản xuất sơn. Những loại nhựa này có những tính chất vượt trội hơn hẳn so với các loại nhựa thiên nhiên, do đó ngày càng chiếm lĩnh được thị trường.Công nghiệp sơn đóng vai trò rất quan trọng trong mọi lĩnh vực của đời sống hằng ngày. Khi cuộc sống tương đối phát triển , người ta bắt đầu quan tâm đến vẻ thẩm mỹ xung quanh họ. Chính vì vậy, sơn không chỉ có tác dụng bao phủ lên bề mặt vật liệu tránh các tác dụng phá hoại của môi trường xung quanh mà còn tăng thêm vẻ đẹp cho từng loại vật liệu đó . Đặc biệt đối với một số loại sơn còn có khả năng đáp ứng được nhiều yêu cầu kỹ thuật quan trọng như chống gỉ , cách điện, chống hở…Do đó , giá trị của sơn càng được tăng thêm và càng được ứng dụng rộng rãi.Tuy nhiên, không chỉ đòi hỏi nguồn nguyên liệu đạt chất lượng mà còn quá trình sản xuất phải đảm bảo cho sản phẩm có được độ mịn tốt nhất. Chính vì vậy mà quá trình nghiền trong sản xuất sơn đóng vai trò rất quan trọng, nó góp phần làm cho các hạt bột màu, bột độn phân tán đều trong sơn, đồng thời nghiền vật liệu tới độ mịn theo yêu cầu.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA

======o0o======

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHUYÊN NGÀNH

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT LỚP PHỦ CHO SƠN Ô TÔ VỚI QUY MÔ 200 LÍT/MẺ

Giáo viên hướng dẫn : TS Đàm Xuân Thắng

Sinh viên thực hiện : Bùi Đức Long

Chuyên ngành : Hóa hữu cơ

Hà Nội, năm 2022

Lời cảm ơn

Để hoàn thành đồ án chuyên ngành này trước hết e xin gửi đến thầy, cô giáo trong Khoa Công nghệ Hóa, trường Đại học công nghiệp Hà Nội lời cảm ơn chân thành

Đặc biệt em xin gửi đến TS Đàm Xuân Thắng, người đã tận tình hướng

dẫn, giải đáp những thắc mắc, giúp đỡ em hoàn thành đồ án chuyên ngành này lời cảm ơn sâu sắc nhất

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều trong quá trình nghiên cứu, song do giới hạn kiến thức và khả năng lý luận của bản thân còn nhiều thiếu sót và hạn chế, kính mong sự chỉ dẫn và đóng góp của các thầy, cô giáo để đồ án chuyên ngành hữu

cơ của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 2 tháng 1 năm 2022

Sinh viên

Bùi Đức Long

MỤC LỤC

Lời cảm ơn 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC BẢNG 5

DANH MỤC HÌNH ẢNH 5

MỞ ĐẦU 6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 7

1.1 Giới thiệu chung về sơn 7

1.2 Đặc điểm của sơn 9

Ưu điểm 9

Nhược điểm 10

1.3 Nguyên liệu dùng trong sản suất sơn oto 11

Các chất tạo màng 11

Dung môi 11

Chất pha loang 13

Chất màu và bột màu 15

Các chất phụ gia 18

Chất hóa dẻo 20

Bột độn 22

1.4 Quy trình và yêu cầu trong sản xuất sơn 23

Cân đong nguyên liệu 23

Đánh paste 24

Ủ 24

Nghiền 24

Lọc và pha loãng 25

Các yêu cầu của sơn 25

1.5 Quá trình nghiền 26

Khái niệm 26

Các phương pháp tác dụng lực 26

Các yêu cầu cơ bản đối với quá trình nghiền 26

Mức độ nghiền 27

Phân loại 28

Đặc trưng 29

Cơ sở lí thuyết quá trình nghiền 29

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền 30

CHƯƠNG 2: MÁY NGHIỀN DÙNG TRONG SẢN XUẤT SƠN 31

2.1 Các loại máy nghiền dùng trong công nghiệp sản xuất sơn 31

Cấu tạo chung 31

Nguyên tắc hoặt động chung 33

2.2 Cấu tạo chi tiết từng bộ phận 33

Trục nghiền 33

Ổ trục 34

Vỏ 35

Vật nghiền 36

Hệ thống truyền động 37

Hệ thống nước giải nhiệt, làm mát 38

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BI 40

3.1 Tính toán căn bằng vật chất cho phân xưởng sản xuất sơn 40

3.2 Sơ đồ cấu tạo, hình ảnh thiết bị 43

3.3 Nguyên tắc hoạt động 44

3.4 Lựa chọn, tính toán các chi tiết cấu tạo máy nghiền bi 45

Thân thiết bị 45

Ổ lăn 48

Trục 51

Động cơ truyền động 53

Bơm nhập liệu 54

Ống dẫn liệu và van 55

Van 55

KẾT LUẬN 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Phân loại sơn theo chất tạo màng 7

Bảng 1.2: Tính chầt hóa lý của một số dung môi 13

Bảng 2.1: Đặc điểm, vai trò của các bộ phận máy nghiền 32

Bảng 3.1: Đơn pha chế sơn Alkyd 40

Bảng 3.2: Khối lượng nguyên liệu sử dụng để sản xuất sơn 41

Bảng 3.3: Khối lượng nguyên liệu thực tế để sản xuất 900 lít sơn 42

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Sơ đồ khối quy trình sản xuất sơn 23

Hình 1.2: Phương pháp tác dụng lực 26

Hình 2.1: Cấu tạo chung ổ trục 34

Hình 2.2: Một số loại ổ trục phổ biến 35

Hình 2.3: Vật nghiền 36

Hình 3.1: Sơ đồ cấu tạo thiết bị 43

Hình 3.2: Cấu tạo chi tiết thiết bị 44

Hình 3.3: Cấu tạo bu lông 47

Hình 3.4: Trục chính 52

Hình 3.5: Bơm bánh răng 54

Hình 3.6: Ống dẫn 55

Hình 3.7: Các loại van 55

MỞ ĐẦU

Vào thời kỳ trước công nguyên, khi con người còn sống trong các hang, họ

đã biết trang trí nơi ở của mình bằng các vật dụng trên cơ sở chất kết dính là lòng trắng trứng, sáp ong, nhựa cây trộn với bột màu thiên nhiên Sau đó vài ngàn năm, người Trung Hoa đã phát hiện và sử dụng mủ cây sơn làm sơn phủ và keo

Trước đây, sơn được sản xuất từ các loại dầu thảo mộc, các loại nhựa thiên nhiên, các loại bột… Cho đến thế kỷ 20 thì ngành công nghiệp sơn mới thực sự phát triển mạnh, nhất là ở các nước có ngành công nghiệp hóa chất phát triển Song song với sự phát triển của ngành công nghiệp hóa chất, các loại nhựa tổng hợp đã xuất hiện và đóng góp rất nhiều vào nguồn nguyên liệu của ngành công nghiệp sản xuất sơn Những loại nhựa này có những tính chất vượt trội hơn hẳn

so với các loại nhựa thiên nhiên, do đó ngày càng chiếm lĩnh được thị trường

Công nghiệp sơn đóng vai trò rất quan trọng trong mọi lĩnh vực của đời sống hằng ngày Khi cuộc sống tương đối phát triển , người ta bắt đầu quan tâm đến vẻ thẩm mỹ xung quanh họ Chính vì vậy, sơn không chỉ có tác dụng bao phủ lên bề mặt vật liệu tránh các tác dụng phá hoại của môi trường xung quanh mà còn tăng thêm vẻ đẹp cho từng loại vật liệu đó Đặc biệt đối với một số loại sơn còn có khả năng đáp ứng được nhiều yêu cầu kỹ thuật quan trọng như chống gỉ , cách điện, chống hở…Do đó , giá trị của sơn càng được tăng thêm và càng được ứng dụng rộng rãi

Tuy nhiên, không chỉ đòi hỏi nguồn nguyên liệu đạt chất lượng mà còn quá trình sản xuất phải đảm bảo cho sản phẩm có được độ mịn tốt nhất Chính vì vậy

mà quá trình nghiền trong sản xuất sơn đóng vai trò rất quan trọng, nó góp phần làm cho các hạt bột màu, bột độn phân tán đều trong sơn, đồng thời nghiền vật liệu tới độ mịn theo yêu cầu

Để tìm hiểu nhiều hơn về sơn và ứng dụng của sơn vào đời sống cụ thể là

vào trang trí bảo vệ xe ôtô Vì thế đề tài “Thiết kế và tính toán thiết bị công nghệ sản xuất lớp phủ cho sơn ô tô với quy mô 200 lít/mẻ” đã được lựa chọn

àm đề tài cho đồ án chuyên ngành

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung về sơn

Sơn là hợp chất hóa học bao gồm nhựa hoặc dầu chưng luyện, có chất màu hoặc không có chất màu Khi sơn lên bề mặt sản phẩm ta được lớp màng mỏng bám lên bề mặt, có tác dụng cách li với môi trường khí quyển bảo vệ và làm đẹp sản phẩm [1] Sơn được điều chỉnh với một lượng phụ gia và dung môi tùy theo tính chất của mỗi loại sản phẩm

Sơn có rất nhiều loại, tính chất không giống nhau Tùy vào mục đích sửa dụng và điều kiện kinh tế mà chọn nguyên liệu, pha chế hợp lí Trong thực tế có rất nhiều các phân loại sơn, điển hình là phân loại theo chất tạo màng

Nếu chất tạo màng là hỗn hợp nhựa, lấy một loại nhựa quyết định tạo thành màng làm cơ sở, có thể phân ra 16 loại sơn khác nhau:

Bảng 1.1: Phân loại sơn theo chất tạo màng

1 Sơn dầu Chịu khí hậu tốt, dùng

trong nhà, ngoai trời

Khô chậm, tính năng cơ khí thấp, không thể mài đánh bóng

2 Sơn thiên

nhiên

Khô nhanh, sơn gầy cứng

dễ đánh bóng, sơn béo dẻo chịu khí hậu tốt

Sơn gầy chịu khí hậu kém; sơn béo không thể đánh bóng

3 Sơn

phenol-focmaldehit

Màng cứng, chịu nước, chịu ăn mòn hóa học và cách điện

Dễ biến màu, màng sơn dòn

4 Sơn bitum Chịu nước, chịu axit, cách

điện

Màu đen không thể chế tạo các loại sơn màu, chịu ánh sang yếu

5 Sơn ankyl Chịu khí hậu tốt, bóng, bền Màng sơn mềm chịu kiềm

yếu

6 Sơn gốc amin Độ cứng cao, bóng, chịu

nhiệt, chịu kiềm, bám chắc tốt

Đóng rắn ở nhiệt độ cao, màng sơn sấy dòn

7 Sơn gốc nitro Khô nhanh, chịu dầu, chịu

mài mòn, chịu khí hậu tốt

Dễ cháy, không chịu ánh sáng tia tử ngoại, không chịu nhiệt độ trên 60oC

8 Sơn

nitroxenlulo

Chịu khí hậu tốt, chịu ánh sáng tia tử ngoại, có loại chịu kiềm

Bám chắc yếu, chịu ẩm ướt yếu

9 Sơn clovinyl Chịu khí hậu tốt, chịu ăn

mòn hóa học, chịu nước, chịu dầu

Bám chắc yếu, không thể đánh bóng, mài, không chịu được nhiệt độ trên

80oC

10 Sơn vinyl Đàn hồi tốt, màu trắng,

chịu mòn, chịu ăn mòn hóa học

Chịu dung môi kém, chịu nhiệt kém, không chịu ánh sáng

11 Sơn acrila Màng sơn không màu, chịu

nhiệt, chịu khí hậu tốt, bền màu, chịu ánh sáng, chịu ăn mòn hóa học

Chịu dung môi kém

12 Sơn polieste Lượng chắt rắn cao, chịu

nhiệt, chịu mài mòn, cách điện

Độ bám chắc yếu

13 Sơn epoxi Bám chắc tốt, chịu kiềm,

dai, cách điện

Chịu ánh sáng yếu, để ngoài trời dễ tạo bột

14 Sơn

poliamineste

Chịu mài mòn tốt, chịu nước, chịu ăn mòn hóa học, cách điện, chịu nhiệt

Khi phun gặp ẩm dễ nổi bọt, màng sơn dễ tạo bột, biến vàng

15 Sơn silicon Chịu nhiệt, bền trong

không khí, không biến màu, cách điện, chịu nước, khó lão hóa

Chịu xăng kém, có loại dòn

16 Sơn cao su Chịu axit, chịu kiềm, chịu

ăn mòn, chịu nước, chịu mài mòn

Dễ biến màu, không chịu ánh sáng

- Phân loại theo phạm vi sử dụng: tùy theo mục đích sử dụng mà ta có thể gọi tên sơn

Ví dụ: Sơn chống rỉ, sơn chống hà, sơn tường, sơn công nghiệp, sơn nhà, sơn đường,

- Phân loại theo bản chất dung môi

1.2 Đặc điểm của sơn

Ưu điểm

Màng sơn khô từ từ, sử dụng thuận lợi

Sơn là loại chất thường có dung môi bay hơi nhanh, màng sơn khô từ từ, mặt sơn khô có thể phun lớp sơn thứ hai, có thể mài, đánh bóng

Tôc độ khô của sơn tổng hợp nhanh gấp 5 – 10 lần sơn dầu, vì thế thích hợp trong sản xuất ngày nay

Chịu ăn mòn hóa học

Sau khi sơn xong, sản phẩm có thể chịu nước, chịu hóa chất, bảo vệ được sản phẩm không bị ăn mòn

Chế tạo sơn dễ dàng

Khi chế tạo sơn đều dùng các loại hóa chất, vì vậy khi chế tạo dễ dàng pha chế và khống chế các điều kiện kĩ thuật Thiết bị máy móc không đắt, theo quy trình công nghệ dễ điều khiển

Nhược điểm

Màng sơn dễ biến trắng

Khi gia công sơn trong điều kiện ẩm ướt sẽ khiến màng sơn dễ bị biến trắng Nguyên nhân là khi dung môi bay hơi, hơi nước trong không khí đi vào màng sơn tạo thành dạng sương trắng trên bề mặt sản phẩm

Có thể khắc phục bằng cách dùng dung môi có nhiệt độ sôi cao, gia công sơn ở nơi khô ráo

Màng sơn tương đối mỏng

Màng sơn sau khi khô rất mỏng, nguyên nhân là thành phần không bay hơi chỉ chiếm 30% thành phần sơn, khi phun ta còn phải pha thêm dung môi vào sơn Nên khi gia công cần phải phun nhiều lớp

Khó gia công bằng phương pháp quét

Gia công sơn tổng hợp thường bằng phương pháp phun bởi vì sơn có dung môi, độ hòa tan rất lớn, phá hủy lớp sơn nền, đồng thời bay hơi nhanh, khó quét Trái lại, sơn dầu khi sấy khô vẫn ở trạng thai lỏng, do đó dễ dàng quét mà sơn vẫn bằng phẳng Sơn tổng hợp có công cụ đặc biệt, có thể thấm vào trong bông, vải

để quét, xoa [1]

Sơn có mùi khó chịu

Dung môi trong sơn có tính kịch ứng mạnh, nếu gia công sơn trong môi trường lưu thông gió kém sẽ rất dễ đau đầu, hôn mê Vì vậy phải chú ý an toàn lao động

Sơn chịu ánh sáng mặt trời kém

Màng sơn tổng hợp chịu ánh sáng kém, lớp sơn trong suốt chịu ánh sáng tai tử ngoại càng yếu, màng sơn có màu dễ biến đổi Hiện nay sơn tổng hợp có thể khắc phục khuyết điểm này, nhưng phải cải thiện liên tuc

1.3 Nguyên liệu dùng trong sản suất sơn oto

Các chất tạo màng

Chất tạo màng là các polyme có độ bám dính tốt, có khả năng chứa các loại bột như bột màu, bột độn tốt, có các tính chất như thời gian khô, độ cứng, độ bóng tốt, Chất tạo màng có vai trò quan trọng nhất trong sơn, quyết định hầu hết các tính chất của màng sơn

Các tính chất quan trọng của chất tạo màng được quan tâm trong công nghiệp sơn là: độ nhớt, tỷ trọng, khả năng hòa tan trong dung môi, khả năng phản ứng hóa học ( với sơn khô hóa học),

Dung môi

Dung môi là chất lỏng bay hơi, có tác dụng hòa tan chất tạo màng, làm chúng chuyển sang trạng thái thuận lợi cho việc sơn phủ lên bề mặt Sau khi màng đóng rắn toàn bộ dung môi bay hơi, không lưu lại trên màng Một dung môi tốt phải đáp ứng được những yêu cầu:

- Tạo được một dung dịch có độ nhớt thích hợp cho việc bảo quản và sử dụng

- Có vận tốc bay hơi theo yêu cầu và tạo nên một màng sơn có tính chất tối

ưu

- Có mùi chấp nhận được, có độ độc tối thiểu và giá cả phải chăng

Có thể phân loại dung môi theo bản chất hóa học hoặc theo tốc độ bay hơi Người ta chia ra [2]:

- Các dung môi nhẹ, bay hơi nhanh hơn nước

- Các dung môi trung bình có tốc độ bay hơi gần với tốc độ bay hơi của nước

- Các dung môi nặng có tốc độ bay hơi kém hơn hẳn tôc độ bay hơi của nước

Ngoài ra còn có thể phân loại dung môi theo điểm sôi:

- Dung môi điểm sôi thấp: Dung môi điểm sôi dưới 100 °c, làm giảm độ nhớt của sơn, bay hơi từ từ, dễ khô, hòa tan mạnh Nhưng dung môi điểm sôi thấp không được sử dụng rộng rãi vì dễ biến trắng, tính ỉưu động kém, màng sơn chưa tốt

- Dung môi điểm sôi trung bình: Dung môi điểm sôi trung bình, có điểm sôi

ở nhiệt độ 110 - 145°C, tính lưu động cao, khô chậm, màng sơn phân bố đều, chống biến trắng, độ nhớt cao, có mùi

- Dung môi điểm sôi cao: Điểm sôi ở nhiệt độ trên 145° c , độ hòa tan mạnh, khô chậm, có thể điều chỉnh độ nhớt sơn Lượng đùng ít có thể làm cho màng sơn bóng, đề phòng màng sơn biến tráng khi gia công nơi ẩm ướt và đề phòng nitro xenluloza kết tủa Dung môi điểm sôi cao giá thành đắt, chỉ dùng trong trường hợp đặc biệt (như quét sơn nitro xenluloza), ít được sử dụng

Tính ưu việt của dung môi phụ thuộc độ tinh khiết, điểm sôi, khả năng bay hơi và sự làm loãng của nó Ngoài ra còn có chất trợ dung môi, làm tăng sự làm loãng của đung môi, ví dụ rượu etylic, butylic

Bảng 1.2: Tính chầt hóa lý của một số dung môi [2]

Tốc

độ bay hơi

Tốc độ làm loãng Toluen Dung môi

Chất pha loãng chỉ hòa tan được chất tạo màng khi sử dụng cùng với dung môi hoạt động cho nên khi dùng chất pha loãng phải chú ý việc chọn dung mồi thích hợp và chọn tỷ lệ thích hợp giữa chất pha loãng với dung môi Việc chọn

lựa này cũng có ảnh hưởng cả đến phẩm chất màng sơn chứ không riêng chỉ ảnh hưởng đến khả năng hòa tan

Các chất pha loãng riêng một mình không có khả năng tạo chất tạo màng nên khi dùng quá liều lượng nó có thể làm kết tủa chất tạo màng

Chất pha loãng không thể hòa tan nitro xenluloza, ngoài việc làm loãng sơn đạt đến độ nhót nhất định, tốc độ bay hơi của nó phải nhanh hơn dung môi; nếu như tốc độ bay hơi chậm hom dung môi, chất tạo màng sẽ tách ra, tạo nên màng sơn đóng cục, biến trắng do nitro xenluloza không hòa tan trong chất pha loãng

Những chất pha loãng thường dùng như sau [1]:

1 Chất pha loãng sơn gốc nỉtro: Chất pha loãng sơn gốc nitro là các hỗn hợp: etyl axetat, butyl axetat, butylic, benzen, toluen, xylen, axeton dùng để pha loãng các loại sơn gốc nitro

2 Chất pha loãng sơn cloviny: Chất pha loãng sơn clovinyl là hỗn hợp butyl axetat, toluen, xylen, axeton dùng để pha loãng sơn clovinyl

3 Chất pha loãng sơn gốc amin: Chất pha loãng sơn gốc amin là hỗn hợp xylen, butylic, dùng để pha loãng sơn gốc amin

4 Chắt pha loãng sơn acrylic: Chất pha loãng sơn acrylic là hỗn hợp este rượu, benzen dùng cho sơn acrylic, cũng có thể dùng cho sơn gốc nitro

5 Chất pha loãng nhựa alkyl: Chất pha loãng nhựa alkyl là hỗn hợp dầu thông, xăng, xylen dùng cho son alkyl, cũng có thề dùng cho sơn dầu

6 Chất pha loãng sơn epoxy: Chất pha loãng sơn epoxy ià hỗn hợp butyl axetat, butyl, xylen dùng để pha loãng sơn epoxy

Khi pha chế để dùng chú ý những điểm sau:

- Cùng một loại dung môi, căn cứ yêu cầu người dùng, pha chế tỷ lệ khác nhau, vì vậy công dụng cũng khác nhau

- Sơn loại nào dùng dung môi loại đó, không được nhầm lẫn, nếu không nhựa tách ra, sơn kết tủa, màng sơn mất bóng, gia công khó khăn

- Giữa chất pha loãng và dung môi không có giới hạn phân biệt rồ, một chất dung môi có thể lảm chất pha loãng, trên thực tế chất pha loãng là hỗn hợp của mấy loại dung môi Phân biệt giữa chất pha loãng và dung môi căn cứ vào năng lực hòa tan, tốc độ bay hơi ảnh hưởng tới việc tạo màng để nghiên cứu

Chất màu và bột màu

Khái niệm

Bột màu là thành phần quan trọng tạo màu cho màng sơn Bột màu là chất rắn có độ hạt rất nhỏ, không hòa tan trong dầu hoặc dung môi Bột màu được mài nghiền đồng đều với chất làm dẻo, có tác dụng che phủ bề mặt, chống xuyên thấu của ti tử ngoại làm cho màng sơn có màu, chịu nước, chịu khí hậu, nâng cao độ cứng, độ mài mòn, kéo dài tuổi thọ màng sơn,…

Vì màng sơn mỏng, bột màu dùng trong sơn phải có tỉ trọng nhẹ, che phủ

bề mặt tốt, tính chất ổn định, không biến màu,…

Bột màu dùng trong sơn thường là chất vô cơ không toàn tan trong nước, bao gồm một số kim loại, phi kim loại, chất oxi hóa, hợp chất lưu huỳnh và muối, chất hữu cơ không hòa tan trong nước, chất nhuộm hữu cơ hòa tan trong nước hoặc trong rượu

Các tính chất của màu

Bất kỳ một bề mặt sơn nào cũng đòi hỏi một vài (hoặc tất cả) các yêu cầu sau:

- Cung cấp màu

- Xóa sạch các màu trước

-Tăng cường màng sơn

- Tăng cường độ bám dính của màng sơn

- Tăng cường độ bền theo thời gian và chịu thời tiết

- Tăng cường bảo vệ chống ăn mòn

- Khử độ bong

- Giảm bớt dòng chảy và có tính ứng dụng cao

Chọn được chất màu có đủ các yêu cầu trên, chúng ta cần biết các tính chất của chất màu:

- Năng lực thể hiện màu

❖ Bột màu thiên nhiên và bột màu tổng hợp

Nhiều chất màu vô cơ lại được tìm thấy trong vỏ Trái đất, được nghiền, rửa

và phân loại theo kích thước Thông thường, có sự tổng hợp tương đương, có thề nói rằng, một chất màu được chế tạo từ các thành phần khác bằng một quá trình hóa học, bản chất hóa học giống nhau nhưng có các tính chất khác nhau Sự khác nhau đó là do:

- Trái với chất màu thiên nhiên thích hợp với dạng tinh thể tìm thấy trong thiên nhiên, sản phẩm tổng hợp có tinh thể hình dạng như mong muốn

- Sản phẩm thiên nhiên có thể bị nhiễm bẩn do các tạp chất như si lie dioxyt, nếu làm sạch sẽ không kinh tế; còn sản phẩm tổng hợp sẽ thuần chất

- Sản phẩm rửa có nhiều hạng kích thước tiểu phân và các phương pháp phân loại sẽ cỏ các tiểu phân nhỏ và lớn ngoài kích thước của hạng mong muốn

Một chất màu được chế tạo bằng phương pháp kết tủa trong những điều kiện được kiểm tra, sẽ có nhiều hạng kích thước đồng đều

❖ Bột màu hữu cơ và bột màu vô cơ

Bột màu vô cơ được sử dụng rất nhiều trong sơn do giá thành thấp, độ bền

cơ, bền nhiệt độ cao Bột màu vô cơ là các hợp chất vô cơ có màu VD: màu đỏ của sơn chống rỉ thường sử dụng là bột oxit Fe, màu vàng là các hợp chất của Cr, màu ghi là màu của oxit Zn, màu đen là màu của C, Nhược điểm lớn nhất của bột màu vô cơ là độ lên màu, độ phủ kém, màu xỉn, Vì vậy, phải dùng nhiều lượng bột màu

Bột màu hữu cơ là các chất hữu cơ có màu Ưu điểm của bột màu hữu cơ

là màu sắc tươi, sáng, cường độ lên màu cao, độ phủ tốt Vì vậy, chỉ sử dụng 1 lượng nhỏ bột màu cũng đủ màu cho sơn và bột màu hữu cơ chủ yếu sử dụng cho sơn phủ Tuy nhiên, giá thành bột màu hữu cơ đắt, độ bền nhiệt kém, dễ phân hủy khi nhiệt độ cao, dẫn đến hiện tượng loang màu sơn, hay còn gọi là hiện tượng

"sơn bay"

Các loại bột màu trong công nghiệp sơn chỉ cho các màu cơ bản như: trắng, đen, đỏ, vàng, xanh lam, Muốn có các màu sắc theo yêu cầu phải tiến hành trộn các màu cơ bản với nhau theo nguyên tắc phối màu

Thực tế khó phân loại dứt khoát các loại chất màu vì hay có ngoại lệ, tuy nhiên có một sổ tính chất của nhóm này ưu việt hơn nhóm kia, thể hiện qua bảng dưới đây:

Tính chất Loại Lí do

1 Sắc bóng và sáng Hữu cơ Các màu hấp dẫn nhất và sáng nhất chỉ

thu được với các chất màu hữu cơ

2 Sơn trắng và đen Vô cơ

Màu trắng thuần nhất là titan dioxyt và đen huyền nhất: cacbon (vô cơ) Không

có màu đen và trắng hữu cơ

3 Không rò rỉ Vô cơ

Các hợp chất vô cơ có độ hòa tan không đáng kể trong các dung môi hữu cơ Một vài chất hữu cơ rất không tan

4 Độ bền ánh sáng Vô cơ

Liên kết hóa trị trong các hợp chất vô cơ thường bền đối với tia tử ngoại hơn là trong các hợp chất hữu cơ

5 Độ bền nhiệt Vô cơ

Rất ít các hợp chất hữu cơ bền trên 300°C Một vải chất bị phân hủy hay nóng chảy ở nhiệt độ khá thấp

6 Hoạt động chống

Tất cả các chất màu vô cơ đều chống ăn mòn

Các chất phụ gia

Đó là những sản phẩm không tạo thành thành phần chính của sơn

Chúng chỉ tham gia với lượng nhỏ, ít hơn 2%, đôi khi chỉ bằng 1/100 000

để biến tính hoặc gây ra tác động đến các thành phần của sơn cuối cùng

Chúng là các hóa chất khác nhau và có vai trò rất khác nhau, rất khó phân loại Người ta thường dùng thuật ngữ tác nhản để chỉ chức năng của chúng

Một số chất lẫn trong chất kết dính, chất khác thì bay hơi như một dung môi, chất khác nữa thì tăng cường sự pha màu

Trong quá trình chế tạo sơn người ta luôn luôn cho thêm một lượng chất rất nhỏ nhằm mục đích:

Làm quá trình chế tạo được dễ dàng ( thấm ướt chất màu để pha màu) Kiềm chế tính ỉưu biến của sơn (bản chất và giá trị của độ nhớt)

Bảo đảm sự dự trữ (lưu kho) tổt:

• Ngăn cản sự lắng khi pha màu

• Trung hòa độ ẩm của một số thành phần sơn

• Ngăn cản sự làm đày ra; s ngăn cản sự hóa lỏng

• Ngăn cản sự thối rữa các sản phẩm trong môi trường nước

• Ổn định một số chất kết đính (trong trường họp đặc biệt - clo hóa)

• Tác nhân trùng hợp hóa các polyeste

• Tác nhân tăng tốc của phản ứng trước đó

• Quang khởi động các sản phẩm đóng rắn dưới tác dụng của ánh sáng hay tia tử ngoại

• Trùng hợp hóa các vecni hay sơn formophenolic, ure-formol Đem đến những tính chất đặc biệt cho màng:

• Sự bám dính; s bền với vết rạch

• Chống ăn mòn

• Trừ sâu (sản phẩm cho gỗ)

• Chống nhiễm bẩn (hàu hà của tàu)

• Hấp thụ tia tử ngoại của Mật trời

Phụ gia chống chảy, tạo độ nhớt giả là các phụ gia mà khi thêm vào sẽ phản ứng với chất tạo màng, tạo mạng không gian chật hẹp hơn, làm tăng độ nhớt của sơn, tăng bám dính và có tác dụng chống chảy khi sơn lớp dày

Chất hóa dẻo

Chất hóa dẻo là những chất thêm vào trong thành phần của sơn để làm cho màng sơn mềm và co giãn hơn Nó còn có tác dụng làm cho màng sơn bền với ánh sáng, chịu nhiệt, chịu lạnh, nói chung là bền với tác dụng của thời tiết hơn, bền với sự thay đổi nhiệt độ, có khi còn giảm bớt được khả năng cháy

Chất hóa dẻo thường dùng trong sản xuất sơn nitroxenluloza, sơn caosu c!o hóa, sơn perclovinyỉ

Ở đây không giới thiệu kỹ cơ cấu quá trình hóa dẻo mà chi nói qua về tác dụng hóa dẻo Có loại chất hóa dẻo có khả năng hòa tan tác động mạnh vào các polyme của chất tạo màng làm yếu các liên kết giữa các cao phân tử với nhau Do

đó nó làm tăng tính dẻo nhưng lại có ảnh hưởng đến độ bền đứt của màng sơn

Cũng có loại chất hóa dẻo không tác động vào chất tạo màng mà chỉ có khả năng xuyên vào các chỗ trống giúp cho sự chuyển dịch tương hỗ giữa các hạt được

dễ dàng Loại này có tác dụng bổ sung cho loại trên, làm tăng thêm tính dẻo và

cũng làm tăng độ bền lên ít nhiều Vì thế trong sản xuất sơn thường hay dùng hỗn hợp chất hóa dẻo, ít khi dùng từng chất riêng lẻ

Cấu tạo hóa học của chất hóa dẻo cũng có ảnh hưởng nhiều đến tác dụng hóa dẻo của nó Loại chất hóa dẻo chứa các nhóm mạch thẳng có tác dụng hóa dẻo rất tốt, nếu chứa nhân thơm thì tác dụng hóa dẻo có giảm sút và lại làm giảm khả năng chịu lạnh của màng sơn Người ta cũng đã thí nghiệm thấy rằng mạch cacbon của chất hóa dẻo càng dài tác dụng hóa dẻo của nó càng lớn

Muốn có được tác dụng hóa đẻo lâu dài, chất hóa dẻo cần đạt được các yêu cầu sau đây:

• Khó bốc hơi ngay cả ở nhiệt độ khá cao

• Có khả năng hòa tan nhựa

• Có thể kết hợp được với các dung môi thông thường và kết hợp với bột màu

• Không có màu, không có mùi vị đặc biệt

• Trung tính

• Không hút nước và tương đối ổn định hóa học

• Bền với ánh sáng và tác dụng của thời tiết

• Không cháy

Các chất hóa dẻo chủ yếu là

• Este của axit phtaleic mà thường dùng nhiều nhất là dibutylphtalat DBP; ortyl phtalat, etyl-glycol phtalat

• Este của axit phosphoric: như tricresylphosphat là một chất hóa dẻo được dùng phổ biến

• Este của axit adipic: dùng nhiều trong ngành da nhân tạo

• Casterol: là sản phẩm oxy hóa dầu ve bằng oxy của không khí ở 115- 130°C: dùng casterol để hóa dẻo tốt hơn là dùng nguyên dầu ve

• Parafin clo hóa

• Diphenyl clo hóa, đùng hạn chế

• Các chất hóa dẻo làm giảm độ rắn, nhưng làm tăng độ mềm và khả năng lên tuyết (pouvoir gamissant) Một số có độc tính

Bột độn

Đôi khi người ta cho thêm vào sơn những loại bột, không tan như những chất màu - mà trái với những chất màu - chỉ có độ mờ yếu và màu yếu Đó là những chất độn, thường gọi là chất tải Á Chất tải rẻ hơn chất màu, cho vào sơn

có mục đích hạ giá thành sản phẩm, mức độ phụ thuộc vào chất lượng sơn Nhưng nhũng tiến bộ kỹ thuật đã chứng minh rằng, một số chất tải có tác dụng cải thiện chất lượng màng sơn

Các loại bột thường dùng trong công nghiệp sơn là bột đá, bột nặng, bột nhẹ,…(các loại này đều là CaCO3 nhưng do khác biệt về tính chất đá nơi khai thác

mà có tỷ trọng và một số tính chất khác nhau)

1.4 Quy trình và yêu cầu trong sản xuất sơn

Cân đong nguyên liệu

Nguyên liệu được lấy về sẽ được lấy mẫu để kiểm tra chất lượng phù hợp với các tiêu chuẩn hiện hành (về độ mịn, màu sắc, khả năng bay hơi, độ độc,…)

Các nguyên liệu được cân đong theo một đơn pha chế có sẵn cho từng loại sơn Cân đong nguyên liệu là một khâu rất quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm

Đánh paste

Đánh paste là quá trình phân tán sơ bộ các khối màu hoặc túm màu có kích thước lớn giúp cho dung môi và nhựa thấm ướt các hạt màu Đây là công đoạn quan trọng trong công nghệ sản xuất, nó quyết định hiệu suất nghiền, sự chính xác

về màu sắc, ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm Do đó khi nạp liệu phải chú

ý thứ tự các loại vật tư ghi trong phiếu, loại nào ghi trước cho vào trước, cho một lượng vừa phải đủ để máy khuấy trộn dễ dàng, đều hết mới cho tiếp, cho đủ và đúng số lượng các loại vật tư, các bước thời gian ghi trên phiếu

Tốc độ của cánh khuấy được nâng lên từ từ, sau khi cho hết nguyên liệu thì nâng tốc độ lên khoảng 1100 – 1200 vòng/phút, nhiệt độ thùng khuấy từ 50 – 60°C, nhiệt độ của nước làm mát bên ngoài thùng khoảng 70°C, thiết bị làm việc liên tục trong thời gian từ 2 – 3 giờ Dung dịch sau đánh paste cho chảy qua vòi vào thố và đem ủ, dừng máy và dùng dung môi để rửa máy và miệng thố

Ủ

Công đoạn tiếp theo của quá trình đánh Paste là ngâm ủ: mục đích là để paste có đủ thời gian cho quá trình thấm ướt hạt màu, giúp cho quá trình nghiền xảy ra dễ dàng hơn

Thời gian ngâm ủ không ít hơn 20 giờ mới đảm bảo cho quá trình thấm ướt được triệt để

Khi ngâm ủ phải để nơi khô ráo, che đậy kín tránh sự hấp thụ nước, bụi vào paste màu

Lọc và pha loãng

Sơn sau khi đã được kiểm tra đủ chỉ tiêu sẽ được lọc qua lưới lọc và mang

đi pha loãng theo những chỉ tiêu đã được xác lập Trong quá trình pha loãng cần chú ý:

- Đưa đủ lượng dung môi, chất tạo màng

- Bổ sung các loại phụ gia

- Điều chỉnh độ nhớt đến độ nhớt qui định

Các yêu cầu của sơn

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

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

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

• Màu sắc : màng sơn phải nhẵn , bóng , đẹp và bền màu theo thời gian Sơn phải có sự đồng đều về màu sắc , màu sắc phải giữ được bền lâu , chống nhiệt

độ cao , độ ẩm , nước , môi trường hóa chất

• Độ cứng và độ bền va đập : sơn chất lượng tốt phải có độ cứng cao Đối với các loại sơn dùng trong động cơ và máy móc có độ rung lớn , đòi hỏi sơn phải chịu được lực rung động đó

• Độ bền uốn và độ đàn hồi : màng sơn luôn chịu tác dụng của khí quyển , độ ẩm , độ nóng lạnh của môi trường do đó màng sơn phải có độ co dãn thích hợp để không bị phá vỡ hay rạn nứt

1.5 Quá trình nghiền

Khái niệm

Nghiền là một qua trình bao gồm một hoặc nhiều công đoạn nhằm làm giảm các kích thước của vật liệu ban đầu cần nghiền đến kích thước yêu cầu Có nhiều phương pháp giảm kích thước khác nhau nhưng phổ biến nhất quá trình nghiền

cơ học [3]

Là công đoạn chính trong quá trình sản xuất vật liệu như: sơn, xi măng, gốm sứ, Quá trình này làm giảm kích thước của vật liệu rắn dưới tác dụng của ngoại lực để phá vỡ liên kết giữa các phân tử

Các phương pháp tác dụng lực

Khi thiết bị làm việc, có thể kết hợp với nhiều phương pháp Tuy nhiên, trong quá trình nghiền, lực tác dụng chủ yếu là lực mài xiết và va đập

Các yêu cầu cơ bản đối với quá trình nghiền

Năng lượng tiêu tốn phải là nhỏ nhất, phụ thuộc:

• Lực liên kết giữa các phân tử vật liệu

• Hệ số ma sát giữa vật liệu với bề mặt thiết bị đập nghiền

Chỉ nghiền đến mức độ cần thiết, không nên nghiền quá yêu cầu, khi đạt đến độ mịn cần thiết thì thao ra khỏi máy ngay

Các quá trình nghiền phải hoàn toàn tự do, không kèm theo các quá trình phụ khác trong quá trình nghiền

Khi cần mức độ nghiền lớn thì phải thực hiện quá trình nghiền qua nhiều lần và sử dụng nhiều loại máy thích hợp

Dễ sửa chữa và thay thế các chi tiết bị hư hỏng trong máy

Sản phẩm thu được phải tương đối đồng đều về kích thước

Phải có khả năng điều chỉnh mức độ đập nghiền dễ dàng

Khi lựa chọn máy cần căn cứ vào tính chất vật liệu cần nghiền để lựa chọn máy thích hợp

dtb – kích thước trung bình của hạt sản phẩm sau khi nghiền

Tùy theo kích thước của sản phẩm có thể phân quá trình nghiền thành quá trình nghiền thô với sản phẩm có dạng hạt và nghiền bột và sau đó chúng lại được phân nhỏ thành nhóm có kích thước cụ thể hơn, ví dụ:

Nghiền hạt được phân thành:

- Nghiền thô to: có kích thước hạt trong khoảng 125 ÷ 150 mm

- Nghiền thô vừa: có kích thước hạt trong khoảng 20 ÷ 125 mm

- Nghiền nhỏ: có kích thước hạt trong khoảng 3÷ 20 mm

Nghiền mịn được phân thành:

- Nghiền bột thô: có kích thước hạt 0,3 ÷ 3 mm

- Nghiền bột mịn: có kích thước hạt 0,1 ÷ 0,05 mm

- Nghiền bột siêu mịn: có kích thước hạt 5.10-3 ÷ 10.10-3 mm

Phân loại

Phân loại theo chu trình làm việc:

• Làm việc theo chu trình hở: không có dòng hồi lưu

• Làm việc theo chu trình kín: có dòng hồi lưu

Theo phương pháp nghiền:

Nghiền khô:

Ưu điểm:

• Vật liệu sau khi nghiền không cần sấy lại

• Có thể kết hợp quá trình nghiền và sấy

Khuyết điểm:

• Tiêu tốn nhiều năng lượng

• Sinh ra bụi

• Cần lực nghiền lớn

• Do lực ma sát lớn nên sinh nhiều nhiệt làm nóng thiết bị

• Vật liệu hay dính bết vào thành máy

Trên sàn

đập nghiền sản phẩm

• Tiêu tốn năng lượng ít hơn nhờ có nước len vào các vết nứt có trong hạt vật liệu giúp chúng dễ nứt ra

• Vật liệu không bị dính bết vào thiết bị

• Giảm lực ma sát nên thiết bị ít bị nóng, tăng tuổi thọ

Khuyết điểm:

• Tiêu tốn năng lượng để sấy khô vật liệu sau khi nghiền

• Năng suất bị giảm vì phải tốn một phần trọng lượng là nước

Đặc trưng

Mục đích của quá trình nghiền là tạo ra những hạt vật liệu nhỏ từ hạt vật liệu ban đầu to hơn Quá trình cần những hạt vật liệu nhỏ vì chúng có diện tích bề mặt riêng lớn hoặc cần hình dạng, kích thước và số lượng hạt Hiệu suất sử dụng năng lượng của quá trình được xác định bằng diện tích bề mặt mới tạo nên sau quá trình đập nghiền Vì vậy các đặc trưng hình học của hạt, đơn chiếc và hỗn hợp, là yếu tố quan trọng để đánh giá sản phẩm từ máy nghiền Một máy nghiền không cho sản phẩm đồng nhất dù nhập liệu có đồng nhất hay không Sản phẩm luôn luôn là một hỗn hợp có các kích thước nằm trong một khoảng xác định

Hạt nhỏ nhất của sản phẩm nghiền có thể so sánh với kích thước của một tinh thể, đó là đơn vị nhỏ nhất của vật liệu có thể tồn tại dưới dạng một tinh thể độc lập Kích thước này là khoảng 10-3µm Do sự biến đổi kích thước trong một khoảng rộng nên thường dùng khía niệm đường kính trung bình để biểu diễn kích thước hạt trong một hỗn hợp

Cơ sở lí thuyết quá trình nghiền

Một vật thể được nghiền vỡ tức là chịu tác động của ngoại lực có trị số vượt các ứng sức bền của vật thể (ứng suất nén) Khi đó, vật thể sẽ chịu những biến dạng, hoặc bị phá vỡ đột ngột, hoặc chịu những biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo

và cuối cùng bị phá vỡ Khi vật thể chịu một lực va đập tự do để phá vỡ, thì lực

đó sẽ gây ra những sóng chấn động truyền trong vật thể theo chiều lực đập Chỉ khi lực đập đủ lớn để các sóng chấn động đó truyền hết chiều dài (kích thước) vật thể thì vật thể mới có khả năng bị phá vỡ