LÝ THUYẾT VỀ SƠN POLYMER K55
HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
1/1/13
K55
CHƯƠNG MỞ ĐẦU I. Vai Trò Quan Trọng Của Công Nghiệp Sơn Màu. Đời sống ngày càng cao đòi hỏi mọi thứ xung quanh ta phải có nhiều màu sắc. Trước hết chúng ta thấy rằng sơn có tác dụng bao phủ lớp bề mặt vật liệu nhằm giảm thiểu các tác động của môi trường xung quanh. Nhưng bên cạnh tác dụng bảo vệ đó sơn còn có tác dụng rất quan trọng khác đó là tôn them vẻ đẹp cho sản phẩm, cho mọi vật xung quanh. Khi sơn được bao phủ lên bề mặt vật liệu như kim loại hay gỗ nó có tác dụng tránh bi ăn mòn với kim loại và mục nát với gỗ. Trong công nghiệp người ta dùng sơn để sơn oto, tàu thuyền, máy kéo, vật dụng, vỏ các sản phẩm điện tử, lên các mặt hàng thời trang…..Nó còn được dùng trong xây dựng để làm đẹp các ngôi nhà, các công trình mĩ thuật. Một số loại sơn đặc biệt còn được dùng trong ngành công nghiệp hóa học để sơn các thùng, bồn, bể chứa…. Yêu cầu đối với màng sơn: Trước hết cần chú ý tới điều kiện của dung dịch chất tạo màng: - Điều kiện cơ bản là chất tạo màng ở dạng lỏng có khả năng khô tạo thành màng sơn có độ dày mòng và đóng rắn. Tốc độ của quá trình khô tạo thành màng phụ thuộc vào các yếu tố sau: chiều dày của màng, tốc độ bay hơi của dung môi, tốc độ các quá trình hóa học xảy ra đối với chất tạo màng. Có thể dùng them chất trợ khô. - Dung dịch chất tạo màng cần có độ nhớt và nồng độ nhất định. Nếu độ nhớt quá cao thì sơn bằng chổi rất khó or khi phun phải cần tới máy nén áp lực cao gay tốn năng lượng và không thể sơn được bằng phương pháp nhúng. Nhưng nếu dung dịch có độ nhớt quá nhỏ thì lại tốn dung môi và màng sơn rất mỏng dẫn tới khả năng bao phủ không tốt => bới vậy cần có một độ nhớt thích hợp cho dung dịch chất tạo màng. Cần chú ý thêm rằng nồng độ của chất tạo màu và chất tạo màng cần có một tỉ lệ thích hợp bơi tỉ lệ hai thành phần này quyết định phần lớn đến tính chất cơ lý và tính chất quang học của màng sơn. - Sức căng bề mặt giữa lớp sơn và bề mặt vật liệu cần sơn thì cần phải nhỏ thì sơn mới chảy đều và phủ kín bề mặt sơn được. Bây giờ xết đến tính chất của màng sơn - Điều căn bản và quan trọng nhất là mạng sơn phải bám dính chặt vào bề mặt cần sơn. Độ bám dính phụ thuộc chủ yếu vào sự có mặt của các phân tử phân cực trong chất tạo màng và phụ thuộc vào sức căng bề giữa chất lỏng bề mặt rắn.
- Màng sơn phải vừa bền cơ học và phải co dãn tốt. Độ bền cơ học của màng sơn ở đây bao gồm : độ cứng, độ bền va chạm, bền mài mòn. Màng cần phải có độ co dãn tốt tránh hiện tượng dãn nứt màng sơn. Để đáp ứng được yêu cầu đó thì ta cần phải dùng vài loại chất tạo màng có cấu trúc khác nhau ví dụ như: dầu thảo mộc đảm bảo tính co dãn, nhựa thiên nhiên hoặc nhựa tổng hợp để đảm bảo độ bền cơ học của màng. Cũng có thể dùng chất tạo màng có cấu trúc thích hợp là trung gian giữa cấu trúc không gian 3D và cấu tạo mạch thẳng, nếu cấu tạo của chất quá chặt thì tính co dãn sẽ giảm, nhưng nếu cấu tạo chất lại kem chặt ở một chừng mực nào đó thì độ bền cơ học của màng lại bị giảm đi. Chất phù hợp với yêu cầu đó là loại polymer tổng hợp biến tính bằng dầu thảo mộc hay chất khác bới vậy quá trình biến tính polymer tạo màng sơn cần được nghiên cứu kĩ càng. - Màng sơn cần phải có một số tính chất kĩ thuật quan trong như: chống thấm, ổn định hóa học, quang học, cách điện, chịu được nhiệt độ thích hợp Muốn chống gỉ và chống thấm tốt màng sơn cần phải phủ kín và bám dính chặt vào bề mặt sơn, đồng thời phải ổn định với môi trường xung quanh. Tính chất ổn định hóa học phụ thuộc vào cấu tạo và sự có mặt của các nhóm chất hoạt động hóa học. Trọng lượng phân tử càng tăng thì càng kém hoạt động hóa học từ đó tính ổn định hóa học tăng lên. Tính chất cách điện phụ thuộc vào cấu tạo và độ tinh khiết, muốn cách điện tốt phải dùng hợp chất cao phân tử và có độ tinh khiết cao. Màng sơn cần chậm lão hóa nghĩa là ít bị tác động phá hủy màng của môi trường lên màng sơn Màng sơn cần phải chóng khô, bóng, đẹp. Thành phần của sơn và phân loại sơn. Thành phần của sơn gồm có: - Chất tạo màng : là thành phần căn bản và quan trọng nhất quyết định đến tính chất của màng sơn. Chất tạo màng bao gồm dầu thảo mộc, nhựa thiên nhiên, nhựa tổng hợp. Dầu thảo mộc loại khô như “ dầu trẩu” …. Loại dầu này có khả năng tạo màng vì trong phân tử các loại dầu này có nhiều nối đôi, có khả năng tham gia phản ứng oxi hóa nối mạch khi sơn lên bề mặt vật liệu tạo nên một mạch lớn hơn . Còn dầu bán khô và không khô chỉ có thể dùng để biến tính polymer tổng hợp hay dùng thêm vào một số chất như hóa dẻo.
Nhựa thiên nhiên và nhựa tổng hợp thì có rất nhiều loại có thể dùng để chế tạo sơn. Thông thường cần phải biến tính các loại nhựa đó để thay đổi cấu tạo làm cho chúng tăng khả năng co dãn. Công nghiệp sơn ngày càng phát triển nên lượng dầu thảo mộc sử dụng để chế tạo sơn cũng ngày càng phong phú hơn bởi vậy ta cần nghiên cứu và sử dụng một cách tối ưu các loại dầu thảo mộc, dầu tự nhiên có sẵn trong thiên nhiên đồng thời giảm thiểu tối đa các loại dầu có thể dùng trong thực phẩm được để chế tạo chất màng. Đồng thời đẩy mạnh nghiên cứu và phát triển các loại chất tổng hợp với những đặc tính tốt hơn, tối ưu hơn để chế tạo ra các loại sơn tối ưu nhất về mặt kĩ thuật cũng như kinh tế và thân thiện với môi trường. Chất hỗ trợ khô là những chất đẩy nhanh quá trình khô của màng sơn, đôi khi không có nó thì máng sơn không thể khô ( trong sơn PU gọi là cứng). Đó là các “ xà phòng kim loại”: muối của các axit béo đơn chức với muối kim loại có hóa trị 2 trở lên,đó là những chất có khả năng hút oxy trong không khí rồi nhả lại cho các phân tử của chất tạo màng để đẩy nhanh phản ứng oxi hóa nối dài mạch phân tử. Dung môi là những chất lỏng dễ bay hơi, dùng để hòa tan các chất tạo màng và sẽ bay hơi hết dần trong quá trình tạo màng. Dung môi thường dùng là các loại cacburhydro thơm ( benzene, toluene, xylen..), các loại rươi như ethylic, butylic, amilic, este, axeton. Tuy nhiên cũng có một số loại sơn không cần dung môi màu là những oxit hay muối kim loại ở dạng bột mịn, không tan trong nước, hay ở dạng lỏng ( màu nước), có khả năng phân tán tốt trong chất tạo màng, bền màu. Trong một số trường hợp màu làm tăng độ bền cơ học, tăng tính chống ăn mòn, tăng khả năng chịu tác động của thời tiết. Căn cứ vào chất tạo màng sơn người ta phân loại sơn như sau: - Sơn dầu thuần túy là trong thành phần chất tạo màng chỉ có dầu thảo mộc, loại này rất ít dùng. - Sơn dầu tổng hợp là loại sơn mà trong thành phần chất tạo màng có cả dầu thảo mộc và nhựa thiên nhiên, polymer tổng hợp biên tính. Có thể gọi chính xác hơn cho loại sơn này là “ sơn dầu-nhựa” . Loại này được dùng rất phổ biến trong thực tế cuộc sống hằng này, nhưng ít dùng trong công nghiệp. - Sơn tổng hợp là loại sơn mà chất tạo màng là polymer tổng hợp biến tính hay este xenlulo. Căn cứ vào loại chất dùng mà đi cùng với nó là tên gọi như Sơn Epoxyl, Sơn Nitroxenlulo…etc. loại sơn này thì được dùng cực kì rộng rãi trong cuộc sống , trong mọi lĩnh vực .
- Có thêm loại sơn nữa là sơn “ nhựa đường” loại này được chế tạo bởi sự phối hợp giữa nhựa đường với dầu thảo mộc, đôi khi là cả nhựa thiên nhiên, loại này chủ yếu dùng trong lĩnh vực mĩ thuật như Sơn mài… Các loại sơn khi được pha trộn với màu ta sẽ được màu sắc như ý muốn CHƯƠNG II SƠ LƯỢC VỀ CÁC LOẠI CHẤT TẠO MÀNG. A- DẦU THẢO MỘC. Dầu thảo mộc là este của glixerin với axit béo . Thành phần của dầu biến đổi tùy thuộc vào phương pháp sản xuất, thời gian và điều kiện bảo quản trước khi đem sử dụng. Khi nghiên cứu dầu thảo mộc cần biết rõ các hằng số lý, hóa. Các constant quan trọng là trọng lượng riêng, độ nhớt, nhiệt độ sôi, nóng chảy, đông đặc, hệ số chiết quang n, chỉ số axit, chỉ số iot, chỉ số xà phòng hóa…etcs. I- Các thành phần của dầu thảo mộc. 1- Axit béo: cấu tạo và tính chất hóa lý. Axit béo là một loại axit mạch carbone, đơn chức, có cấu tạo mạch thẳng, có số carbone lớn hơn 7. Có nhiều loại axit béo với công thức tổng quát dưới đây - Axit no : CnH2nO2. - Axit không no có N nối đôi: C nH2n-4NO2. Trong một loại dầu thảo mộc đều có chứa vài ba loại axit béo kể trên đi kèm với nó là axit không no và no . Thông thường luôn có 1 loại axit béo chiếm tỉ lệ cao nhất trong số các axit béo có trong 1 loại dầu thảo mộc. Dưới đây là cấu tạo và tính chất của một số loại axit béo chủ yếu có trong các loại dầu thảo mộc.
Rượi nhựa: Rượi nhựa được chết tạo bằng cách khử este của axit nhựa bằng hydro ở áp suất cao với chất xúc tác trên cơ sở cromat đồng. Rượi nhựa là những chất lỏng rất nhớt hơi có màu, không trộn lẫn được với nước mà tan trong nhiều trong dung môi. Rượi nhựa có thể bị este hóa, oxyl hóa thành andehyrd…rượi nhựa este hóa bằng axit nhựa dùng trong chất tạo màng sơn. Đặc biệt rượi nhựa có khả năng kết hợp với axetylon thành ete vinylic để trùng hợp thành một loại hợp chất cao phân tử.
b) Tính chất của nhựa thông có liên quan đến tính chất không bão hòa của nó. Nhựa thông là một chất không no nên nó dễ dàng tham gia phản ứng. Có trường hợp sự dễ tham gia phản ứng này không có lợi như phản ứng oxyl hóa của nhựa thông, vì thế có khi cần phải hydro hóa trước khi sử dụng. Nhưng trong nhiều trường hợp thì các phản ứng xảy ra rất có lợi và cho ta nhiều sản phẩm như phản ứng kết hợp với anhydric maleic tạo thành nhựa maleic, ngưng tụ với anderhyrd, phenol.. - Nhựa thông hydro hóa: nhựa thông hydro hóa khó hơn axit nhựa, cần có xúc tác , áp suất, nhiệt độ cao. Trung bình có 3 nguyên tử hydro đính vào phân tử axit nhựa trong nhựa thông. Nhựa thông hydro hóa dùng trong trường hợp cần tránh quá trình tự oxyl hóa của nhựa thông, dùng làm chất làm khô, công nghiệp xà phòng. - Nhựa maleic-abietic: nhựa abietic maleic là sản phẩm este hóa của axit abietic maleic với glixerin hay là sản phẩm do tác dụng của este nhựa thông glixerin với anhydric maleic. Cũng có thể là sảm phẩm do tác dụng của nhựa thông-maleic với một số loại rượi và sau đó cho tác dụng thêm với oxit kim loại. ở đây trước hết cần xét đến phản ứng kết hợp của anhydric maleic vào các loại axit nhựa tạo thành aduc
