CƠ CHẾ HOẠT DỘNG CỦA FUMED SILICA

MECHANISM OF FUMED SILICA

Tổng quan về phụ gia lưu biến (Rheology)

Trong trị trường sơn ngày nay, sơn màu là một loại sơn rất được ưa chuộng vì tính thẩm mỹ cao cũng như mang lại độ phủ tốt cho các bề mặt. Việc tối ưu hóa để đảm bảo giá thành tốt cho công thức sơn bằng việc tăng hàm lượng bột màu và bổ sung bột độn là một giải pháp mang lại hiệu quả kinh tế rất cao. Tuy nhiên, việc bổ sung thêm bột màu và bột độn gây ra nhiều khó khăn cho sơn trong quá trình lưu kho vì tỷ trọng sơn sẽ tăng dẫn đến sự tách lớp và lắng hạt của bột màu, bột độn cho nên việc tìm hiểu và nghiên cứu khả năng chống lắng cho bột màu bột độn của các phụ gia lưu biến là vô cùng quan trọng và cần thiết.

Phụ gia lưu biến (rheology) là một loại phụ gia có tác dụng chống lắng bằng cách tạo các liên kết vật lý với nhau hình thành hệ thống mạng lưới có vai trò nâng đỡ các bột màu, bột độn để chúng không bị tác dụng của trọng lực làm lắng xuống đáy.

Fumed silica (Silica khói)

Fumed silica hay còn gọi là silica khói vì nó được hình thành khi silic tetraclorua tác dụng với khí hydro và oxi ở nhiệt độ khoảng 1800^oC. Khi các hạt silica sinh ra là dạng bụi mịn rất nhỏ nên gọi là khói silica gồm các giọt silica vô định hình cực nhỏ ở dạng hạt sơ cấp. Các hạt sơ cấp khi mới hình thành, va chạm và kết hợp tạo thành các hạt thứ cấp ba chiều phân nhánh giống như chuỗi, sau đó kết tụ với nhau thành dạng cấu trúc bậc ba. (Hình 1)

Hình 1: Quy trình tổng hợp fumed silica

Cơ chế hoạt động:

Với mức độ phân nhánh cao của cấu trúc bậc ba, fumed silica có mật độ khối cực thấp và diện tích bề mặt cao. Cấu trúc ba chiều của nó dẫn đến khả năng tạo độ nhớt dạng “thixotropic” khi được sử dụng làm chất chống lắng trong hệ sơn.

Hình 2: Các hạt silica tạo liên hết Hydro với nhau qua gốc silanol.

Cơ chế chống lắng của hệ sơn có fumed silica được giải thích là do sự hình thành liên kết hydro giữa các tập hợp silica lân cận (hình 2), dẫn đến sự hình thành một mạng lưới đều đặn. Khi tác dụng lực khuấy, một số liên kết này bị phá vỡ làm giảm độ nhớt. Hệ trở lại trạng thái ban đầu khi dừng tác động khuấy sau một khoảng thời gian.

Hình 3: Tính thixotropic của hệ khi có fumed silica

Fumed silica có tác dụng chống lắng rất tốt. Tuy nhiên do độ rỗng của các chuỗi phân tử rất lớn nên hiện nay người ta thường sử dụng thêm một số loại phụ gia tăng đặc chứa các nhóm –OH có vai trò tham gia tạo liên hết hydro cùng với các hạt silica để tạo ra một mạng lưới dày đặc hơn. Do cấu trúc đã hình thành có nhiều cầu nối hơn, tính “thixotropic” của hệ sơn được tăng lên.

                                                                  a)                                                                                  (b)

Hình 4: Cấu trúc fumed silica khi tạo đặc (a), cấu trúc fumed silica khi có thêm phụ gia tăng cường (b).

Fumed silica sau tổng hợp tại các nhà máy thường có độ ẩm khoảng 0,5-2,5%, đây là một phần cần thiết cho quá trình làm đặc hỗ trợ cho quá trình hình thành liên kết hydro, tăng cường khả năng chống lắng cho hệ sơn.

Trong các sản phẩm công nghiệp, việc sử dụng fumed silica sẽ mang lại khả năng thixotropic, chống chảy xệ, chống lắng, khả năng tạo nhũ, giảm độ bóng, tăng cường độ chảy của bột, chống đóng cục, chống trượt, ... Vì tác dụng của nó đối với những đặc tính quan trọng này, fumed silica được sử dụng rộng rãi trong sơn cũng như trong nhiều ngành công nghiệp khác.

Trên đây là những kiến thức chung về “CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA FUMED SILICA” mà chúng tôi chia sẻ. Hi vọng những kiến thức này sẽ giúp ích cho các bạn trong việc lựa chọn phụ gia lưu biến phù hợp cho ứng dụng của mình.

Để biết thêm thông tin chi tiết hãy liên hệ với Trung tâm Nghiên cứu phát triển vật liệu mới Mega Việt Nam để được giải đáp và tư vấn kịp thời nhé.

>> Xem thêm các bài báo chuyên ngành chúng tôi mới cập nhật <<