CƠ CHẾ LÀM KHÔ VÀ CHỐNG TẠO MÀNG TRONG SƠN ALKYD - SƠN CÔNG NGHIỆP TẠI MEGARAD

I. Nhựa Alkyd

- Nhựa Alkyd là polyester được tổng hợp từ Acid hoặc Anhydride 2 chức và rượu có từ 3 nhóm chức trở lên.

Ưu điểm của nhựa Alkyd:

• Bám dính tốt với nhiều loại vật liệu nền.
• Ngăn chặn tốt sự thâm nhập của các tác nhân gây ăn mòn.
• Ít mắc các khuyết tật do gia công (do sức căng bề mặt thấp).
• Giá thành tương đối rẻ.

Biến tính nhựa Alkyd:

Dùng dầu thực vật hoặc acid béo dầu thực vật.

---> Tính chất sản phẩm phụ thuộc hàm lượng dầu và độ không no của dầu.

Phân loại nhựa Alkyd:

- Dựa vào hàm lượng dầu:

+ Alkyd béo: Hàm lượng dầu >60%

+ Alkyd béo trung bình: Hàm lượng dầu 40 đến 60%

+ Alkyd gầy: Hàm lượng dầu < 40%

- Dựa vào loại dầu dùng để biến tính:

+ Alkyd oxy hóa: Dùng dầu khô để biến tính.

+ Alkyd không oxy hóa: dùng dầu không khô hoặc bán khô để biến tính.

Các thành phần chính trong sơn Alkyd bao gồm:

Nhựa Alkyd.

Bột màu và các loại bột khác.

Phụ gia ( phụ gia thấm ướt-phân tán, chống lắng, chống tạo màng…).

Dung môi.

Chất làm khô ( ví dụ: Cobalt octoate, Lead octoate, Canxi Octoate…).

II. Chất làm khô

Là xà phòng của acid béo và kim loại (chuyển tiếp).

                                           (RCOO)_nM

Mⁿ⁺ : Là kim loại chuyển tiếp (Zr, Co, Mn, Zn…) xúc tác quá trình khô của màng sơn.

RCOO^- : Gốc Axit béo tạo ra sự hòa tan trong chất tạo màng.

- Cơ chế làm khô màng sơn:

Chúng liên quan đến việc hình thành và phân tách hợp chất Peroxide tạo thành các gốc tự do, các gốc tự do này khơi mào cho phản ứng trùng hợp hình thành liên kết giữa các phân tử và liên kết ngang trên màng sơn. Quá trình đó được mô tả như sau:

               Bắt đầu:                 RH+ O_{2 -->}  R• + •OOH

               Phát triển:              R• + O2 -->  ROO•

                                              ROO• + RH --> ROOH + R•

               Kết thúc                 ROO• + R•  --> ROOR

              (Liên kết ngang)      R• + R• --> R-R

                                                ROO• + ROO• --> ROOR + O₂

Ban đầu màng sơn khô nhanh nhờ phản ứng oxi hóa trên bề mặt màng sơn, sau đó tốc độ khô của màng sơn sẽ chậm lại do mạng lưới liên kết ngang trên bề mặt màng sơn ngăn chặn sự xâm nhập của Oxi không khí vào bên trong.

- Dựa vào chức năng của chất làm khô mà người ta chia thành 2 loại:

+ Chất làm khô sơ cấp (khô mặt)

+ Chất làm khô thứ cấp .

1. Chất làm khô sơ cấp (khô bề mặt):

- Chất làm khô sơ cấp hay còn gọi là chất làm khô bề mặt, chúng phải có các trạng thái Oxi hóa khác nhau từ thấp đến cao với các Peroxide Axit béo trong hệ sơn trước khi muối kim loại hoạt động như một chất làm khô. Chúng hoạt động như là một chất xúc tác Oxi hóa, chức năng chính của chúng là thúc đẩy quá trình làm khô bề mặt. Chúng thường được dùng với lượng từ 0.005-0.2% khối lượng kim dựa theo khối lượng nhựa dùng trong công thức sơn. Cobalt (Co), manganese (Mn), cerium (Ce), iron (Fe) and vanadium (V) là năm kim loại được sử dụng trong chất làm khô sơ cấp (khô mặt), trong đó Cobalt (Co), manganese (Mn) là hai kim loại được sử dụng phổ biến nhất.

 Dưới đây mô tả quá trình xúc tác khô mặt của Cobalt (Co):

Co²⁺ + ROOH --> Co³⁺ + RO• + OH^-

Co³⁺ + ROOH--> Co²⁺ + ROO• + H⁺

Chất làm khô thể hiện sự hấp thụ Oxi:

RH + Co^{3+ -->} R• + Co²⁺ + H⁺

R• + O₂ + RH--> ROOH + R•

Các chất làm khô cho thấy chúng hoạt động như chất mang Oxy để hình thành nên các gốc tự do:

Co³⁺ + O₂ --> Co³⁺-O-O•

Co³⁺-O-O• + R-CH₂ -CH=CH-R´ --> Co³⁺-OOH + R- •CH-H=CH-R´ --> Co³⁺ + R-c •CH-CH=CH-R´ + •OOH

- Chất làm khô sơ cấp xúc tác cho sự hình thành và phân hủy Peroxide được hình thành bởi phản ứng của Oxy không khí với nhựa. Các gốc tự do được hình thành, chúng khơi mào cho phản ứng trùng hợp mạch Polymer và liên kết ngang trên màng sơn.

2. Chất làm khô thứ cấp

 Được chia thành 2 loại:

Chất làm khô phụ trợ: potassium (K), lithium (Li), calcium (Ca) and zinc (Zn) là các kim loại được sử dụng trong chất làm khô phụ trợ.

Chất làm khô thấu: zirconium (Zr), lanthanum (La), neodymium (Nd), aluminium (Al), bismuth (Bi), strontium (Sr), lead (Pb) and barium (Ba) là các kim loại được sử dụng trong chất làm khô thấu.

a. Chất làm khô phụ trợ.

Chất làm khô phụ trợ đóng vai trò phối hợp với các chất làm khô khác tăng tốc độ hấp thụ Oxi trong hệ thống chất làm khô, thúc đẩy cho quá trình làm khô của màng sơn. Chúng thường được sử dụng với lượng 0.05-0.5% dựa trên lượng nhựa trong công thức sơn. Các chất làm khô phụ trợ gồm potassium (K), lithium (Li), calcium (Ca) and zinc (Zn) là các kim loại được sử dụng trong chất làm khô phụ trợ. Trong đó calcium (Ca) and zinc (Zn) là hai chất phổ biến nhất. Calcium (Ca) ngoài vai trò là chất làm khô phụ trợ nó còn đóng vai trò là tác nhân thấm ướt, giúp quá trình thấm ướt bột màu tốt hơn, vì vậy trọng quá trình sản xuất sơn nó thường được cho vào trong giai đoạn nghiền bột màu, còn các loại chất làm khô khác thường được cho vào ở giai đoạn Letdown. Ngoài ra Calcium (Ca) còn góp phần ổn định hệ thống chất làm khô bằng cách ngăn chặn hiện tượng “Loss Dry”. Calcium (Ca) bị hấp phụ bởi bột màu dễ hơn so với các chất làm khô bề mặt và chất làm khô thấu.

b. Chất làm khô thấu

Chất làm khô thấu đóng vai trò xúc tác cho phản ứng trùng hợp mạch Polymer trong phân tử, Chúng không tham gia trực tiếp vào quá trình Oxi hóa để làm khô màng sơn. Chúng đảm bảo cho quá trình khô màng sơn được diễn ra một cách đồng đều từ trên bề mặt đến bên trong cấu trúc màng sơn. Các kim loại được sử dụng trong chất làm khô thấu gồm: zirconium (Zr), lanthanum (La), neodymium (Nd), aluminium (Al), bismuth (Bi), strontium (Sr), lead (Pb) and barium (Ba). Trong đó zirconium (Zr), lead (Pb) là hai chất làm khô thấu được sử dụng phổ biến nhất.

Hiện tượng “Loss Dry” xảy ra trong quá trình lưu kho, các chất làm khô bị hấp phụ lên trên bề mặt bột màu làm giảm hiệu quả của các chất làm khô.

3. Chất chống tạo màng

Chất chống tạo màng thường được sử dụng trong sơn Alkyd là Methyl Ethyl Ketone Oxime (MEKO):

- Trong quá trình lưu kho do trên bề mặt màng sơn tiếp xúc với một lượng Oxy không khí cùng với sự xúc tác của các chất làm khô, dẫn đến việc hình thành màng sơn trong quá trình lưu kho. Vai trò của chất chống tạo màng là ngăn chặn sự hình thành màng sơn trong quá trình lưu kho.

- Trong cấu trúc phân tử MEKO có nguyên tử Hidro linh động nên nó dễ dàng tham gia phản ứng dập các gốc tự do ngăn chặn phản ứng trùng hợp mạch Polymer hình thành mạng lưới liên kết ngang. Ngoài ra nó còn tạo các phức yếu với các ion kim loại trong chất làm khô (hợp chất phức này dễ dàng phân hủy ngay sau khi màng sơn mỏng được hình thành) với các kim loại trong chất loại khô ức chế khả năng hoạt động của chất làm khô từ đó ngăn chặn sự hình thành màng sơn. Sau khi thi công thành màng sơn thì MEKO ngay lập tức bay hơi. Và quá trình làm khô màng sơn ngay lập tức được hình thành.

Qua bài viết chuyên ngành trên, Megarad chúng tôi muốn chia sẻ thông tin kỹ thuật về cơ sở lý thuyết của cơ chế khô và chống tạo màng của sơn Alkyd, một loại sơn công nghiệp phổ biến trên thị trường. Hi vọng bài viết sẽ mang đến cho các bạn một số thông tin giá trị.

Cảm ơn các bạn đã dành thời gian cho bài viết này.

Mọi thông tin vui lòng liên hệ: 

Văn phòng: Tầng 2, A2-IA20, KĐT Nam Thăng Long, đường Phạm Văn Đồng, P. Đông Ngạc, Q. Bắc Từ Liêm, TP. Hà Nội, Việt Nam.

Trung tâm nghiên cứu: Số 74 - đường Kênh Giữa - thôn Nhuế - xã Kim Chung - huyện Đông Anh - Tp. Hà Nội - Việt Nam.

Website: megaradcenter.com

Tel/Fax:  (+84) 24 375 89089 / (+84) 24 375 89098

Email: contact@megavietnam.vn