CHẤT LƯU BIẾN TRONG SẢN XUẤT SƠN

1. Chất lưu biến là gì?

Tính chất lưu biến tức là tính chất dòng chảy của sơn lỏng và tính chất chảy dàn trải trên màng sơn khi thi công.

Kiểm soát độ lưu biến của sơn là rất cần thiết cho việc sử dụng thành công sản phẩm trong thực tế thi công sơn.

Như vậy, các tính chất và điều kiện thi công sơn phụ thuộc chủ yếu vào việc kiểm soát độ lưu biến theo ý muốn bằng cách dùng các chất phụ gia lưu biến . Do bản chất khác nhau của các thành phần cấu tạo sơn nước và sơn gốc dung môi, các chất phụ gia lưu biến cũng được chọn lựa sử dụng khác nhau cho 2 loại sơn này.

2. Chất phụ gia lưu biến cho sơn gốc nước (water based)

Thường sử dụng tới 4 loại chất phụ gia lưu biến cho sơn gốc nước nhằm kiểm soát hàng loạt yếu tố lưu biến của sơn đó là: độ nhớt sơn lỏng, độ nhớt sơn lúc thi công, độ lắng, độ dàn trải, độ phẳng mặt,

Độ nhớt là yếu tố quan trọng nhất biểu hiện tính lưu biến . Đối với các chất lỏng kiểu Newton như H2O, dung môi, dầu khoáng,… độ nhớt là hằng số. Đối với sơn là met hỗn hợp gồm dung môi (hoặc H2O), chất tạo màng, bột màu, bột độn, chất hoạt động bề mặt, các chất phụ gia,… độ nhớt không phải là một hằng số, mà nó thay đổi phụ thuộc vào hàng loạt thông số tính chất của thành phần sơn , thông số nhiệt độ và các thông số lực cơ học lúc thi công (súng phun, cọ quét, con lăn, …). Tính chất lưu biến là mối quan hệ tương hỗ giữa độ nhớt và các lực chuyển dịch chất lỏng sơn và mối liên quan này rất phức tạp.

Nhằm bảo đảm độ nhớt của sơn nước thật ổn định và đảm bảo được tính lưu biến đạt chất lượng thi công, cần phải có các chất phụ gia lưu biến (Rheological Addtivies) hoặc còn gọi tên riêng là các chất Thickener.

Chất lưu biến cho sơn

>>> Xem ngay các loại hóa chất ngành sơn tốt nhất trên thị trường hiện nay chúng tôi cung cấp <<<

Đối với hệ sơn gốc nước, các Thickener có tác dụng với H2O làm đặc sơn lỏng ở thể bền, đồng nhất và ổn định độ nhớt sản phẩm theo yêu cầu sản phẩm ban đầu.

Có 4 nhóm Thickener là:

- Thickener có nguồn gốc vô cơ điển hình là Bentonite, Clay.

- Thickener có nguồn gốc Polymer tự nhiên.

Ví dụ: Alginate.

- Thickener là các Cellulosic.

Ví dụ: HEC (Hydroxy Ethyl Cellulose), MC (Methyl Cellulose), CMC (Carboxyl Methyl Cellulose).

- Thickener là các Polymer tổng hợp.

Ví dụ: Polyacrylate, Polyacrylamide, Polyurethane, Polyether.

Thường sử dụng nhất là HEC, Polyacrylate phối hợp với Cellulose & Clay và Polyurethane.

Có 4 loại nhớt kế đo độ nhớt sản phẩm sơn nước là:

- Nhớt kế BROOKFEILD: đo độ nhớt thấp và trung bình

- Nhớt kế STORMER: đo độ nhớt trung bình

- Nhớt kế ICI hình côn và đĩa: đo độ nhớt cao

- BOHLIN RHEOMETER: đo độ nhớt từ thấp đến cao. 

Thường sử dụng nhất là nhớt kế STOMER và ICI để đo độ nhớt của sơn nước phù hợp với yêu cầu sản phẩm và điều kiện thi công.

3 loại Thickener đã nói trên được chọn dùng vì đáp ứng được yêu cầu ổn định độ nhớt sơn nước, đồng thời đảm bảo được hàng loạt các yêu cầu thi công như: dàn trải tốt, cuốn gọn sơn trong con lăn hoặc cọ quét không văng ra ngoài, màng sơn bằng phẳng và không loang chảy, cụ thể là:

Tổ hợp các Polymer Cellulosic: 

Bằng cách dùng Thickener tan trong nước có trọng lượng phân tử thấp, ví dụ HEC và do có sự biến tính bằng nhóm –OH vào các nhóm thế tạo thành tính kỵ nước làm sản sinh ra các Thickener Cellulosic tổng hợp, các nhóm kỵ nước này sẽ tập hợp lại trong dung dịch sơn tạo thành các lưới 3 chiều, từ đó làm cho sơn nước có đặc tính lưu biến đồng đều, đồng thời do tương tác giữa các nhóm kỵ nước Thickener với các nhóm kỵ nước của các thành phần sơn như chất phân tán, chất hoạt động bề mặt tạo thuận lợi cho việc phân tán màu đều hơn và cao hơn.

Các Polyacrylate (Acrylic Thickener) trương nở kiềm (Akali Swellable Acrylic – ASA) 

Các Thickener gốc Polyacrylate là các Copolymer nhũ tương có tính acid, khi dùng NH4 trung hòa acid, các thickener này trở thành chất lỏng độ nhớt cao. Nó là một “tổ hợp” thickener thường được chọn dùng rộng rãi trong thi công sơn nước do có các tính chất tạo màng (thi công) tốt hơn so với Thickener Cellulosic, lại có giá rẻ hơn. Tuy nhiên, với hệ sơn nước gốc Acrylic, do yêu cầu trương nở ở pH8-10 nên Thickener Polycrylate trương nở kiềm ít được sử dụng.

Tổ hợp Thickener gốc Polyether Polyurethan (PEPU) 

PEPU là chất lưu biến thế hệ mới cho sơn gốc nước có các tính chất màng sơn thi công vượt trội về độ dàn trải và tráng phẳng, và không vương vãi do văng sơn khỏi con lăn, cọ quét.

PEPU là Thickener Non-inoic và không cần điều chỉnh độ pH. Tác dụng “làm đặc” đạt được do có sự tập hợp với các bột màu, chất tào màng và các chất hoạt động bề mặt trong thành phần sơn gốc nước.

3. Chất phụ gia lưu biến cho hệ sơn gốc dung môi (solvent borne)

Chất phụ gia lưu biến đều đóng vai trò quan trọng trong hệ sơn gốc nước và dung môi. Ngoài vai trò đảm bảo sự an toàn cho thi công màng sơn, tính chất kiểm soát độ loang chảy (sag-control) là quan trọng nhất đối với chất phụ gia lưu biến dùng cho hệ sơn gốc dung môi.

Tương tự như sơn gốc nước, hệ sơn gốc dung môi cũng sử dụng các chất phụ gia lưu biến nhằm tạo độ nhớt ổn định, đảm bảo hoàn thiện tính chất thi công màng sơn. Cụ thể theo các cơ chế lưu biến khác nhau là:

- Tác dụng tương hỗ theo kiểu phân cực, gồm các chất:

• Đất sét hữu cơ (Organo Clays) như Bentonite, Hectorite.
• Các dẫn xuất dầu thầu dầu (Castor oil), các amide và các wax oxi hóa có cực (polar)
• Silica dạng bụi (fumed silica), kỵ nước.

- Tác dụng keo tụ bột màu được kiểm soát (Flocculation): các Sulfate hữu cơ (Organic Sulfates)

- Tác dụng của các Polymer có trọng lượng phân tử lớn gồm các chất: +Ethyl Cellulose +Cellulose Acetobutylnate +Polyacrylate, Polystyrene, Polyisobutylene (không thuộc loại dùng làm sơn).

- Tác dụng của các xà phòng hữu cơ nhằm hạn chế độ tan và tạo keo gồm các chất: +Aluminium Stearate +Megnesium Stearate 

4. Giải thích cơ chế tác dụng của các chất lưu biến trên như sau:

Các Polymer có trọng lượng phân tử cao bản thân có độ nhớt rất cao và được sử dụng phối với các chất tạo màng chính trong hệ sơn dung môi để tạo độ nhớt cần thiết.

Các xà phòng hữu cơ được sử dụng giống như vai trò thickener, nghĩa là các sản phẩm gốc dầu khoáng (mineral oil) giống như chất phá bọt nhưng ít quan trọng đối với việc xây dựng công thức sơn.

Các loại đất sét hữu cơ (Organo Clays): là các sản phẩm thiên nhiên loại silicat tại vỉa. Chúng hoàn toàn “ưa nước” về bản chất và có thể dùng làm chất cải thiện chút ít tính lưu biến của hệ sơn gốc nước. Khi sử dụng làm chất lưu biến trong hệ sơn gốc dung môi, chúng cần được xử lý bề mặt để có thể phân tán được trong dung môi. Chúng có tác dụng lưu biến do tương tác của cầu Hydrogen ở các cạnh ngoài tạo cấu trúc 3 chiều. Dưới tác động của lực dịch chuyển chất lỏng do khuấy trộn, cấu trúc 3 chiều bị phá hủy và tạo độ lưu biến. Các Organo Clays có tác dụng lưu biến tốt hơn ở nhiệt độ cao so với các chất làm đặc hữu cơ khác. Vì vậy, thường được chọn dùng cho sơn sấy. Chúng thường được cung cấp ở dạng bột hoặc bột nhão đã phân tán trong dung môi hoặc chất hóa dẻo.

Các dẫn xuất dầu thầu dầu (castor oil): cơ chế lưu biến làm đặc trưng cũng do tác dụng cầu Hydrogen nói trên (ví dụ loại dẫn xuất dầu thầu dầu hydrogen hóa), sử dụng rất tốt cho các loại sơn Alkyd gốc dung môi, cao su clo hóa, epoxy, polyester, polyurethane, hắc ín, nhựa đường bitum,… Chúng vượt trội hơn loại đất sét hữu cơ về độ bóng cao hơn và ít tạo sương mù hơn. Khi sử dụng các chất lưu biến loại này (thường được cung cấp dưới dạng bột cực mịn) cần lưu ý phân tán chúng trong dung môi cho tan hoàn toàn thành dạng keo nhão trước khi nghiền chung với các thành phần khác trong sơn nhằm tránh hiện tượng vón cục và tạo cát trên màng sơn khô.

Các muối Sulfat hữu cơ có tác dụng làm đặc sơn theo cách làm tăng sự tương tác bề mặt, giữ không cho các bột màu lắng xuống. Các chất này rất cần thiết cho các loại sơn gốc dung môi có hàm lượng bột (PVC) cao, nhằm mục đích ổn định độ nhớt và chống lắng, ngay cả khi lưu trữ dài hạn, sơn chỉ bị đóng lắng mềm, dễ khuấy trộn đều trước khi thi công. 

Chất phụ gia lưu biến (Rheological Additives) rất cần thiết cho sơn nhằm ổn định độ nhớt của sơn trong suốt quá trình từ sản xuất, đóng gói, vận chuyển, cho đến khi thi công. Mục đích cuối cùng của sản phẩm là đảm bảo tính chất màng sơn thi công đạt các yêu cầu hoàn hảo nhất cho người sử dụng
Chất phụ gia lưu biến cho sơn gốc dung môi còn gọi là các chất Thixotropic, ngoài tác dụng làm ổn định độ nhớt theo yêu cầu thi công sơn còn phải đáp ứng yêu cầu chống loang chảy (anti-sagging) cho màng sơn.

Có 3 loại chất Thixotropic là:

- Chất Thixo – có nguồn gốc vô cơ (bụi Silica)

- Chất Thixo – có nguồn gốc Silicat thiên nhiên dạng vỉa biến tính hữu cơ (các loại Betonite biến tính, Hectorite biến tính).

- Chất Thixo- có nguồn gốc hữu cơ (ví dụ: dẫn xuất dầu thầu dầu, các Amide van Polyamide, các Polyester, các xà phòng kim loại, các chất biến tính bột màu, các dẫn xuất cellulose).

3 nhóm chất Thixo này đều được sử dụng tùy theo lựa chọn thích hợp với từng loại sơn và cũng tùy theo giá thành.