Tài liệu Nghiên cứu công nghệ sản xuất sơn cao cấp có khả năng cách nhiệt, cách âm, tiết kiệm năng lượng

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN HÓA HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SƠN CAO CẤP CÓ KHẢ NĂNG CÁCH NHIỆT, CÁCH ÂM, TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG Chủ nhiệm đề tài : PGS. TS. PHẠM THẾ TRINH 9013 Hà Nội-2011 VIỆN HÓA HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SƠN CAO CẤP CÓ KHẢ NĂNG CÁCH NHIỆT, CÁCH ÂM, TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG Thực hiện theo Hợp đồng số:187.11.RDHD-KHCN ngày 5 tháng 5 năm 2011 giữa Bộ Công Thương và Viện Hóa Học Công nghiệp Việt Nam Cơ quan chủ trì: Chủ nhiệm đề tài PGS.TS. PHẠM THẾ TRINH VIỆN HÓA HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM Những người tham gia phối hợp: 1. PGS.TS. Mai Ngọc Chúc 2. TS. Mai Văn Tiến 3. ThS. Lê Thị Thu Hà 4. ThS. Nguyễn Hường Hảo 5. CN. Hà Đại Phong 6. CN. Đoàn Thị Tư Hà Nội - 2011 KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TRONG BÀI ASTM Tiêu chuẩn Mỹ BĐ Bột độn BTT Bột thủy tinh CFE Cacdarnol- formaldehyt-epoxy CSV Cao su vòng CTA Cát thạch anh CTM Chất tạo màng DBP Đibutylphtalat DOP O-dioctylphtalat DTH Dầu trùng hợp EP YD-128 Nhựa epoxy 128 ISO Tiêu chuẩn quốc tế PEPA Polyetylen polyamin PU Polyuretan SBTT Sơn bột thủy tinh SCN-CTA Sơn nâu đỏ - cát thạch anh SCN-CTA-BTT Sơn nâu đỏ- cát thạch anh và bột thủy tinh. SCN-GS Sơn cách nhiệt ghi sáng SCN-NĐ Sơn cách nhiệt nâu đỏ SCN-O Sơn nâu đỏ không có phụ gia cách nhiệt SCTA Sơn cách nhiệt - cát thạch anh TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TÓM TẮT NHIỆM VỤ Với mục tiêu là tạo ra công nghệ sản xuất sơn cao cấp có khả năng cách nhiệt, chống nóng vv... để sơn phủ mái nhà các công trình xây dựng trong công nghiệp và dân dụng, trong năm qua đề tài đã thu được những kết quả chính như sau: - Trong số các chất tạo màng đã được thực nghiệm cho thấy chất tạo màng trên cơ sở nhựa Cardanol – formaldehyt – epoxy (CFE) có tính năng cơ, lý, hóa tốt nhất, thích hợp dùng làm chất tạo màng để sản xuất sơn cao cấp: cách nhiệt, chống nóng. - Đề tài đã tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng các chất phụ gia cách nhiệt, cát thạch anh, bột thủy tinh hình cầu, hàm lượng bột màu, hàm lượng chất độn và các loại phụ gia khác... đến tính chất cơ, lý, hóa và khả năng cách nhiệt của màng sơn. Với hàm lượng nhựa CFE là 40%, cát thạch anh 10%, Bột thủy tinh hình cầu 15%, bột màu 8% và bột độn là 10% ( theo tổng lượng) màng sơn đạt được độ bám dính 92%, độ uốn cấp 1, độ cứng cấp 1, độ va đập đạt 50KGcm, hệ số già hóa tại 100oC qua 72 giờ là 0,91. - Sơn cách nhiệt được chế tạo tại VHHCN VN (số lượng 40kg) được sơn phủ mái nhà xưởng tại Công ty TNHH Tekco Vietnam. Sau 4 tháng theo dõi cho thấy màng sơn ổn định, không bị rạn nứt không bị bong tróc. Chất lượng sơn cách nhiệt đã chế tạo tương đương với sơn Insu – Max đang có mặt trên thị trường. MỤC LỤC MỞ ĐẦU………………………………………………………………………...1 PHẦN 1-TỔNG QUAN…………………………………………………………3 1.1. Giới thiệu chung về sơn cách nhiệt………………………………………….3 1.2.Tình hình nghiên cứu sản xuất sơn cách nhiệt trên thế giới………………….5 1.3. Tình hình nghiên cứu sản xuất sơn cách nhiệt tại Việt Nam…………….....6 1.4. Nguyên liệu sản xuất sơn cách nhiệt, cách âm…..……………………..........7 1.4.1. Chất tạo màng cho sơn cách nhiệt cách âm ………………………………7 1.4.2. Bột màu và chất độn dùng cho sơn cách nhiệt, cách âm ……………......10 1.4.3. Các chất phụ gia cho sơn cách nhiệt, cách âm ...………………………...14 1.4.4. Dung môi chế tạo sơn cách nhiệt, cách âm ……………………………...18 1.5. Giới thiệu chất tạo màng trên cơ sở dầu vỏ hạt điều……………………….20 1.6. Sơ đồ công nghệ chế tạo sơn……………………………………………….20 1.7. Ứng dụng của sơn cách nhiệt………............................................................24 PHẦN 2: THỰC NGHIỆM…………………………………………………...26 2.1. Nguyên liệu, hóa chất………………………………………………………24 2.2. Thiết bị nghiên cứu………………………………………………………...27 2.3.Phương pháp nghiên cứu……………………………………………………27 2.3.1. Lựa chọn chất tạo màng………………………………………………….27 2.3.2. Phương pháp chế tạo sơn cách nhiệt, chống nóng……………………….27 2.3.3 Các phương pháp phân tích tính chất cơ, lý nhiệt của màng……………..29 PHẦN - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN………………………………………32 3.1. Nghiên cứu chế tạo sơn cách nhiệt, chống nóng – Lựa chọn nguyên liệu…32 3.1.1. Lựa chọn chất tạo màng………………………………………………….30 3.1.2. Phụ gia cách nhiệt………………………………………………………..35 3.1.3. Bột màu, chất độn………………………………………………………..35 3.1.4. Các loại phụ gia khác…………………………………………………….36 3.2. Xây dựng phối liệu chế tạo sơn…………………………………………….36 3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất cơ, lý nhiệt của màng sơn……………..37 3.3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng cát thạch anh đến tính chất cơ lý và khả năng cách nhiệt của màng sơn……………………………………………...37 3.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng bột thủy tinh hình cầu đến tính chất cơ, lý và khả năng cách nhiệt của màng sơn………………………………………39 3.3.3. Vai trò của phụ gia cách nhiệt đến khả năng cách nhiệt của màng sơn….40 3.3.4. Ảnh hưởng của hàm lượng bột màu đến tính chất cơ, lý, nhiệt của màng sơn...41 3.3.5. Ảnh hưởng của hàm lượng bột độn đến tính chất cơ, lý và khả năng cách nhiệt của màng sơn…………………………………………………...42 3.3.6. Sự phụ thuộc của khả năng cách nhiệt vào độ dày của màng sơn……….43 3.3.7. Đề xuất đơn phối liệu chế tạo sơn cách nhiệt…………………………….44 3.4. Tính chất của các loại sơn cách nhiệt, cách âm…………………………....46 3.5. So sánh tính chất cơ, lý, hóa và khả năng cách nhiệt với một số loại sơn có trên thị trường………………………………………….………………...48 3.6. Sơ đồ công nghệ sản xuất sơn cách nhiệt, chống nóng…………………….49 3.7. Chế tạo sản phẩm ứng dụng thực tế…..........................................................50 3.8. Phân tích đánh giá sơ bộ khả năng tiết kiệm năng lượng đối với việc sử dụng sơn cách âm, cách nhiệt……………………………………………….52 3.9. Dự kiến giá thành sản phẩm……………………………………………......52 3.10. Đề xuất phương án hợp tác sản xuất và mở rộng ứng dụng………………53 KẾT LUẬN…………………………………………………………………….55 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………….57 MỞ ĐẦU Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng lắm, mưa nhiều, độ ẩm không khí luôn ở mức 80 ÷ 90%. Tại những thành phố lớn, mật độ dân số ngày càng tăng, điều kiện nhà ở ngày một khó khăn cho nên nhu cầu về nhà ở là hết sức bức thiết. Cùng với nhịp độ phát triển của kinh tế xã hội không chỉ là số lượng mà chất lượng cũng rất cần được quan tâm. Đáp ứng mục tiêu công nghiệp hóa, hiện đại hóa đòi hỏi công trình xây dựng nhà ở cần có chất lượng cao. Ngoài yêu cầu về kết cấu bền vững, nhà ở phải được thiết kế và có cấu trúc hợp lý, hiện đại. Sử dụng các vật liệu xây dựng phải tốt, bền đẹp và đáp ứng nhiều yêu cầu khác như bớt nóng vào mùa hè và đỡ lạnh vào mùa đông... Hiện nay, yêu cầu đối với các khu nhà cao tầng, nhà xưởng công nghiệp đối với việc sử dụng vật liệu cách nhiệt, cách âm, chống nóng là rất cần thiết. Do vậy nhu cầu về vật liệu này ngày càng lớn. Theo thống kê thị trường mỗi năm ở nước ta cần khoảng 100.000 tấn/năm vật liệu chống nóng và 200.000 tấn/năm đối với sơn cách nhiệt, cách âm cho xây dựng mới và cải tạo. Có nhiều loại vật liệu cách nhiệt, cách âm, chống nóng của các nước trên thế giới đã vào thị trường Việt Nam như: tôn được ép dính lớp polyuretan (PU) xốp cách nhiệt, cách âm, hay sử dụng vật liệu là các tấm bông thủy tinh cho việc chống nóng, chống ồn ,….Trong số các sản phẩm nói trên phải kể tới các loại sơn cách nhiệt, cách âm của nhiều hãng sản xuất như: Nippon, Dulux, Maxillite, Litex... đang được phát triển và tiêu thụ mạnh [1]. Tuy nhiên, các sản phẩm chống nóng này đều có giá thành cao. Vì vậy, việc “Nghiên cứu công nghệ sản xuất sơn cao cấp có khả năng cách nhiệt, cách âm, tiết kiệm năng lượng” là rất cần thiết, rất có ý nghĩa kinh tế, góp phần tiết kiệm năng lượng. Mục tiêu của đề tài là: Tạo ra công nghệ sản xuất sơn cao cấp có khả năng phản nhiệt, … để sơn phủ mái nhà các công trình xây dựng trong công nghiệp và dân dụng, tiến tới sản xuất công nghiệp và ứng dụng trong cả nước, giảm nhập khẩu, tiết kiệm ngoại tệ. 1 Trên cơ sở đó nội dung nghiên cứu của đề tài là: - Nghiên cứu chế tạo sơn đặc chủng có khả năng cách nhiệt, cách âm. - Lựa chọn đơn phối liệu, pha chế các mẫu sơn có tỷ lệ thành phần thay đổi, thử tính năng cơ lý . - Nghiên cứu lựa chọn và sử dụng hợp lý nguồn nguyên liệu sẵn có trong nước. - Nghiên cứu pha chế sơn cao cấp. - Phân tích chất sản phẩm sơn. - Thử nghiệm sơn thử trên mái nhà xưởng cần chống nóng với diện tích mái 100m2 (có đối chứng). - Đề xuất phương án hợp tác sản xuất và mở rộng ứng dụng. 2 PHẦN 1 - TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung về sơn cách nhiệt, cách âm Có rất nhiều vật dụng, chi tiết, nhà cửa, công trình vv… được sơn phủ. Tác dụng của sơn nói chung đầu tiên phải kể đến là nó có khả năng bảo vệ cho bề mặt vật dụng cần được sơn khỏi tác dụng xấu từ môi trường, nâng cao tuổi thọ cho các sản phẩm. Thứ hai là về mặt mỹ thuật, nó tạo cho sản phẩm có mầu sắc đẹp hơn và người ta có thể phân loại các chi tiết khác nhau nhờ lớp sơn phủ và màu sắc bên ngoài của chúng [2]. Đối với sơn có khả năng cách âm, cách nhiệt ngoài tác dụng trên chúng còn có tính chất đặc chủng là khả năng cách nhiệt, cách âm, phản nhiệt, nên vào mùa hè nóng bức có tác dụng làm giảm nhiệt độ trong nhà, trong khi mùa đông lại có tác dụng làm giảm sự thất thoát nhiệt trong phòng, do đó sẽ tiết kiệm được năng lượng, do chi phí dùng điều hòa hay sử dụng năng lượng để sưởi ấm [3]. Hình 1.1: Cấu tạo và tác dụng của sơn cách nhiệt,cách âm khi sơn phủ trên bề mặt mái tôn 3 + Về cấu tạo: Sơn cách nhiệt, cách âm, được tạo nên từ hỗn hợp bao gồm: chất tạo màng, các loại phụ gia cách nhiệt, cách âm và các loại phụ gia khác… Hình 1.1. mô tả cấu tạo và tác dụng của hệ sơn cách nhiệt, cách âm, chống nóng khi sơn phủ lên bề mặt của tấm tôn. Sau khi hoàn thiện hệ sơn cách nhiệt, cách âm sẽ tạo thành lớp bề mặt và các lớp khác nhau có tác dụng phản xạ, tán xạ, ngăn cản hoặc hạn chế sự truyền nhiệt từ bên ngoài vào phía trong của tấm tôn, do đó có tác dụng cách âm, cách nhiệt, chống nóng, chống ồn. Để tạo ra hệ sơn có khả năng cách nhiệt, cách âm với mục đích dùng cho việc chống nóng mái tôn nhà xưởng, nhà dân dụng, các công trình xây dựng công nghiệp…hệ sơn cách nhiệt, cách âm phải có những yêu cầu sau: - Có khả năng cách nhiệt, cách âm cao, chống nóng hiệu quả - Bảo vệ mái tôn khỏi rêu mốc, rỉ sét dưới mọi thời tiết, khí hậu. - Có độ bám dính tốt. - Đơn giản và dễ sử dụng. - Thi công nhanh, không ảnh hưởng đến sản xuất bên dưới. - Chi phí thấp hơn hoặc tương đương so với các phương pháp chống nóng khác như sử dụng vật liệu cách nhiệt, cách âm (là các tấm trần cách nhiệt, cách âm… được làm từ vật liệu xốp như: PU, PE, PS…) + Về nguyên lý tác dụng: Trong khi tôn được sơn phủ bằng sơn thông thường thì lớp sơn chỉ có tác dụng làm chậm tốc độ truyền nhiệt, ở đây năng lượng và lượng nhiệt vẫn được truyền qua, thì với tôn được sơn phủ bằng sơn cách nhiệt, cách âm nguyên lý tác dụng lại hoàn toàn khác: các tia bức xạ, năng lượng nhiệt khi đi tới bề mặt của sơn, dưới tác dụng của các loại phụ gia cách âm, cách nhiệt hầu hết các tia bức xạ năng lượng nhiệt này sẽ được phản xạ trở lại và chỉ một lượng nhỏ năng lượng nhiệt được truyền qua. Chính vì thế chúng có tác dụng cách nhiệt và cách âm rất lớn, khả năng chênh lệch nhiệt độ ngoài trời với trong phòng đối với các nhà xưởng được sơn bằng các loại sơn này có thể thể lên đến 15 -20oC [4,5]. Hình 4 1.2. mô tả nguyên lý truyền nhiệt của hai loại sơn thông thường và sơn cách nhiệt, cách âm. a. Mái tôn phủ lớp sơn thông thường b. Mái tôn phủ lớp sơn cách nhiệt, cách âm Hình 1.2: So sánh sự truyền nhiệt giữa mái tôn phủ sơn thông thường và mái tôn phủ sơn cách nhiệt, cách âm Theo hãng Azonobel: khi sử dụng sơn cách âm cách nhiệt để sơn phủ trên các mái nhà xưởng, trong những ngày nắng nóng, nhiệt độ trên mái đo được từ 42- 44oC, nhưng nhiệt độ trong nhà đo được chỉ khoảng 25-32oC [6]. Akridge và cộng sự đã nghiên cứu và tạo ra được các hệ sơn cách âm, cách nhiệt trên cơ sở sử dụng các loại bột màu, hạt gốm, hạt thủy tinh hình cầu… có khả năng phản xạ, cách nhiệt, cách âm. Kết quả ứng dụng hệ sơn này để sơn phủ lên mái nhà, đã làm giảm nhiệt độ của áp mái nhà tới 33oC [7]. 1.2. Tình hình nghiên cứu sản xuất sơn cách nhiệt, cách âm trên thế giới. Hiện nay nhu cầu về vật liệu sơn phủ là rất lớn, ước tính hàng năm nhu cầu thị trường toàn cầu đạt gần 30 tỷ lít mỗi năm đương đương với hàng 100 tỷ USD và không ngừng tăng lên. Tỷ lệ tăng trưởng hàng năm cỡ khoảng 5%, cùng với sự phát triển không ngừng, của các ngành công nghiệp và bảo vệ môi trường, tiết kiệm năng lượng… đang được đặc biệt quan tâm thì vấn đề nghiên cứu không chỉ là tạo ra các loại sơn chất lượng cao, hạ giá thành, mà việc nghiên cứu hướng tới ứng dụng các loại sơn đặc chủng có khả năng cách âm, cách nhiệt, tiết kiệm năng lượng đang được được hết sức chú ý hiện nay. 5 Những công trình nghiên cứu về sơn cách nhiệt, cách âm đầu tiên được nghiên cứu từ những năm 60 của thế kỷ trước. Ngày nay sơn cách nhiệt, cách âm đã đạt được nhiều thành tựu lớn với khả năng cách nhiệt, cách âm rất cao như sơn Insuladd (Mỹ) [8]. Trong thành phần của sơn loại này có chứa từ 10-15% vật liệu ở dạng hạt gốm với kích thước rất nhỏ ( <400µm), chúng đóng vai trò chính trong tác dụng phản nhiệt, phản xạ ánh sáng, làm giảm và ngăn cản sự truyền nhiệt chính vì thế chúng làm cho màng sơn hầu như không hấp thụ nhiệt và có tác dụng cách âm cách nhiệt rất lớn. Nhật bản là quốc gia rất phát triển về lĩnh vực này với nhiều hãng sơn nổi tiếng như: KEVA, NANSULATE, NIPPOW, … hiện đang triển khai và sản xuất một số loại sơn cao cấp đã được thương mại hóa, có khả năng cách âm, cách nhiệt lên tới 20-30oC. Sơn cách âm, cách nhiệt [9-11] được ứng dụng để sơn phủ cho các nhà xưởng công nghiệp, nhà cao tầng, văn phòng làm việc… Tại nhiều quốc gia công nghiệp phát triển khác như: Mỹ, Anh, Pháp, Đức… việc nghiên cứu và tổ chức triển khai ứng dụng các loại vật liệu này cũng rất được quan tâm. Nhiều loại sơn cách âm, cách nhiệt đã được nghiên cứu chế tạo với nhiều đặc tính có giá trị cao như: tính cách nhiệt, cách âm lớn, modun đàn hồi dưới điều kiện nóng chảy cao [12]. Sơn có khả năng bám dính tốt vào bề mặt kim loại, bê tông hoặc gỗ. Những loại sơn này thường được dùng cho mái nhà xưởng công nghiệp, tường chắn cách nhiệt, cách âm. 1.3. Tình hình nghiên cứu sản xuất sơn cách nhiệt, cách âm tại Việt Nam. Trong điều kiện khí hậu nắng nóng ở nước ta, trong những tháng mùa hè nhiệt độ ngoài trời đạt đến 35 ÷ 40oC, nhu cầu về sơn cách nhiệt, cách âm cho các công trình xây dựng là rất lớn. Hiện tại, đã có một số sản phẩm sơn cách nhiệt, cách âm đã được giới thiệu chào bán, tất cả đều nhập khẩu hoàn toàn từ nước ngoài như. Sơn Keva, sơn Nansulate, InsuMax.. Nhu cầu sử dụng sơn chống nóng, cách nhiệt, cách âm dùng cho các công trình xây dựng, nhà xưởng, nhà dân dụng là rất lớn, đặt ra nhiệm vụ nghiên cứu cho các nhà khoa học trong 6 nước. Việc nghiên cứu chế ra các loại vật liệu sơn cao cấp cách nhiệt, cách âm, tiết kiệm năng lượng, giảm giá thành sản phẩm là rất có ý nghĩa. Trong những năm qua, một số cơ sở trong nước đã tiến hành nghiên cứu về lĩnh vực này như: + Võ Phiên cùng cộng sự đã nghiên cứu sơn cách nhiệt, cách âm, cách điện trên cơ sở olyurethane-cardanol [13]. + Công ty TNHH SX – TM – DV Oai Phong đã nhập và tiêu thụ sơn InsuMax tại thị trường Việt Nam. Loại sơn này được chế tạo trên cơ sở nhựa nhũ tương có khả năng bám dính tốt, khả cách nhiệt, cách âm, chống nóng hiệu quả cho mái tôn và tường nhà cửa [14]. + Hiện tại, Viện Hóa Học Công nghiệp đã và đang cùng hợp tác công ty sơn của Nhật Bản nghiên cứu và triển khai công nghệ chế tạo vật liệu sơn cao cấp đặc chủng tại Việt Nam [15]. Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu mới dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm. Một số loại sơn cách nhiệt, cách âm mới chỉ ra khả năng cách nhiệt, cách âm ở mức độ thấp hoặc không đáng kể. Đặc biệt là việc triển khai sản xuất những loại vật liệu đặc chủng này ở quy mô công nghiệp là chưa có. 1.4. Nguyên liệu sản xuất sơn cách nhiệt, cách âm 1.4.1.Chất tạo màng cho sơn cách nhiệt, cách âm Chất tạo màng chiếm khoảng 30-40 % trọng lượng sơn. Chất tạo màng là các polyme có độ bám dính tốt, có khả năng chứa các loại bột như bột màu, bột độn, có các tính chất như: khả năng khô, độ cứng, độ bóng,... Đây là vật liệu hình thành màng liên tục, kết dính với nền, làm cho bề mặt nền được bao phủ. Ngoài ra, chúng kết nối với nhau và với các chất khác trong màng để tạo ra màng sơn có độ rắn chắc thỏa mãn các đặc tính bề mặt bên ngoài. Chất tạo màng quyết định chủ yếu đặc tính bảo vệ và các đặc tính cơ học, lý, hóa chung của màng sơn. Chất tạo màng có nhiệm vụ là [16]: 7 - Tạo màng liên tục - Bao phủ bề mặt - Kết nối, tạo liên kết với các chất khác. Các tính chất quan trọng của chất tạo màng được quan tâm là: độ nhớt, tỷ trọng, khả năng hòa tan trong dung môi, khả năng phản ứng hóa học (với sơn khô hóa học),... Một số chất tạo màng được tạo ra từ sự trùng hợp ôxy hóa hoặc trùng hợp nhiệt – để tạo ra nhựa trùng hợp. Có một số chất tạo màng ngay trong khi quét màng. Các polyme hay được sử dụng nhất để tạo ra sơn cách nhiệt, cách âm là các loại nhựa polyeste, nhựa acrylat, nhựa alkyt, nhựa vinyl, nhựa epoxypolyamit, nhựa PU biến tính, nhựa đa tụ biến tính epoxy ....[4]. Chất tạo màng trên cơ sở nhựa vinyleste. Sơn cách nhiệt, cách âm trên cơ sở chất tạo màng là nhựa vinyleste và polyurethan đã được các nhà nghiên cứu Mỹ ghi nhận trong bản hướng dẫn đặc điểm kỹ thuật là các loại sơn chịu nhiệt và chống ăn mòn. Sơn cách nhiệt, cách âm trên cơ sở nhựa vinyleste được đánh giá chất lượng theo các phương pháp sau [17, 18]: - Hệ số dãn nở nhiệt tuyến tính: ASTM D-696. - Khối lượng riêng: ASTM D-1622. - Độ hấp thụ nước: ASTM E-96. - Độ cứng: ASTM D-2583…. Chất tạo màng trên cơ sở nhựa polyvinylformal biến tính với nhựa phenolcardanolformadehyt. Do nhựa phenolformadehyt có tính phân cực mạnh, cardanol formadehyt có mạch R ở vị trí meta và đặc biệt do tương quan nhóm hydroxyl ít, độ hút ẩm của nhựa cardanolformadehyt thấp, cho nên để kết hợp tạo ra sản phẩm có độ dẻo, khả năng bám dính cao và độ hút ẩm thấp, nhiều công trình nghiên cứu đã tập trung đi sâu vào quá trình tổng hợp nhựa phenolcardanolformadehyt. 8 Nhựa polyvinylformal biến tính với phenol-cardanol-formaldehyt cho ta chất tạo màng có tính chất quý giá như cách nhiệt, cách âm, cách điện, độ bền uốn cao… Độ bền nhiệt, tính năng cơ lý, tính chất điện của màng nhựa polyvinylformal đã biến tính với phenolcardanolformadehyt là cao hơn so với nhựa polyvinylformal và sự suy giảm tính chất sau khi ngâm nước của sản phẩm là không đáng kể [13]. Chất tạo màng trên cơ sở nhựa polyeste Nhựa polyeste là nhựa tổng hợp được tạo thành do phản ứng của axit lưỡng chức với rượu lưỡng chức. Chất tạo màng trên cơ sở polyeste có ưu điểm như: lượng chất rắn không bay hơi cao, chịu nhiệt, chịu mài mòn, cách nhiệt, cách âm và cách điện tốt. Tuy nhiên chúng có nhược điểm là khả năng bám dính yếu [2,16]. Chất tạo màng trên cơ sở nhựa acrylat Nhựa acrylat là loại nhựa tổng hợp mới, được tạo thành do phản ứng trùng hợp của axit acrylic. Nhựa acrylat có nhiều tính năng quý như: không biến màu, chịu ánh sáng, chịu khí hậu, chịu ăn mòn hóa học, …Do đó màng sơn trên cơ sở chất tạo màng nhựa acrylat cũng có ưu điểm: - Màng sơn khô nhanh. - Có độ bám chắc, tốt - Màng sơn có độ bóng cao, chịu ánh sáng và chịu tia tử ngoại. - Có tính bền hóa học, chịu nước và bền màu Song chúng có khuyết điểm là: khả năng chịu mài mòn kém, hàm lượng chất rắn ít, khi phun có hiện tượng đóng cục [19]. Tuy nhiên, nguyên liệu làm sơn khó kiếm, giá thành đắt, vì vậy sơn thường dùng để sơn các sản phẩm cao cấp. 9 1.4.2. Bột màu và chất độn dùng cho sơn cách nhiệt, cách âm a. Bột màu Bột màu là những hạt rắn mịn, không hòa tan và được phân tán đều và còn lại trong chất tạo màng sau khi màng tạo thành. Bột màu chiếm khoảng 10-20 % trọng lượng sơn, tạo cho sơn có gam màu theo ý muốn, đồng thời góp phần làm tăng tính năng cơ lý của màng sơn. Bột màu có tác dụng: - Tạo màu - Tạo độ đục cho màng phủ Bột màu làm thay đổi đặc tính sử dụng của màng phủ. Bột màu phần lớn là oxit hay muối kim loại, được thêm vào với chất tạo màng không những làm cho bề mặt sơn nhẵn, có màu sắc mà còn ảnh hưởng nhiều đến tính chất lý hóa của màng sơn. Trong nhiều trường hợp bột màu làm tăng sức bền cơ học, tăng tính chống ăn mòn, tăng độ bền thời tiết, và một số tính chất khác. Bột màu phải kết hợp tốt với chất tạo màng. Sơn có bột màu sáng thường phản nhiệt, ánh sáng tốt hơn. Bột màu thường chia làm 2 loại: loại ưa nước như oxit kẽm, oxit chì… và loại không ưa nước như graphit, muội đèn….Mặt khác, chất tạo màng gồm nhiều cấu tử có độ phân cực khác nhau nên muốn có hệ huyền phù giữa chất tạo màng và bột màu cần có chất hoạt động bề mặt. Chất hoạt động bề mặt là những chất trong phân tử vừa có nhóm phân cực, vừa có gốc không phân cực, thường là các hợp chất hữu cơ có chứa nhóm -COOH, -OH. Nhờ có nhóm có cực và gốc không có cực nên có thể hấp phụ lên bề mặt của các vật ưa nước và không ưa nước. Kích thước và hình dạng của các hạt bột màu cũng ảnh hưởng đến tính chất của màng sơn, bột màu càng mịn càng tốt. Kích thước của hạt khoảng 0,5µm đến 10µm, nếu kích thước bé quá dưới 0,5-1µm thì khả năng phủ kém (g 10 bột màu/m2 bề mặt sơn) nghĩa là tốn nhiều sơn, nếu kích thước lớn đến giới hạn nào đó có thể vừa giảm được lượng sơn, vừa tăng phẩm chất của màng sơn. Hình dạng của hạt cũng ảnh hưởng đến sức bền của màng sơn. Dạng hình kim như oxit kẽm làm cho hạt sắp xếp được chặt chẽ ngăn chặn tia sáng và hơi ẩm, do đó màng sơn bền với khí quyển. Bột nhôm dạng như vẩy làm cho màng sơn ánh như bạc, làm phản chiếu tia sáng có hại cho màng sơn do đó làm tăng sức bền thời tiết cho màng sơn [20]. Đặc biệt, một số bột màu có thể phản xạ tia tử ngoại được tổng hợp từ hỗn hợp các hydroxit kim loại, muối nitrat, axetat hoăc oxit, ở nhiệt độ nung 1000oC các chất tự phản ứng để sắp xếp cấu trúc tinh thể mới, ổn định hơn [21] Vì bột màu có tác dụng và ảnh hưởng nhiều đến tính chất của màng sơn, nên tùy mục đích sử dụng mà ta chọn loại bột màu thích hợp. Khi chọn nên căn cứ vào các yếu tố chính sau đây: + Mức độ mịn của bột màu: bột màu thường phải mịn nhưng cũng không nên quá mịn vì sẽ hao phí nhiều bột màu. + Khả năng phủ của bột màu: là số lượng bột màu cần thiết để phủ lên 1m2 bề mặt sơn. Cần làm sao cho khả năng phủ lớn nghĩa là tốn ít bột màu. + Yêu cầu về màu sắc và độ bền màu của bột màu đối với tác dụng của tia tử ngoại. + Khả năng phòng gỉ của bột màu, độ bền của nó đối với tác dụng của khí quyển và môi trường xung quanh. + Độ ngấm dầu (chất tạo màng) của bột màu là lượng nhựa tối thiểu phải dùng để ngấm với bột màu thành một loại bột nhão. Độ ngấm càng bé càng tốt, căn cứ vào độ ngấm dầu để xác định lượng nhựa cần phải dùng, trong thực tế lượng nhựa cần dùng gấp đôi độ ngấm dầu. Ngoài ra còn có thể dùng bột kim loại như bột nhôm làm bột màu và đôi khi có thể dùng cả chất màu hữu cơ: 11 Bảng 1.1: Một số loại bột màu chính STT Màu sắc Oxit kim loại Sunfua kim loại 1 Trắng Oxit kẽm ZnO Sunfua kẽm Oxit titan TiO2 ZnS. BaSO4 Cromat kim loại (litopon) 2 Vàng Cromat chì PbCrO4. PbSO4 Cromat kẽm ZnCrO4.K2CrO4.ZnO 3 Xanh lá cây Oxit crom Cr2O3.3H2O 4 Xanh da cam Cromat chì PbCrO4.PbO 5 Đỏ Oxit chì Pb3O4 6 Nâu Oxit sắt Fe3O4 b. Chất độn Chiếm 10-20 % trọng lượng sơn, là thành phần không thể thiếu trong sơn, nó có tác dụng làm giảm giá thành sản phẩm đồng thời điều chỉnh tính năng như làm tăng độ dày, nâng cao độ cứng, chịu mài mòn và khả năng chịu va đập của màng sơn (bột độn gia cường), trong một số trường hợp nó có thể thay thế bột màu. Ví dụ: bột oxyt Fe, muội than …Bột độn thường là nguyên liệu rẻ và dễ kiếm. Bảng 1.2: Thành phần và tính chất của bột độn như sau: Stt 1 Thành phần BaSO4 Tính chất Chịu axit, chịu kiềm, chống tia tử ngoại làm màng sơn cứng, tỉ trọng lớn, dễ kết tủa, dùng làm matit, sơn lót, 12 sơn chịu axit 2 CaCO3 Không hòa tan trong nước, dễ bị nước hấp phụ, kiềm yếu. Dùng làm sơn lót, mattit. 3 3MgO4SiO2H2O Chống bột màu kết tủa, chịu nước chịu mài mòn. Dùng làm sơn lót, mattit 4 CaSO4H2O Hấp phụ nước mạnh. Dùng rất ít cho sơn lót, mattit 1.4.3. Các chất phụ gia cho sơn cách nhiệt, cách âm, chống nóng Chất phụ gia chiếm từ 1-5 % được đưa vào sơn với tỉ lệ ít nhưng làm thay đổi vai trò đặc trưng mà cấu tử chính (chất tạo màng, bột màu dung môi) không đảm nhiệm hết. Các chất phụ gia được chia làm nhiều nhóm: chất làm khô, chất hoá dẻo, chất chống lắng (chống keo tụ), chất ổn định, chất chống oxi hoá, bức xạ… [22] a. Phụ gia cách nhiệt, cách âm Phụ gia cách nhiệt, cách âm phổ biến dùng cho sơn cách nhiệt, cách âm là bột cát thạch anh. Thành phần hóa học chính của cát thạch anh là SiO2 > 90%. Chúng được tạo thành từ các hạt bị gắn kết mà các hạt này lại có thể là các mảnh vỡ của đá đã tồn tại trước đó hoặc là đơn tinh thể của các khoáng vật. Các chất kết dính hay còn gọi là xi măng gắn kết có tác dụng gắn các hạt này với nhau chủ yếu là canxit, các khoáng vật sét và các khoáng vật silica. Kích thước các hạt cát thạch anh trong đá cát nằm trong khoảng 0,1 mm tới 2 mm, bề ngoài có màu trắng vàng, tỷ trọng: 2.5-2.6 kg/cm3, hòa tan trong axit: 1.7, độ cứng: 0-7.0 (MOH’s Scale ), độ đồng đều: 1.3-1.6. Ngoài ra, phụ gia cách nhiệt, cách âm hay được sử dụng như: + Phân tử cách nhiệt, cách âm cực nhỏ. Đây là những phân tử tương tự như quả bóng bằng sứ rất nhỏ, hoàn toàn trống rỗng, chúng đẩy tất cả không khí ra ngoài và tạo môi trường chân không giúp chúng phản xạ và bức xạ sức nóng, 13 giảm nhiệt độ xuống .Các hạt này thường được làm bằng các oxit kim loại như: TiO2, Fe2O5, ZrO2, SiO2, Al2O3, …[23]. Bảng 1.3: Chỉ số khúc xạ của một vài oxit kim loại và thủy tinh [26] STT Hạt phân tử cách nhiệt, cách âm cực Chỉ số khúc xạ nhỏ 1 TiO2 2,61 2 Fe2O5 2,35 3 ZrO2 2,10 4 Al2O3 1,70 5 SiO2 1,54 6 Thủy tinh 1,52 + Hạt cầu rỗng thủy tinh vô cơ có hệ số dẫn nhiệt cực thấp giúp cho sơn có khả năng cách nhiệt, cách âm hiệu quả. Hình 1.3: Các hạt thủy tinh rỗng hình cầu + Hạt gốm nhỏ tạo ra rào cản nhiệt. Các hạt gốm này có khả năng cản, khúc xạ và tản nhiệt. Các hạt gốm có kích thước 30 - 100µm, khi chúng tạo thành rào cản nhiệt sẽ tiết kiệm được 40% năng lượng và nhiệt độ chênh lệch lên tới 100C. 14