Tổng quan về Sơn!

Nguồn : vatlieu.org
Đời sống ngày càng cao đòi hỏi các thứ xung quanh ta có nhiều màu sắc. Trước hết chúng ta thấy rằng sơn có tác dụng bao phủ lên bề mặt vật liệu tránh các tác dụng phá hoại của môi trường xung quanh. Nhưng bên cạnh tác dụng quan trọng đó của sơn màu không thể quên rằng sơn màu đã tăng thêm vẻ đẹp cho mọi vật xung quanh ta.
Sơn có tác dụng bao phủ kim loại để phòng rỉ và quét lên gỗ để phòng mục. Có thể nói không một ngành kinh tế quốc dân nào không dùng đến sơn. Trong công nghiệp, người ta dùng sơn màu để sơn ô tô, toa xe, dụng cụ, thiết bị. . . Trong ngành xây dựng dùng sơn màu để sơn nhà cửa, cầu cống và nhiều vật liệu khác. Sơn còn dùng để giữ vệ sinh chung trong bệnh viện, nhà trẻ, trường học và dùng để trang trí, tô điểm thêm cho các công trình mỹ thuật.
Sơn cũng có khả năng phủ lên da, vải nên được dùng trong nhiều ngành công nghiệp nhẹ, phủ lên giấy để dùng trong công nghiệp về giấy trong ngành in . . .
Nhưng quan trọng hơn nữa là vật liệu sơn màu có khả năng đáp ứng nhiều yêu cầu kỹ thuật quan trọng làm cho giá trị của sơn ngày một lớn.
Một số loại màng sơn có tính ổn định khá lớn được dùng trong nhiều ngành công nghiệp hóa học như dùng để sơn lên các thùng chứa, các loại thiết bị tiếp xúc với hóa chất. Ngành công nghiệp điện dùng một số loại sơn làm vật liệu cách điện. Một vài loại sơn đặc biệt chống được tác dụng của vi khuẩn dưới biển dùng để sơn đáy ca-nô, tàu thủy. Các loại sơn chịu nhiệt độ cao dùng sơn tủ sấy và sơn các vật liệu ở môi trường chịu nhiệt độ cao. Có loại sơn rất bóng dùng để sơn cánh máy bay giảm sức ma sát của gió lên cánh máy bay để tăng tốc độ của máy bay.
Tóm lại vật liệu sơn càng ngày càng có tác dụng quan trọng không chỉ trong đời sống hàng ngày mà còn trong nhiều ngành công nghiệp, góp phần tích cực phục vụ nhu cầu ngày càng cao của kỹ thuật và đời sống.
Yêu cầu cần có đối với màng sơn :
Trước hết cần chú ý đến điều kiện của dung dịch chất tạo màng :
Điều kiện chuẩn là chất tạo màng ở dạng lỏng có khả năng tạo thành màng sơn mỏng và rắn. Tốc độ quá trình tạo thành màng phụ thuộc vào các yếu tố sau : chiều dày của màng sơn, tốc độ bay hơi của dung môi, tốc độ các quá trình hoá học xảy ra đối với chất tạo màng. Có thể dùng thêm chất làm khô để tăng nhanh quá trình 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, sơn phun phải dùng lực cao và không sơn bằng phương pháp nhúng, tẩm được. Nhưng ngược lại nếu độ nhớt quá bé thì tốn dung môi và màng sơn quá mỏng dẫn đến không có khả năng bao phủ tốt. Do đó cần có độ nhớt thích hợp.
Cần chú ý thêm đến nồng độ của bột màu trong vật liệu sơn màu vì tỷ lệ giữa chất tạo màng và bột màu có tác dụng quyết định phần lớn các tính chất cơ lý và tính chất quang học của màng sơn.
Sức căng bề mặt giữa lớp sơn và bề mặt sơn phải bé thì sơn mới chảy đều phủ kín toàn bề mặt sơn.
Bây giờ xét đến các tính chất của màng sơn :
+ Điều căn bản nhất là màng sơn phải dính chặt vào bề mặt sơn. Độ dính đó phụ thuộc chủ yếu vào sự có mặt của các phân tử có cực trong chất tạo màng và phụ thuộc vào sức căng bề mặt giữa chất lỏng với bề mặt rắn.
+ Màng sơn phải vừa bền cơ học vừa co dãn tốt. Độ bền cơ học của màng sơn ở đây bao gồm độ cứng, độ bền đứt, độ bền va chạm, độ bền mài mòn. Màng sơn nào chỉ bền cơ học mà kém co dãn thì dễ bị rạn nứt, ngược lại co dãn tốt mà kém bền thì tác dụng bao phủ giảm sút nhiều. Do đó màng sơn phải vừa bền vừa co dãn. Muốn đáp ứng được yêu cầu vừa bền mà lại co dãn đó phải dùng vài loại chất tạo màng có cấu tạo khác nhau ví dụ như dùng dầu thảo mộc để bảo đảm tính co dãn và nhựa thiên nhiên, nhựa tổng hợp để bảo đảm độ bền của màng sơn. Cũng có thể dùng chất tạo màng có cấu tạo thích hợp là trung gian giữa cấu trúc không gian 3 chiều và cấu tạo mạch thẳng, nếu cấu tạo quá chặt cho màng sơn sẽ dòn , kém co dãn và ngược lại nếu cấu tạo kém chặt chẽ thì màng sơn tương đối co dãn nhưng kém bền. Đó là chất tạo màng loại polymer tổng hợp biến tính bằng dầu thảo mộc hay chất khác, vì thế quá trình biến tính polymer để chế tạo sơn cần được nghiên cứu kỹ.
+ Màng sơn phải có một số tính chất kỹ thuật quan trọng như phòng rỉ và chống thấm, ổn định hóa học, cách điện , chịu được nhiệt độ cao . . .
Muốn phòng rỉ và chống thấm tốt màng sơn phải phủ kín và bám dính chắc vào bề mặt sơn, đồng thời phải ổn định đối với môi trường xung quanh.
Tính chất ổn định hóa học phụ thuộc vào cấu tạo mạch phân tử polymer .Mạch càng lớn , phân tử càng kém hoạt động hóa học làm cho tính ổn định hóa học càng tăng lên. Ngược lại các nhóm hoạt động trong phân tử như nhóm hydroxyl, các nối đôi còn lại làm giảm tính ổn định hóa học.
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 không lẫn tạp chất.
Tính chất chịu nhiệt cũng phụ thuộc vào cấu tạo. Các polymer vô cơ chịu nhiệt tốt hơn các polymer hữu cơ. Các polymer có liên kết phức chất với kim loại, có cấu tạo hình càng cua chịu nhiệt cũng khá tốt.
- Màng sơn còn phải chậm lão hóa nghĩa là ít bị tác dụng phá hoại của môi trường xung quanh như ánh sáng, độ ẩm, oxy của không khí. Ơ vùng nhiệt đới tác dụng của môi trường xung quanh tương đối mạnh nên cần có nhiều loại sơn tốt.
- Màng sơn còn phải chóng khô và tất nhiên cũng cần phải bóng , đẹp.
Thành phần của sơn và phân loại sơn
Thành phần của sơn gồm có :
- Chất tạo màng :là thành phần chủ yếu quan trọng nhất quyết định các tính chất của màng sơn. Chất tạo màng bao gồm dầu thảo mộc loại khô và nhựa thiên nhiên, nhựa tổng hợp.
Dầu thảo mộc loại khô như dầu trẩu, dầu “ lim” , dầu lai … có tính năng tạo thành màng và trong phân tử các loại dầu đó có nhiều nối đôi có khả năng kết hợp các phân tử vào nhau thành phân tử lớn hơn. Còn dầu loại bán khô và không khô chỉ có thể dùng để biến tính nhựa tổng hợp hay dùng thêm vào một ít xem như chất hoá 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 co dãn hơn.
Công nghiệp sơn ngày một phát triển nên lượng dầu thảo mộc sử dụng để chế tạo sơn cũng ngày một nhiều. Do đó cần phải nghiên cứu tận dụng các loại dầu thảo mộc có sẵn trong thiên nhiên và hạn chế việc sử dụng các loại dầu có thể ăn được. Đồng thời cần nghiên cứu chế tạo các loại nhựa tốt và mới có khả năng tạo thành màng để chế tạo các loại sơn có tính chất đặc biệt.
- Chất làm khô : dùng với một lượng rất ít để tăng nhanh quá trình khô. Đó là các xà phòng kim loại : muối của acid đơn chức ( acid nhựa hay acid béo ) với kim loại có hóa trị II trở lên. Đó là các chất có khả năng hút oxy của không khí rồi nhả khí oxy đó cho các phân tử chất tạo màng dùng làm cầu nối kết hợp vào nhau.
- Dung môi : là những chất lỏng dễ bay hơi dùng để hòa tan các chất tạo màng và sẽ bay dần hết trong quá trình tạo thành màng sơn. Dung môi thường dùng là các loại hydro carbon thơm(như benzene, toluene, xylene) ; các loại rượu như rượu etylic, butylic… các loại ester phần lớn từ acid acetic; các loại cetone mà chủ yếu là acetone và loại terpene như dầu thông.
Thường dùng hỗn hợp dung môi để dễ dàng điều chỉnh quá trình khô. Gần đây đã chế tạo được một số loại sơn không cần dùng đến dung môi.
- Bột màu : là những oxyt hay muối kim loại ở dạng bột mịn không tan trong nước. Bột màu không chỉ làm cho bề mặt sơn được nhẵn và có màu sắc đẹp mà còn có 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 sức chịu đựng với tác dụng của khí quyển. . .
Căn cứ vào chất tạo màng 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 : là loại sơn mà trong thành phần chất tạo màng có cả dầu thảo mộc và nhựa thiên nhiên, nhựa nhân tạo. Có thể gọi chính xác hơn là sơn dầu nhựa. Loại sơn này được dùng phổ biến trong đời sống hàng ngày nhưng chỉ có khả năng dùng rất ít trong các ngành kỹ thuật.
- Sơn tổng hợp : là loại sơn mà chất tạo màng là nhựa tổng hợp hay ester cellulose. Thông thường căn cứ vào loại nhựa tổng hợp hay ester cellullose mà gọi luôn tên của sơn, ví dụ như sơn epoxy, sơn nitro cellullose.
Còn có thêm loại sơn tăng cường từ nhựa đường phối hợp với dầu thảo mộc và có khi thêm cả nhựa thiên nhiên nữa và sơn thiên nhiên (sơn ta) thường dùng để làm hàng sơn mài và sơn quang dẫn
Sơn màu (Kpacka) là các loại sơn đã kể trên pha trộn thêm với bột màu. Tiếng Nga có nhiều tên gọi khác nhau. Chúng ta có thể gọi sơn màu đi từ sơn tổng hợp là sơn non để phân biệt với sơn màu từ sơn dầu.