ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN THANH THÔNG

THÀNH LẬP CÔNG THỨC SƠN LATEX
TỪ NHỰA STYRENE ACRYLIC CÓ
CẤU TRÚC CORE – SHELL

CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
CAO PHÂN TỬ VÀ TỔ HỢP

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH 12 – 2012


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học :
TS. LA THỊ THÁI HÀ
Cán bộ chấm nhận xét 1 :
PGS. TS. PHẠM THÀNH QUÂN
Cán bộ chấm nhận xét 2 :
PGS. TS. NGUYỄN THỊ PHƯƠNG PHONG
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại Học Bách Khoa – Đại Học Quốc Gia
TP. Hồ Chí Minh, ngày 17 tháng 1 năm 2013.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm :
1. GS. TS. NGUYỄN HỮU NIẾU
2. PGS. TS. PHẠM THÀNH QUÂN
3. PGS. TS. NGUYỄN THỊ PHƯƠNG PHONG

4. TS. LA THỊ THÁI HÀ
5. TS. HUỲNH ĐẠI PHÚ
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa.
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA

GS. TS. NGUYỄN HỮU NIẾU

TS. VÕ HỮU THẢO


i

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên : TRẦN THANH THÔNG

MSHV : 10030682

Ngày, tháng, năm sinh : 13/11/1987


Nơi sinh : Bình Dương

Chun ngành : Cơng nghệ Vật liệu Cao phân tử và Tổ hợp
I.

TÊN ĐỀ TÀI : THÀNH LẬP CÔNG THỨC SƠN LATEX TỪ NHỰA
STYRENE ACRYLIC CÓ CẤU TRÚC CORE – SHELL
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :

- Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng core/shell đến hiệu quả tổng hợp
và tính chất của nhựa latex core – shell.
- Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất tạo đặc, chất trợ phân tán, chất trợ
tạo màng và chất làm chậm khơ đến tính chất của millbase.
- Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng phối trộn millbase / nhựa latex
core – shell đến tính chất của sơn latex nội thất.
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 12/2011
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 12/2012
IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS. LA THỊ THÁI HÀ
TP. Hồ Chí Minh, ngày ..... tháng ..... năm .....
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TS. LA THỊ THÁI HÀ

TS. LA THỊ THÁI HÀ

TRƯỞNG KHOA

TS. VÕ HỮU THẢO



ii

LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sĩ là kết quả của những tháng ngày học tập trên ghế giảng
đường và làm việc tại phịng thí nghiệm, đánh dấu một bước ngoặt quan trọng
trong sự nghiệp và cuộc sống mỗi con người.
Hoàn thành luận văn này, tôi vô cùng biết ơn cha mẹ, thầy cô, những người
luôn dành cho tôi sự quan tâm và động viên to lớn trong những lúc khó khăn nhất.
Tôi xin được dành sự tri ân chân thành và sâu sắc nhất cho giáo viên hướng
dẫn của tôi – Tiến sĩ La Thị Thái Hà, người cô luôn tận tình chỉ bảo, chia sẻ và
đồng hành cùng tơi trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Xin được cảm ơn các anh, chị và các bạn tại Công ty TNHH PNP Chemitech,
Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương, PTN Hóa học Polyme, PTN Trọng điểm Vật liệu
Polyme và Compozit, PTN Phân tích trung tâm... đã tạo mọi điều kiện thuận lợi,
hỗ trợ về hóa chất, thiết bị và phương pháp kiểm nghiệm giúp tơi hồn thành luận
văn này.
Cuối cùng, xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến tất cả bạn bè, người thân,
gia đình... đã ln ở bên tôi trong suốt thời gian qua.
Xin cảm ơn tất cả mọi người!

TRẦN THANH THÔNG


iii

TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ


Đề tài “Thành lập cơng thức sơn latex từ nhựa styrene acrylic có cấu trúc
core – shell” nghiên cứu tổng hợp nhựa latex styrene acrylic có cấu trúc core – shell
từ butyl acrylate, styrene và methacrylic acid bằng phương pháp trùng hợp nhũ
tương hai giai đoạn, trực tiếp liên tục với butyl acrylate là thành phần chính của
core, styrene là thành phần chính của shell. Từ đó, lựa chọn mẫu nhựa latex core –
shell thích hợp để xây dựng một công thức sơn latex nội thất, phối trộn từ hai hợp
phần chính là millbase và nhựa latex core – shell.
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng core/shell đến hiệu quả tổng
hợp và tính chất của nhựa latex cho thấy : mẫu nhựa CS 7525 với tỷ lệ khối lượng
core/shell là 75/25 có cấu trúc core – shell rõ rệt, lõi core dạng hạt cầu, vỏ shell bọc
được khá dày, kích thước hạt đồng đều (0.0784 µm), màng nhựa có thời gian khơ
phù hợp, độ cứng bút chì cao (3B), độ bền va đập tương đối tốt (115 Kg.cm), khả
năng kháng nước, kháng kiềm hiệu quả... đủ tiêu chuẩn để ứng dụng làm sơn latex
nội thất.
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các thành phần trong millbase cho thấy :
công thức millbase phù hợp, đáp ứng được yêu cầu cho sơn latex nội thất có hàm
lượng các thành phần như sau : chất tạo đặc Natrosol 250 HBR 11%, chất trợ phân
tán Nopco 5040 0.24%, chất trợ phân tán Teric N9 0.24%, chất trợ tạo màng
Texanol 5.4% và chất làm chậm khô propylene glycol 4.8%.
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng phối trộn millbase/nhựa
latex core – shell CS 7525 cho thấy : công thức sơn latex nội thất ML 91 với tỷ lệ
khối lượng millbase/nhựa latex CS 7525 là 9/1 đạt được các tính chất tốt, nổi bật là
tính năng chịu chùi rửa cao, tương đương với sơn latex nội thất Dulux Easy Clean.
Công thức sơn latex nội thất ML 91 đủ khả năng và tính chất để đưa vào sản xuất
thương mại.


iv

ABSTRACT


This subject “Formulating a latex paint from styrene acrylic resin structered
core – shell” had been studied synthesis cycle styrene acrylic latex resin structured
core – shell from butyl acrylate, styrene and methacrylic acid by the core – shell
two stage continous emulsion polymerization process with main component of core
was butyl acrylate and shell was styrene. Based on that foundation, the core – shell
latex resin sample was appropriated chosen for constructing interior latex paint
formulation, had been mixed between the two components was millbase and core –
shell latex resin.
The effect of core/shell volume ratio on the effective synthesis and properties
of latex resin showed : CS 7525 resin sample with the core/shell volume ratio was
75/25 – structered completed core – shell, core was global shape, shell was
enveloped thickness, the equal particle size (0.0784 µm), the drying time of resin
film had been conformable, the high pencil hardness (3B), the good impact
resistance (115 Kg.cm), the water and alkali resistance was effective… met
requirements to produce interior latex paint.
The researching result of influence factors showed millbase formulation was
complete suitability, had been responed requirements of interior latex paint having
components as follow : Natrosol 250 HBR thickener 11%, Nopco 5040 and Teric
N9 dispersant 0.24% , Texanol film forming aid 5.4% and propylene glycol solvent
4.8%.
The result of influence of mixing volume ratio between millbase and latex
CS 7525 resin expressed : interior latex paint formula ML 91 with millbase/latex
CS 7525 resin ratio was 9/1 was achieved good properties, notably in high scrub
resistance when compared with interior latex Dulux Easy Clean paint. ML 91
interior latex paint formulation was capable and suitable properties for commercial
production.


v


LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình do chính tơi nghiên cứu, các kết quả trình bày
trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố.

TRẦN THANH THÔNG


vi

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ .................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ ii
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ..................................................................... iii
ABSTRACT ............................................................................................................ iv
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... v
MỤC LỤC ............................................................................................................. vi
DANH SÁCH HÌNH ẢNH .................................................................................... x
DANH SÁCH BẢNG BIỂU ................................................................................. xii
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ SƠN LATEX ................................................ 3
1.1 Sơn nước ....................................................................................................... 3
1.2 Sơn latex ....................................................................................................... 5
1.2.1 Định nghĩa.............................................................................................. 5
1.2.2 Thành phần sơn latex.............................................................................. 5
1.2.3 Yếu tố ảnh hưởng đến tính chất sơn latex ............................................... 6
1.3 Nhựa latex có cấu trúc core – shell ................................................................ 8
1.3.1 Nhựa latex .............................................................................................. 8

1.3.2 Nhựa latex có cấu trúc core – shell ........................................................ 11
1.4 Nghiên cứu và ứng dụng của nhựa latex core – shell .................................... 14


vii

CHƯƠNG 2 : PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ ............................. 18
2.1 Phân tích bằng kính hiển vi điện tử truyền qua TEM .................................... 18
2.2 Phân tích kích thước hạt bằng laser............................................................... 20
2.3 Phân tích sắc ký gel GPC.............................................................................. 21
2.4 Phân tích nhiệt lượng kế quét vi sai DSC ...................................................... 22
2.5 Phương pháp đo độ nhớt Brookfield ............................................................. 23
2.6 Phương pháp đo độ chịu chùi rửa của sơn latex ............................................ 24
CHƯƠNG 3 : THỰC NGHIỆM .......................................................................... 26
3.1 Nguyên liệu .................................................................................................. 26
3.1.1 Nguyên liệu tổng hợp nhựa latex styrene acrylic có cấu trúc core-shell . 26
3.1.2 Nguyên liệu phối trộn sơn latex nội thất ................................................ 32
3.2 Nội dung nghiên cứu .................................................................................... 35
3.2.1 Nội dung 1 : Tổng hợp nhựa latex styrene acrylic có cấu trúc
core – shell .................................................................... 36
a. Yếu tố khảo sát....................................................................................... 36
b. Các mẫu nhựa latex core – shell tổng hợp .............................................. 36
c. Quy trình tổng hợp ................................................................................. 38
d. Chỉ tiêu đánh giá .................................................................................... 41
3.2.2 Nội dung 2 : Xây dựng công thức sơn latex nội thất từ nhựa latex
styrene acrylic có cấu trúc core – shell ........................... 42
a. Yếu tố khảo sát....................................................................................... 42
b. Các mẫu millbase khảo sát ..................................................................... 42



viii

c. Các mẫu sơn latex nội thất khảo sát ........................................................ 47
d. Quy trình phối trộn sơn latex nội thất ..................................................... 47
e. Chỉ tiêu đánh giá .................................................................................... 48
CHƯƠNG 4 : KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ...................................................... 49
4.1 Kết quả nội dung 1 : Tổng hợp nhựa latex styrene acrylic có cấu trúc
core – shell ................................................................ 49
4.1.1 Hiệu quả quá trình tổng hợp nhựa latex ................................................. 49
4.1.2 Tính chất nhựa latex tổng hợp ............................................................... 50
4.1.3 Tính chất màng nhựa latex tổng hợp ...................................................... 52
4.1.4 Hiệu quả tạo cấu trúc core – shell .......................................................... 59
4.1.5 Copolymer CP 7525 và nhựa latex core – shell CS 7525 ....................... 65
4.2 Kết quả nội dung 2 : Xây dựng công thức sơn latex nội thất từ nhựa latex
styrene acrylic core – shell ......................................... 69
4.2.1 Độ nhớt các mẫu millbase khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng
chất tạo đặc ........................................................................................... 69
4.2.2 Độ mịn các mẫu millbase khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng
chất trợ phân tán .................................................................................... 69
4.2.3 Thời gian khô bề mặt các mẫu millbase khảo sát ảnh hưởng của
hàm lượng chất trợ tạo màng và chất làm chậm khơ ............................. 70
4.2.4 Tính chất sơn latex nội thất khảo sát ...................................................... 72
4.2.5 Tính chất cơ lý của sơn latex nội thất khảo sát ....................................... 73
4.2.6 Tính chất kháng hóa chất của sơn latex nội thất khảo sát ....................... 76


ix

4.3 Kết luận ........................................................................................................ 80
4.4 Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo ............................................................. 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 81
PHỤ LỤC............................................................................................................... 83
LÝ LỊCH KHOA HỌC ........................................................................................ 107


x

DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1.1 : Ba loại nhựa nền sử dụng cho sơn nước ................................................. 4
Hình 1.2 : Polymer có cấu trúc core – shell............................................................ 11
Hình 1.3 : Tổng hợp polymer core – shell bằng phương pháp một giai đoạn .......... 12
Hình 2.1 : Kính hiển vi điện tử truyền qua TEM mã hiệu JEM 1010...................... 19
Hình 2.2 : Máy phân tích kích thước hạt bằng laser ............................................... 20
Hình 2.3 : Máy phân tích sắc ký gel GPC .............................................................. 21
Hình 2.4 : Máy phân tích nhiệt lượng kế qt vi sai DSC ...................................... 22
Hình 2.5 : Nhớt kế Brookfield ............................................................................... 23
Hình 2.6 : Máy đo độ chịu chùi rửa mã hiệu Sheen REF 903 ................................. 24
Hình 3.1 : Quy trình tổng hợp nhựa latex styrene acrylic có cấu trúc core – shell .. 40
Hình 4.1 : Ngoại quan ba màng nhựa latex CS 8020 – CS 7525 – CS 7030 ........... 53
Hình 4.2 : Màng nhựa CS 8020 – CS 7525 sau khi ngâm 24h trong nước .............. 56
Hình 4.3 : Màng nhựa CS 8020 – CS 7525 sau khi ngâm 168h trong nước ............ 56
Hình 4.4 : Màng nhựa CS 8020 – CS 7525 sau khi ngâm 24h trong kiềm .............. 57
Hình 4.5 : Màng nhựa CS 8020 – CS 7525 sau khi ngâm 168h trong kiềm ............ 57
Hình 4.6 : Hình TEM của nhựa latex CS 7525 ....................................................... 59
Hình 4.7 : Phân bố kích thước hạt của Core CS 7525............................................. 60
Hình 4.8 : Phân bố kích thước hạt của nhựa latex CS 7525 .................................... 60
Hình 4.9 : Kết quả phân tích nhiệt DSC của nhựa latex CS 7525 ........................... 61
Hình 4.10 : Kết quả phân tích GPC của nhựa latex CS 7525 .................................. 61



xi

Hình 4.11 : Phân bố kích thước hạt của Core CS 7030 ........................................... 64
Hình 4.12 : Phân bố kích thước hạt của nhựa latex CS 7030 .................................. 64
Hình 4.13 : Phân bố kích thước hạt của nhựa CP 7525 .......................................... 65
Hình 4.14 : Kết quả phân tích nhiệt DSC của nhựa CP 7525.................................. 66
Hình 4.15 : Kết quả phân tích GPC của nhựa CP 7525 .......................................... 66
Hình 4.16 : Các mẫu sơn latex sau khi đo độ che phủ ............................................ 74
Hình 4.17 : Các mẫu sơn latex sau khi đo độ chịu chùi rửa .................................... 75
Hình 4.18 : Các mẫu sơn latex trước khi ngâm nước.............................................. 76
Hình 4.19 : Các mẫu sơn latex sau khi ngâm 24h trong nước ................................. 76
Hình 4.20 : Các mẫu sơn latex sau khi ngâm 168h trong nước ............................... 77
Hình 4.21 : Các mẫu sơn latex trước khi ngâm kiềm ............................................. 77
Hình 4.22 : Các mẫu sơn latex sau khi ngâm 24h trong kiềm ................................. 78
Hình 4.23 : Các mẫu sơn latex sau khi ngâm 168h trong kiềm ............................... 78


xii

DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 : Các mẫu nhựa latex core – shell tổng hợp ............................................. 37
Bảng 3.2 : Công thức millbase tổng quát cho sơn latex nội thất ............................. 43
Bảng 3.3 : Các mẫu millbase khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất tạo đặc ....... 44
Bảng 3.4 : Các mẫu millbase khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất trợ phân tán.45
Bảng 3.5 : Các mẫu millbase khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng
chất trợ tạo màng và chất làm chậm khô ............................................... 46
Bảng 3.6 : Các mẫu sơn latex nội thất khảo sát ...................................................... 47
Bảng 4.1 : Hiệu quả quá trình tổng hợp nhựa latex ................................................ 49
Bảng 4.2 : Tính chất nhựa latex tổng hợp .............................................................. 50
Bảng 4.3 : Tính chất màng nhựa latex tổng hợp ..................................................... 52

Bảng 4.4 : Tính chất cơ lý màng nhựa latex tổng hợp ............................................ 54
Bảng 4.5 : Tính kháng hóa chất của màng nhựa latex tổng hợp.............................. 55
Bảng 4.6 : Cấu trúc của nhựa latex CS 7525 .......................................................... 62
Bảng 4.7 : Cấu trúc của nhựa latex CS 7030 .......................................................... 63
Bảng 4.8 : So sánh tính chất của CP 7525 và CS 7525 ........................................... 67
Bảng 4.9 : Độ nhớt của các mẫu millbase khảo sát ................................................ 69
Bảng 4.10 : Độ mịn của các mẫu millbase khảo sát ............................................... 69
Bảng 4.11 : Thời gian khô bề mặt của các mẫu millbase khảo sát ......................... 70
Bảng 4.12 : Công thức millbase cho sơn latex nội thất ........................................... 71
Bảng 4.13 : Tính chất sơn latex nội thất khảo sát ................................................... 72
Bảng 4.14 : Tính chất cơ lý của sơn latex nội thất khảo sát .................................... 73


1

MỞ ĐẦU

Cơng nghiệp sơn là một trong những ngành có mức độ ô nhiễm và độc hại rất
cao, ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường và sức khỏe con người. Với xu hướng sản
xuất thân thiện môi trường, ngành sơn đã có những bước chuyển mình mạnh mẽ.
Ngày nay, việc tập trung nghiên cứu, phát triển các hệ sơn nước có hàm lượng chất
hữu cơ bay hơi thấp là một xu hướng tất yếu của ngành sơn.
Sơn nước trước đây ln bị đánh giá có tính chất hóa lý khơng tốt bằng sơn
dung môi. Ngày nay, tiến bộ khoa học kỹ thuật đã cho phép chúng ta phát triển
thành công các hệ sơn nước có tính chất tốt, thậm chí cịn có nhiều ưu điểm vượt
trội so với sơn dung mơi. Một trong những ưu điểm đó là có hàm lượng chất hữu cơ
bay hơi thấp, sử dụng môi trường phân tán là nước nên tiết kiệm được chi phí, dễ
dàng vệ sinh, lau chùi. Giảm hàm lượng dung môi đồng nghĩa với giảm mùi khó
chịu, hạn chế nguy cơ cháy, nổ, tạo môi trường làm việc thân thiện, an toàn.
Ngày nay, sơn nước bao gồm rất nhiều hệ sơn đi từ các loại nhựa nền khác

nhau : alkyd, acrylic, epoxy, polyurethane, polyester… Nổi bật trong số đó phải kể
đến hệ sơn nước đi từ nhựa latex gốc acrylic với các ưu điểm : bám dính tốt, chịu
chùi rửa cao, bền màu, bền hóa chất, mơi trường… được ứng dụng rộng rãi trong
xây dựng, kiến trúc, trang trí nội thất... Ở hệ sơn này, nhựa acrylic sử dụng dạng
nhựa latex : các hạt polymer nhũ tương phân tán trong nước. Nhằm hồn thiện tính
chất của sơn latex gốc acrylic người ta đã tiến hành biến tính nhựa acrylic và một xu
hướng gần đây là biến tính tổng hợp nhựa acrylic với styrene tạo thành hệ nhựa
latex styrene acrylic có cấu trúc core – shell.
Cùng với xu hướng đó, đề tài “Thành lập cơng thức sơn latex từ nhựa
styrene acrylic có cấu trúc core – shell” được chọn để nghiên cứu nhằm mục đích
sử dụng loại nhựa latex styrene acrylic có cấu trúc core – shell xây dựng một công
thức sơn latex nội thất ứng dụng cho xây dựng.


2

Đối tượng nghiên cứu


Nhựa latex styrene acrylic có cấu trúc core – shell được tổng hợp từ hai
thành phần chính là butyl acrylate và styrene. Butyl acrylate là thành
phần chính của core, styrene là thành phần chính của shell.



Cơng thức sơn latex nội thất được xây dựng từ nhựa latex styrene acrylic
có cấu trúc core – shell.

Phạm vi nghiên cứu



Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng core/shell đến hiệu quả tổng
hợp và tính chất nhựa latex core – shell thu được.



Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất tạo đặc, chất trợ phân tán, chất
trợ tạo màng, chất làm chậm khơ đến tính chất millbase.



Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng millbase/nhựa latex core – shell
đến tính chất sơn latex nội thất khảo sát.

Điều kiện nghiên cứu


Nhựa latex styrene acrylic có cấu trúc core – shell được tổng hợp bằng
phương pháp trùng hợp nhũ tương hai giai đoạn, trực tiếp liên tục với
quy trình tổng hợp mới được đề xuất.



Millbase và sơn latex được nghiền mịn và phối trộn bằng cánh nghiền và
cánh khuấy chuyên dụng.


3

CHƯƠNG 1


TỔNG QUAN VỀ SƠN LATEX

1.1

SƠN NƯỚC
Sơn là hệ chất che phủ được sử dụng để bảo vệ và trang trí bề mặt vật liệu,

phối trộn từ bốn thành phần cơ bản : nhựa nền, môi trường phân tán, bột màu, phụ
gia. Tùy thuộc vào mơi trường phân tán có thể phân loại sơn thành hai loại chính :
sơn dung môi và sơn nước.
Sơn nước là hệ sơn sử dụng nước làm môi trường phân tán cơ bản. Việc
nghiên cứu sơn nước đã được bắt đầu từ những năm 50 của thế kỷ XX, đến nay, sơn
nước được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau : xây dựng, kiến trúc,
trang trí nội thất...

Ưu điểm của sơn nước
-

Có hàm lượng các chất hữu cơ bay hơi VOC rất thấp (< 238 g/l)

-

Sử dụng môi trường phân tán là nước nên tiết kiệm được chi phí dung mơi.

-

Màng sơn hình thành bằng cách bay hơi nước nên ít mùi khó chịu, dễ dàng

vệ sinh, lau chùi, hạn chế nguy cơ cháy nổ, tạo mơi trường làm việc an tồn.

-

Sơn nước có thể ứng dụng cho hầu hết các loại vật liệu khác nhau : kim loại,

nhựa, gỗ, thủy tinh, bê tông... và bằng hầu hết các phương pháp : quét, lăn, phun,
nhúng...

Nhược điểm của sơn nước
-

Màng sơn chỉ có hiệu quả tốt nhất khi đạt được độ dày màng khô nhất định

(> 0.29 mm)


4

-

Ở mơi trường có độ ẩm cao, sơn nước cần nhiều thời gian hơn để khơ, do đó

cần phải trang bị thêm hệ thống khuấy đảo khơng khí, thốt hơi, khử ẩm... dẫn đến
tăng thêm chi phí so với việc sử dụng các hệ sơn khác.

Phân loại sơn nước
Sơn nước được phân loại dựa vào ba loại nhựa nền sử dụng :


Hệ nhựa nhũ tương : các polymer nhũ tương hoặc phân tán trong nước.




Hệ nhựa tan trong nước : các polymer phân tán hệ keo hoặc tan trong
nước.



Hệ nhựa khử bằng nước.

Ba loại nhựa này khác nhau cơ bản về tính chất hóa lý, mở rộng phạm vị lựa
chọn, xây dựng và phát triển các công thức sơn nước phù hợp với từng mục đích sử
dụng khác nhau.

Hình 1.1 : Ba loại nhựa nền sử dụng cho sơn nước
Trong ba loại sơn nước trên, sơn nước hệ nhũ tương có các đặc tính nổi bật :
bám dính tốt, màng sơn cứng, chịu hóa chất, chịu nước, hàm lượng rắn cao...
Đạt được những tính chất trên là do sơn nước hệ nhũ tương có chứa các hạt
polymer nhũ tương khối lượng phân tử rất lớn nằm phân tán trong nước.


5

1.2

SƠN LATEX

1.2.1 Định nghĩa
Sơn latex là sơn nước hệ nhũ tương được phối trộn từ các thành phần :
-


Nhựa nền : nhựa latex.

-

Môi trường phân tán : nước.

-

Bột màu.

-

Phụ gia.

Trong sơn latex, tính chất của nhựa latex : cấu trúc, kích thước hạt, khối
lượng phân tử trung bình, độ nhớt... sẽ quyết định tính chất của màng sơn đạt được :
độ bám dính, độ cứng, độ mềm dẻo...
Sơn latex được ứng dụng chủ yếu trong xây dựng, kiến trúc... Khi ứng dụng
sơn latex, nước sẽ bay hơi tạo ra áp lực kéo các hạt nhựa latex xích lại gần nhau,
liên kết với nhau hình thành màng sơn rắn chắc.
1.2.2 Thành phần sơn latex [15]
a. Nhựa latex
Nhựa latex là một hệ nhựa nhũ tương với các hạt polymer kích thước nhỏ
phân tán trong mơi trường phân tán là nước.
Nhựa latex đóng vai trị là nhựa nền, kết dính các thành phần khác nhau
trong sơn latex. Khi nước bay hơi, các hạt nhựa latex sẽ liên kết với nhau hình thành
màng sơn.
b. Nước
Nước đóng vai trị là mơi trường phân tán đồng thời là chất pha loãng cho
sơn latex. Hàm lượng nước quyết định độ nhớt của sơn, ảnh hưởng trực tiếp đến q

trình khơ và hình thành màng sơn.


6

Hàm lượng nước sử dụng quá ít, độ nhớt của sơn quá cao : quá trình hình
thành màng sơn sẽ khó khăn, màng dày, khơng đều, khơ nhanh, dễ rạn nứt bề mặt.
Ngược lại, hàm lượng nước sử dụng quá nhiều, độ nhớt của sơn quá thấp : màng
sơn sẽ lâu khô, tạo màng không đồng đều.
c. Bột màu
Bột màu là thành phần tạo màu cho sơn, chúng là những hạt rắn có kích
thước rất nhỏ phân tán đồng đều trong sơn. Bột màu ngồi tác dụng tạo màu cịn có
tác dụng tăng cường độ che phủ bề mặt, chống xuyên thấu tia tử ngoại, nâng cao độ
cứng, độ mài mòn, kéo dài tuổi thọ màng sơn.
Một số loại bột màu thường sử dụng : titanium dioxide, kẽm oxit, sắt oxit,
bột nhôm, bột than, bột đá, bột talc, cao lanh, mica và các chất hữu cơ có màu.
d. Phụ gia
Các loại phụ gia được sử dụng trong sơn nhằm giúp q trình sản xuất và gia
cơng màng sơn dễ dàng hơn. Việc sử dụng phụ gia phù hợp, hàm lượng chuẩn xác
có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất màng sơn.
Thường sử dụng kết hợp nhiều loại phụ gia khác nhau cho một hệ sơn : chất
trợ phân tán, chất phá bọt, chất trợ tạo màng, chất làm chậm khô, chất tạo đặc, chất
bảo quản, chất chống nấm mốc, vi sinh...

1.2.3 Yếu tố ảnh hưởng đến tính chất sơn latex [10, 13]
a. Kích thước hạt nhựa latex
Kích thước hạt nhựa latex giữ vai trò quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến
tính chất của sơn.
Kích thước hạt sẽ tác động rõ rệt đến độ nhớt, khả năng mang bột màu, độ
bám dính... của sơn.



7

b. Monomer tổng hợp nhựa latex
Monomer được chia làm hai loại : monomer cứng và monomer mềm.
 Monomer cứng : styrene, methyl methacrylate… là những monomer khi
tổng hợp tạo thành những polymer cứng, có nhiệt độ hóa thủy tinh Tg rất cao.
Trong tổng hợp nhựa latex, monomer cứng được sử dụng nhằm tăng cường độ cứng
bề mặt hạt nhựa.
 Monomer mềm : butyl acrylate, ethyl acrylate... là những monomer khi
tổng hợp tạo thành những polymer mềm, có nhiệt độ hóa thủy tinh Tg rất thấp.
Trong tổng hợp nhựa latex, monomer mềm được sử dụng nhằm tăng cường độ dẻo
dai, độ bền va đập và độ bám dính cho hạt nhựa.
Bằng cách kết hợp linh hoạt các loại monomer cứng và monomer mềm
chúng ta sẽ tổng hợp được các loại polymer có tính chất như mong muốn.
c. Chất hoạt động bề mặt
Chất hoạt động bề mặt giữ vai trò cực kỳ quan trọng trong hệ nhũ tương,
chúng giúp phân tán các hạt polymer đồng đều trong nước, tạo sự đồng nhất và ổn
định cho hệ nhũ tương.
Hàm lượng chất hoạt động bề mặt q thấp thì hệ nhũ tương sẽ khơng đồng
đều, xuất hiện hiện tượng sa lắng, kết tụ.
Hàm lượng chất hoạt động bề mặt quá cao thì sẽ tập trung lại thành các
micelle, ban đầu là các hạt hình cầu, sau đó là hình que, hình phiến… làm tăng độ
nhớt, gây mất ổn định cho hệ nhũ tương.
d. Độ nhớt
Độ nhớt của sơn ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình gia cơng và hình thành
màng sơn.
Độ nhớt của sơn q cao, q trình gia cơng, hình thành màng sơn sẽ khó
khăn, màng dày, khơ nhanh, dễ rạn nứt bề mặt. Ngược lại, độ nhớt của sơn quá thấp

màng sơn sẽ lâu khô, tạo màng không đồng đều.


8

1.3

NHỰA LATEX CÓ CẤU TRÚC CORE – SHELL

1.3.1 Nhựa latex
a. Nhũ tương
Nhũ tương là hỗn hợp các chất lỏng không hòa tan được với nhau, bao gồm :
-

Chất phân tán : các giọt lỏng hoặc các hạt riêng biệt.

-

Môi trường phân tán : bao phủ chất phân tán.

Tùy theo môi trường phân tán, nhũ tương được chia làm hai loại : nhũ tương
dầu trong nước và nhũ tương nước trong dầu.
b. Nhựa latex
Nhựa latex : hệ polymer nhũ tương với chất phân tán là các hạt polymer có
kích thước nhỏ phân tán trong môi trường phân tán là nước.
Các polymer nhũ tương thường được tổng hợp bằng phương pháp trùng hợp
nhũ tương.
c. Trùng hợp nhũ tương
Trùng hợp nhũ tương là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất trong công
nghiệp để sản xuất các loại polymer. Trùng hợp nhũ tương thường xảy ra với tốc độ

cao, nhiệt độ tương đối thấp, thu được polymer có trọng lượng phân tử cao, độ đa
phân tán thấp.
Cơ chế trùng hợp nhũ tương [6, 9]
Lý thuyết trùng hợp nhũ tương theo cơ chế gốc tự do được nghiên cứu và
phát triển bởi Smith, Ewart và Hankins từ năm 1940 dựa trên cơ sở polystyrene.
Cơ chế này được chia làm ba giai đoạn như sau :
 Giai đoạn 1 : tạo trung tâm hoạt động
-

Các micelle được hình thành khi hàm lượng chất hoạt động bề mặt lớn
hơn CMC.


9

-

Các monomer phân tán vào trong các micelle.

-

Chất khơi mào được cho vào hệ, gốc tự do hình thành đi vào micelle
và khơi mào phản ứng.

-

Phản ứng trùng hợp nhũ tương diễn ra ngay lập tức, tạo thành các tiểu
phân tử polymer khối lượng phân tử thấp bên trong micelle.

-


Giai đoạn này kết thúc khi độ chuyển hóa đạt từ 0 – 15 %.

 Giai đoạn 2 : phát triển mạch
-

Các tiểu phân tử polymer có khối lượng phân tử tăng lên nhanh chóng,
các hạt nhũ lúc này sẽ phồng lên.

-

Đến một mức độ nào đó sẽ khơng cịn các micelle nữa, lúc này các
chất nhũ hóa sẽ chuyển vào lớp hấp phụ trên bề mặt phân tử polymer,
liên tục hút monomer vào, trùng hợp, tăng nhanh khối lượng phân tử.

-

Số phân tử polymer lúc này không thay đổi nhưng khối lượng phân tử
và độ chuyển hóa tăng lên đáng kể.

-

Độ chuyển hóa đạt đến 60 %.

 Giai đoạn 3 : ngắt mạch
-

Nồng độ monomer giảm dần tương ứng với độ chuyển hóa tăng dần.

-


Kích thước hạt khơng thay đổi nhiều.

-

Tốc độ phản ứng giảm dần.

-

Độ chuyển hóa tăng dần và đạt 80 – 100 %.

-

Tiến hành ngắt mạch và kết thúc phản ứng trùng hợp.
Thành phần trùng hợp nhũ tương

 Monomer : nguyên liệu tổng hợp polymer. Phản ứng trùng hợp nhũ
tương theo cơ chế gốc tự do thường sử dụng các loại monomer khơng no có cấu trúc
CH2 = CX1X2.


10

 Nước : môi trường phân tán trong phản ứng trùng hợp nhũ tương, nước
cịn là dung mơi cho chất khơi mào, chất hoạt động bề mặt, góp phần giải nhiệt cho
phản ứng trùng hợp.
 Chất khơi mào : khơi mào các monomer tạo gốc tự do, làm tiền đề cho
phản ứng trùng hợp. Các chất khơi mào sử dụng cho phản ứng này phải tan trong
nước và có khả năng phân hủy tạo gốc tự do. Thường sử dụng chất khơi mào dạng
persulfate, peroxide hoặc azo.

Ví dụ : cơ chế khơi mào của K2S2O8 :
K2S2O8
SO-4* + M

SO-4*
SO-4 – M*

SO-4 – Mn* + M

SO-4 – (M)n – M*

SO-4 – (M)n – M* + SO-4 – (M)m – M*

SO-4 – (M)n + m – SO-4

SO-4 – (M)n – M* + SO-4 – (M)m – M*

SO-4 – (M)n + SO-4 – (M)m

M : monomer, n, m ≥ 1
 Chất hoạt động bề mặt : cịn gọi là chất nhũ hóa, cấu tạo gồm một đầu ưa
nước và một đầu kỵ nước, đóng vai trò là cầu nối giữa hai pha trong hệ nhũ tương.
Chất hoạt động bề mặt giúp ổn định hệ nhũ tương monomer trong nước bằng
cách làm giảm sức căng bề mặt giữa nước và monomer. Đầu ưa nước hướng về phía
nước, đầu kỵ nước hướng về phía monomer.
Khi chất hoạt động bề mặt đạt đến một hàm lượng thích hợp (CMC) sẽ hình
thành các hạt nhũ dạng cầu gọi là micelle – bên ngoài là các đầu ưa nước, bên trong
là các đầu kỵ nước.
Chất hoạt động bề mặt có ảnh hưởng rất lớn đến kích thước hạt, độ đồng đều
và độ đa phân tán của polymer tạo thành. Trong phản ứng trùng hợp nhũ tương

thường sử dụng kết hợp hai loại chất hoạt động bề mặt anionic và non-ionic.


11

 Chất khử : có khả năng dập tắt gốc tự do, ổn định hệ nhũ tương sau phản
ứng, thường sử dụng tert butyl hydroperoxide, Na2S2O5...
 Chất ổn định : pH có ảnh hưởng rất lớn đến phản ứng trùng hợp nhũ
tương nên thường phải sử dụng các chất ổn định pH trong quá trình phản ứng, các
chất này gọi là chất đệm : bicarbonate, photphate... Ngoài ra, hệ nhũ tương có
nhược điểm khi lưu trữ lâu ngày dễ bị keo tụ, tăng độ nhớt... nên thường phải sử
dụng dung dịch ammoniac để điều chỉnh và ổn định pH cho hệ.

1.3.2 Nhựa latex có cấu trúc core – shell
a. Định nghĩa
Nhựa latex có cấu trúc core – shell là một dạng nhựa latex đặc biệt, các hạt
polymer phân tán trong nước có cấu trúc bao gồm : một polymer đóng vai trò là
nhân (core) nằm bên trong và một polymer khác đóng vai trị là lớp vỏ (shell) phủ
bên ngồi. Polymer có cấu trúc core – shell thường có dạng hạt cầu.

Hình 1.2 : Polymer có cấu trúc core – shell
b. Vai trò của cấu trúc core – shell
Tổng hợp được polymer có cấu trúc core – shell theo thiết kế có thể điều
khiển được một số tính chất như mong muốn : độ cứng, độ mềm dẻo... Từ đó mở
rộng phạm vi ứng dụng và nâng cao tính chất của polymer.