PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

ÇÇÇÇÇ

[œ\

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TP. HCM, ngày

tháng 07 năm 2007

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên
: NGUYỄN CƠ THẠCH
Ngày, tháng, năm sinh : 28/04/1978
Chuyên ngành
: Vật liệu cao phân tử và tổ hợp

Gới tính : Nam
Nơi sinh : Hưng Yên
MSHV : 00304060

I. TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT SƠN NƯỚC TRÊN NỀN NHỰA EPOXY
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................

.................................................................................................................................
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày ký quyết định giao đề tài): ........................
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ..............................................................
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị): ............
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM NGÀNH

BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

(Học hàm, học vị, họ tên và chữ ký)
Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
Ngày
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

tháng

năm 2007

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH


TÓM TẮT LUẬN VĂN CAO HỌC
Từ cuối thế kỷ 20, nhân loại đã phải đối mặt với những khó khăn do sự ô nhiễm
môi trường và sự khan hiếm dần của các tài nguyên hữu hạn. Do đó, việc nghiên cứu
và phát triển các loại hình vật liệu có khả năng ứng dụng cao và thân thiện hơn với
môi trường trở thành nhu cầu cấp bách hơn bao giờ hết.
Với những ưu điểm vượt trội hơn so với các loại nhựa thông thường khác, nhựa

epoxy được quan tâm, sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực địi hỏi những tính năng ứng
dụng cao và tính chất tốt. Hịa cùng xu thế phát triển của ngành polyme, các ứng
dụng của nhựa epoxy cũng được nghiên cứu và phát triển theo hướng thân thiện hơn
với môi trường. Một trong những ứng dụng nổi bật đó là sơn nước epoxy.
Với những thuận lợi trong việc gia công sản xuất, phương pháp sản xuất sơn
nước bằng cách sử dụng chất nhũ hóa để tạo ra hệ nhũ tương epoxy đã được ứng
dụng rộng rãi. Các nhà sản xuất nổi tiếng về hóa chất và phụ gia ngành sơn và mực
in như Cognis, Dow Chemical, BYK,… đã tung ra thị trường những sản phẩm nhũ
tương epoxy dựa trên nguyên tắc sử dụng chất nhũ hóa.
Trong phạm vi đề tài này, dựa trên nguyên tắc sử dụng chất hoạt động bề mặt
để giảm sức căng bề mặt pha, chúng tơi đã tìm được chất nhũ hóa phù hợp cho hệ
nhựa epoxy Bis-phenol A thấp phân tử. Bên cạnh đó, chúng tơi cũng đã đánh giá
được sự ảnh hưởng của các yếu tố như hàm lượng chất nhũ hóa, tỉ lệ các thành phần
và các thơng số gia cơng đến tính chất sản phẩm. Và hơn hết, chúng tơi đã cơ bản tìm
ra phương án đóng rắn hệ nhũ tương epoxy một cách tương đối rẻ tiền nhằm đáp ứng
tính kinh tế trong sản xuất sơn.
Với một số kết quả đạt được trong quá trình thực hiện đề tài này, chúng tôi hy
vọng đề tài này sẽ là bước đệm quan trọng cho những nghiên cứu chuyên sâu nhằm
đưa ra mặt hàng sơn nước epoxy do Việt Nam nghiên cứu và phát triển.


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN
LỜI NÓI ĐẦU
TÓM TẮT LUẬN VĂN
DANH SÁCH HÌNH VẼ ...................................................................................... i
DANH SÁCH BẢNG BIỂU ................................................................................ ii

PHẦN LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ SƠN ............................................................. 1
1.

Lịch sử hình thành & phát triển ........................................................ 1

2.

Thành phần cơ bản và phân loại ....................................................... 2
2.1. Thành phần cơ bản của sơn ................................................... 2
2.2. Phân loại sơn ......................................................................... 4

3.

Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu .................................................... 5

CHƯƠNG 2 : HỆ PHÂN TÁN – KHÁI QUÁT, CƠ CHẾ VÀ ỨNG DỤNG.... 7

1.

Khái quát .......................................................................................... 7
1.1. Đặc điểm hệ phân tán cao ..................................................... 7
1.2. Các nguyên tác phân loại hệ phân tán .................................. 7


2.

Cơ chế hình thành hệ phân tán ......................................................... 9
2.1. Các hiện tượng bề mặt .......................................................... 9
2.2. Sự bền vững của hệ phân tán .............................................. 11
2.3. Hệ nhũ tương ....................................................................... 13


CHƯƠNG 3 : CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT – CƠ CHẾ VÀ ỨNG DỤNG

1.

Khái niệm về chất hoạt động bề mặt .............................................. 15
1.1. Khái niệm ........................................................................... 15
1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến nhóm kháng nước...................... 16

2.

Phân loại chất hoạt động bề mặt ..................................................... 18
2.1. Chất hoạt động bề mặt âm (Anionic) .................................. 18
2.2. Chất hoạt động bề mặt dương (Cationic) ............................ 19
2.3. Chất hoạt động bề mặt điện tích kép (Zwitterionic) ........... 19
2.4. Chất hoạt động bề mặt không ion (Nonionic) ..................... 20

3.

Cơ chế hoạt hoá bề mặt .................................................................. 21
3.1. Sự hình thành lớp điện tích kép ........................................... 22
3.2. Hiện tượng hấp phụ bề mặt ................................................. 25
3.3. Tạo hệ nhũ tương bằng chất hoạt động bề mặt ................... 25

CHƯƠNG 4 : NHỰA EPOXY – GIỚI THIỆU VÀ ỨNG DỤNG ................... 31

1.

Giới thiệu về epoxy ........................................................................ 31 .
1.1. Epoxy Bis-phenol-A ............................................................ 32

1.2. Epoxy Novolac .................................................................... 33

2.

Tính chất nhựa epoxy ..................................................................... 34


2.1. Lý tính ................................................................................. 34
2.2. Hoá tính .............................................................................. 34

3.

Đóng rắn nhựa epoxy...................................................................... 37
3.1. Đóng rắn bằng amin ............................................................ 37
3.2. Đóng rắn bằng anhydrit....................................................... 40
3.3. Đóng rắn bằng tác nhân khác .............................................. 41

4.

ng dụng nhựa epoxy ..................................................................... 42
4.1. Keo dán ............................................................................... 43
4.2. Compound đúc và tẩm ........................................................ 43
4.3. Sơn ..................................................................................... 43

PHẦN THỰC NGHIỆM
CHƯƠNG 5 : NGUYÊN LIỆU HÓA CHẤT & THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
1.

Nhựa epoxy DER-331..................................................................... 46


2.

Chất hoạt động bề mặt .................................................................... 47

3.

4.

2.1.

Hydropalat 65 (Cognis) ....................................................... 47

2.2.

Disponil 23(Cognis) ............................................................ 47

Dung moâi và phụ gia....................................................................... 48
3.1.

Butyl Cellosolve ................................................................. 48

3.2.

Chất tăng nhớt DSX 1550 (Cognis) ..................................... 48

3.3.

Chất thấm ướt bột màu Texaphor P60 (Cognis) .................. 49

3.4.


Bột màu Titan Dioxit .......................................................... 49

Chất đóng rắn epoxy....................................................................... 49
4.1.

Waterpoxy 751 (Cognis) ..................................................... 49


5.

4.2.

Versamid 125 (Cognis) ....................................................... 50

4.3.

Dimethylami Ethanol (DMAE) ........................................... 50

Thiết bị thí nghiệm ......................................................................... 51
5.1.

Máy khuấy .......................................................................... 51

5.2.

Máy phân tích kích thước hạt bằng tán xạ laser .................. 52

5.3.


Bộ dụng cụ đánh giá tính chất màng sơn ............................. 53

CHƯƠNG 6 : QUI TRÌNH THỰC NGHIỆM ................................................. 56
1.

Mục đích nghiên cứu....................................................................... 56

2.

Nội dung nghiên cứu ....................................................................... 56
2.1.

Qui trình hình thành hệ epoxy nhũ tương ............................ 56

2.2.

Xác định đơn pha chế cho hệ nhũ tương epoxy ................... 57

2.3.

Xác định thông số gia công ................................................. 57

2.4.

Khảo sát khả năng đóng rắn của hệ nhũ tương epoxy ......... 58

2.5.

Thiết lập công thức sơn nước epoxy .................................... 58


CHƯƠNG 7 : CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ HỆ NHŨ TƯƠNG ........... 60
1.

Phân tích kích thước hạt bằng tán xạ laser ...................................... 60

2.

Đánh giá độ bền hệ nhũ tương ........................................................ 62

CHƯƠNG 8 : KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN..................................................... 64
1.

Xác định đơn pha chế cho hệ nhũ tượng epoxy ....................... 64
1.1.

So sánh tính chất Hydropalat 65 và Disponil 23 ........... 64

1.2.

Khảo sát hàm lượng chất nhũ hóa ................................. 66


2.

1.3.

Khảo sát hàm lượng Launryl Alcohol ........................... 70

1.4.


Khảo sát hàm lượng nhựa epoxy ................................... 73

1.5.

Khảo sát thời gian khuấy paste ..................................... 74

1.6.

Độ nhớt hệ nhũ tương ................................................... 76

Đánh giá độ bền hệ nhũ tương epoxy ...................................... 78
2.1.

Sự ổn định độ nhớt của hệ nhũ tương ............................ 79

2.2.

Sự sa lắng của hệ nhũ tương.......................................... 81

3.

Khảo sát khả năng đóng rắn của hệ nhũ tương epoxy ............. 84

4.

Đánh giá tính chất màng sơn.................................................... 87

5.

Thiết lập công thức sơn ............................................................ 88


CHƯƠNG 9 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................... 91
1.

Kết luận ................................................................................... 91

2.

Kiến nghị hướng nghiên cứu thêm ........................................... 92

PHỤ LỤC ............................................................................................... 93
TÀI LIỆU THAM KHẢO


Nghiên cứu sản xuất sơn nước trên nền nhựa epoxy 

DANH MUÏC BẢNG BIỂU
Bảng 8.1 – Kích thước hạt nhũ tương từ Disponil 23 và Hydropalat 65........................ 64
Bảng 8.2 – Kích thước hạt nhũ với hàm lượng Hydropalat 65 khác nhau..................... 66
Bảng 8.3 – Kích thước hạt nhũ với hàm lượng Disponil 23 khác nhau ......................... 68
Bảng 8.4 – Kích thước hạt nhũ với hàm lượng Launryl Alcohol khác nhau ................. 71
Bảng 8.5 – Kích thước hạt nhũ với hàm lượng epoxy khác nhau.................................. 73
Bảng 8.6 – Kích thước hạt nhũ với thời gian khuấy paste khác nhau ........................... 75
Bảng 8.7 – Độ nhớt hệ nhũ tương epoxy ...................................................................... 77
Bảng 8.8 – Sự biến đổi của độ nhớt theo thời ở 52oC ................................................... 80
Bảng 8.9 - Số mililít nước tách ra theo thời gian ở 52oC .............................................. 82
Bảng 8.10 – Thời gian khô của màng sơn nước epoxy ................................................. 85
Bảng 8.11 – Tính chất màng sơn đóng rắn bằng Waterpoxy 751 và Versamid 125..... 87
Bảng 8.12 – Tính chất màng sơn với thành phần khác nhau ........................................ 89


Luận văn cao học - Nguyễn Cơ Thạch  

Trang i 


Nghiên cứu sản xuất sơn nước trên nền nhựa epoxy 

DANH MUÏC HÌNH VẼ
Hình 1.1 – Thành phần cơ bản của màng sơn ................................................................. 2
Hình 2.1 – Góc thấm ướt rắn – khí ................................................................................. 10
Hình 2.2 – Một số trường hợp thấm ướt không hòan toàn của giọt chất lỏng ............... 11
Hình 3.1 – Lớp điện tích kép lý thuyết giữa bền mặt rắn lỏng ..................................... 22
Hình 3.2 – Lớp điện tích kép thực tế giữa bề mặt rắn lỏng .......................................... 22
Hình 3.3 – Cơ chế hấp phụ bề mặt bằng trao đổi ion ................................................... 23
Hình 3.4 – Cơ chế hấp phụ bề mặ bằng ghép đôi ion ................................................... 23
Hình 3.5 – Cơ chế hấp phụ bề mặt do tương tác acid- bazơ Lewis ............................... 24
Hình 3.6 – Cơ chế hấp phụ bề mặt do lực phân tán trên bề mặt không phân cực......... 24
Hình 3.7 – Cơ chế hấp phụ do liên kết hydro ............................................................... 25
Hình 3.8 – Cơ chế hấp phụ bằngliến kết hydro của nhóm kháng nước và của nhóm ái
nước trên bề mặt bằng tương tác tónh điện .................................................................... 25
Hỉnh 3.9 – Cấu trúc bề mặt hạt nhũ tương với chất nhũ hóa S80 và T40 ..................... 27
Hình 3.10 – Bề mặt nhũ tương với nồng độ chất hoạt động bề mặt .............................. 28
Hình 3.11 – Sự phân bố chất hoạt động bề mặt trên bề mặt tiếp xúc pha .................... 28
Hình 5.1 – Máy khuấy .................................................................................................. 51
Hình 5.2 – Cánh khuấy phân tán................................................................................... 52
Hình 5.3 – Cánh khuấy xé kiểu Z ................................................................................. 52
Hình 5.4 – Máy phân tích kích thước hạt bằng phương pháp tán xạ laser .................... 52
Hình 5.5 – Máy đo bề dày Elcometer ........................................................................... 53
ii



Nghiên cứu sản xuất sơn nước trên nền nhựa epoxy 
Hình 5.6 – Máy xác định thời gian khô của màng sơn .................................................. 53
Hình 5.7 – Dụng cụ đo bền uốn trục của màng sơn ...................................................... 54
Hình 5.8 – Dụng cụ đánh giá độ bám dính của màng sơn............................................. 54
Hình 5.9 – Dụng cụa đo độ bền va đập của màng sơn .................................................. 55
Hình 6.1 – Qui trình tạo hệ nhũ tương epoxy bằng chất nhũ hóa ................................ 56
Hình 8.1 – Kích thước hạt nhũ trung bình từ Diponil 23 và Hydropalat 65 .................. 65
Hình 8.2 – Phân bố kích thước hạt nhũ từ Disponil 23 và Hydroaplat 65 ..................... 65
Hình 8.3 – Kích thước hạt nhũ trung bình với hàm lượng Hydropalat 65 khác nhau .... 67
Hình 8.4 – Phân bố kích thước hạt nhũ với hàm lượng Hydropalat 65 khác nhau ........ 68
Hình 8.5 – Kích thước hạt nhũ trung bình với hàm lượng Disponil 23 khác nhau ........ 69
Hình 8.6 – Phân bố kích thước hạt nhũ với hàm lượng Disponil 23 khác nhau ............ 69
Hình 8.7 – Hạt nhũ đơn lớp (a) và hạt nhũ đa lớp (b) ................................................... 70
Hình 8.8 – Kích thước hạt nhũ trung bình với hàm lượng Launryl Alcohol ................. 71
Hình 8.9 – Phân bố kích thước hạt nhũ với hàm lượng Launryl Alcohol ...................... 71
Hình 8.10 – Kích thước hạt trung bình với hàm lương epoxy khác nhau ...................... 73
Hình 8.11 – Phân bố kích thước hạt với hàm lượng epoxy khác nhau .......................... 74
Hình 8.12 – Kích thước hạt trung bình khi thay đổi thời gian khuấy paste ................... 75
Hình 8.13 – Phân bố kích thước hạt nhũ khi thay đổi thời gian khuấy paste ................ 76
Hình 8.12 – Độ nhớt hệ nhũ tương epoxy ..................................................................... 77
Hình 8.13 – ng đong chứ nhũ tương epoxy ................................................................. 79
Hình 8.14 – Sự biến đổi độ nhớt của hệ nhũ theo thời gian .......................................... 80
iii


Nghiên cứu sản xuất sơn nước trên nền nhựa epoxy 
Hình 8.15 – Mức độ sa lắng của mẫu nhũ theo thời gian .............................................. 83
Hình 8.16 – Các giai đoạn có thể xảy ra trên vết rạch màng ướt ................................. 84
Hình 8.17 – Các giai đoạn khô của màng sơn ............................................................... 84

Hình 8.18 – Thời gian khô của màng sơn ..................................................................... 86
Hình 8.19 – Độ bền va đập của màng sơn .................................................................... 87
Hình 8.20 – Độ bám dính của màng sơn ....................................................................... 87
Hình 8.21 – Khả năng che phủ của sơn nước epoxy ..................................................... 89
Hình 8.22 – Cơ tính màng sơn nước .............................................................................. 90

iv


PHẦN
LÝ
THUYẾT


CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
SƠN & MÀNG CHE PHỦ HỮU CƠ
[4, 37, 38, 39, 40]
1.

LỊCH SỬ HÌNH THÀNH & PHÁT TRIỂN [37, 38, 39, 40]
Sơn là một hỗn hợp gồm bột màu, chất kết dính và chất pha loãng được dùng để

che phủ, đánh dấu, bảo vệ và trang trí cho các vật dụng của con người. Sơn ra đời cách
đây khoảng 30.000 năm. Những người cổ xưa sống trong hang động đã dùng sơn để vẽ
những hình ảnh tái hiện lại cuộc sống của họ trên các vách đáù các hình ảnh này vẫn
còn tồn tại cho đến ngày nay.
Tuy nhiên, cho đến khi cuộc cách mạng công nghiệp diễn ra vào thế kỷ 18 và19
ngành công nghiệp sản xuất sơn mới trở thành nhân tố quan trọng trong nền kinh tế.
Nhà máy sản xuất sơn đầu tiên ở Mỹ là của Thomas Child, được xây dựng tại Boston
năm 1700. Hơn một thế kỷ sau, năm 1867, D.R.Averill ở Ohio là nhà máy sản xuất

phối liệu sơn đầu tiên ở Mỹ.
Khoảng giữa thập niên 80, các nhà máy sơn trở nên phổ biến và ngày càng có
nhiều những trung tâm thương mại tổ chức kinh doanh sơn. Sự công nghiệp hóa đã làm
cho quá trình sản xuất sơn càng ngày càng phát triển rộng lớn và ít tốn kém hơn.
Ngoài việc giúp cho ngành công nghiệp sản xuất sơn trở nêân công nghiệp hóa và
chuyên nghiệp hóa, cuộc cách mạng công nghiệp đã tạo nên một thị trường rộng lớn
cho sơn. Mỗi một sản phẩm ra đời trên dây chuyền sản xuất, từ chiếc Model T Ford
cho đến cái TV đời mới, đều dùng đến sơn để trang trí, bảo vệ cũng như keo dài tuổi
thọ cho các sản phẩm.
Ngày nay, sơn đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong việc bảo vệ hàng hóa
và thực phẩm chất lượng cao, nâng cao tuổi thọ cho các loại hàng hóa, nhà cửa, dụng
cụ gia đình và hàng ngàn các loại sản phẩm khác trên thị trường.
Một số thành phần của sơn được ghi nhận có thể gây tác động xấu đến con người
Luận văn cao học - Nguyễn Cơ Thạch 

Trang 1 


Chương 1 : Tổng quan – Sơn và màng che phủ hữu cơ 
và môi trường, ngành công nghiệp sơn đã tiến hành điều chỉnh hàm lượng các chất này,
ví dụ như các nhà sản xuất sơn đã thay thế bột màu chì trong một số loại sơn. Tiêu
chuẩn sơn đã giới hạn việc sử dụng hạt màu chì đến mức tối đa trong những năm 1950
và lệnh cấm dùng chì trong sơn nhà được ban hành bởi Hiệp hội bảo vệ người tiêu
dùng năm 1978.
Người tiêu dùng thường lựa chọn các loại sơn thân thiện với môi trường như sơn
nước, các loại sơn không chứa các thành phần gây hại để trang trí và bảo vệ các vật
dụng trong gia đình, các loại sơn trong suốt được dùng để che phủ mặt trong của các
lon đồ hộp đến các loại sơn nhiều thành phần dùng trong công nghiệp sản xuất xe...
Như ta đã thấy các chất che phủ đã có ảnh hưởng rất nhiều đến con người từ
những người cổ xưa sống trong hang cho đến giữ vai trò chính trong việc bảo vệ các vật

dụng cũng như môi trường sống của chúng ta. Ngành công nghiêäp sơn sẽ ngày càng
phát triển hơn nữa cùng với sự phát triển các nhu cầu của con người, luôn hướng về cái
đẹp và thân thiện với môi trường sống.

2.

THÀNH PHẦN CƠ BẢN & PHÂN LOẠI [4, 38, 40]
2.1. Thành phần cơ bản của sơn

Hình 1.1- Thành phần cơ bản của màng sơn
2.1.1.

Nhựa
Nhựa là chất kết dính chính của màng sơn. Nhựa được gọi là “resin’

hay còn gọi là “binder”, là chất tạo ra khả năng kết dính giữa nền vật liệu
Luận văn cao học - Nguyễn Cơ Thạch  

Trang 2 


Chương 1 : Tổng quan – Sơn và màng che phủ hữu cơ 
(thép, bê tông,…) cần che phủ với lớp màng sơn. Nó cũng là chất kết dính các
hạt độn, bột màu với nhau. Tính chất cơ lý, tính chất hóa học của màng sơn
do bản chất nhựa quyết định. Nhựa có thể có màu từ màu lòng trắng trứng
đến màu đỏ tươi.
Trong một số màng che phủ, như sơn bóng hay sơn lót, thành phần sơn
không chứa bột màu. Trong một số trường hợp khác, màng sơn được tạo
thành từ 100% nhựa mà không có dung môi hay chất pha loãng. Tuy nhiên,
tất cả các loại sơn đều cần có chất mang (nhựa có hoặc không có dung môi)

mới có thể bảo đảm tính bám dính giữa màng sơn và nền che phủ.
Thành phần của nhựa trong sơn có thể tạo thành từ một hay nhiều
thành phần khác nhau. Tuy nhiên, cơ chế hình thành màng sơn vẫn dựa trên
tính chất cơ bản của thành phần chính. Thông thường, thành phần nhựa của
sơn một thành phần gồm nhựa chính và các nhựa biến tính như hệ alkyd/dầu
khô, acrylic/acrylamide,…. Đối với các loại sơn hai thành phần, thành phần
của nhựa bao gồm nhựa chính và nhựa biến tính ở phần A; và chất đóng rắn
ở phần B.
2.1.2.

Dung môi
Trước hết, dung môi được dùng để tạo cho sơn khả năng dàn mặt –

che phủ cao hơn nhựa không có dung môi. Trong các hệ sơn có sự khâu
mạch, dung môi còn đóng vai trò điều chỉnh hoạt tính của hệ, nhằm tạo cho
sơn khoảng thời gian sử dụng và gia công phù hợp yêu cầu.
Hầu hết các dung môi là các hợp chất hữu cơ thấp phân tử như
hydrocarbon (mạch rẻ hoặc mạch vòng), dẫn xuất clo hóa của hydrocarbon,
rượu, xeton, ester, glycol, ete, glycol ete, formamid,… và nước.
2.1.3.

Bột màu

Luận văn cao học - Nguyễn Cơ Thạch  

Trang 3 


Chương 1 : Tổng quan – Sơn và màng che phủ hữu cơ 
Bột màu là các oxit hay các muối silicat và muối trung hòa (sulfat,

carbonat,…) hoặc các hợp chất hữu cơ phức tạp mang màu. Các oxit, muối
trung hòa, và muối silicat được gọi là bột màu vô cơ. Bột màu vô cơ thường
tạo ra màng sơn có màu đục. Bột màu hữu cơ, các hợp chất hữu cơ mang
màu, tạo cho màng sơn có màu sáng, trong suốt. Bột màu hữu cơ thường
không bền ở nhiệt độ cao và không bền dưới tác động của bức xạ UV.
Bột màu giúp cho màng sơn có tính che phủ cao hơn đối với các tác
động của bức xạ UV. Bên cạnh đó, một số bột màu có khả năng ức chế ăn
mòn, chống cháy, chống phản xạ, tự tẩy (tự làm sạch –như titan dioxit) và
xúc tác phản ứng khâu mạch của nhựa nền.
2.1.4.

Phụ gia
Phụ gia cho sơn bao gồm rất nhiều loại với nhiều vai trò khác nhau.

Một số phụ gia cho sơn phổ biến là chất hóa dẻo, chất xúc tác, chất xúc tiến
(drier), chất thấm ướt bề mặt, chất phân tán, chất khử mốc, chất ổn định,
chất trợ nhớt, chất chống chảy…. Đối với từng hệ sơn cụ thể, phụ thuộc và
nhựa nền, dung môi và mục đích sử dụng của sơn, mỗi loại phụ gia có thể là
những chất khác nhau cả về thành phần, hàm lượng và cả thành phần chính.
Việc lựa chọn sử dụng phụ gia là một trong những vấn đề công nghệ quan
trọng đối với ngành sản xuất sơn hiện nay.

2.2. Phân loại sơn
2.2.1.

Theo dung môi
Dựa theo sự khác nhau của loại dung môi được sử dụng mà sơn có thể

chia thành sơn không dung môi, sơn dung môi và sơn nước.
2.2.2.


Theo nhựa nền

Luận văn cao học - Nguyễn Cơ Thạch  

Trang 4 


Chương 1 : Tổng quan – Sơn và màng che phủ hữu cơ 
Dựa theo nhựa nền mà ta có thể gọi các loại sơn khác nhau theo loại
nhựa nền của nó như sơn dầu, sơn alkyd, sơn acrylic, sơn phenolic, sơn
epoxy, sơn PU, sơn vinyl, sơn polyeste,…
2.2.3.

Theo vai trò sử dụng
Dựa theo vai trò sử dụng mà ta có thể gọi các loại sơn theo vai trò của

nó trong lớp sơn là sơn lót, sơn phủ (sơn chính), sơn mặt, sơn bóng.

3.

MỤC TIÊU & ĐỐI TƯNG NGHIÊN CỨU
Như đã trình bày, sơn đóng vai trò rất quan trọng trong đời sống. Nhu cầu về sơn

ngày càng tăng về số lượng lẫn chất lượng. Sơn ngoài việc trang trí còn đáp ứng yêu
cầu kỹ thuật trong các lãnh vực đời sống. Trong công nghiệp sơn dùng để sơn ôtô, máy
móc, thiết bị…. Trong ngành xây dựng dùng sơn để sơn nhà cửa, cầu cống, và nhiều vật
liệu khác. Sơn còn tạo sự sạch sẽ, vệ sinh trong bệnh viện, nhà trẻ, trường học và dùng
để trang trí tô điểm thêm cho các công trình mỹ thuật.
Cùng với xu hướng phát triển khoa học công nghệ theo hướng thân thiện hơn với

môi trường, trong gần ba mươi năm gần đây, sơn nhũ tương – hay còn gọi là sơn nước –
trở thành một sản phẩm phù hợp với nhu cầu ngày càng cao của thị trường sơn và chất
che phủ. Với lợi điểm là không sử dụng dung môi hữu cơ, đặc biệt là hydrocarbon vòng
thơm, sơn nhũ tương là một giải pháp cho vấn đề đi tìm những chất che phủ hữu cơ thân
thiện với môi trường, dễ sử dụng, an toàn cho người sử dụng. Bên cạnh đó, nhờ không
dùng dung môi hữu cơ (chủ yếu từ dầu mỏ), sơn nhũ tương có giá thành ít phụ thuộc
vào giá dầu mỏ hơn trong thời điểm dầu mỏ là mặt hàng chiến lược và có giá cả biến
động mạnh. Do vậy, khả năng cạnh tranh và tính kinh tế của sơn nước cao hơn hẳn sơn
dung môi cổ điển.
Từ lâu, nhựa epoxy đã được nghiên cứu ứng dụng trong nhiều lãnh vực nhờ các
tính chất ưu việt như : độ bám dính cao, chịu ăn mòn môi trường tốt, các tính chất cơ lý
Luận văn cao học - Nguyễn Cơ Thạch  

Trang 5 


Chương 1 : Tổng quan – Sơn và màng che phủ hữu cơ 
đều cao, tính điện môi lớn... và nhựa epoxy cũng là một mặt hàng có tính thương mại
cao trong thị trường sơn và chất che phủ hữu cơ nhờ vào những tính chất ưu việt của nó.
Tuy nhiên, với bản chất là một polyme phân cực mạnh như tính ái nước (hydrophilic)
lại khá yếu, nên khả năng phân tán trong nước của epoxy là rất kém. Do vậy, để có thể
tạo thành một hệ nhũ tương epoxy phân tán trong nước, người ta đã đưa ra rất nhiều
phương án kỹ thuật lẫn công nghệ. Trong đó, phương pháp hóa học được đưa ra nhằm
tăng tính ái nước của epoxy bằng các phản ứng biến tính hóa học ngay trên mạch
polyme của epoxy. Tuy nhiên, phương pháp này sẽ làm thay đổi hẳn tính chất của
epoxy và gây ra một số tác dụng phụ mà chúng ta không muốn như làm giảm khả năng
chống ăn mòn của epoxy chẳng hạn. Bên cạnh đó, phương pháp tạo hệ nhũ tương
epoxy bằng chất hoạt động bề mặt được đưa ra dựa trên các luận điểm hóa lý cơ bản
của các hiện tượng bề mặt của hệ keo. Phương pháp nhũ hóa epoxy bằng chất hoạt
động bề mặt có nhiều ưu điểm như dễ thực hiện, ít ảnh hưởng đến tính chất của epoxy

do không làm thay đổi mạch polyme của epoxy, rẻ tiền do không cần tiến hành phản
ứng hóa học phức tạp,… Hiện nay, hệ nhũ tương epoxy đang được sử dụng trong rất
nhiều lónh vực như sàn epoxy chống ẩm, sơn nước epoxy, keo dán,…
Trong luận văn này, qui trình nhũ hóa epoxy bằng chất hoạt động bề mặt là đối
tượng nghiên cứu chính. Bên cạnh đó, luận văn cũng khảo sát một số ảnh hưởng của
các phụ gia, chất độn để tiến tới hình thành một qui trình sản xuất sơn nước epoxy hoàn
chỉnh.

Luận văn cao học - Nguyễn Cơ Thạch  

Trang 6 


CHƯƠNG 2 : HỆ PHÂN TÁN CAO
KHÁI QUÁT, CƠ CHẾ & ỨNG DỤNG
[1, 2, 3, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 20]

1.

KHÁI QUÁT [15, 16, 17]

1.1.

Đặc điểm của hệ phân tán cao
Khoảng giữa thế kỷ 19, khái niệm về loại dung dịch “đặc biệt” được đưa vào

khoa học, những chất cấu thành chúng bao gồm : những chất có tính chất kết dính (như
: gelatin, gôm arabic, tinh bột v..v…). Những chất thuộc loại đó không có khả năng kết
tinh từ dung dịch, không qua được màng bán thấm. Graham đã gọi loại chất đó là sol
hay colloid (có nghóa là “chất keo”) để phân biệt với chất có thể kết tinh ở trạng thái

rắn, mà khi tan trong dung dịch có thể qua được màng bán thấm. Nhưng Borsov đã
chứng minh được rằng, trong những điều kiện nhất định thì ngay cả các chất mà
Graham gọi là “chất keo” cũng có thể kết tinh được từ dung dịch. Ngoài ra, nhiều chất
có khả năng kết tinh khác cũng có thể tồn tại được ở trạng thái keo. Do đó, không nên
gọi là “chất keo” mà chỉ có thể nói là trạng thái keo và xem chúng như một trạng thái
đặc biệt chung của trạng thái vật chất – trạng thái phân tán hay trạng thái phân tán cao.
Các hệ keo hay các hệ phân tán bao gồm các hạt (hay các lỗ xốp) và môi
trường tồn tại của nó. Giữa các hạt (hay các lỗ xốp) dù ít dù nhiều đều có quan hệ mật
thiết với môi trường. Do vậy, hệ phân tán bao gồm pha phân tán là các hạt hay các lỗ
xốp và môi trường phân tán mà các phần tử của pha phân tán tồn tại. Điều này có
nghóa là chúng là hệ dị thể chứa các chất ở trạng thái phân tán cao.

1.2.

Các nguyên tắc phân loại hệ phân tán
1.2.1.

Phân loại theo độ phân tán

Dựa vào kích thước của các phần tử của pha phân tán, ta có thể phân các
hệ phân tán thaønh :
Luận văn cao học - Nguyễn Cơ Thạch 

Trang 7 


Chương 2 : Hệ phân tán cao – Khái quát, cơ chế & ứng dụng 
Tên hệ

Kích thước hạt (μm)


Các hệ phân tán thô (huyền phù, nhũ tương,…)

>1

Các hệ phân tán trung bình (khói, thể xốp)

0,1 ÷ 1

Các hệ phân tán cao (keo điển hình)

0,001 ÷ 0,1

Đối với hệ phân tán thô, người ta thường gọi là hệ huyền phù khi kích
thước hạt của pha phân tán lớn hơn 150 μm và gọi là hệ nhũ tương khi kích
thước hạt của pha phân tán bé hơn 150 μm.
1.2.2.

Phân loại theo trạng thái tập hợp

Căn cứ vào trạng thái tập hợp, hệ phân tán được phân thành 9 loại, trong
đó, tên hệ được ký hiệu theo thứ tự : pha phân tán/môi trường phân tán.
TT

Pha

Môi trường

Kỵù hiệu


phân tán

phân tán

hệ

1.

Khí

Khí

K/K

Hệ với sự thăng giáng mật độ khí

2.

Lỏng

Khí

L/K

Keo khí (sương mù,.., mây mù)

3.

Rắn


Khí

R/K

Keo khí (bụi, khói,…)

4.

Khí

Lỏng

K/L

Nhũ tương khí (bọt)

5.

Lỏng

Lỏng

L/L

Nhũ tương

6.

Rắn


Lỏng

R/L

Keo, huyền phù

7.

Khí

Rắn

K/R

Bọt xốp, mao quản xốp, vật xốp.

8.

Lỏng

Rắn

L/R

Nhũ tương rắn, gel xốp

9.

Rắn


Rắn

R/R

Keo rắn, hợp kim

Luận văn cao học - Nguyễn Cơ Thạch 

Tên hệ

Trang 8 


Chương 2 : Hệ phân tán cao – Khái quát, cơ chế & ứng dụng 
Tuy cách phân loại theo trạng thái tập hợp của các pha phân tán và môi
trường phân tán khá hợp lý, song cách phân loại đó vẫn còn bị hạn chế ở chỗ,
trong trường hợp kích thước của các hạt chỉ lớn hơn phân tử một ít thì không
những không có khái niệm bề mặt phân chia pha mà cả khái niệm trạng thái tập
hợp của pha phân tán cũng không còn. Đối với các hệ phân tán phân tử riêng lẻ
(chất cao phân tử) khái niệm trạng thái tập hợp cũng không được dùng vì bản
thân chúng luôn tồn tại tương tác tập hợp từng tập đoàn với nhau.
1.2.3.

Phân loại theo tương tác giữa các pha

Sự tương tác giữa các chất của pha phân tán và môi trường phân tán phát
sinh do lực giữa các phân tử trên ranh giới phân chia pha, nhưng tương tác đó có
mức độ khác nhau tùy thuộc vào bản chất của pha phân tán và môi trường phân
tán. Dựa trên đặc điểm của tương tác có thể phân thành : keo ưa lỏng hay
lyophilsol và keo kỵ lỏng hay lyophobol.

Đối với keo ưa lỏng, sự tương tác giữa các phân tử của pha phân tán với
môi trường là lớn, do vậy, có sự tạo thành lớp solvat hóa như trong dung dịch
thường. Đối với keo kỵ lỏng, sự tương tác giữa hai pha là yếu nên trong hệ
không xảy ra sự phân tán. Nếu xét theo khả năng hòa tan vào môi trường phân
tán của pha phân tán thì keo ưa lỏng là keo thuận nghịch còn keo kỵ lỏng là keo
bất thuận nghịch.

2.

CƠ CHẾ HÌNH THÀNH HỆ PHÂN TÁN [11, 12, 15, 17, 20]

2.1.

Các hiện tượng bề mặt
2.1.1.

Năng lượng bề mặt

Luận văn cao học - Nguyễn Cơ Thạch 

Trang 9 


Chương 2 : Hệ phân tán cao – Khái quát, cơ chế & ứng dụng 
Xét trên bề mặt phân chia pha giữa hai pha bất kỳ, do sự khác nhau về
cấu tạo, lực tương tác của các phân tử từ pha này về phía pha kia sẽ khác lực
tương tác của các phân tử từ pha kia về pha này. p suất tạo ra trên bề mặt phân
chia pha đến từ phân tử của pha còn lại gọi là áp suất phân tử. Do luôn luôn tồn
tại sự khác nhau về áp suất phân tử từ hai phía của bề mặt phân chia pha mà pha
chịu áp suất phân tử lớn hơn luôn tồn tại một công chống lại lực tương tác phân

tử từ pha còn lại. Công đó trong điều kiện đẳng nhiệt thuận nghịch bằng độ tăng
của năng lượng dư bề mặt. Sức căng bề mặt là năng lượng tạo ra một đơn vị bề
mặt.
2.1.2.

Hiện tượng dính ướt

Năng lượng bề mặt của một chất không chỉ phụ thuộc vào bản chất của
chính chất đó, mà còn phụ thuộc vào các tính chất của chất tiếp xúc với nó.
Trường hợp nếu có ba chất tiếp xúc nhau là chất rắn, lỏng, và khí thì toàn hệ sẽ
có cấu hình sao cho ứng với giá trị cực tiểu của thế năng toàn phần. Chính đặc
trưng đó đã xác định mức độ dính ướt vật rắn này hay vật rắn khác bằng chất
lỏng và có thể giải thích hiện tượng này bằng tác dụng của sức căng bề mặt.
Trên 1cm chu vi giọt chất
lỏng chịu tác dụng của ba lực σlk,
σrk, σrl lần lượt là lực tương tác giữa
lỏng – không khí, rắn – không khí,
rắn – lỏng. Góc dính ướt θ được xác
định theo công thức
Cosθ =

σ rk − σ rl
σ lk

Luận văn cao học - Nguyễn Cơ Thạch 

Hình 2.1- Góc thấm ướt rắn-khí

Trang 10 



Chương 2 : Hệ phân tán cao – Khái quát, cơ chế & ứng dụng 
Cosθ đặc trưng cho khả năng dính ướt bề mặt của chất lỏng, được gọi là
độ dính ướt.
• Nếu σrk > σrl + σlk thì ta có hiện tượng dính ướt toàn phần. Lúc này,
chất lỏng sẽ chảy loãng vô hạn trên bề mặt chất rắn.
• Nếu σrl > σrk + σlk thì ta có hiện tượng không dính ướt toàn phần.
Lúc này, giọt chất lỏng sẽ tự động co lại.

Hình 2.2 – Một số trường hợp dính ướt không hoàn toàn của giọt chất lỏng

2.2.

Sự bền vững của các hệ phân tán
Tính bền vững của các hệ phân tán được đặc trưng bằng sự bất biến theo
thời gian của các thông số : độ phân tán, sự phân bố cân bằng của pha phân tán
trong môi trường. Trong vấn đề xem xét sự bền vững của hệ phân tán, ta cần
phân biệt rõ sự khác biệt mối quan hệ về độ bền giữa hai loại là các hệ keo ưa
lỏng và các hệ keo kỵ lỏng.
2.2.1.

Keo ưa lỏng

Các hệ keo ưa lỏng là các hệ keo phân tử, các huyền phù ưa lỏng. Loại hệ
này tự phân tán và tạo ra các dung dịch keo bền nhiệt động, năng lượng tự do
của hệ trong quá trình hình thành hệ phân tán giảm.
ΔF = ΔU – TΔS < 0
Luận văn cao học - Nguyễn Cơ Thạch 

Trang 11 



Chương 2 : Hệ phân tán cao – Khái quát, cơ chế & ứng dụng 
Sự tăng entropy trong quá trình phân tán thường làm cho F giảm xuống,
do đó hệ chuyển đến trạng thái phân bổ của pha phân tán trong môi trường có
xác suất lớn (ΔS >0). Tác dụng tương hỗ của môi trường phân tán và pha phân
tán tăng lên làm cho chúng tự phân tán vào nhau. Trong trường hợp này, chúng
ta có thể nhận thấy sự tương đồng giữa quá trình phân tán và quá trình hòa tan,
do chúng có sự tương ứng năng lượng solvat hóa và năng lượng phá mạng lưới
tinh thể với tổng entropy giảm.
2.2.2.

Keo kỵ lỏng

Các hệ keo kỵ lỏng có đặc trưng năng lượng liên kết bên trong của pha
phân tán là lớn hơn đáng kẻ so với năng lượng tương tác giữa các pha, và sự
khác biệt đó không được điều hòa bởi yếu tố entropy, nên đối với chúng :
ΔF = ΔU – TΔS > 0
Do vậy, sự phân tán không thể tự xảy ra, mà nó diễn ra được hoặc là nhờ
công bên ngoài, hoặc nhờ các quá trình khác (như các quá trình hóa học chẳng
hạn). Các hệ phân tán là không bền nhiệt động và luôn có xu hướng chuyển các
hạt keo thành thể kết khối chặt, tách khỏi môi trường phân tán, vì như vậy có thể
là giảm bề mặt phân chia pha.
Mặc dù các hệ keo kỵ lỏng không bền nhiệt động nhưng vẫn tồn tại một
số hệ khá bền ( hàng chục năm không thay đổi). Sự bền vững này có được do sự
tồn tại một trạng thái giả bền do hàng rào thế năng của nó khá cao. Tính bền của
các hệ keo kỵ lỏng được phân biệt thành hai loại đó là bền sa lắng và bền hợp
thể. Sự bền của pha phân tán dưới tác dụng của lực trọng trường gọi là sự bền sa
lắng. Sự bền hợp thể là khả năng kháng lại hiện tượng keo tụ, sự kết tụ (sự kết
dính của các hạt keo lại với nhau). Sự keo tụ và kết tụ của hệ keo sẽ làm giảm

Luận văn cao học - Nguyễn Cơ Thạch 

Trang 12 


Chương 2 : Hệ phân tán cao – Khái quát, cơ chế & ứng dụng 
diện tích bề mặt phân chia pha, là tăng kích thước hạt keo, làm tăng quá trình sa
lắng. Đó chính là một trong những nguyên nhân pháp vỡ sự bền sa lắng của hệ.
Có thể nói, tính bền hợp thể là tiền để cho sự bền sa lắng.
Có hai yếu tố quyết định đến tính bền hợp thể của hệ keo kỵ lỏng là :
hàng rào hấp phụ solvat hóa và hiện tượng liophil hóa.
Hàng rào solvat hóa bao quanh hạt làm ngăn cản sự tiếp xúc giữa các hạt
với nhau. Hiện tượng liophil hóa làm xuất hiện các hạt keo hấp phụ mạnh các
chất hoạt động bề mặt hay các chất cao phân tử. Hiện tượng này khiến hệ keo
trở nên”ưa lỏng”, giúp cho hệ bền ngay cả ở trạng thái nồng độ khá cao của pha
phân tán.

2.3.

Hệ nhũ tương
2.3.1.

Khái niệm hệ nhũ tương

Hệ nhũ tương là hệ phân tán được tạo ra từ hai chất lỏng không tan lẫn
vào nhau. Kích thước của các phần tử pha phân tán (ở đây là các giọt chất lỏng)
biến đổi trong phạm vi rất rộng (từ 0,1 ÷ 100 μm).
Trong thực tế thường tạo nhũ tương bằng phương pháp phân tán, như sử
dụng máy khuấy, trộn, nghiền bi, nghiền trục, sóng siêu âm. Ngoài ra, nhũ tương
cũng có thể được tạo bằng cách ngưng tụ, phun – sụt pha phân tán vào môi

trường phân tán.
Hai chất lỏng tạo thành hệ nhũ tương không tan lẫn vào nhau (hay có một
số trường hợp là chất lỏng tan lẫn có giới hạn). Trong đó pha lỏng phân cực
được gọi là “nước” ký hiệu là n và pha lỏng không phân cực gọi là “dầu” ký
hiệu là d (không phụ thuộc vào bản chất hóa học). Vậy, ta có thể phân hệ nhũ

Luận văn cao học - Nguyễn Cơ Thạch 

Trang 13