Màng sơn PU bị bọt khí và lỗ kim: cơ chế phản ứng của isocyanate với hơi ẩm

Màng sơn PU bị bọt khí thường bị quy cho khâu phun: súng sai áp, pha loãng chưa đủ, thợ đi tay không đều. Nhưng có một nhóm lỗi mà chỉnh súng bao nhiêu cũng không hết — bọt nổi lên sau khi màng đã trải phẳng, để lại lỗ kim li ti trên bề mặt hoặc những khoảng mờ đục bên trong lớp phủ dày. Nhóm lỗi này bắt nguồn từ chính phản ứng hóa học của phần đóng rắn, và nó xuất hiện đúng vào những ngày độ ẩm cao.

Hiểu cơ chế sẽ biết phải siết chỗ nào. Bài viết đi từ phản ứng giữa nhóm isocyanate và nước, tới các nguồn ẩm thực tế trong xưởng, rồi tới những chỉ tiêu cần đọc trên tài liệu kỹ thuật.

Phản ứng phụ sinh ra khí ngay bên trong màng sơn

Sơn PU hai thành phần đóng rắn bằng phản ứng giữa nhóm isocyanate (NCO) của phần đóng rắn và nhóm hydroxyl (OH) của phần nhựa polyol. Đó là phản ứng mong muốn: nó tạo liên kết urethane, dựng nên mạng lưới cho màng sơn.

Vấn đề là nhóm NCO không kén bạn phản ứng. Nó phản ứng với nước cũng nhanh và dứt khoát như với polyol, theo hai nhịp nối tiếp:

– Nhịp một: NCO cộng với phân tử nước tạo thành axit carbamic, một hợp chất không bền
– Nhịp hai: axit carbamic lập tức phân hủy, tách ra khí carbon dioxide và để lại một nhóm amine

Khí carbon dioxide sinh ra không nằm ngoài không khí mà nằm bên trong màng sơn đang đóng rắn. Nếu màng còn lỏng và mỏng, bọt khí kịp trồi lên rồi vỡ, để lại lỗ kim trên bề mặt. Nếu màng đã bắt đầu gel hoặc lớp phủ đủ dày, bọt bị giam lại, tạo thành khoảng rỗng trong lòng màng — chỗ đó vừa mờ đục, vừa là điểm yếu cơ học khi màng chịu va đập hoặc mài mòn về sau.

Đây là lý do cùng một mẻ sơn, cùng một thợ, cùng một khẩu súng vẫn cho kết quả khác nhau giữa buổi sáng khô ráo và buổi chiều sau cơn mưa.

Hệ quả thứ hai ít người để ý: tỷ lệ pha bị phá từ bên trong

Bọt khí là phần nhìn thấy được. Phần không nhìn thấy còn phiền hơn.

Nhóm amine sinh ra ở nhịp hai không đứng yên. Amine phản ứng với isocyanate nhanh hơn nhiều so với hydroxyl, nên nó lập tức bắt lấy một nhóm NCO khác và tạo liên kết urea. Nghĩa là mỗi phân tử nước lọt vào hệ sẽ tiêu thụ hai nhóm NCO: một cho phản ứng với nước, một cho phản ứng với amine vừa sinh ra.

Kết quả là lượng NCO còn lại để phản ứng với polyol thấp hơn lượng đã tính trên giấy. Người pha vẫn cân đúng tỷ lệ ghi trong công thức, nhưng hệ lại đóng rắn ở trạng thái thiếu đóng rắn: màng mềm hơn dự kiến, độ cứng không lên đủ, bám bẩn, có thể vẫn hơi dính sau thời gian khô tiêu chuẩn.

Đây là điểm khiến việc dò lỗi đi sai hướng. Xưởng thấy màng mềm liền tăng tỷ lệ đóng rắn ở mẻ sau, trong khi nguyên nhân gốc là ẩm chứ không phải công thức. Tăng đóng rắn mà không xử lý ẩm chỉ làm bọt khí nhiều thêm, vì có thêm NCO để phản ứng với nước.

Năm nguồn ẩm trong xưởng thường bị bỏ sót

Không khí nén. Đây là nguồn bị bỏ qua nhiều nhất. Máy nén hút không khí ẩm, nén lại làm hơi nước ngưng tụ trong đường ống. Nếu bẫy nước và bộ lọc tách ẩm không được xả định kỳ, nước đi thẳng vào súng phun, trộn vào dòng sơn đúng lúc hai thành phần vừa gặp nhau.

Thùng đóng rắn đã mở nắp. Phần đóng rắn hút ẩm ngay từ không khí trong xưởng. Thùng mở nắp qua đêm, hoặc dùng dở rồi đậy hờ, sẽ đóng váng ở lớp mặt và mất một phần hoạt tính. Lớp váng đó nếu bị khuấy lẫn vào mẻ sau sẽ mang theo cả sản phẩm phản ứng lẫn bọt.

Dung môi pha loãng. Dung môi hút ẩm nếu lưu kho trong thùng đã mở hoặc để nơi ẩm. Với hệ PU hai thành phần, dung môi phải ở mức khan dùng cho hệ urethane; dùng dung môi công nghiệp thông thường là đưa nước vào hệ một cách có hệ thống.

Bột màu và phụ gia. Bột màu vô cơ và một số chất độn giữ ẩm trên bề mặt hạt. Paste màu nghiền bằng hệ gốc nước hoặc bảo quản trong kho ẩm sẽ đưa nước vào hệ mà bảng công thức không ghi nhận.

Bề mặt nền. Nền bê tông chưa khô kiệt, gỗ có độ ẩm cao, chi tiết kim loại vừa rửa còn đọng nước ở mép — ẩm thoát ra từ nền trong lúc màng đóng rắn sẽ tạo bọt ngay ở lớp tiếp giáp, gây bong và phồng rộp về sau.

Vì sao lỗi nặng hơn ở màng dày và trong mùa mưa

Chiều dày màng. Bọt cần thời gian để đi từ trong lòng màng lên bề mặt. Màng càng dày, quãng đường càng dài, trong khi màng lại đang đặc dần. Qua một ngưỡng chiều dày, tốc độ gel vượt tốc độ thoát bọt và khí bị giam lại vĩnh viễn. Chia một lớp dày thành hai lớp mỏng thường xử lý được phần lớn trường hợp, dù không đụng gì tới nguồn ẩm.

Nhiệt độ và độ ẩm tương đối cao cùng lúc. Nhiệt độ cao đẩy nhanh mọi phản ứng, kể cả phản ứng với nước, đồng thời rút ngắn thời gian màng còn đủ lỏng để bọt thoát ra. Cộng với độ ẩm mùa mưa, đây là tổ hợp bất lợi cho hệ PU hai thành phần.

Một lưu ý nghiệp vụ: khi thời tiết đổi, cái cần chỉnh trước tiên không phải tỷ lệ pha mà là chiều dày mỗi lớp và điều kiện khí nén. Tỷ lệ pha nên là thứ chỉnh sau cùng, sau khi đã loại trừ ẩm.

Đọc gì trên tài liệu kỹ thuật trước khi kết luận

Tài liệu kỹ thuật và MSDS của chất đóng rắn nói khá rõ về mức độ nhạy ẩm, nếu biết chỗ để nhìn.

Cảnh báo phản ứng với nước. MSDS của một số chất đóng rắn gốc HDI ghi thẳng ở mục pH rằng sản phẩm phản ứng với nước và không đo được pH — Desmodur N- 75 MPA/X và Desmodur Z4470BA đều ghi Substance/mixture reacts with water (nguồn: MSDS). Đây không phải câu chữ hình thức mà là chỉ dấu trực tiếp cho cách bảo quản và xử lý.

Độ nhớt. Độ nhớt quyết định bọt thoát nhanh hay chậm. Khoảng chênh giữa các loại rất rộng: Desmodur N- 75 MPA/X ở mức ca. 175 mPa.s ở 23°C, Desmodur N3390 BA/SN ở ca. 500 mPa.s ở 25°C, Desmodur Z4470BA ở 600 mPa.s ở 23°C, Desmodur N3300 IN ở ca. 3.000 mPa.s ở 23°C, còn DESMODUR N 100 BARREL lên tới ca. 10.000 mPa.s ở 23°C (nguồn: MSDS và bảng thông số). Loại đặc hơn cần cân nhắc kỹ hơn về chiều dày lớp và cách thoát bọt.

Loại có dung môi hay không dung môi. Điểm chớp cháy phân biệt hai nhóm này rất nhanh. Desmodur Z4470BA có điểm chớp cháy 34°C và Desmodur N- 75 MPA/X ở ca. 38°C — đây là các loại pha sẵn trong dung môi. Trong khi đó Desmodur N3300 IN có điểm chớp cháy ca. 223°C (nguồn: MSDS), tương ứng với loại không dung môi. Điều kiện bảo quản, thông gió và phòng cháy của hai nhóm này khác nhau, và phải theo đúng mục tương ứng trong MSDS của từng mã.

Khi đối chiếu, giữ nguyên đơn vị và điều kiện đo ghi trên tài liệu gốc. Độ nhớt đo ở 23°C không so trực tiếp được với số đo ở 25°C, và chỉ tiêu không được nêu trong tài liệu thì không suy ra từ sản phẩm cùng dòng.

Sáu điểm kiểm soát theo thứ tự ưu tiên

Với một ca bọt khí và lỗ kim trên màng sơn PU, thứ tự dò lỗi nên là:

1. Xả bẫy nước và kiểm bộ lọc tách ẩm trên đường khí nén, trước mọi việc khác
2. Kiểm bảo quản thùng đóng rắn: đậy kín ngay sau khi lấy, không để hở qua đêm, không dùng phần đã đóng váng
3. Kiểm dung môi pha loãng đúng loại cho hệ urethane và lưu kho kín
4. Giảm chiều dày mỗi lớp, chia thành nhiều lớp mỏng
5. Kiểm độ ẩm của nền, của bột màu và phụ gia
6. Chỉ khi đã loại trừ năm điểm trên mới xét lại tỷ lệ pha

Làm ngược thứ tự này là cách nhanh nhất để đi lòng vòng: chỉnh tỷ lệ đóng rắn khi nguyên nhân nằm ở đường khí nén sẽ khiến lỗi nặng thêm chứ không nhẹ đi.

Kết luận

Bọt khí và lỗ kim trên màng sơn PU hai thành phần phần lớn là hệ quả của một phản ứng hóa học dự đoán được, không phải chuyện tay nghề. Nhóm NCO gặp nước sinh khí carbon dioxide ngay trong màng, đồng thời tiêu hao đóng rắn theo tỷ lệ gấp đôi, làm màng vừa rỗ vừa mềm.

Vichem là đại lý phân phối độc quyền Covestro tại Việt Nam, cung cấp các chất đóng rắn isocyanate và nhựa polyol cho ngành sơn phủ – mực in, kèm tài liệu kỹ thuật và MSDS của từng mã. Quý khách đang gặp lỗi bọt khí hoặc lỗ kim trên dây chuyền, gửi mô tả điều kiện thi công và cặp nhựa – đóng rắn đang dùng để đội ngũ kỹ thuật của Vichem cùng rà nguyên nhân và đề xuất phương án phù hợp.

---

Internal links đề xuất:

• Chọn chất đóng rắn cho sơn PU: hệ thơm hay hệ mạch thẳng
• Hàm lượng NCO và equivalent weight: tính đúng tỷ lệ pha
• Điểm chớp cháy là gì – ý nghĩa và lưu ý khi sử dụng