4 lỗi pha chế sơn giàu kẽm làm mất khả năng chống ăn mòn và cách khắc phục

Sơn giàu kẽm mất khả năng chống ăn mòn khi hạt kẽm không còn chạm nhau và chạm nền thép. Bốn lỗi pha chế hay gặp là hàm lượng kẽm trong màng khô không đủ, kẽm lắng không phân tán lại được, lớp thi công quá dày và chọn sai hệ nhựa cho môi trường sử dụng. Màng sơn vẫn nguyên vẹn về cảm quan, nên lỗi chỉ lộ ra khi thép đã gỉ.

Mục lục

Sơn giàu kẽm bảo vệ thép bằng cơ chế nào

Sơn giàu kẽm là lớp lót chứa bột kẽm kim loại với tỷ lệ cao trong màng khô, dùng cho chống ăn mòn kết cấu thép. Cơ chế chính là bảo vệ ca-tốt. Kẽm có điện thế âm hơn sắt. Khi màng sơn, hơi ẩm và nền thép tạo thành một pin ăn mòn, kẽm đóng vai trò anot và bị hòa tan dần, còn thép đóng vai trò catot và được giữ nguyên.

Dòng điện chỉ chạy khi có đường dẫn liên tục. Chất tạo màng là vật liệu cách điện, nên hạt kẽm phải chạm nhau thành chuỗi và chạm nền thép ở đầu chuỗi. Điện tử đi từ hạt kẽm qua các điểm tiếp xúc tới thép. Hạt nằm cô lập trong nhựa không tham gia bảo vệ, chỉ làm tăng khối lượng màng. Kẽm bị tiêu hao khi làm nhiệm vụ này, nên mạng tiếp xúc ban đầu càng liên tục thì màng càng duy trì được chức năng.

Khi đường dẫn đứt, thép mất bảo vệ nhưng màng sơn thường vẫn nguyên vẹn về cảm quan: màu xám đều, bám chắc, không phồng, không nứt. Mắt thường và phép thử bám dính thông thường không phân biệt được màng còn dẫn điện với màng đã mất dẫn điện. Thép bên dưới gỉ dần, và vết gỉ chỉ lộ ra ở mép, vết xước hoặc mối hàn, lúc ăn mòn đã lan dưới màng.

Bốn lỗi ở mục sau đều dẫn tới cùng một hậu quả là mạng tiếp xúc điện bị gián đoạn. Vì vậy cần kiểm tra bằng đo đạc thay cho quan sát ngoại quan khi đánh giá bột kẽm trong sơn lót.

4 lỗi pha chế thường gặp

Cả bốn lỗi cho cùng một hình ảnh ở mặt cắt màng: hạt kẽm bị nhựa bao quanh và tách khỏi nhau. Mỗi lỗi dưới đây có dấu hiệu, cách kiểm tra, cách khắc phục và rủi ro riêng.

Lỗi 1 — Hàm lượng kẽm trong màng khô không đủ

Dấu hiệu nhận biết: thép dưới màng gỉ sớm trên diện rộng dù chiều dày màng đạt yêu cầu. Bề mặt màng mịn và hơi bóng, giống màng nhựa hơn màng chứa nhiều bột kẽm.

Cách kiểm tra: đối chiếu hồ sơ cân liệu với thiết kế và quy đổi về tỷ lệ trong màng khô, vì công thức thường tính trên sơn ướt còn dung môi bay hơi làm tỷ lệ đổi. Đọc trên COA của lô bột chỉ tiêu hàm lượng kẽm kim loại, tách riêng khỏi tổng kẽm. Có thể gửi mẫu màng khô đi phân tích hàm lượng kẽm.

Cần phân biệt hai vật liệu. Bột kẽm kim loại dẫn điện nên tạo được bảo vệ ca-tốt. Oxit kẽm (ZnO) là bột trắng không dẫn điện, không bảo vệ ca-tốt, có vai trò khác trong sơn và không thay được kẽm kim loại. Nếu hai loại bị lẫn, tổng kẽm tính theo nguyên tố vẫn trông đủ trong khi mạng dẫn điện thì thiếu.

Cách khắc phục: tính lại công thức theo phần thể tích kẽm trong màng khô. Kẽm nặng, cùng khối lượng chiếm thể tích nhỏ nên hạt khó chạm nhau. Điều chỉnh cân liệu và cô lập lô nghi ngờ. Khi pha chỉnh, không thêm nhựa, chất độn hay dung môi ngoài thiết kế.

Rủi ro nếu xử lý sai: bù bằng cách sơn dày hơn sẽ gây Lỗi 3. Thêm kẽm quá mức làm nhựa không đủ bao hạt, màng xốp, giòn và bám nền kém.

Lỗi 2 — Kẽm lắng trong thùng, không phân tán lại được

Dấu hiệu nhận biết: đáy thùng có lớp cứng, que khuấy không xuống được đáy, phần trên thùng trong và loãng. Màng sơn từ các thùng cùng lô cho màu và độ phủ khác nhau.

Cách kiểm tra: lấy mẫu ở đỉnh và đáy thùng, so khối lượng riêng và hàm lượng rắn. Chênh lệch rõ giữa hai mẫu cho thấy kẽm đã phân tầng. Kẽm có khối lượng riêng lớn hơn nhiều so với nhựa và dung môi, nên lắng nhanh khi hệ thiếu cấu trúc lưu biến.

Cách khắc phục: khuấy cơ học từ đáy lên cho tới khi đồng nhất, rồi giữ khuấy trong suốt thời gian thi công. Nếu thùng nào cũng đóng bánh, cần trao đổi với bộ phận R&D để xem lại độ nhớt và khả năng tạo cấu trúc của hệ sơn, cùng thời gian lưu kho.

Rủi ro nếu xử lý sai: đổ lớp trong ra dùng riêng thì màng thiếu kẽm. Chỉ dùng phần đáy thì màng thừa kẽm, giòn. Pha thêm dung môi cho dễ khuấy làm hệ loãng đi, hạt lắng nhanh hơn và hàm lượng rắn lệch khỏi thiết kế.

Lỗi 3 — Thi công lớp quá dày, mất tiếp xúc điện

Dấu hiệu nhận biết: màng nứt dạng mai rùa, bong thành mảng, hoặc mặt khô nhưng bên dưới còn mềm. Vết nứt thường chạy tới tận nền thép.

Cách kiểm tra: đo chiều dày màng khô tại nhiều điểm bằng máy đo chuyên dụng, so với dải chiều dày màng khô trong TDS của sơn đang dùng. Kiểm tra thêm khoảng thời gian giữa các lớp và số lớp đã sơn.

Cách khắc phục: thi công nhiều lớp mỏng theo dải chiều dày trong TDS, chờ khô đủ giữa các lớp. Với vùng đã nứt hoặc bong, mài bỏ tới thép sạch rồi sơn lại từ đầu. Màng dày co ngót không đều và giữ dung môi bên trong, nên ứng suất làm màng tách khỏi nền và các hạt kẽm mất tiếp xúc với thép.

Rủi ro nếu xử lý sai: sơn đè lên màng đã nứt sẽ bịt vết nứt và dung môi bên dưới. Nền thép vẫn không được bảo vệ, và lớp mới bong theo lớp cũ.

Lỗi 4 — Chọn sai hệ nhựa cho môi trường sử dụng

Dấu hiệu nhận biết: màng phồng rộp hoặc bong sau khi tiếp xúc nước, kiềm hay hơi muối. Thùng sơn đặc lại, gel hóa hoặc phồng nắp khi lưu kho.

Cách kiểm tra: liệt kê điều kiện sử dụng thực tế: trong nhà hay ngoài trời, ven biển, tiếp xúc hóa chất hay ngâm nước. Đối chiếu với giới hạn chịu môi trường của nhựa ghi trong TDS. Đọc các chỉ tiêu chỉ số axit, hàm lượng rắn và độ dài dầu của nhựa alkyd.

Nhựa là chất nối hạt và bám nền, nên nó phải chịu được môi trường mà kẽm làm việc. Nhựa alkyd chứa liên kết este, có thể thủy phân khi tiếp xúc kiềm hoặc nước kéo dài. Nhóm axit tự do trong nhựa có thể phản ứng với kẽm tạo xà phòng kẽm, làm thùng sơn đặc. Ở hệ nước, kẽm kim loại tiếp xúc với nước có thể sinh khí hydro trong thùng, nên phải kiểm tra độ ổn định lưu kho.

Cách khắc phục: chọn hệ nhựa theo môi trường, rồi thử mẫu trước khi sản xuất. Với sơn kẽm nền alkyd biến tính, cần kiểm tra mức biến tính và độ dài dầu của nhựa có phù hợp điều kiện sử dụng hay không. Các nhóm nhựa để cân nhắc là nhựa alkyd hệ dung môi và nhựa alkyd hệ nước, chọn dựa trên TDS, yêu cầu về VOC và khả năng ổn định kẽm trong thùng.

Rủi ro nếu xử lý sai: đổi sang hệ nhựa khác mà không thử tương thích với lớp phủ ngoài và nền thép có thể gây bong giữa các lớp. Thêm chất ổn định hoặc chất làm đặc ngoài thiết kế có thể làm giảm tiếp xúc giữa các hạt.

Quy trình chẩn đoán nhanh

Khi thép dưới màng sơn kẽm đã gỉ, loại trừ nguyên nhân theo thứ tự từ phép thử rẻ và nhanh nhất:

Đo chiều dày màng khô tại nhiều điểm, so với dải trong TDS. Vượt dải kèm vết nứt hoặc bong dẫn tới Lỗi 3.
Kiểm hồ sơ cân liệu của lô sơn: loại bột, số lô COA, tỷ lệ quy về màng khô. Hồ sơ cho thấy kẽm kim loại thiếu hoặc có ZnO lẫn vào dẫn tới Lỗi 1.
Cắt mặt cắt màng và soi dưới kính hiển vi để xem phân bố hạt kẽm. Lớp dưới đặc, lớp trên thưa cho thấy Lỗi 2. Hạt rời nhau trong nền nhựa dày cho thấy Lỗi 1. Vết nứt chạy tới nền cho thấy Lỗi 3.
Đối chiếu môi trường sử dụng với hệ nhựa. Nếu ba bước trên đều đạt mà màng vẫn hỏng, nguyên nhân nằm ở Lỗi 4: nhựa không chịu được điều kiện thực tế.

Ghi lại kết quả từng bước để so với các lô khác cùng nhà máy. Một lỗi lặp lại ở nhiều lô thường nằm ở quy trình cân liệu hoặc khuấy, không nằm ở một thùng riêng lẻ.

Cách phòng ngừa

Kiểm soát nguyên liệu. Với mỗi lô bột, đọc COA và xác nhận chỉ tiêu hàm lượng kẽm kim loại. Lưu kho riêng bột kẽm kim loại và ZnO, dán nhãn rõ để tránh nhầm khi cân liệu. Đóng kín bao bì để hạn chế bột tiếp xúc ẩm. Với nhựa, đối chiếu chỉ số axit và hàm lượng rắn trong TDS với thiết kế trước khi đưa vào sản xuất.

Thiết bị khuấy. Cánh khuấy phải chạm tới đáy thùng, và tốc độ phải đủ để nâng kẽm lên mà không cuốn khí vào sơn. Hệ pha chế cần có bước khuấy kiểm tra lại độ đồng nhất trước khi đóng thùng. Tại nơi thi công, dùng máy khuấy chạy liên tục trong suốt thời gian sơn, vì kẽm lắng lại khi ngừng khuấy.

Quy trình thi công. Làm sạch nền thép theo yêu cầu của TDS trước khi sơn, vì hạt kẽm chỉ bảo vệ khi chạm được nền thép. Đo chiều dày màng ướt trong lúc sơn và chiều dày màng khô sau khi khô. Chia nhiều lớp mỏng, tuân thủ khoảng thời gian giữa các lớp. Ghi số lô sơn lên từng hạng mục để truy xuất khi có sự cố.

Điều kiện môi trường. Nhiệt độ, độ ẩm và điểm sương khi thi công phải nằm trong khoảng TDS cho phép. Ẩm đọng trên bề mặt thép làm màng bám kém và làm hạt kẽm phản ứng sớm. Khi chọn hệ nhựa, đối chiếu môi trường dự kiến của kết cấu với giới hạn của nhựa trong TDS, rồi thử mẫu đại diện trước khi chạy lô lớn.

Câu hỏi thường gặp

Hàm lượng kẽm bao nhiêu là đủ

Không có một con số chung cho mọi hệ sơn. Mức tối thiểu phụ thuộc hệ nhựa, kích thước hạt kẽm và phần thể tích kẽm trong màng khô. Giá trị theo tiêu chuẩn chỉ nên lấy từ bản gốc tiêu chuẩn mà dự án áp dụng, đối chiếu với TDS của sơn.

Sơn giàu kẽm có cần lớp phủ ngoài không

Tùy môi trường. Kẽm bị tiêu hao khi bảo vệ thép, nên lớp phủ ngoài làm chậm quá trình này khi kết cấu chịu ẩm, muối hoặc hóa chất. Cần xác nhận lớp phủ ngoài tương thích với lớp lót qua TDS của cả hai và qua thử mẫu trước khi thi công.

Bột kẽm và oxit kẽm khác nhau thế nào

Bột kẽm là kim loại, dẫn điện, nên tạo được bảo vệ ca-tốt khi hạt chạm nhau và chạm thép. Oxit kẽm (ZnO) là hợp chất bột trắng, không dẫn điện và không bảo vệ ca-tốt. Hai vật liệu có vai trò khác nhau trong sơn, nên không thay thế cho nhau.

Kết luận

Sơn giàu kẽm chỉ chống ăn mòn khi hạt kẽm tạo được đường dẫn điện liên tục tới nền thép. Bốn lỗi pha chế gồm thiếu kẽm kim loại, lắng, lớp quá dày và sai hệ nhựa đều làm đứt đường dẫn này, trong khi ngoại quan màng không đổi. Vì vậy cần xác nhận bằng số đo, hồ sơ cân liệu và mặt cắt màng.

Đọc COA chỉ tiêu kẽm kim loại và tính tỷ lệ trên màng khô, không chỉ trên sơn ướt.
Khuấy đồng nhất trước và trong lúc thi công, không tách lớp trong hay lớp đáy ra dùng riêng.
Đo chiều dày màng khô và thi công lớp mỏng theo dải trong TDS.
Chọn hệ nhựa theo môi trường sử dụng và thử mẫu trước khi chạy lô lớn.

Vichem là đại lý phân phối chính hãng các sản phẩm phụ gia hóa chất đến từ các thương hiệu lớn như Covestro, Sinopec, Bühler,… tại thị trường Việt Nam.

Để biết thêm về sản phẩm, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi thông qua các kênh sau:

Hotline: 08 1790 1790
Zalo OA: Vichem JSC
Email: contact@vichem.vn
LinkedIn: Vichem JSC
Website: www.vichem.vn
Facebook: Vichem JSC