Để chọn dung môi theo nhựa sơn, cần xét đồng thời ba điều: khả năng hòa tan nhựa, tốc độ bay hơi hợp với phương pháp thi công và sự tương thích hóa học với chất đóng rắn. Chọn chỉ theo giá hoặc dùng một dung môi cho mọi hệ dễ làm màng sơn đục, mờ trắng hoặc giảm độ cứng. Mỗi hệ nhựa cần đối chiếu nhóm chức nhạy cảm, điều kiện xưởng và kết quả thử màng trước khi chốt.
Chọn sai dung môi thì màng sơn hỏng ở đâu
Dung môi quyết định ba việc trong sơn: nhựa có tan hoàn toàn hay không, màng ướt khô theo nhịp nào và chất đóng rắn có bị tiêu hao ngoài ý muốn hay không. Sai ở một trong ba khâu này, lỗi hiện ngay trên màng sơn.
Khi nhựa không tan hết, dung dịch sơn bị đục, các phân tử nhựa kết tụ và tách lớp khi để lắng, màng khô mất độ trong và có hạt li ti. Nguyên nhân là dung môi chưa đủ gần nhựa về độ phân cực, nên chuỗi nhựa co cụm lại thay vì giãn ra trong dung dịch.
Tốc độ bay hơi lệch cho ra hai nhóm lỗi ngược nhau. Dung môi bay quá nhanh làm màng se mặt trước khi kịp san phẳng, bề mặt thành da cam; phần dung môi còn kẹt bên dưới lớp màng đã se thoát ra sau đó, tạo sủi bọt và lỗ kim. Dung môi bay quá chậm giữ màng ướt quá lâu, sơn chảy và sệ trên mặt đứng.
Mờ trắng (blushing) xuất hiện khi dung môi bay quá nhanh trong không khí ẩm: sự bay hơi lấy nhiệt làm bề mặt màng lạnh đi, hơi ẩm ngưng tụ vào màng và nhựa kết tủa cục bộ quanh giọt nước. Màng khô sau đó hụt độ bóng vì bề mặt thô do nhựa kết tủa sớm hoặc san phẳng kém.
Với hệ 2K PU (hai thành phần: nhựa polyol và chất đóng rắn isocyanate), rủi ro nằm ở hóa học. Dung môi chứa nhóm OH hoặc lẫn nước sẽ phản ứng với isocyanate và giảm thời gian sống của sơn đã pha. Isocyanate bị tiêu hao nên mạng lưới đóng rắn thiếu liên kết, độ cứng màng giảm; phản ứng với nước còn sinh CO₂, tạo bọt khí trong màng.
4 tiêu chí quyết định khi chọn dung môi theo nhựa sơn
Khả năng hòa tan nhựa
Nguyên tắc là tương tự hòa tan tương tự: độ phân cực và khả năng tạo liên kết hydro của dung môi phải gần với nhựa. Ngành sơn lượng hóa mức độ gần này bằng thông số độ hòa tan của nhựa và của dung môi. Giá trị của từng loại được tra trên tài liệu kỹ thuật của nhà cung cấp; dung môi hoặc hỗn hợp có giá trị gần nhựa sẽ hòa tan nhựa ổn định hơn.
Nhựa alkyd phân cực thấp nên thiên về hydrocarbon. Nhựa acrylic, polyester và PU có nhiều nhóm este, uretan và hydroxyl, vì vậy cần ester và ketone để tan ổn định. Hỗn hợp nhiều dung môi cho phép điều chỉnh độ phân cực sát nhựa hơn so với một dung môi đơn, vì mỗi thành phần đáp ứng một phần tương tác của nhựa.
Tốc độ bay hơi
Tốc độ bay hơi quyết định thời gian màng còn mở để chảy san phẳng và thời gian đến khi khô. Với sơn phun, một dung môi đơn hiếm khi đáp ứng cả hai yêu cầu: hạt sơn cần dung môi bay nhanh để màng định hình trên bề mặt, còn màng ướt cần dung môi bay chậm để dàn đều. Vì vậy công thức phun thường phối hợp dung môi nhanh và chậm.
Dung môi chậm bay hơi cuối cùng giữ màng ở trạng thái mở, cho bọt khí thoát ra và bề mặt san phẳng. Nếu dung môi chậm hòa tan nhựa kém, nhựa có thể kết tủa khi phần dung môi nhanh đã bay hết, nên phần dung môi còn lại trong màng cũng phải là dung môi tốt của nhựa.
Tương thích với chất đóng rắn
Isocyanate phản ứng với nhóm OH và với nước. Hệ 2K PU vì vậy tránh alcohol và glycol ether chứa nhóm OH: các dung môi này gắn vào isocyanate trước khi isocyanate kịp phản ứng với nhựa polyol. Nước còn sót trong dung môi gây hai hậu quả: tiêu hao isocyanate và sinh CO₂, tạo bọt khí.
Do đó hệ 2K cần dung môi cấp khô, thường gọi là cấp urethane, với hàm lượng nước được kiểm soát và không chứa tạp chất phản ứng với isocyanate. Hàm lượng nước cần đọc trên chứng từ của từng lô; tên dung môi chưa nói lên điều đó. Ảnh hưởng thể hiện qua thời gian sống của sơn đã pha và bọt khí trong màng.
Ảnh hưởng độ nhớt và quy định VOC
Dung môi hòa tan mạnh làm chuỗi nhựa giãn ra nhiều hơn, nên cùng một lượng dùng sẽ giảm độ nhớt nhiều hơn. Nhà máy đạt độ nhớt thi công với ít dung môi hơn và tổng VOC của sơn giảm theo. Dung môi hòa tan yếu buộc phải thêm nhiều hơn để đạt cùng độ nhớt, tổng VOC tăng.
Với hàng xuất khẩu, quy định thị trường giới hạn một số dung môi và tổng VOC. Danh mục cụ thể thay đổi theo thị trường và theo thời điểm, nên đội R&D cần đối chiếu quy định hiện hành của nước nhập khẩu và yêu cầu của nhãn hàng trước khi chốt công thức.
Cách đối chiếu dung môi với hệ nhựa sơn của bạn
Bước 1 — Xác định nhựa và cơ chế đóng rắn
Ghi rõ nhựa thuộc hệ nào: khô vật lý, khô oxy hóa, 2K hay nướng. Ghi cả nhóm chức nhạy cảm, trước hết là nhóm hydroxyl của nhựa và nhóm isocyanate của chất đóng rắn, vì chúng loại ngay các dung môi có nhóm phản ứng.
Bước 2 — Xác định phương pháp thi công và điều kiện xưởng
Xác định thi công bằng phun, cán hay nhúng, vì mỗi cách cần một nhịp bay hơi khác nhau. Sau đó ghi nhiệt độ và độ ẩm xưởng theo mùa: nhiệt độ cao đẩy dung môi bay sớm, độ ẩm cao tăng nguy cơ mờ trắng. Hai yếu tố này quyết định cân bằng pha nhanh và chậm của hỗn hợp dung môi.
Bước 3 — Thử hòa tan và thử màng
Pha thử nhựa với dung môi hoặc hỗn hợp ứng viên, rồi kiểm tra độ trong của dung dịch, độ nhớt, thời gian khô và độ bóng của màng thử. Với hệ 2K, theo dõi thêm thời gian sống của sơn đã pha. Trên TDS dung môi, đọc ba chỉ tiêu: tốc độ bay hơi tương đối, hàm lượng nước và khoảng nhiệt độ sôi. Khoảng sôi rộng cho thấy dung môi gồm nhiều thành phần bay hơi không đồng thời.
Bước 4 — Chọn nhóm dung môi
Từ kết quả các bước trên mới chọn nhóm dung môi. Gợi ý theo hướng sau: nhựa alkyd dùng hydrocarbon thơm hoặc béo; nhựa acrylic và polyester dùng ester, ketone, hydrocarbon thơm; hệ 2K PU với chất đóng rắn isocyanate dùng ester, ketone cấp khô; sơn nướng dùng dung môi bay hơi chậm để màng san phẳng trước khi gia nhiệt làm khô. Alcohol và glycol ether chỉ dùng cho hệ không có isocyanate và cần kiểm tra tương thích với nhựa. Các nhóm dung môi hydrocarbon thơm, ester, ketone, alcohol và glycol ether đều có thể đưa vào thử mẫu theo bước 3.
Lỗi thường gặp khi chọn dung môi cho sơn
Dùng chung một dung môi cho mọi hệ. Mỗi hệ nhựa có độ phân cực và nhóm chức khác nhau. Một dung môi phù hợp với nhựa alkyd có thể làm đục dung dịch acrylic, và một dung môi ổn với sơn khô vật lý có thể phá hệ 2K PU.
Thay dung môi rẻ hơn mà không kiểm hàm lượng nước. Dung môi cùng tên nhưng khác lô hoặc khác nguồn có thể khác nhau về nước và tạp chất. Với hệ 2K, nước dư làm giảm thời gian sống và sinh bọt khí CO₂, nên chỉ tiêu này cần kiểm trên chứng từ trước khi đổi nguồn.
Chỉ xét khả năng hòa tan. Dung môi hòa tan nhựa tốt chưa chắc bay hơi hợp với cách thi công. Nhựa tan trong cốc thử nhưng bay quá nhanh trên bề mặt vẫn cho da cam hoặc mờ trắng khi phun.
Không chỉnh tỷ lệ theo mùa. Nhiệt độ và độ ẩm xưởng thay đổi giữa các mùa nhưng công thức dung môi giữ nguyên, làm cân bằng giữa dung môi nhanh và chậm lệch đi. Cần xem lại tỷ lệ và thử màng khi điều kiện xưởng thay đổi rõ rệt.
Câu hỏi thường gặp
Có những loại dung môi nào dùng trong sơn?
Dung môi hữu cơ dùng trong sơn gồm năm nhóm chính: hydrocarbon thơm và béo, ester, ketone, alcohol và glycol ether. Hydrocarbon hợp với nhựa alkyd; ester và ketone hợp với acrylic, polyester, PU; alcohol và glycol ether thường làm dung môi phụ trong hệ không có isocyanate.
Dung môi hữu cơ nào hòa tan được nhựa acrylic?
Ester và ketone hòa tan nhựa acrylic tốt, hydrocarbon thơm thường dùng phối hợp. Nhựa acrylic có nhóm este phân cực nên cần dung môi có độ phân cực gần tương ứng. Loại cụ thể phụ thuộc cấu trúc nhựa và cách thi công, vì vậy cần pha thử và tra thông số độ hòa tan của nhà cung cấp nhựa.
Vì sao sơn PU không được pha cồn?
Vì cồn có nhóm OH phản ứng với isocyanate của chất đóng rắn. Phản ứng này tiêu hao isocyanate trước khi nó liên kết với nhựa polyol, làm giảm thời gian sống và độ cứng màng. Cồn thường lẫn nước, nước phản ứng thêm với isocyanate và sinh CO₂ gây bọt khí trong màng.
Sơn bị mờ trắng khi phun có phải do dung môi?
Thường là có, khi dung môi bay quá nhanh trong điều kiện ẩm. Sự bay hơi làm lạnh bề mặt màng, hơi ẩm ngưng tụ vào màng và nhựa kết tủa quanh giọt nước. Khi gặp lỗi, kiểm tra độ ẩm xưởng và phần dung môi chậm trước, rồi mới xét hàm lượng nước trong dung môi.
Kết luận
Chọn dung môi theo nhựa sơn bắt đầu từ hệ nhựa và cơ chế đóng rắn, sau đó mới đến điều kiện thi công. Dung môi phù hợp phải hòa tan hết nhựa, bay hơi đúng nhịp và không phản ứng với chất đóng rắn.
- Bốn tiêu chí: khả năng hòa tan nhựa, tốc độ bay hơi, tương thích với chất đóng rắn, độ nhớt và quy định VOC.
- Thứ tự đối chiếu: nhựa và cơ chế đóng rắn, phương pháp thi công và điều kiện xưởng, thử hòa tan và thử màng, rồi mới chọn nhóm dung môi.
- Chỉ tiêu cần đọc trên TDS dung môi: tốc độ bay hơi tương đối, hàm lượng nước, khoảng nhiệt độ sôi.
- Thử mẫu trước khi đổi dung môi, kể cả khi chỉ đổi nguồn cung hoặc điều chỉnh theo mùa; ghi lại độ trong, độ nhớt, thời gian khô và độ bóng.
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
