Để chọn dung môi sinh học thay dung môi gốc dầu mỏ, hãy ưu tiên khả năng hòa tan nhựa đang dùng, cùng tốc độ bay hơi tương đương và sự phù hợp với quy định của thị trường xuất khẩu. Nhãn gốc sinh học hay phân hủy sinh học chưa đủ để quyết định. Cần thay từng phần trên công thức thật, rồi đọc TDS và SDS của loại dung môi dự kiến trước khi chạy thử sản xuất.
Chọn sai dung môi sinh học thì sơn và mực hỏng ở đâu
Dung môi quyết định nhựa nằm ở trạng thái hòa tan ổn định hay không, và quyết định màng sơn hình thành ra sao khi dung môi rời đi. Vì vậy đổi dung môi là đổi cả hệ. Các hỏng hóc thường gặp:
- Nhựa: kết tủa, dung dịch đục, độ nhớt tăng ngay lúc pha hoặc dần dần khi lưu kho.
- Màng sơn: mờ đục, chảy, khô chậm hoặc rỗ khí khi dung môi bay hơi lệch so với công thức gốc.
- Mực in: mực khô trên trục, bít cell, lệch màu giữa các lô in.
- Thành phẩm và chi phí: mùi lạ còn lại trên sản phẩm, chi phí nguyên liệu tăng mà vẫn không đạt yêu cầu của khách hàng.
Hai nhóm lỗi đầu thường có chung nguyên nhân gốc: dung môi mới lệch so với dung môi cũ về khả năng hòa tan nhựa hoặc về tốc độ bay hơi. Nhựa không còn được solvat hóa đủ thì kết tủa. Dung môi bay quá nhanh thì bề mặt màng đóng váng trước, dung môi còn kẹt bên dưới thoát ra thành bọt hoặc lỗ kim. Bay quá chậm thì màng chảy và khô chậm.
Cần tách hai khái niệm hay bị gộp. Gốc sinh học nói về nguồn nguyên liệu: dung môi được làm từ nguồn tái tạo, thường là thực vật. Phân hủy sinh học nói về khả năng bị vi sinh vật phân hủy trong môi trường, phụ thuộc cấu trúc phân tử và điều kiện thử. Một dung môi gốc sinh học chưa chắc phân hủy sinh học tốt, và ngược lại. Mỗi nhãn cần được chứng minh bằng chứng từ riêng, nên không dùng nhãn thay cho việc kiểm tra tính năng.
4 tiêu chí quyết định khi chọn dung môi sinh học
Khả năng hòa tan nhựa
Nguyên tắc nền là "tương đồng thì hòa tan". Dung môi hòa tan tốt một loại nhựa khi tương tác giữa chúng gần nhau về độ phân cực và khả năng tạo liên kết hydro. Tham số hòa tan (như mô hình Hansen) tách tương tác này thành ba thành phần: lực tán xạ, lực phân cực và liên kết hydro. Nhựa và dung môi có ba thành phần càng gần nhau thì càng dễ hòa tan.
Với nhà máy sơn, hệ quả thực tế là dung môi mới phải hòa tan được nhựa đang dùng, trong cả hỗn hợp chứ không chỉ khi đứng riêng. Một dung môi có thể là dung môi tốt của nhựa này nhưng chỉ là chất pha loãng yếu của nhựa khác. Giá trị tham số của từng dung môi và từng nhựa có trong tài liệu nhà cung cấp hoặc cơ sở dữ liệu tham số hòa tan; đối chiếu bằng thử nghiệm vẫn cần thiết vì bột màu và phụ gia cũng ảnh hưởng.
Tốc độ bay hơi
Tốc độ bay hơi chi phối thời gian khô bề mặt, khả năng chảy láng và hiện tượng ẩm đọng. Dung môi bay nhanh làm màng khô sớm, vết cọ hoặc vân bề mặt không kịp xóa. Dung môi bay chậm giữ màng ướt lâu, dễ chảy sệ trên bề mặt đứng và kéo dài thời gian chờ giữa các lớp.
Trong hỗn hợp, mỗi dung môi đóng một vai trò theo tốc độ bay của nó. Khi thay một thành phần, cần giữ trình tự bay hơi của cả hỗn hợp: dung môi bay nhanh mở đường cho nhựa tạo màng, dung môi bay chậm giữ cho màng chảy láng. Thay một dung môi bay chậm bằng loại bay nhanh hơn thường gây rỗ khí hoặc mờ màng. Với mực in, lệch tốc độ bay hơi còn đồng nghĩa mực khô trên trục hoặc khô chậm trên đường chạy.
Tương thích với hệ công thức và thiết bị
Với sơn 2K polyurethane, dung môi chứa nhóm OH (rượu, hay este lẫn tạp rượu) phản ứng được với isocyanate trong chất đóng rắn. Phản ứng này tiêu thụ nhóm NCO, làm lệch tỷ lệ đóng rắn và có thể giảm độ cứng, độ bền màng. Nước còn lại trong dung môi cũng phản ứng với isocyanate, sinh khí CO₂ gây rỗ màng. Vì thế độ ẩm là một chỉ tiêu bắt buộc phải kiểm.
Về thiết bị, dung môi mới có thể làm trương nở hoặc cứng gioăng, ống mềm và các chi tiết cao su của hệ bơm, súng phun. Trục in và dao gạt cũng tiếp xúc trực tiếp với dung môi. Bảng tương thích vật liệu của nhà sản xuất gioăng, trục là nguồn tra cứu trước khi thử trên dây chuyền.
Yêu cầu môi trường và quy định
Khách hàng xuất khẩu thường đặt yêu cầu về VOC, khả năng phân hủy hoặc nguồn gốc tái tạo của nguyên liệu. Cách tính VOC khác nhau giữa các thị trường và nhãn hàng, nên cần đối chiếu định nghĩa VOC của khách hàng với số liệu trong tài liệu nhà cung cấp. Dung môi có nguồn gốc tái tạo vẫn có thể góp vào VOC.
Mọi tuyên bố về nguồn tái tạo hay phân hủy sinh học cần chứng từ chứng minh do nhà cung cấp cấp, kèm phương pháp thử. Phòng QA nên hỏi khách hàng cần loại chứng từ nào trước khi chọn, để tránh trường hợp đã thử xong công thức mới phát hiện thiếu hồ sơ.
Cách đối chiếu dung môi sinh học với công thức của bạn
Bước 1 — Lập hồ sơ dung môi đang dùng
Liệt kê từng dung môi trong công thức và vai trò của nó: hòa tan nhựa, điều chỉnh độ nhớt, kiểm soát thời gian chảy láng, hay chống ẩm đọng. Ghi cùng với loại nhựa, chất đóng rắn, bột màu và phương pháp thi công. Vai trò của từng dung môi là cơ sở để chọn ứng viên thay thế; dung môi nào hòa tan nhựa chính và dung môi nào chỉ điều chỉnh bay hơi sẽ được thay theo logic khác nhau.
Bước 2 — Thay từng phần và thử hòa tan, độ nhớt, thời gian khô ở quy mô lab
Thay một thành phần mỗi lần, giữ nguyên các thành phần còn lại. Ở quy mô lab, kiểm tra độ trong của dung dịch nhựa, độ nhớt ngay sau khi pha và sau thời gian lưu, rồi kéo màng thử để quan sát thời gian khô, độ chảy láng, độ bóng và khuyết tật như rỗ khí. Với sơn 2K, thử thêm sau đóng rắn. Chỉ khi mẫu đạt mới tăng tỷ lệ thay thế ở vòng thử tiếp theo.
Bước 3 — Chọn loại dung môi và đọc TDS, SDS
Các nhóm dung môi gốc sinh học thường được cân nhắc cho sơn và mực in gồm este và rượu từ nguồn tái tạo. Rượu có nhóm OH nên cần thận trọng với hệ isocyanate. Dung môi gốc dầu mỏ hiện dùng là mẫu đối chứng để so sánh. Nhà máy có thể tham khảo dòng dung môi bay hơi chậm cho sơn công nghiệp của nhà cung cấp Maxone Asia làm đối chiếu về tính năng trong công thức hiện tại.
Khi đọc TDS và SDS, chú ý bốn chỉ tiêu:
- Điểm chớp cháy: ảnh hưởng đến điều kiện lưu kho, vận chuyển và an toàn cháy nổ.
- Tốc độ bay hơi tương đối: so với dung môi đang thay, cùng một phương pháp đo.
- Độ tinh khiết: tạp chất, đặc biệt tạp rượu, ảnh hưởng đến phản ứng với chất đóng rắn.
- Hàm lượng nước: quyết định nguy cơ rỗ khí và lệch đóng rắn trong hệ isocyanate.
Các giá trị cụ thể lấy từ tài liệu của đúng loại dung môi và đúng lô hàng.
Lỗi thường gặp khi chọn dung môi sinh học
- Thay toàn bộ dung môi một lần. Khi mẫu hỏng, không biết dung môi nào gây lỗi. Thay từng phần giúp xác định nguyên nhân, và có thể giữ lại một phần dung môi cũ nếu công thức chưa đạt.
- Chỉ so giá theo kg. Giá theo kg bỏ qua lượng dùng thực tế, lượng pha loãng, tỷ lệ hao hụt do bay hơi và chi phí thử nghiệm lại khi mẻ lỗi. Dung môi sinh học không mặc nhiên rẻ hơn, cũng không mặc nhiên đắt hơn; chỉ có so sánh trên công thức thật mới cho kết luận.
- Bỏ qua mùi và độ ẩm. Một số dung môi có mùi đặc trưng khác dung môi gốc dầu mỏ, ảnh hưởng đến bao bì thực phẩm hoặc môi trường làm việc. Độ ẩm cao làm hỏng hệ 2K trước khi lỗi lộ ra ở màng sơn.
- Nhầm gốc sinh học với phân hủy sinh học. Hai nhãn này cần hai bộ chứng từ khác nhau. Gửi nhầm chứng từ cho khách hàng xuất khẩu có thể dẫn đến việc phải làm lại hồ sơ.
- Không kiểm tra thiết bị. Gioăng, ống mềm và trục in tiếp xúc dung môi mới trong thời gian dài mới lộ hiện tượng trương nở.
Câu hỏi thường gặp
Dung môi sinh học có thay được hoàn toàn dung môi gốc dầu mỏ không?
Có thể với một số công thức, nhưng chỉ khi thử nghiệm trên chính công thức đó cho kết quả đạt. Mỗi hệ nhựa, bột màu và phương pháp thi công có yêu cầu riêng về hòa tan và bay hơi. Phần nào chưa đạt thì giữ một phần dung môi cũ, đánh giá lại theo từng hạng mục.
Dung môi gốc sinh học có phân hủy sinh học không?
Chưa chắc. Gốc sinh học chỉ nói về nguồn nguyên liệu, còn khả năng phân hủy phụ thuộc cấu trúc phân tử và điều kiện môi trường. Muốn khẳng định cần số liệu thử phân hủy trong tài liệu kỹ thuật của nhà cung cấp, và phương pháp thử phải khớp với yêu cầu của khách hàng.
Dung môi sinh học có giảm VOC không?
Không mặc nhiên. Mức VOC phụ thuộc đặc tính bay hơi của từng dung môi và cách thị trường đích định nghĩa VOC, không phụ thuộc nguồn nguyên liệu. Dung môi gốc sinh học bay hơi dễ vẫn góp vào VOC. Cần đối chiếu số liệu trên TDS, SDS với định nghĩa của khách hàng.
Dung môi sinh học dùng được cho sơn 2K PU không?
Dùng được nếu dung môi không có nhóm OH phản ứng và có độ ẩm thấp. Rượu từ nguồn tái tạo phản ứng với isocyanate, làm lệch tỷ lệ đóng rắn. Este không có nhóm OH tự do nên ít rủi ro này hơn, nhưng vẫn phải kiểm hàm lượng nước và thử trên công thức.
Kết luận
Chọn dung môi sinh học để thay dung môi gốc dầu mỏ là một bài toán đối chiếu tính năng trên công thức cụ thể. Nhãn gốc sinh học cho biết nguồn nguyên liệu, và chỉ là điểm xuất phát để kiểm tra. Nhà máy sơn và mực in nên thay từng phần, thử ở quy mô lab trước khi chạy thử sản xuất, và yêu cầu chứng từ phù hợp với từng khách hàng.
- Khả năng hòa tan: dung môi mới phải hòa tan được nhựa đang dùng trong cả hỗn hợp.
- Tốc độ bay hơi: giữ trình tự bay hơi của hỗn hợp để tránh rỗ khí, chảy, khô chậm.
- Tương thích: kiểm nhóm OH, độ ẩm, gioăng và trục in, nhất là với hệ isocyanate.
- Quy định: đối chiếu định nghĩa VOC, nguồn tái tạo và khả năng phân hủy với chứng từ của nhà cung cấp.
- Nguyên tắc triển khai: thay từng phần, thử lab, đọc TDS và SDS rồi mới tăng tỷ lệ.
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
