Khi mẻ sơn ra hạt hoặc lệch màu dù đã nghiền bột màu đủ giờ, nguyên nhân thường là phương pháp nghiền chưa khớp với loại bột màu: bột màu dễ phân tán chỉ cần máy khuấy tốc độ cao, bột màu hữu cơ hạt mịn và than đen cần nghiền bi sơn (bead mill), còn bột màu dạng vảy như nhôm không được nghiền mạnh. Trước khi chọn máy, hãy kiểm tra kích thước hạt, độ hấp thụ dầu của bột màu và độ mịn bột màu mục tiêu của lớp sơn.
Chọn sai phương pháp nghiền bột màu thì hỏng ở đâu
Khi phân tán bột màu trong sơn, nghiền thiếu hoặc nghiền quá đều để lại lỗi nhìn thấy được trên màng sơn, nhưng hai lỗi này có nguồn gốc khác nhau.
Nghiền thiếu để lại các kết tụ trong mill base. Kết tụ (agglomerate) là cụm hạt sơ cấp bám vào nhau bằng lực hút bề mặt, chưa được tách rời. Trên dây chuyền, bạn thấy hạt nổi trên màng sơn, độ bóng giảm vì hạt thô làm bề mặt tán xạ ánh sáng. Lực màu thấp hơn dự kiến, vì phần bề mặt bột màu nằm bên trong cụm chưa tham gia hấp thụ ánh sáng. Mức kết tụ còn lại mỗi mẻ một khác nên màu cũng lệch giữa các mẻ.
Nghiền quá gây hại theo hướng ngược lại. Hạt vảy ánh kim bị bẻ gãy, mất độ phản xạ nên màng sơn xỉn và mất hiệu ứng. Năng lượng cơ học chuyển thành nhiệt, làm mẻ nghiền nóng lên, có thể khiến bột màu nhạy nhiệt biến màu hoặc làm độ nhớt tăng do dung môi bay hơi. Ngoài ra, nghiền kéo dài tốn điện và làm mòn môi trường nghiền nhanh hơn, trong khi chất lượng màu không còn cải thiện.
Cần phân biệt nghiền với hai giai đoạn còn lại của quá trình phân tán:
- Thấm ướt: nhựa và dung môi thay thế không khí trên bề mặt hạt. Giai đoạn này phụ thuộc hóa học bề mặt và chất thấm ướt, không phụ thuộc máy.
- Phá kết tụ: đây mới là việc của máy nghiền, dùng lực cắt hoặc va đập để tách cụm hạt.
- Ổn định: chất phân tán hoặc nhựa giữ các hạt đã tách khỏi tụ lại thành kết bông (flocculation, các hạt gom lại thành cụm lỏng sau khi nghiền).
Thấm ướt kém thì máy mạnh đến đâu cũng chỉ đẩy lỗi sang giai đoạn sau.
4 tiêu chí quyết định phương pháp nghiền bột màu
Bốn tiêu chí dưới đây quyết định bột màu của bạn nên đi vào máy khuấy tốc độ cao, nghiền bi hay chỉ trộn nhẹ.
Tiêu chí 1 — Độ khó phân tán của bột màu
Độ khó phân tán phụ thuộc vào diện tích bề mặt và kích thước hạt sơ cấp. Hạt càng mịn thì diện tích bề mặt càng lớn, lực liên kết giữa các hạt trong kết tụ càng mạnh, nên cần năng lượng cắt cao hơn để tách chúng. Vì vậy than đen và nhiều bột màu hữu cơ hạt mịn thường cần nghiền bi, còn bột màu vô cơ hạt tương đối thô thường phân tán được bằng máy khuấy tốc độ cao.
Điều này chỉ là xu hướng chung. Cùng một loại bột màu, mỗi cấp có xử lý bề mặt và kích thước hạt khác nhau, nên cần đọc TDS của đúng cấp đang dùng.
Tiêu chí 2 — Hình dạng hạt và độ bền cơ học
Hạt dạng cầu hoặc khối chịu được va đập của môi trường nghiền bi mà không đổi hình dạng, nên phù hợp với nghiền mạnh. Hạt dạng vảy như bột nhôm và bột màu ngọc trai thì khác: hiệu ứng ánh kim đến từ mặt phẳng nhẵn của vảy phản xạ ánh sáng.
Khi bi va vào, vảy bị gãy hoặc cong. Vảy gãy nhỏ hơn thì phản xạ kém đi, màng sơn mất độ sáng và độ ánh. Với nhóm này, chỉ nên khuấy nhẹ cho vảy thấm ướt và phân bố đều, không đưa vào máy nghiền.
Tiêu chí 3 — Độ mịn mục tiêu của sơn
Sơn lót chấp nhận hạt thô hơn sơn phủ bóng, vì lớp lót được phủ lên và không quyết định bề mặt cuối. Sơn phủ bóng thì ngược lại: hạt còn sót lớn hơn độ dày màng sẽ nhô lên và làm giảm độ bóng.
Độ mịn thường đo bằng thước đo độ mịn Hegman (Hegman gauge). Đó là một thanh thép có rãnh sâu giảm dần theo chiều dài. Bạn kéo mẫu sơn dọc rãnh, điểm bắt đầu xuất hiện vệt hạt cho biết kích thước hạt lớn nhất còn trong mẫu. Độ mịn bột màu càng cao thì bề mặt càng nhẵn và độ bóng càng cao, nên mục tiêu độ mịn của lớp sơn quyết định bạn cần dừng nghiền ở đâu.
Tiêu chí 4 — Độ nhớt mill base và độ nhạy nhiệt
Mỗi thiết bị cần mill base có độ nhớt khác nhau. Máy khuấy tốc độ cao cần mill base đủ đặc để truyền lực cắt từ cánh khuấy vào khối bột. Mill base quá loãng thì cánh khuấy chỉ khuấy dòng chảy mà không tách được kết tụ. Bead mill cần mill base loãng hơn để bơm tuần hoàn qua buồng nghiền, đồng thời phải có làm mát vì ma sát sinh nhiệt liên tục.
Độ hấp thụ dầu của bột màu quyết định tỷ lệ bột và nhựa trong mill base. Bột màu hấp thụ dầu cao cần nhiều nhựa hơn để thấm ướt, nên mill base phải ít bột hơn thì mới còn chảy được. Nếu giữ tỷ lệ bột quá cao, mẻ nghiền đặc lại, sinh nhiệt nhiều hơn mà hiệu quả nghiền lại giảm.
Cách đối chiếu phương pháp nghiền với loại bột màu của bạn
Ba bước dưới đây đi từ phân nhóm bột màu trong công thức, thử mẫu, đến chọn loại bột màu phù hợp với thiết bị sẵn có.
Bước 1 — Phân nhóm bột màu trong công thức theo tiêu chí 1–2
Liệt kê từng bột màu trong công thức rồi xếp vào một trong ba nhóm: dễ phân tán (hạt khối, hạt thô tương đối), khó phân tán (hạt rất mịn, diện tích bề mặt lớn) và dạng vảy. Mỗi nhóm đi theo một đường xử lý riêng: khuấy tốc độ cao, nghiền bi, hoặc khuấy nhẹ.
Nếu cùng một bột màu còn dùng cho mực in, hãy xem thêm cách chọn bột màu cho mực in bao bì theo yêu cầu ứng dụng vì yêu cầu độ mịn của mực khác sơn.
Bước 2 — Thử nghiền mẫu và theo dõi độ mịn, lực màu, độ bóng theo thời gian nghiền
Lấy mẫu mill base ở các mốc thời gian đều nhau, đo độ mịn bằng thước đo, so lực màu với mẫu chuẩn và đo độ bóng của màng kéo thử. Vẽ ba chỉ tiêu theo thời gian: điểm dừng là lúc cả ba không còn cải thiện đáng kể. Nghiền thêm sau điểm đó chỉ làm tăng nhiệt và mòn thiết bị.
Ghi kèm nhiệt độ mẻ ở mỗi mốc lấy mẫu để biết bột màu có chịu nhiệt trong quá trình nghiền hay không.
Bước 3 — Chọn loại bột màu phù hợp quy trình
Nhà máy không nhất thiết phải nghiền mọi loại bột màu. Có thể chọn loại bột màu để giảm gánh nặng cho khâu nghiền:
- Bột màu vô cơ: hạt thường thô hơn và bền cơ học, phân tán được bằng máy khuấy tốc độ cao trong nhiều trường hợp.
- Bột màu hữu cơ: hạt sơ cấp mịn, dễ kết tụ mạnh, thường cần nghiền bi và kiểm soát nhiệt.
- Màu paste đã phân tán sẵn: nhà cung cấp đã nghiền và ổn định bột màu trong chất mang, nên nhà máy chỉ pha vào sơn, bỏ được khâu nghiền màu.
Với TiO₂, chọn cấp được xử lý bề mặt để dễ phân tán sẽ giảm năng lượng cần thiết. Bột nhôm chỉ nên khuấy nhẹ, dạng paste thường tiện hơn vì vảy đã được thấm ướt sẵn. Khi đọc TDS, tìm hai chỉ tiêu độ hấp thụ dầu và kích thước hạt, rồi đối chiếu với nhóm trong Bước 1. Nếu bột màu dùng chung cho cả sơn và nhựa, bài chọn bột màu cho nhựa theo nhiệt độ gia công giúp đối chiếu thêm độ bền nhiệt.
Lỗi thường gặp khi chọn phương pháp nghiền bột màu
Ba lỗi dưới đây gặp nhiều nhất khi nhà máy chuyển công thức hoặc đổi nguồn bột màu.
- Nghiền chung mọi bột màu trong một mill base. Bột vảy bị gãy cùng lúc với bột hạt mịn mới được tách xong. Mỗi nhóm cần mill base và điều kiện nghiền riêng, rồi mới phối vào sơn.
- Kéo dài thời gian nghiền thay vì sửa thấm ướt. Khi hạt vẫn còn dù đã nghiền lâu, nguyên nhân thường nằm ở chất thấm ướt hoặc nhựa nghiền chưa phù hợp. Bạn có thể xem thêm cách xử lý ở bài về bột màu phân tán kém trong sơn công nghiệp và cách khắc phục.
- Đưa bột vảy vào bead mill. Vảy ánh kim gãy ngay trong buồng nghiền, màng sơn mất hiệu ứng mà mill base trông vẫn đồng đều.
- Bỏ qua nhiệt độ mẻ nghiền. Mẻ nóng lên làm độ nhớt đổi, màu biến đổi và kết quả đo độ mịn lệch giữa đầu và cuối mẻ. Cần theo dõi nhiệt độ và duy trì làm mát.
Câu hỏi thường gặp
Máy nghiền bột màu nào phù hợp sơn công nghiệp?
Máy phù hợp phụ thuộc loại bột màu, không phụ thuộc loại sơn. Bột màu dễ phân tán dùng máy khuấy tốc độ cao, bột màu hạt mịn và than đen dùng nghiền bi, bột vảy chỉ khuấy nhẹ. Hãy phân nhóm bột màu trong công thức trước khi chọn thiết bị.
Pigment grinding machine dạng bead mill khác máy khuấy tốc độ cao thế nào?
Máy khuấy tốc độ cao phá kết tụ bằng lực cắt của cánh khuấy trong mill base đặc. Bead mill dùng các hạt môi trường nghiền chuyển động trong buồng kín để tách hạt mịn hơn, với mill base loãng hơn và cần làm mát. Bead mill phù hợp bột màu khó phân tán hơn.
Nghiền bột màu bao lâu là đủ?
Không có thời gian chung cho mọi bột màu. Thời gian đủ là lúc độ mịn, lực màu và độ bóng ngừng cải thiện khi lấy mẫu theo từng mốc. Điểm dừng này thay đổi theo bột màu, thiết bị và công thức mill base, nên cần thử trên chính hệ đang dùng.
Có cần nghiền bột màu hữu cơ kỹ hơn bột màu vô cơ không?
Thường là có, vì bột màu hữu cơ có hạt sơ cấp mịn hơn nên lực kết tụ mạnh hơn và cần năng lượng cắt cao hơn. Tuy nhiên điều này phụ thuộc từng cấp, nên hãy đối chiếu kích thước hạt và độ hấp thụ dầu trên TDS của loại bạn dùng.
Kết luận
Phương pháp nghiền đúng là phương pháp khớp với độ khó phân tán và hình dạng hạt của từng bột màu, và được dừng đúng lúc dựa trên số đo thay vì thời gian cố định. Với bột vảy, không nghiền mạnh là nguyên tắc đầu tiên.
- Chọn phương pháp nghiền theo độ khó phân tán và hình dạng hạt của từng bột màu.
- Đo độ mịn, lực màu và độ bóng theo mốc thời gian để xác định điểm dừng.
- Không đưa bột nhôm và bột vảy vào nghiền mạnh.
- Cân nhắc màu paste đã phân tán sẵn để giảm khâu nghiền.
Gửi danh sách bột màu trong công thức cùng thiết bị nghiền đang dùng để đội kỹ thuật Vichem cùng bạn đối chiếu loại bột màu phù hợp quy trình.
Vichem là nhà phân phối 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
