Chất lưu biến trong sản xuất sơn và chống thấm

2.1 Giới thiệu chung

 Tính chất lưu biến tức là tính chất dòng chảy của sơn lỏng van tính chất chảy dàn trải trên màng sơn khi thi công

Kiểm soát độ lưu biến của sơn là rất cần thiết cho việc sử dụng thành công sản phẩm trong thực tế thi công sơn

Như vậy, các tính chất van điều kiện thi công sơn phụ thuộc chủ yếu vào việc kiểm soát độ lưu biến theo ý muốn bằng cách dùng các chất phụ gia lưu biến (Rheological Additives). 

Do bản chất khác nhau của các thành phần cấu tạo sơn nước và sơn gốc dung môi, các chất phụ gia lưu biến cũng được chọn lựa sử dụng khác nhau cho 2 loại sơn này. 

2.2 Chất phụ gia lưu biến cho sơn gốc nước (water based) 

Thường sử dụng tới 4 loại chất phụ gia lưu biến cho sơn gốc nước nhằm kiểm soát hàng loạt yếu tố lưu biến của sơn đó là: độ nhớt sơn lỏng, đô nhớt sơn lúc thi công, độ lắng, độ dàn trải, độ phẳng mặt, v.v… 

Độ nhớt là yếu tố quan trọng nhất biểu hiện tính lưu biến. Đối với các chất lỏng kiểu Niwton như H2O, dung môi, dầu khoáng, v.v… độ nhớt là hằng số. Đối với sơn là met hỗn hợp gồm dung môi (hoặc H2O), chất tạo màng, bột màu, bột độn, chất hoạt động bề mặt, các chất phụ gia, v.v… độ nhớt không phải là một hằng số, mà nó thay đổi phụ thuộc vào hàng loạt thông số tính chất của thành phần sơn, thông số nhiệt độ và các thông số lực cơ học lúc thi công (sung phun, cọ quét, con lăn, v.v…). Tính chất lưu biến là mối quan hệ tương hỗ giữa độ nhớt và các lực chuyển dịch chất lỏng sơn và mối liên quan này rất phức tạp

Nhằm đảm bảo độ nhớt của sơn nước thật ổn định van đảm bảo được tính lưu biến đạt chất lượng thi công, cấn phải có các chất phụ gia lưu biến (Rheological Additives) hoặc còn gọi tên riêng là các chất Thickener. 

Đối với hệ sơn gốc nước, các Thickener có tác dụng với H2O làm đặc sơn lỏng ở thể bền, đồng nhất và ổn định độ nhớt sản phẩm theo yêu cầu sản phẩm ban đầu. 

Có 4 nhóm Thickener là: 

- Thickener có nguồn gốc vô cơ điển hình là Bentonite, Clay. 

- Thickener có nguồn gốc Polymer tự nhiên. Ví dụ: Alginate. 

- Thickener là các Cellulosic. Ví dụ: HEC (Hydroxy Ethyl Cellulose), MC (Methyl Cellulose), CMC (Carboxyl Methyl Cellulose). 

- Thickener là các Polymer tổng hợp. Ví dụ: Polyacrylate, Polyacrylamide, Polyurethane, Polyether. Thường sử dụng nhất là HEC, Polyacrylate phối hợp với Cellulose & Clay và Polyurethane. 

Có 4 loại nhớt kế đo độ nhớt sản phẩm sơn nước là:

 - Nhớt kế BROOKFEILD: đo độ nhợt thấp và trung bình. 

- Nhớt kế STORMER: đo độ nhớ trung bình

 - Nhớt kế ICI hình côn và đĩa: đo độ nhớt cao 

- BOHLIN RHEOMETER: đo độ nhớt từ thấp đến cao. 

Thường sử dụng nhất là nhớt kế STOMER và ICI để đo độ nhớt của sơn nước phù hợp với yêu cầu sản phẩm và điều kiện thi công. 

3 loại Thickener đã nói trên được chọn dùng vì đáp ứng được yêu cầu ổn định độ nhớt sơn nước, đồng thời đảm bảo được hàng loạt các yêu cầu thi công như: dàn trải tốt, cuốn gọn sơn trong con lăn hoặc cọ quét không văng ra ngoài, màng sơn bằng phẳng và không loang chảy, cụ thể là:

A. Tổ hợp các Polymer Cellulosic: 

Bằng cách dùng Thickener tan trong nước có trọng lương phân tử thấp, ví dụ HEC và do có sự biến tính bằng nhóm –OH vào các nhóm thế tạo thành tính kỵ nước làm sản sinh ra các Thickener Cellulosic tổng hợp, các nhóm kỵ nước này sẽ tập hợp lại trong dung dịch sơn tạo thành các lưới 3 chiều, từ đó làm cho sơn nước có đặc tính lưu biến đồng đều, đồng thời do tương tác giữa các nhóm kỵ nước Thickener với các nhóm kỵ nước của các thành phần sơn như chất phân tán, chất hoạt động bề mặt tạo thuận lợi cho việc phân tán màu đều hơn và bền hơn. 

B. Các Polyacrylate (Acrylic Thickener) trương nở kiềm (Akali Swellable Acrylic – ASA) 

Các Thickener gốc Polyacrylate là các Copolymer nhũ tương có tính acid, khi dùng NH4 trung hòa acid, các thickener này trở thành chất lỏng độ nhớt cao. Nó là một “tổ hợp” thickener thường được chọn dùng rộng rãi trong thi công sơn nước do có các tính chất tạo màng (thi công) tốt hơn so với Thickener Cellulosic, lại có giá rẻ hơn. 

Tuy nhiên, với hệ sơn nước gốc Acrylic, do yêu cầu trương nở ở pH 8-10 nên Thickener Polyacrylate trương nở kiềm ít được sử dụng. 

C. Tổ hợp Thickener gốc Polyether Polyurethan (PEPU) 

PEPU là chất lưu biến thế hệ mới cho sơn gốc nước có các tính chất màng sơn thi công vượt trội về độ dàn trải và tráng phẳng, và không vương vãi do văng sơn khỏi con lăn, cọ quét. PEPU là Thickener Non-ionic và không cần điều chỉnh độ pH. Tác dụng “làm đặc” đạt được do có sự tập hợp với các bột màu, chất tạo màng và các chất hoạt động bề mặt trong thành phần sơn gốc nước 

D. Cách xây dựng công thức sử dụng 3 loại Thickener chủ yếu

D.1 Với Thickener Cellulose: 

Xác định các thông số yêu cầu của sơn nước đạt chất lượng hoàn hảo và thi công thuận lợi. Ví dụ: sơn nước Acrylic – bán bóng (semi-gloss) yêu cầu độ nhớt Stormer 85Ku. 

Tiến hành chọn Thickener Cellulose loại 400 CPS (trọng lượng phân tử thấp – trung bình) là thích hợp cho hệ sơn này đáp ứng được các điều kiện thi công tạo được màng sơn dàn trải tốt, bằng phẳng. 

Trong khi đó, loại Thickener Cellulose có trọng lượng phân tử cao hơn, tuy rẻ tiền hơn nhưng lại không cho các tính chất thi công tạo được màng sơn đạt yêu cầu của loại sơn Semi-gloss. 

D.2 Với Thickener ASA – gốc Polyacrylate:

 Thông số độ nhớt yêu cầu giống như Thickener Cellulose; nhớt kế Stormer. ASA ở dạng lỏng dễ sử dụng hơn HEC, cần chọn loại và kiểm tra ASA cho thích hợp và lưu ý cần điều chỉnh pH của sơn 8-10. 

Dùng ASA thường làm giảm độ nhớt của sơn do tương tác với các chất keo tụ (Coalescing Agents), các chất hoạt động bề mặt anionic, các chất phân tán màu, vì vậy cần phối hợp ASA với Thickener Cellulose hoặc Thickener gốc vô cơ (Clay) để khắc phục việc giảm độ nhớt. 

Tuy nhiên, làm như vậy, giá thành sơn sẽ tăng lên, đồng thời chất lượng màng sơn lại kém dàn trải và phẳng mặt.

D.3 Với Thickener PEPU: 

So với các loại Thickener khác, PEPU có các ưu điểm vượt trội là: 

- Tính dàn trải và phẳng tuyệt hảo

 - Không in vết cọ quét

- Ít vương vãi khi thi công sơn bằng con lăn

- Bền với chà rửa

 - Sơn rất ổn định khi lưu trữ

- Tương hợp tốt với các nhựa làm sơn rất bóng

- Không bị lệ thuộc vào độ pH

- Rất dễ phân tán

- Bền với sự phân hủy sinh học. 

Như đã nói ở phần trên, Thickener gốc Cellulose (HEC) có tác dụng ở tốc độ dịch chuyển thấp, có nghĩa là chống loang chảy màng sơn lúc thi công và ngược lại, Thickener PEPU lại có tác dụng ở tốc độ dịch chuyển cao. Vì vậy, đối với các loại sơn chất lượng cao cần đạt yêu cầu mà Thickener đáp ứng được, người ta thường sử dụng phối hợp cả 2 loại thickener này.