CHẤT PHÁ BỌT DEFOAMERS & DEAERATORS (ANTIFOAMERS & AIRRELEASE)

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG:

Defoamer và Deaerator được gọi chung là chất phá bọt. Trong thực tế khó có thể xác định một cách chính xác hiệu quả của một chất phụ gia sử dụng là defoamer hay deaerator.

Để đơn giản hóa khái niệm, bản chất của bọt ướt (wet foam) sinh ra trong quá trình sản xuất sơn là loại bọt lớn (macro foam) phổ biến khi sản xuất sơn và mực công nghiệp gốc nước (waterbased) và bản chất của bọt khô (dry foam) sinh ra trong quá trình thi công sơn phổ biến bằng cọ quét, con lăn là loại bọt rất nhỏ (microfoam).

Cả 2 loại bọt Macro và Micro đều gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng của màng sơn do bị sần sùi da cam, bị lồi lõm, lỗ đinh trên mặt sơn khô

Defoamer dùng để phá bọt macro
Deaerator dùng để phá bọt micro

Defoamer và Deaerator chủ yếu được cho vào sơn trong quá trinh nghiền sơn và là những thành phần không thể thiếu khi xây dựng công thức sơn…

1.2 NHỮNG HIỂU BIẾT CẦN THIẾT VỀ DEFOAMERS

A. Bản chất hóa lý của bọt (wet foam)

- Bọt ướt (wet foam) được xác định là bọt khí nằm trong chất lỏng dạng hình cầu - gọi là bọt Macro.

- Bọt macro ở trạng thái bền vững nếu trong chất lỏng có chứa các chất hoạt động bế mặt điển hình là các chất nhũ hóa, các chất thấm ướt và phân tán bột màu. Đây là trường hợp thường gặp trong quá trình sản xuất sơn gốc nước.

- Các hiệu ứng làm bền các bọt Macro có thể kể ra như sau:

* Việc giảm sức căng bề mặt do chất hoạt động bề mặt.

* Độ nhớt bề mặt của các lớp chất hoạt động bề mặt.

* Việc giảm dòng chảy trong các mao dẫn nhỏ.

* Lực đẩy tĩnh điện của các lớp kép.

* Độ co giãn màng.

* Hiệu ứng tự dàn trải của màng.

Tóm lại, các hiệu ứng làm bền bọt macro làm tạo ra một lớp mỏng tụ hợp các bọt ướt bền vững cần phải phá đi làm chất lượng màng sơn không bị ảnh hưởng xấu.

B. Các yêu cầu cần thiết đối với chất phá bọt (Macro foam)

b.1. Các yêu cầu cơ bản đối với chất phá bọt là:

* Không tan trong môi trường cần phá bọt.

* Có hệ số xâm nhập bề mặt đạt yêu cầu. Các yêu cầu này nhằm mục đích phá được lớp bọt nằm tiệm cận ở bề mặt chất lỏng (sơn).

b.2. Bản chất thành phần hóa học và chức năng tác dụng của các chất phá bọt ướt như sau:

* Chức năng chất mang và dàn trải gồm các chất: Mineral Oil (dầu khoáng), Wax Parafin – Oxo Oil (dầu tổng hợp Oxi hóa trị 4), Native Oil (dầu thiên nhiên), Fatty Alcohol (rượu béo).

* Chức năng hấp thụ các phân tử chất hoạt động bề mặt gồm các chất: Wax soap (xà phòng wax), Amide – Hydrophobic Silica (Silica – kỵ nước).

* Chức năng phá hủy cơ học lớp bọt tiệm cận, dàn trải van hấp thụ các chất hoạt động bề mặt gồm các chất: Silicone Oil (dầu Silicon), Mod Silicone Oil (dầu Silicon biến tính), Propylene Glycol.

* Chức năng điều chỉnh sự tương hợp gồm các chất hoạt động bề mặt Nonionic.

b.3. Các nguyên tắc lựa chọn chất phá bọt Defoamer (macro foam):

* Tính chất hoàn hảo: có hiệu quả, có tính tương hợp và kéo dài thời gian tương hợp.

* An toàn môi trường: hàm lượng chất hữu cơ bay hơi thấp, mùi vị, hàm lượng các Hydrocarbon đóng vòng thơm (dung môi thơm), sự phân hủy sinh học, tính độc hại sức khỏe, v.v….

* Giá cả: phù hợp theo loại sản phẩm.

b.4. Một số lưu ý khi sử dụng chất phá bọt Defoamer (macro foam):

* Thông thường có 3 dạng defoamer: dạng dung dịch (solution), ạng nhũ tương (emulsion) van dạng nguyên chất (100% active). Trong 3 dạng defoamer này chỉ có dạng emulsion defoamer là có thể đưa vào sơn lúc pha loãng, còn lại cần cho vào sơn lúc nghiền.

* Tuy nhiên do Emulsion Defoamer lại có nhược điểm là do pha vào sơn lúc pha loãng, tốc độ phân tán thấp, nên trong quá trình lưu trữ, các sơn có Emulsion Defoamer rất dễ bị bọt trở lại làm hư hỏng màng sơn khô.

1.3 NHỮNG HIỂU BIẾT CẦN THIẾT VỀ DEAERATORS

A. Bản chất hóa lý của bọt cực nhỏ (microfoam = dry foam)

- Bọt cực nhỏ (micro foam) được xác định là các bọt khí hình cầu xuất hiện ở bề mặt tiếp xúc giữa màng sơn và bề mặt sơn suốt trong quá trình khô của màng sơn sau khi thi công.

- Đối với sơn gốc dung môi và không dung môi, các bọt micro này thường xuất hiện van tồn tại ngay khi thi công màng sơn do độ nhớt của sơn tăng lên trong quá trình khô, các bọt micro còn nằm lại trong màng sơn nếu không có chất phá bọt micro (đối với sơn gốc nước thì bọt micro ít bền hơn so với sơn gốc dung môi – nên người ta thường quan tâm đến bọt macro như trình bày ở phần 1.2)

- Nguyên nhân tạo thành bọt micro:

* Sự xâm nhập của không khí vào sơn khi tiến hành lọc trước khi đóng gói hoặc khi trộn 2 thành phần A, B của các loại sơn 2 thành phần.

* Sự xâm nhập của không khí trong quá trình thi công sơn, ví dụ: lăn, nhúng, phun, nhất là phun sơn chân không (airless).

* Các bọt khí tạo thành do phản ứng hóa học của sơn 2 thành phần (ví dụ: phản ứng giữa isocyanate với độ ẩm không khí). Các bọt khí xâm nhập nói trên vào sơn, dưới tác dụng của các chất phụ gia hoạt động bề mặt có trong sơn cùng với các thành phần tạo màng sơn sẽ bị cản trở quá trình dâng lên của bọt khí và vì vậy các micro foam trở nên bền vững, kết quả là trên màng sơn khô tạo thành các hố lồi lõm làm giảm chất lượng của màng sơn khô.

B. Các yêu cầu cần thiết đối với chất phá bọt Micro - Deaerator

b.1 Các yêu cầu cơ bản đối với chất Deaerator

là tăng nhanh tốc độ “dâng lên” các bọt micro. Kết hợp các bọt micro ở gần nhau tạo thành các bọt lớn hơn và dâng nhanh đến bề mặt màng sơn. Như vậy, các chất Deaerator cần phải thâm nhập vào toàn bộ lớp sơn và thực hiện 2 chức năng nói trên (trong khi đó, Defoamer thì lại có chức năng chủ yếu phá hủy các bọ marco).

b.2 Bản chất thành phần hóa học của các chất Deaerator:

* Các polymer hữu cơ như Polyether, Polyacrylate.

* Silicone Oil: Polydimethyl siloxane.

* Các Polysiloxane biến tính đặc biệt, ví dụ: Alkyl, Aryl, …

* Các Silicone Flo hóa.

1.4 TIÊU CHUẨN CHỌN LỰA VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM HIỆU LỰC DEFOAMER VÀ DEAEARATOR (TÓM TẮT)

A. Tiêu chuẩn chọn lựa các chất phá bọt nói chung (Defoamer & Deaerator)

Là mức độ hiệu lực phá bọt với yêu cầu thiết yếu là các chất phá bọt nói chung không được tương hợp (hòa tan) vào hệ sơn cần phá bọt. Vì vậy, không có một loại chất phá bọt dùng cho tất cả các loại sơn khác nhau.

a.1 Chọn lựa chất phá bọt cho hệ sơn gốc nước (aqueous coatings), chủ yếu phá bọt macro, có 2 loại chính là:

* Chất phá bọt gốc dầu khoáng (mineral oil) có chứa 80-95% dầu khoáng dùng để mang các chất phá bọt khác là các hạt kỵ nước (hydrophobic particles) xâm nhập vào vùng bọt tiệm cận bề mặt sơn. Các hạt kỵ nước này có thành phần chủ yếu là các Stearate, kim loại, dẫn xuất acid béo, silica kỵ nước hoặc các hợp chất Polyurea, các hạt kỵ nước này đóng vai trò phá hủy bọt macro.

Thường các chất phá bọt gốc Mineral Oil được phối với một lượng nhỏ Silicone để tăng thêm tác dụng.

* Chất phá bọt gốc silicone là các loại dầu Silicone Oil kỵ nước, ví dụ: Poly (dimethyl siloxane) hoặc Poly Oxypropylene – Poly (Dimethyl Siloxane) biến tính. Thường dầu Silicone Oil được cung cấp dưới dạng nhũ tương nhằm dễ dàng xâm nhập vào sơn để dễ phá hủy bọt macro.

a.2 Chọn lựa chất phá bọt cho sơn hệ dung môi không phải là nước (Nonaquaous coatings)

* Các Polysiloxane: được dùng nhiều nhất. Cần chú ý phân biệt cấu trúc của các Polysiloxane này để lựa chọn. Chỉ có các Poly (Dimethylsiloxane) nguyên chất có độ nhớt nằm trong khoảng 5,000 – 50,000 mPas mới có tác dụng.

* Các Polysiloxane có gắn mạch polyether có tính chất “ưa nước” mới có tác dụng (vì không tương hợp với sơn gốc dung môi).

* Các Poly (Methylalkylsiloxane).

* Các chất phá bọt không chứa silicone (non-silicone) là các polymer hữu cơ. Ví dụ: Polyether, Polyacrylate. Nói chung, các tiêu chuẩn chọn lựa nói trên chỉ là nguyên tắc, thông thường, người ta thường sử dụng phối hợp một số chất phá bọt để hỗ trợ tác dụng cho nhau, và để phá bọt triệt để hơn (cả bọt macro và bọt micro).

Khi nghiền sơn cần phải dùng chất phá bọt macro (Defoamer) và trước khi lọc đóng gói cần dùng thêm các chất phá bọt micro (Deaerator). Việc lựa chọn các chất phá bọt đúng tác dụng cần trải qua quá trình thí nghiệm chọn lựa.

B. Các Phương pháp thí nghiệm chọn lựa chất phá bọt

b.1 Thí nghiệm hiệu lực tác dụng phá bọt dựa trên nguyên tắc đưa không khí vào sơn, thử nghiệm bằng 4 cách thử: lắc, khuấy máy, khuấy bơm van con lăn có lỗ xốp, quan sát các hiện tượng bọt bị phá hoặc thể tích bọt sinh ra giảm đi nhanh đến đâu, hoặc thi công màng sơn rồi quan sát các khuyết tật bề mặt.

b.2 Thí nghiệm hiệu lực phá bọt sau một thời gian lưu trữ sơn bằng cách lưu trữ sơn thí nghiệm ở 50 độ C trong 4 tuần lễ, độ bền của chất phá bọt được thể hiện rõ ràng nhất là với những chất phá bọt có chứa các hạt kỵ nước (hydrophobic particles). Chúng sẽ lắng tách ra sau thời gian thí nghiệm nói trên

Tóm tắt và kết luận

a. Không khí xâm nhập vào sơn trong quá trình sản xuất và thi công sơn gây ra hiện tượng bọt (FOAM).

Bọt Macro (còn gọi là bọt ướt) hay bọt lớn sinh ra chủ yếu trong quá trình sản xuất sơn và nằm trong sơn do tác dụng làm bền bọt của hàng loạt các chất phụ gia hoạt động bề mặt sử dụng trong sơn.

Bọt micro (còn gọi là bọt khô) hay bọt nhỏ (cực nhỏ) sinh ra chủ yếu trong quá trình lọc sơn trước khi đóng gói hoặc trộn các thành phần A, B trước khi thi công, bọt micro bị chậm “dâng lên” bề mặt màng sơn do tác dụng sức căng bề mặt ở màng sơn khô, làm tạo ra các lỗ kim, hố lõm trên màng sơn gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng sơn.

b. Chất phá bọt macro còn gọi là DEFOAMERS

Có tác dụng chính là “phá hủy” độ bền vững của bọt macro và được sử dụng nhiều trong sơn gốc nước. Chất phá bọt micro còn gọi là DEAERATORS có tác dụng chính là “tăng tốc độ dâng lên” bề mặt sơn của các bọt micro và được sử dụng nhiều trong sơn gốc dung môi.

Tuy nhiên, trong thực tế rất khó chỉ định chính xác chất nào là phá bọt macro hay micro mà thường gọi chung là chất phá bọt và tiến hành chọn lựa bằng cách dựa vào các tiêu chuẩn chọn lựa được tổng kết qua thực tế và thực hiện các thí nghiệm đánh giá hiệu lực phá bọt.

Đối với sơn gốc nước, sử dụng 2 nhóm chất phá bọt gốc Mineral Oil (dầu khoáng) và gốc Silicone Oil (dầu Silicon) dạng nhũ tương

Đối với sơn gốc dung môi, sử dụng 4 nhóm chất phá bọt là: