Nghiên cứu Khoa học
Nghiên cứu chế tạo sơn chịu nhiệt độ cao trên 500°c bền hóa chất
Th6
Đinh Văn Nam, Hoàng Thanh Đức, Đinh Văn Kha, Nguyễn Tuyết Hà, Dương Thị Hằng
Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam
Abstract
Các thiết bị máy móc làm việc trong điều kiện nhiệt độ cần được bảo vệ bằng các hệ sơn phủ đặc biệt để tránh ăn mòn. Bài báo này đề cập đến các kết quả thu được từ việc nghiên cứu điều chế sơn chất lượng cao trên cơ sở lựa chọn, tổ hợp các loại nhựa thích hợp cùng các chất phụ gia và bột màu. Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ sơn thu được có khả năng bảo vệ tốt máy móc khỏi ăn mòn trong điều kiện làm việc trên 500oC.
Many equipments and machines need protecting under the conditions of high temperature and corrosion. In this article, the high quality paint is prepared by selecting and blending suitable resins together with some additives and pigments. Through testing methods, it is affirmed that this paint can perfectly protect machines from corrosion at working temperature above 500oC.
1. Mở đầu
Các loại sơn màng bảo vệ ngày càng đa dạng và được phát triển để đáp ứng yêu cầu của thị trường. Hệ sơn đặc biệt dùng để sơn phủ bảo vệ các loại máy móc thiết bị làm việc lâu dài trong điều kiện nhiệt độ cao trên 500oC và môi trường hóa chất đang là vấn đề thời sự cấp thiết [1], [2]. Hiện nay hệ sơn này hoàn toàn phải nhập ngoại với giá thành rất cao.
Nội dung của nghiên cứu này là chế tạo hệ sơn chịu nhiệt độ cao trên 500oC bền hoá chất trên cơ sở tổ hợp nhựa polysiloxan, nhựa acrylic nhằm kết hợp các tính chất ưu việt của các polyme thành phần cùng việc lựa chọn bột màu, các phụ gia để chế tạo ra hệ sơn đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kĩ thuật [3], [4], nhằm góp phần vào việc giảm nhập khẩu và chủ động được nguồn hàng.
2. Nội dung nghiên cứu
– Lựa chọn và tổ hợp hệ chất tạo màng cho hệ sơn đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu đề ra.
– Lựa chọn bột màu chịu hoá chất, bền nhiệt độ cao.
– Lựa chọn hệ dung môi và phụ gia thích hợp cho hệ sơn.
– Tối ưu hoá đơn phối liệu để hệ sơn đạt kết quả tối ưu.
3. Kết quả đạt được
3.1. Nghiên cứu lựa chọn nhựa polysiloxan
Khảo sát một số loại nhựa polyme cơ silic dạng polysiloxan dùng cho sơn chịu nhiệt trên thị trường, các tiêu chuẩn kỹ thuật thể hiện ở bảng 1 [5].
Bảng 1. Chỉ tiêu kỹ thuật của một số loại nhựa silicon
|
TT |
Chỉ tiêu kỹ thuật |
Kết quả thử một số loại nhựa |
||
|
Silicophen R80X |
Pintalu C600 |
Silicon FX 80 |
||
|
1 2 3 4 5 |
Hình dạng bên ngoài
Hàm rắn, % Độ nhớt ở 25oC, giây Tỉ trọng Độ chịu nhiệt, oC |
Lỏng sánh 79,85 155 1,15 650 |
Lỏng sánh 81,25 28 1,02 500 |
Lỏng sánh 80,28 35 1,05 500 |
Từ bảng 1 nhận thấy: trong 3 loại nhựa trên, nhựa Silicophen R80/X có độ chịu nhiệt cao hơn (650oC) và có độ nhớt hợp lý, đáp ứng được yêu cầu làm chất tạo màng cho sơn chịu nhiệt độ cao trên 500oC. Kiểm tra các tính năng cơ lý của nhựa Silicophen R80/X, kết quả chỉ ra ở bảng 2 [6].
Bảng 2. Tính năng cơ lý của nhựa Silicophen R80/X
|
TT |
Tên chỉ tiêu |
Đơn vị đo |
Kết quả |
|
1 2 3 4 5 6 |
Thời gian khô ở 3000C
Độ bám dính Độ bền va đập Độ cứng màng sơn Độ bền uốn Độ bóng |
phút điểm kg.cm so kính chuẩn mm % |
15 3 35 0.52 3 96 |
Từ bảng 2 nhận thấy: độ cứng, độ bóng của nhựa rất cao; thời gian khô của nhựa đạt yêu cầu. Các chỉ tiêu khác không đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật. Để khắc phục nhược điểm này cần tiến hành biến tính nhựa Silicophen R80/X.
3.2. Nghiên cứu lựa chọn nhựa biến tính với nhựa Silicophen R80/X
Với mục đích làm tăng độ bám dính, độ bền va đập và độ bền uốn cho nhựa Silicophen R80X nhưng không được ảnh hưởng nhiều đến tính chất chịu nhiệt của nhựa, qua nghiên cứu thử nghiệm và phân tích đánh giá, lựa chọn nhựa acrylic ký hiệu AC1152SS 51 của hãng Degussa, Đức (bảng 3).
Bảng 3. Tiêu chuẩn kỹ thuật của nhựa AC1152SS 51
|
TT |
Tên chỉ tiêu |
Đơn vị |
Kết quả |
|
1 2 3 4 5 |
Hình dạng bề ngoài
Hàm lượng chất không bay hơi Độ nhớt đo bằng Bz-4 ở 25oC Tỷ trọng Độ chịu nhiệt |
% giây – oC |
Dung dịch 51 135 1,12 300oC |
Khảo sát khả năng tương hợp của nhựa AC1152SS51 và nhựa Silicophen R80/X cho thấy rằng hai loại nhựa này tương hợp được với nhau. Kiểm tra các tính năng cơ lý của nhựa AC1152SS51, kết quả ở bảng 4.
Bảng 4. Tính năng cơ lý của nhựa AC1152SS51
|
TT |
Tên chỉ tiêu |
Đơn vị đo |
Kết quả |
|
1 2 3 4 5 6 |
Thời gian khô ở 25oC
Độ bám dính Độ bền va đập Độ cứng màng sơn Độ bền uốn Độ bóng |
phút điểm kg.cm so kính chuẩn mm % |
30 1 50 0,32 1 93 |
Từ kết quả ở bảng trên cho thấy nhựa AC1152SS51 có độ bền cơ lý cao, có thể tăng cường các tính năng cơ lý cho nhựa Silicophen R80/X.
3.3. Nghiên cứu tổ hợp nhựa để hệ chất tạo màng đạt kết quả tối ưu
Tiến hành thí nghiệm bằng cách thêm dần tỷ lệ nhựa AC1152SS51 trong nhựa Silicophen R80/X, sau đó hoà tan hệ nhựa trong dung môi thích hợp, gia công mẫu với độ dày màng là 30 µm [7] và kiểm tra các tính năng cơ lý.
Bảng 5. Ảnh hưởng của tỷ lệ AC/Silicophen đến tính chất hệ nhựa
| %AC/SILI
Chỉ tiêu |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
| Độ bám dính, điểm |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
2 |
2 |
2 |
2 |
1 |
1 |
1 |
1 |
| Độ bền uốn, mm |
3 |
3 |
3 |
3 |
2 |
2 |
2 |
2 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
| Độ bền va đập, kg.cm |
35 |
35 |
38 |
39 |
40 |
42 |
45 |
50 |
50 |
50 |
50 |
50 |
50 |
50 |
| Độ cứng, so kính |
0,51 |
0,51 |
0,50 |
5,50 |
0,48 |
0,47 |
0,46 |
0,42 |
0,41 |
0,39 |
0,38 |
0,35 |
0,35 |
0,35 |
| Độ chịu nhiệt, oC |
650 |
650 |
630 |
625 |
620 |
610 |
590 |
580 |
560 |
550 |
530 |
500 |
470 |
450 |
Từ kết quả trên rút ra nhận xét: hệ hỗn hợp nhựa đạt đựơc các chỉ tiêu kỹ thuật theo tỷ lệ sau AC1152SS51/Silicophen R80/X là 11/100. Phân tích chỉ tiêu kỹ thuật của hệ nhựa tổ hợp kết quả được chỉ ra ở bảng 6.
Bảng 6. Chỉ tiêu kỹ thuật của hệ nhựa tổ hợp
|
TT |
Tên chỉ tiêu |
Đơn vị |
Kết quả |
|
1 2 3 4 5 |
Độ bám dính
Độ bền uốn Độ bền va đập Độ cứng màng sơn Độ chịu nhiệt |
điểm mm kg.cm so kính chuẩn oC |
1 1 50 0,39 550 |
3.4. Nghiên cứu đơn phối liệu cho hệ sơn phủ
Để có được hệ sơn chịu nhiệt độ cao trên 500oC bền hóa chất, công việc tiếp theo là lựa chọn bột màu, hệ dung môi và phụ gia thích hợp. Qua thực nghiệm phối liệu đã tạo được hệ sơn phủ có thành phần nêu ở bảng 7.
Bảng 7. Đơn phối liệu cho hệ sơn chịu nhiệt trên 500oC
| TT | Nguyên liệu |
% Khối lượng |
NVMI(%) |
WT |
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
Silicophen AC1152SS51
Nhũ nhôm Phụ gia thấm ướt Al-stearat Phụ gia làm phẳng Axeton Butanol Butyl axetat Xylen |
47,25 8,25 13,0 0,25 0,35 0,15 3,1 1,5 7,7 18,45 100,00 |
80 51 100 100 100 100 0,0 0,0 0,0 0,0 |
37,8 4,21 13,0 0,25 0,35 0,15 0,0 0,0 0,0 0,0 55,76 |
Kiểm tra chỉ tiêu kỹ thuật của mẫu sơn nghiên cứu so sánh đối chứng với mẫu sơn nước ngoài hiện có trên thị trường, kết quả được chỉ ra ở bảng 8.
Bảng 8. Chỉ tiêu kỹ thuật của hệ sơn chịu nhiệt trên 500oC
|
TT |
Tên chỉ tiêu |
Đơn vị đo |
Sơn pha chế |
Mẫu đối chứng |
|
1 |
Dạng bề ngoài |
Cảm quan |
Lỏng sánh |
Lỏng sánh |
|
2 |
Màu sắc |
So mẫu |
Sáng bạc |
Sáng bạc |
|
3 |
Tỷ trọng |
– |
1,10 |
1,12 |
|
4 |
Hàm khô |
% |
55,76 |
58,25 |
|
5 |
Độ bền uốn |
mm |
1 |
1 |
|
6 |
Độ bền va đập |
Kg.cm |
50 |
50 |
|
7 |
Độ bám dính |
điểm |
1 |
1 |
|
8 |
Độ chịu nhiệt |
oC |
500-550 |
500 |
|
9 |
Bền axit |
Ngâm trong dd HCl 5% sau 48h |
Màng sơn không biến đổi |
Màng sơn mờ đi chút ít |
|
10 |
Bền kiềm |
Ngâm trong dd NaOH 2% sau 48h |
Màng sơn không biến đổi |
Màng sơn không biến đổi |
Từ bảng 8 nhận thấy mẫu sơn nghiên cứu đạt được các chỉ tiêu kỹ thuật đề ra cho sơn chịu nhiệt độ cao trên 500oC bền hóa chất. Từ kết quả phân tích có so sánh với mẫu đối chứng thấy rằng các chỉ tiêu kỹ thuật của mẫu sơn pha chế đều tương đương. Từ đó cho thấy mẫu sơn nghiên cứu có thể thay thế được sơn nhập của nước ngoài.
4. Địa chỉ áp dụng
Hệ sơn nghiên cứu đã được chế tạo và thử nghiệm tại xưởng phòng Nghiên cứu phát triển, Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam.
5. Kết luận
– Nghiên cứu biến tính tổ hợp nhựa Silicophen R80/X với nhựa AC1152SS51 tạo ra hệ chất tạo màng cho sơn chịu nhiệt độ cao trên 500oC bền hoá.
– Chế tạo thành công sơn chịu nhiệt độ trên 500oC bền hoá chất đạt tiêu chuẩn chất lượng tương đương với các sản phẩm sơn thương phẩm cùng loại. Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất sơn chịu nhiệt độ cao trên 500oC bền hoá.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
- Nguyễn Việt Bắc, 2003, Vật liệu sơn màng, NXB Quân đội nhân dân.
- Ngô Tiến Phúc, Đặng Minh Hạnh, Phạm Trọng Uyên, Đỗ Phổ, Phan Ninh, 1977, Cơ sở của hoá học các hợp chất cao phân tử, NXB Khoa học kỹ thuật, bản dịch từ tiếng Nga của A.A. XTRÊKHEEP, V.A. ĐÊRÊVISKAIA, G.L. SLÔNHIMXKI, P.388-391.
- Dr.P.Olding Ph.DBA and G.Hayward C., 1996, Chem.M.R.S.C, Resin for surface coating, London. Vol 3 P. 190-215.
- G.F.Playne, 1986, Organic coating technology, J.Wiley NY, Vol 1. P.135-152.
- ICI Company Ltd., 1996, Acrylic resin – Properties and use, London. P. 15-37.
- W.M. Mogans, 1982, Outlines of Paint technology, P. 125- 136.
Paul W. Morgan, 1985, Condensation polymers, Printed in United States of America.