BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN HÓA HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SƠN CAO CẤP
CÓ KHẢ NĂNG CÁCH NHIỆT, CÁCH ÂM, TIẾT KIỆM
NĂNG LƯỢNG Chủ nhiệm đề tài : PGS.
TS. PHẠM THẾ TRINH

9013
5. CN. Hà Đại Phong
6. CN. Đoàn Thị Tư
Hà Nội - 2011
KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TRONG BÀI

ASTM Tiêu chuẩn Mỹ
BĐ Bột độn
BTT Bột thủy tinh
CFE Cacdarnol- formaldehyt-epoxy
CSV Cao su vòng
CTA Cát thạch anh
CTM Chất tạo màng
DBP Đibutylphtalat
DOP O-dioctylphtalat
DTH Dầu trùng hợp
EP YD-128 Nhựa epoxy 128
ISO Tiêu chuẩn quốc tế
PEPA Polyetylen polyamin
PU Polyuretan
SBTT Sơn bột thủy tinh
SCN-CTA Sơn nâu đỏ - cát thạch anh
SCN-CTA-BTT Sơn nâu đỏ- cát thạch anh và bột thủy tinh.
SCN-GS Sơn cách nhiệt ghi sáng
SCN-NĐ Sơn cách nhiệt nâu đỏ
SCN-O Sơn nâu đỏ
không có phụ gia cách nhiệt
SCTA Sơn cách nhiệt - cát thạch anh

PHẦN 1-TỔNG QUAN…………………………………………………………3
1.1. Giới thiệu chung về sơn cách nhiệt………………………………………….3
1.2.Tình hình nghiên cứu sản xuất sơn cách nhiệt trên thế giới………………….5
1.3. Tình hình nghiên cứu sản xuất sơn cách nhiệt tại Việt Nam…………… 6
1.4. Nguyên liệu sản xuất sơn cách nhiệt, cách âm… …………………… 7
1.4.1. Chất tạo màng cho sơn cách nhiệt cách âm ………………………………7
1.4.2. Bột màu và chất độn dùng cho sơn cách nhiệt, cách âm …………… 10
1.4.3.
Các chất phụ gia cho sơn cách nhiệt, cách âm ……………………… 14
1.4.4. Dung môi chế tạo sơn cách nhiệt, cách âm …………………………… 18
1.5. Giới thiệu chất tạo màng trên cơ sở dầu vỏ hạt điều……………………….20
1.6. Sơ đồ công nghệ chế tạo sơn……………………………………………….20
1.7. Ứng dụng của sơn cách nhiệt……… 24
PHẦN 2: THỰC NGHIỆM………………………………………………… 26
2.1. Nguyên liệu, hóa chất………………………………………………………24
2.2. Thiết bị nghiên cứu……………………………………………………… 27
2.3.Phương pháp nghiên cứu……………………………………………………27
2.3.1. Lựa chọn chấ
t tạo màng………………………………………………….27
2.3.2. Phương pháp chế tạo sơn cách nhiệt, chống nóng……………………….27
2.3.3 Các phương pháp phân tích tính chất cơ, lý nhiệt của màng…………… 29
PHẦN - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN………………………………………32
3.1. Nghiên cứu chế tạo sơn cách nhiệt, chống nóng – Lựa chọn nguyên liệu…32
3.1.1. Lựa chọn chất tạo màng………………………………………………….30
3.1.2. Phụ gia cách nhiệt……………………………………………………… 35
3.1.3. Bột màu, chất độn……………………………………………………… 35
3.1.4. Các loại phụ gia khác…………………………………………………….36
3.2. Xây dựng phối liệu chế tạo sơn…………………………………………….36
3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất cơ, lý nhiệt của màng sơn…………… 37


hết sức bức thiết. Cùng với nhịp độ phát triển của kinh tế xã hội không chỉ là số
lượng mà chất lượng c
ũng rất cần được quan tâm. Đáp ứng mục tiêu công nghiệp
hóa, hiện đại hóa đòi hỏi công trình xây dựng nhà ở cần có chất lượng cao. Ngoài
yêu cầu về kết cấu bền vững, nhà ở phải được thiết kế và có cấu trúc hợp lý, hiện
đại. Sử dụng các vật liệu xây dựng phải tốt, bền đẹp và đáp ứng nhiều yêu cầu
khác như bớt nóng vào mùa hè và đỡ lạnh vào mùa
đông Hiện nay, yêu cầu đối
với các khu nhà cao tầng, nhà xưởng công nghiệp đối với việc sử dụng vật liệu
cách nhiệt, cách âm, chống nóng là rất cần thiết. Do vậy nhu cầu về vật liệu này
ngày càng lớn. Theo thống kê thị trường mỗi năm ở nước ta cần khoảng 100.000
tấn/năm vật liệu chống nóng và 200.000 tấn/năm đối với sơn cách nhiệt, cách âm
cho xây dựng mới và c
ải tạo.
Có nhiều loại vật liệu cách nhiệt, cách âm, chống nóng của các nước trên
thế giới đã vào thị trường Việt Nam như: tôn được ép dính lớp polyuretan (PU)
xốp cách nhiệt, cách âm, hay sử dụng vật liệu là các tấm bông thủy tinh cho việc
chống nóng, chống ồn ,….Trong số các sản phẩm nói trên phải kể tới các loại
sơn cách nhiệt, cách âm của nhiều hãng sản xuất như: Nippon, Dulux, Maxillite,
Litex đang được phát triể
n và tiêu thụ mạnh [1]. Tuy nhiên, các sản phẩm
chống nóng này đều có giá thành cao. Vì vậy, việc “Nghiên cứu công nghệ sản
xuất sơn cao cấp có khả năng cách nhiệt, cách âm, tiết kiệm năng lượng” là
rất cần thiết, rất có ý nghĩa kinh tế, góp phần tiết kiệm năng lượng. Mục tiêu của
đề tài là: Tạo ra công nghệ sản xuất sơn cao cấp có khả năng phản nhiệt, … để
s
ơn phủ mái nhà các công trình xây dựng trong công nghiệp và dân dụng, tiến tới
sản xuất công nghiệp và ứng dụng trong cả nước, giảm nhập khẩu, tiết kiệm
ngoại tệ. 3
PHẦN 1 - TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về sơn cách nhiệt, cách âm
Có rất nhiều vật dụng, chi tiết, nhà cửa, công trình vv… được sơn phủ.
Tác dụng của sơn nói chung đầu tiên phải kể đến là nó có khả năng bảo vệ cho
bề mặt vật dụng cần được sơn khỏi tác dụng xấu từ môi trường, nâng cao tuổi
thọ cho các sản phẩm. Thứ hai là về mặt mỹ thuậ
t, nó tạo cho sản phẩm có mầu
sắc đẹp hơn và người ta có thể phân loại các chi tiết khác nhau nhờ lớp sơn phủ
và màu sắc bên ngoài của chúng [2]. Đối với sơn có khả năng cách âm, cách
nhiệt ngoài tác dụng trên chúng còn có tính chất đặc chủng là khả năng cách
nhiệt, cách âm, phản nhiệt, nên vào mùa hè nóng bức có tác dụng làm giảm nhiệt
độ trong nhà, trong khi mùa đông lại có tác dụng làm giảm sự thất thoát nhiệt
trong phòng, do đó sẽ tiết kiệ
m được năng lượng, do chi phí dùng điều hòa hay
sử dụng năng lượng để sưởi ấm [3].

Hình 1.1: Cấu tạo và tác dụng của sơn cách nhiệt,cách âm khi sơn phủ trên bề
mặt mái tôn

4
+ Về cấu tạo: Sơn cách nhiệt, cách âm, được tạo nên từ hỗn hợp bao gồm: chất
tạo màng, các loại phụ gia cách nhiệt, cách âm và các loại phụ gia khác… Hình
1.1. mô tả cấu tạo và tác dụng của hệ sơn cách nhiệt, cách âm, chống nóng khi
sơn phủ lên bề mặt của tấm tôn. Sau khi hoàn thiện hệ sơn cách nhiệt, cách âm sẽ
tạo thành lớp bề mặt và các lớp khác nhau có tác dụng phản xạ, tán xạ, ngă
n cản
a. Mái tôn phủ lớp sơn thông thường b. Mái tôn phủ lớp sơn cách nhiệt, cách âm
Hình 1.2: So sánh sự truyền nhiệt giữa mái tôn phủ sơn thông thường và mái tôn
phủ sơn cách nhiệt, cách âm
Theo hãng Azonobel: khi sử dụng sơn cách âm cách nhiệt để sơn phủ trên
các mái nhà xưởng, trong những ngày nắng nóng, nhiệt độ trên mái đo được từ
42- 44
o
C, nhưng nhiệt độ trong nhà đo được chỉ khoảng 25-32
o
C [6]. Akridge và
cộng sự đã nghiên cứu và tạo ra được các hệ sơn cách âm, cách nhiệt trên cơ sở
sử dụng các loại bột màu, hạt gốm, hạt thủy tinh hình cầu… có khả năng phản
xạ, cách nhiệt, cách âm. Kết quả ứng dụng hệ sơn này để sơn phủ lên mái nhà, đã
làm giảm nhiệt độ của áp mái nhà tới 33
o
C [7].
1.2. Tình hình nghiên cứu sản xuất sơn cách nhiệt, cách âm trên thế giới.
Hiện nay nhu cầu về vật liệu sơn phủ là rất lớn, ước tính hàng năm nhu
cầu thị trường toàn cầu đạt gần 30 tỷ lít mỗi năm đương đương với hàng 100 tỷ
USD và không ngừng tăng lên. Tỷ lệ tăng trưởng hàng năm cỡ khoảng 5%, cùng
với sự phát triển không ngừng, của các ngành công nghiệp và bảo vệ
môi trường,
tiết kiệm năng lượng… đang được đặc biệt quan tâm thì vấn đề nghiên cứu
không chỉ là tạo ra các loại sơn chất lượng cao, hạ giá thành, mà việc nghiên cứu
hướng tới ứng dụng các loại sơn đặc chủng có khả năng cách âm, cách nhiệt, tiết
kiệm năng lượng đang được được hết sức chú ý hiện nay.

6

C, nhu cầu về sơn cách nhiệt, cách âm cho
các công trình xây dựng là rất lớn. Hiện tại, đã có một số sản phẩm sơn cách
nhiệt, cách âm đã được giới thiệu chào bán, tất cả đều nhập khẩu hoàn toàn từ
nước ngoài như. Sơn Keva, sơn Nansulate, InsuMax Nhu cầu sử dụng sơn
chống nóng, cách nhiệt, cách âm dùng cho các công trình xây dựng, nhà xưởng,
nhà dân dụng là rất lớn, đặt ra nhiệm vụ nghiên cứu cho các nhà khoa học trong

7
nước. Việc nghiên cứu chế ra các loại vật liệu sơn cao cấp cách nhiệt, cách âm,
tiết kiệm năng lượng, giảm giá thành sản phẩm là rất có ý nghĩa.
Trong những năm qua, một số cơ sở trong nước đã tiến hành nghiên cứu
về lĩnh vực này như:
+ Võ Phiên cùng cộng sự đã nghiên cứu sơn cách nhiệt, cách âm, cách
điện trên cơ sở olyurethane-cardanol [13].
+ Công ty TNHH SX – TM – DV Oai Phong đã nhập và tiêu thụ sơn
InsuMax tại thị trường Việt Nam. Loại sơn này được chế tạo trên cơ sở nhựa nhũ
tương có khả năng bám dính tốt, khả cách nhiệt, cách âm, chống nóng hiệu quả
cho mái tôn và tường nhà cửa [14].
+ Hiện tại, Viện Hóa Học Công nghiệp đã và đang cùng hợp tác công ty
sơn của Nhật Bản nghiên cứu và triển khai công nghệ chế tạo vật liệu sơn cao
cấp đặc chủng tạ
i Việt Nam [15].
Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu mới dừng lại ở quy mô phòng thí
nghiệm. Một số loại sơn cách nhiệt, cách âm mới chỉ ra khả năng cách nhiệt,
cách âm ở mức độ thấp hoặc không đáng kể. Đặc biệt là việc triển khai sản xuất
những loại vật liệu đặc chủng này ở quy mô công nghiệp là chưa có.
1.4. Nguyên liệu sản xuất sơn cách nhiệt, cách âm
1.4.1.Chất t
ạo màng cho sơn cách nhiệt, cách âm
Chất tạo màng chiếm khoảng 30-40 % trọng lượng sơn. Chất tạo màng là

p thụ nước: ASTM E-96.
- Độ cứng: ASTM D-2583….
Chất tạo màng trên cơ sở nhựa polyvinylformal biến tính với nhựa
phenolcardanolformadehyt.
Do nhựa phenolformadehyt có tính phân cực mạnh, cardanol formadehyt
có mạch R ở vị trí meta và đặc biệt do tương quan nhóm hydroxyl ít, độ hút ẩm
của nhựa cardanolformadehyt thấp, cho nên để kết hợp tạo ra sản phẩm có độ
dẻo, khả năng bám dính cao và độ hút ẩm thấp, nhiều công trình nghiên cứu đã
tập trung đi sâu vào quá trình tổng h
ợp nhựa phenolcardanolformadehyt.

9
Nhựa polyvinylformal biến tính với phenol-cardanol-formaldehyt cho ta
chất tạo màng có tính chất quý giá như cách nhiệt, cách âm, cách điện, độ bền
uốn cao…
Độ bền nhiệt, tính năng cơ lý, tính chất điện của màng nhựa polyvinylformal
đã biến tính với phenolcardanolformadehyt là cao hơn so với nhựa polyvinylformal
và sự suy giảm tính chất sau khi ngâm nước của sản phẩm là không đáng kể [13].
Chất tạo màng trên cơ sở nhựa polyeste
Nhựa polyeste là nhựa tổng hợp
được tạo thành do phản ứng của axit lưỡng
chức với rượu lưỡng chức. Chất tạo màng trên cơ sở polyeste có ưu điểm như:
lượng chất rắn không bay hơi cao, chịu nhiệt, chịu mài mòn, cách nhiệt, cách âm và
cách điện tốt. Tuy nhiên chúng có nhược điểm là khả năng bám dính yếu [2,16].
Chất tạo màng trên cơ sở nhựa acrylat
Nhựa acrylat là loại nhựa tổng hợp mới, được t
ạo thành do phản ứng trùng
hợp của axit acrylic. Nhựa acrylat có nhiều tính năng quý như: không biến màu,
chịu ánh sáng, chịu khí hậu, chịu ăn mòn hóa học, …Do đó màng sơn trên cơ sở
chất tạo màng nhựa acrylat cũng có ưu điểm:

loại không ưa nước như graphit, muội đèn….Mặt khác, chất tạo màng gồm nhiề
u
cấu tử có độ phân cực khác nhau nên muốn có hệ huyền phù giữa chất tạo màng
và bột màu cần có chất hoạt động bề mặt. Chất hoạt động bề mặt là những chất
trong phân tử vừa có nhóm phân cực, vừa có gốc không phân cực, thường là các
hợp chất hữu cơ có chứa nhóm -COOH, -OH. Nhờ có nhóm có cực và gốc không
có cực nên có thể hấp phụ lên bề mặt của các vật ư
a nước và không ưa nước.
Kích thước và hình dạng của các hạt bột màu cũng ảnh hưởng đến tính
chất của màng sơn, bột màu càng mịn càng tốt. Kích thước của hạt khoảng
0,5µm đến 10µm, nếu kích thước bé quá dưới 0,5-1µm thì khả năng phủ kém (g

11
bột màu/m
2
bề mặt sơn) nghĩa là tốn nhiều sơn, nếu kích thước lớn đến giới hạn
nào đó có thể vừa giảm được lượng sơn, vừa tăng phẩm chất của màng sơn. Hình
dạng của hạt cũng ảnh hưởng đến sức bền của màng sơn. Dạng hình kim như
oxit kẽm làm cho hạt sắp xếp được chặt chẽ ngăn chặn tia sáng và hơ
i ẩm, do đó
màng sơn bền với khí quyển. Bột nhôm dạng như vẩy làm cho màng sơn ánh
như bạc, làm phản chiếu tia sáng có hại cho màng sơn do đó làm tăng sức bền
thời tiết cho màng sơn [20]. Đặc biệt, một số bột màu có thể phản xạ tia tử ngoại
được tổng hợp từ hỗn hợp các hydroxit kim loại, muối nitrat, axetat hoăc oxit, ở
nhiệt độ nung 1000
o
C các chất tự phản ứng để sắp xếp cấu trúc tinh thể mới, ổn
định hơn [21]
Vì bột màu có tác dụng và ảnh hưởng nhiều đến tính chất của màng sơn,
nên tùy mục đích sử dụng mà ta chọn loại bột màu thích hợp. Khi chọn nên căn


2 Vàng

Cromat chì
PbCrO
4
. PbSO
4
Cromat kẽm
ZnCrO
4
.K
2
CrO
4
.ZnO
3 Xanh lá cây Oxit crom
Cr
2
O
3
.3H
2
O

4 Xanh da cam Cromat chì
PbCrO
4
.PbO
5 Đỏ Oxit chì Pb

yếu. Dùng làm sơn lót, mattit.
3 3MgO
4
SiO
2
H
2
O Chống bột màu kết tủa, chịu nước chịu mài mòn. Dùng
làm sơn lót, mattit
4 CaSO
4
H
2
O Hấp phụ nước mạnh. Dùng rất ít cho sơn lót, mattit
1.4.3. Các chất phụ gia cho sơn cách nhiệt, cách âm, chống nóng
Chất phụ gia chiếm từ 1-5 % được đưa vào sơn với tỉ lệ ít nhưng làm thay đổi
vai trò đặc trưng mà cấu tử chính (chất tạo màng, bột màu dung môi) không đảm
nhiệm hết. Các chất phụ gia được chia làm nhiều nhóm: chất làm khô, chất hoá
dẻo, chất chống lắng (chống keo tụ), chất ổn định, chất chống oxi hoá, bức
xạ… [22]
a.
Phụ gia cách nhiệt, cách âm
Phụ gia cách nhiệt, cách âm phổ biến dùng cho sơn cách nhiệt, cách âm là
bột cát thạch anh. Thành phần hóa học chính của cát thạch anh là SiO
2
> 90%.
Chúng được tạo thành từ các hạt bị gắn kết mà các hạt này lại có thể là các mảnh
vỡ của đá đã tồn tại trước đó hoặc là đơn tinh thể của các khoáng vật. Các chất
kết dính hay còn gọi là xi măng gắn kết có tác dụng gắn các hạt này với nhau chủ
yếu là canxit, các khoáng vật sét và các khoáng vật silica. Kích thước các hạt cát

1 TiO
2
2,61
2 Fe
2
O
5
2,35
3 ZrO
2
2,10
4 Al
2
O
3
1,70
5 SiO
2
1,54
6 Thủy tinh 1,52
+ Hạt cầu rỗng thủy tinh vô cơ có hệ số dẫn nhiệt cực thấp giúp cho sơn có
khả năng cách nhiệt, cách âm hiệu quả.

Hình 1.3: Các hạt thủy tinh rỗng hình cầu
+ Hạt gốm nhỏ tạo ra rào cản nhiệt. Các hạt gốm này có khả năng cản, khúc
xạ và tản nhiệt. Các hạt gốm có kích thước 30 - 100µm, khi chúng tạo thành rào
cản nhiệt sẽ tiết kiệm được 40% năng lượng và nhiệt độ chênh lệch lên tới 10
0
C.


+ Chất làm khô coban: là chất làm khô rất mạnh, quá trình làm khô tiến
hành nhanh ở bề mặt màng sơ
n, nhưng nếu sử dụng đơn độc thì màng sơn ở bên
trong khó khô, dễ sinh ra bong…
+ Chất làm khô mangan: chất làm khô mangan kém hơn chất làm khô
coban, quá trình làm khô tiến hành ở bề mặt, sau đó làm khô ở bên trong màng
sơn nhưng màng sơn cứng và giòn, thể hiện màu rất mạnh, nên việc sử dụng bị
hạn chế.
+ Chất làm khô chì: tốc độ làm khô chậm, quá trình làm khô không đồng
đều, có thể làm khô bên trong màng sơn, được màng sơn dẻ
o, đàn hồi, chịu khí
hậu tốt, không biến màu, vì vậy chất làm khô chì là loại tương đối tốt.
+ Chất làm khô hỗn hợp:
Chất làm khô hỗn hợp là hỗn hợp các chất làm khô. Chất làm khô hỗn hợp
thường cho ta màng sơn tốt, trong khi sử dụng đơn độc một chất làm khô người
ta không thể có được màng sơn tốt, vì vậy chất làm khô hỗn hợp thường được sử
dụng r
ộng rãi.
Chất làm khô có thể làm khô nhanh màng sơn, nhưng không phải dùng
lượng chất làm khô nhiều, thì làm khô nhanh. Thực tế chứng minh rằng, đôi khi
dùng lượng chất làm khô nhiều, không thể làm khô nhanh, mà lại làm cho màng
sơn dễ bị bong, đóng cục, lão hóa …, ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng
màng sơn.
* Phụ gia phân tán

17
Trong sơn màu, bột màu và chất độn phải được làm ướt trong dung môi và
phân tán đồng đều trong sơn. Khi bột màu và chất độn không thể hoặc khó làm
ướt, người ta cần phải bổ xung một lượng dung môi nhất định giúp cho việc phân
tán làm ướt bột màu và chất độn. Trong một số trường hợp cần phải đưa vào hệ

18
* Phụ gia ổn định sơn (chống keo tụ):
Trong quá trình lưu giữ, bảo quản sơn thường hay xảy ra hiện tượng kết tủa
chất màu. Trong những trường hợp sơn có độ nhớt thấp, người sản xuất thường
cho thêm chất làm tăng độ nhớt, giảm tính lưu động, đề phòng kết tủa như:
Cacboxymetyl xenlulo có thể hút nước, nở ra làm tăng độ dính kết. Những chất
này gọi là chất ổn định sơn. Hàm lượng của chúng trong sơn khoảng 0,25-1,0%.
* Phụ gia chống ăn mòn và chống mốc
Những vi sinh vật nằm trong màng sơn làm cho sơn ăn mòn và mốc. Vì vậy,
sơn thường có chất chống ăn mòn và chống mốc. Chất chống ăn mòn thường
dùng là các loại phenol, hợp chất aldehyt, lượng dùng 0,05-0,3% trọng lượng
sơn. Chất chống mốc thường là các hợp chất thiếc hữ
u cơ, hàm lượng sử dụng
khoảng 1% thành phần chất rắn trong sơn.
1.4.4. Dung môi chế tạo sơn cách nhiệt, cách âm
Dung môi chiếm 30-50 % trọng lượng sơn, là thành phần chính quyết định
độ nhớt của sơn, trong một số trường hợp có tác dụng như 1 chất hoá dẻo. Việc
dùng dung môi loại nào và lượng dung môi nhiều hay ít là có ảnh hưởng đến chế
độ gia công màng sơn bằng phương pháp: quét, lăn hay phun sơn [24].
Dung môi là những chất lỏng dễ bay hơi dùng để hòa tan chất tạo màng và
trong quá trình tạo màng sơn sẽ bay hơi đi. Dung môi cũng ảnh hưởng đến tính
chất của màng sơn, vì thế việc phối hợp sử dụng các dung môi có ý nghĩa quan
trọng.
Dung môi cần đạt các yêu cầu sau:
+ Hòa tan được hoàn toàn chất tạo màng
+ Có tốc độ bay hơi nhất định và bay hơi đi hoàn toàn không để lại mùi gì ở
màng sơn.
+ Trung tính và ổn định.
+ Ít độc, khó cháy nổ.
+ Phổ biến và giá rẻ.

Khối lượng
riêng ở
28
o
C
Nhiệt độ
sôi,
o
C
Ghi chú
1 Dầu xăng 0,730 >80
2 White spirit ≤0,795 ≤165 Một loại
dầu xăng
nặng
3 Benzen C
6
H
6
78 0,891 80,2 Hơi
benzen