Sơn hệ nước

Trong nhiều năm, sơn hệ nước bị đánh giá là yếu hơn về mặt hóa học so với hệ sơn dung môi. Nhưng trong những năm gần đây do các quy chế ngặt nghèo và chất lượng không khí nên các hãng sản xuất sơn phải chú trọng ưu tiên vào sản xuất sơn hệ nước. Các tiến bộ kỹ thuật đạt được đã cho phép chúng ta phát triển sơn hệ nước có các cơ tính gần tương đương với sơn dung môi, đồng thời tạo ra nhiều ưu điểm quan trọng. 

Một trong những ưu điểm quan trọng nhất có thể nói là hạ thấp hàm lượng các chất bay hơi (VOC) mà thậm chí còn thỏa mãn các quy định nghiêm ngặt nhất về khống chế VOC. Thông thường sơn hệ nước có mức VOC thấp dưới 2 pound/gallon (238g/lit). Do màng sơn tạo thành bằng cách bay hơi nước thay cho dung môi nên sơn hệ nước còn có tiện ích chùi rửa sạch được nên tiết kiệm được đáng kể chi phí dung môi cho các người sử dụng.  Trong mọi trường hợp thì viêc giảm mức độ dung môi đồng nghĩa với việc giảm mùi khó chịu và cải thiện môi trường làm việc, giảm nguy cơ cháy và do đó sẽ giảm thiểu chi phí  bảo hiểm cơ bàn cũng như là tạo môi trường làm việc an toàn hơn.Sơn hệ nước còn có thể sơn lên hầu hết các chất liệu, kể cả kim loại, nhựa, gỗ, thủy tinh, tường nhà và bằng hầu hết các phương pháp  thông thường kể cả như phun, nhúng. Một số loại sơn hệ nước còn có thể khô bằng không khí và một số loại khác thì  khô bằng sấy.

Sơn hệ nước không thích hợp với tất cả các ứng dụng.  Lớp sơn làm việc tốt nhất khi đạt độ dày màng khô tới 1,2 mil (0.29 mm). Trong môi trường độ ẩm cao thì sơn hệ nước cần nhiều thời gian hơn để khô đo đó sẽ cần trang bị thêm hệ thống khuấy đảo không khí, khử  và thoát ẩm… nên sẽ tăng thêm chi phí so với việc dùng sơn hệ khác.

Mặc dù không phải là 100% không chứa dung môi nhưng sơn hệ nước chứa một hàm lượng dung môi hữu cơ rất thấp. Lớp sơn khô theo cơ chế tương tự như đối với sơn dung môi, hoặc là thông qua ôxy hóa hay bằng phản ứng khâu mạch nhiệt rắn. Sơn hệ nước latex đóng rắn thông qua viêc các chuỗi latex liên kết lại khi mà cả nước và dung môi cùng bay hơi tạo áp lực cho các hạt latex trong lớp sơn liên kết lại. 

Hầu như các loại sơn hệ nước ngày nay sử dụng một trong 3 loại polymer tổng hợp mà qua đó xác định được đặc tính cuối cùng của lớp sơn:

Hệ nhũ tương (water-emulsion): các polymer nhũ tương hoặc phân tán trong nước.

Hệ tan trong nước (water-soluble) : các polymer phân tán hệ keo hoăc tan trong nước.

Hệ nhựa khử được bằng nước (water-reducible): Ba loại polymer này khác nhau cơ bản về cơ tính và lý tính nên đã tạo ra phạm vị rộng để lựa chọn các công thức sản xuất và phát triển sơn hệ nước. (xem hình)

Như vậy người ta có thể chọn hệ nhựa và công thức sản xuất khác nhau để chế ra các lớp sơn đa dạng về đặc tính vật lý  và khác nhau về cấu trúc hóa học. Ví dụ như sơn hệ nước có thể có các đặc tính tốt chẳng hạn như độ cứng, khả năng chịu vết, độ mềm dẻo và khả năng chống ăn mòn. Sơn hệ nước còn có thể đạt độ bóng cao và khả năng tuyệt vời về mức chịu ẩm cũng như chịu dung môi.

Hệ nhũ tương (water-emulsion): sơn hệ nhũ tương chứa các polymer nhũ tương là các hạt hình cầu riêng rẽ của polymer phân tử lượng cao nằm phân tán trong nước. Các hạt này bị tách ra riêng rẽ trong nước nhưng chúng có khả năng tăng khối lượng phân tử của polymer để cải thiện đặc tính cao hơn của hệ sơn mà không làm ảnh hưởng tới độ nhớt của sơn.

Nhờ có ưu thế của  khối lương phân tử lớn, hệ nhũ tương cho chúng ta đặc tính nổi trội nhất trong 3 hệ sơn, đó là đặc tính  dẻo dai, chịu hóa chất và chịu nước. Nếu áp dụng chế độ khô cưỡng bức thì có thể đạt dộ cứng bút chì 2H hoặc 3 H. Sơn hệ nước hệ nhũ tương cũng cho phép sử dụng hàm rắn cao nhất.

Trong những năm gần đây, với sự phát triển các loại nhựa nhũ tương chất lương cao tạo cơ hội và các lợi thế cho công nghệ sơn hệ nước – hệ nhũ tương. Đồng thời, thông qua việc lựa chọn và sàng lọc các monomer để khống chế khối lượng phân tử polymer đã giúp rất nhiều cho nâng cấp chất lượng sơn hệ nước, cũng như giúp tăng độ bám dính với bề mặt chất dẻo mới.

Sơn hệ nước hệ nhũ tương có thể khô bằng không khí, hoăc nếu muốn tăng khả năng chịu dung môi và chịu hóa chất thì dùng phản ứng nhiệt rắn, nhưng trong một số trường hợp thì những đăc tính dẻo dai không cải thiện thêm được nếu chỉ điều chỉnh tăng khối lượng phân tử.

Lớp sơn phủ này đang được dùng rộng rãi cho các úng dụng cao cấp về hoàn thiện bề mặt, ví dụ như ô tô xe máy, sơn trên nhựa và các máy móc thiết bị.

Hệ tan trong nước (water-soluble): hệ sơn này chứa các hạt cầu phân tán trong nước. Các hạt này nhỏ hơn các hạt trong hệ sơn nhũ tương (kể trên) và trương lên trong nước do đó mà khối lượng phân tử của nó sẽ nằm trong khoảng giữa polymer như tương và dung dịch. Các hạt này (được gọi là keo phân tán) có mức độ hòa tan khác nhau tùy theo có chứa các nhóm phân cực hoặc a xít hoặc kiềm.

Polymer phân tán dạng keo có thể có thể được coi là lai tạo (hybrid) của nhũ tương và polymer hòa tan vì chúng thể hiện đặc tính của cả hai. Nhờ thế mà lớp sơn hệ tan trong nước cho độ bóng cao, dẻo dai, chịu hóa chất, chịu nước và bền cao cũng như là dễ thi công. Hệ tan trong nước này được ứng dụng phổ biến cho nhiều ngành công nghiệp.

Hệ khử bằng nước: Hệ sơn khử bằng nước chứa các polymer đồng trùng hợp bởi các phản ứng trùng hợp xảy ra trong các loại dung môi hữu cơ có thể trộn với nước, ví như cồn hoặc Este. Nhóm phân cực trong polymer cho phép tạo ra dung dịch polymer tan được trong nước và có tính khử  được bằng nước. Không giống như hệ nhũ tương nước, độ nhớt và các đặc tính của hệ sơn này chủ yếu phụ thuộc vào trọng lượng phân tử.

Sơn hệ khử bằng nước có thể có các đặc tính như lớp sơn có độ bóng cao, trong, phân tán và thấm ướt màu  và các  đặc tính ứng dụng khác. Hệ sơn khử bằng nước được dùng rộng rãi cho các ngành công nghiệp. Một số loại nhựa mới được tạo ra sẽ cho phép cải thiện và hỗ trợ khả năng chịu ăn mòn của lớp sơn.

Các loại nhựa như alkyd, acrylic latex, epoxy, acrylic/epoxy hybrid, polyurethane, polyester và nhựa khác có thể dùng đề sản xuất sơn hệ nước. Nhựa Acrylic là được dùng thường xuyên hơn cho lớp phủ hoàn thiện. Nhựa epoxy ester tan trong nước và alkyd tan trong nước đang thống trị ngành thiết bị phụ tùng ô tô.

Nhựa epoxy khử được bằng nước thường được dùng làm sơn lót vì tương thích với tất cả các lớp sơn bên trên. Thông thường thì người ta phủ lên lớp lót epoxy bằng lớp Pu cho mục đích chất lượng cao và chống ăn mòn tốt.

Trong tương lai chúng ta cần liên tục phát huy các ưu điểm về công nghệ sơn hệ nước để tạo ra các hệ sơn siêu việt hơn.

Việc phát triển sản phẩm sơn hệ nước sẽ cải thiện tốt hơn việc sử dụng cũng như các đặc tính chất lượng, giúp cho người dùng các giải pháp hiệu quả để vượt qua các thách thức để phù hợp với quy định khống chế hàm lượng chất bay hơi (VOC)