Thông tin kết quả nhiệm vụ KH&CN

Hoàn thiện công nghệ và thiết bị sản xuất sơn Alkyd dung môi - nước có hàm lượng VOC thấp công suất 15.000 tấn/năm (22/05/2024)

Sơn Alkyd là sơn sử dụng chất tạo màng là nhựa Alkyd - loại nhựa polyester có biến tính, được tạo thành từ phản ứng hoá học giữa rượu đa chức với axit đa chức. Sơn Alkyd được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp và dân dụng với mục đích bảo vệ và trang trí cho các chi tiết máy, các thiết bị và dụng cụ sinh hoạt được làm từ kim loại, gỗ và một số vật liệu đặc biệt khác. Ưu điểm của sơn Alkyd là khi thi công tạo nên màng sơn bóng, bền, đẹp, độ bền cao, giá thành rẻ và khả năng thi công dễ dàng. Với nhiều ưu điểm vượt trội của mình, sơn Alkyd được áp dụng rộng rãi, chiếm tỉ trọng cao trong ngành công nghiệp sơn tại Việt Nam và cả khu vực Châu Á - Thái Bình Dương. Đối với các công ty sơn lớn trong nước như Sơn Bạch Tuyết, Sơn Đại Bàng, Sơn Tổng hợp Hà Nội... và ngay cả công ty Sơn Hải Phòng, sản lượng sơn Alkyd cũng chiếm từ 40-60% thị phần.

Sơn nói chung hay sơn Alkyd thông thường nói riêng, thường bao gồm các thành phần chính như: nhựa tạo màng, bột màu, bột phụ trợ, các phụ gia và dung môi (hoặc hỗn hợp dung môi). Trong các quá trình sản xuất sơn, dung môi được sử dụng như một chất pha loãng, tạo điều kiện cho quá trình nghiền và phân tán các thành phần của sơn được diễn ra dễ dàng. Với các sơn Alkyd thông thường, lượng dung môi trong sơn chiếm khoảng 50% về khối lượng. Khi thi công sơn, dung môi trong thành phần sơn sẽ thoát hết ra môi trường sau khi màng sơn khô. Dung môi phát thải ra môi trường thường mang những đặc tính như: độc tính, dễ bắt cháy, khả năng bay hơi cao và trong điều kiện thời tiết lạnh có thể tạo thành sương khói. Dung môi hữu cơ tồn tại lâu dài trong tự nhiên, khi phân hủy tạo ra sản phẩm độc hại, có khả năng chống lại các phân hủy sinh học làm hạn chế quá trình phân hủy tự nhiên. Đặc biệt dung môi hữu cơ nói riêng và các hợp chất VOC nói chung (Volatile Organic Compounds - các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, có điểm sôi từ 50⁰C đến 250⁰C tại áp suất không khí tiêu chuẩn 101,3 kPa. là nguyên nhân dẫn đến phá hủy tầng ô-zôn, gây ra nhiều bệnh nguy hiểm đối với con người và ảnh hưởng tiêu cực cho môi trường sống tự nhiên trên trái đất. Mặt khác dung môi hữu cơ thường là phụ phẩm của quá trình chưng cất dầu mỏ, có giá thành cao và là nguồn nguyên liệu không thể tái tạo được.

Với mục đích hạn chế việc sử dụng dung môi hữu cơ, giảm VOC trong sơn thì phương pháp tốt nhất là thay thế một phần dung môi hữu cơ có trong sơn bằng nước. Đối với chủng loại sơn Alkyd, chuyển từ Alkyd dung môi sang chủng loại Alkyd dung môi - nước. Đây cũng chính là sản phẩm của dự án: Hoàn thiện công nghệ và thiết bị sản xuất sơn Alkyd dung môi - nước có hàm lượng VOC thấp công suất 15.000 tấn/năm do Công ty cổ phần Sơn Hải Phòng thực hiện. Để sản xuất được chủng loại sơn Alkyd dung môi - nước có hàm lượng VOC thấp, nhóm nghiên cứu thay thế 30-35% lượng dung môi hữu cơ cần sử dụng trong sơn bằng nước. Chủng loại sơn Alkyd dung môi - nước này có tính thân thiện với môi trường hơn, sử dụng ít dung môi hơn, đồng thời có khả năng ứng dụng rộng rãi, giá thành không cao mà còn giảm so với chủng loại Alkyd dung môi thông thường (do thay thế một phần dung môi hữu cơ bằng nước).

Dây chuyền sản xuất sơn của Công ty cổ phần Sơn Hải Phòng.

Triển khai dự án, nhóm nghiên cứu hiệu chỉnh quy trình công nghệ sản xuất nhựa Alkyd phù hợp với hệ sơn Alkyd dung môi nước với việc nghiên cứu lựa chọn dầu béo (dầu thảo mộc); nghiên cứu thay Glyxerin bằng PE và điều chỉnh tỉ lệ; nghiên cứu lựa chọn phụ gia, chất xúc tác chống ô-xy hóa (rút ngắn thời gian phản ứng, tăng cứng cho màng sơn và tăng độ sáng màu của nhựa Alkyd); xây dựng đơn chế tạo nhựa Alkyd cho sơn phủ tối ưu; kiểm tra chất lượng sản phẩm nhựa Alkyd cho sơn phủ chế tạo tại phòng thí nghiệm và xây dựng đơn chế tạo nhựa Alkyd cho sơn chống rỉ phù hợp với hệ sơn Alkyd dung môi - nước tối ưu. Trong đó, việc xây dựng đơn chế tạo nhựa Alkyd cho sơn phủ phù hợp với hệ sơn Alkyd dung môi - nước tối ưu đã lựa chọn 2 loại dầu béo thích hợp chế tạo nhựa Alkyd cho sơn phủ: dầu đỗ tương, dầu lanh; nghiên cứu lựa chọn loại PE 98% của Guangzhou Xing Mai Long Commerce & Trade Co., Ltd - China để thay thế Glyxerin với tỷ lệ thích hợp trong công thức là 10,6% theo khối lượng; lựa chọn được chất xúc tác Ca(OH)₂giảm thời gian phản ứng của giai đoạn Mono, và lựa chọn được phụ gia Triphenyl Phosphiteđể tăng cường độ sáng và độ cứng của nhựa Alkyd; lựa chọn các thông số kỹ thuật trong quá trình chế biến nhựa Alkyd (tốc độ khuấy, nhiệt độ mono và ester, tốc độ ni-tơ, tỷ lệ xylen hồi lưu); đã xây dựng được công thức chế tạo nhựa Alkyd long oil cho sơn phủ, loại AD-63-L-70LV và công thức chế tạo nhựa Alkyd long oil cho sơn phủ tối ưu loại AD-SF 63-L. Các mẫu nhựa Alkyd được kiểm tra chất lượng đều đạt yêu cầu. Nhựa Alkyd dùng cho công thức lớp sơn phủ chế tạo tại phòng thí nghiệm phù hợp để sản xuất nhựa Alkyd nhũ tương hóa.

Xây dựng đơn chế tạo nhựa Alkyd cho sơn chống rỉ phù hợp với hệ sơn Alkyd dung môi - nước tối ưu được thực hiện với việc lựa chọn được dầu béo tối ưu cho chế tạo nhựa Alkyd
trung, phù hợp sản xuất sơn chống rỉ Alkyd dung môi - nước là Soyabean Oil Fatty Acid của hãng Guang Zhou SYJ Industry Co.,Ltd; lựa chọn được loại PE thích hợp để chế tạo nhựa Alkyd phù hợp cho sơn chống rỉ là Pentaerythrytol 98% của Guangzhou Xing Mai Long Commerce & Trade Co.,Ltd - China với tỉ lệ thích hợp trong công thức là 14,8% (theo khối lượng); lựa chọn được phụ gia tăng sáng là TRI-P (Triphenyl Phosphite) của hãng Zhang Jiagang Fortune Chemical, China; lựa chọn các thông số kỹ thuật trong quá trình chế biến nhựa Alkyd và đưa ra được công thức chế tạo nhựa Alkyd trung tối ưu cho sơn chống rỉ Alkyd dung môi - nước. Kiểm tra chất lượng sản phẩm nhựa Alkyd cho sơn chống rỉ chế tạo tại phòng thí nghiệm đều đạt yêu cầu chất lượng về tỉ trọng, độ nhớt, trị số axit, màu sắc,…

Nghiên cứu cũng tiến hành sản xuất thử nhựa Alkyd trên dây chuyền tổng hợp nhựa Alkyd của Công ty bao gồm nghiên cứu hiệu chỉnh dây chuyền sản xuất nhựa Alkyd (bể phản ứng 12m³; chế tạo, thiết kế lại cụm hệ thống dây chuyền liên quan đến sinh hàn đứng; chế tạo và lắp đặt van lấy mẫu, lắp các đường ống thông khí an toàn cho bể phản ứng và bể pha loãng; chế tạo và lắp đặt bể phân ly thứ cấp; thiết kế và lắp đặt hệ thống làm mát nước tuần hoàn; chế tạo, lắp đặt và chạy thử hệ thống vệ sinh phía trong nồi phản ứng; sản xuất thử lần 1 gồm 01 mẻ nhựa Alkyd cho sơn phủ lượng 18.000 kg và 01 mẻ nhựa Alkyd cho sơn chống rỉ lượng 1.300 kg tại phân xưởng sản xuất; sản xuất thử lần 2 gồm 01 mẻ nhựa Alkyd dài cho phủ lượng 18.000 kg và 01 mẻ nhựa Alkyd trung cho sơn chống rỉ lượng 1.300 kg tại phân xưởng sản xuất. Kiểm tra chất lượng sản phẩm nhựa Alkyd nấu tại phân xưởng sản xuất nhựa Alkyd cho thấy các chỉ tiêu đều đạt yêu cầu. Từ những nghiên cứu trên, nhóm tác giả hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất Alkyd nhũ tương hóa gồm: nghiên cứu quy trình nhũ tương hóa nhựa Alkyd; xây dựng quy trình công nghệ sản xuất nhựa Alkyd nhũ tương trên dây chuyền sản xuất của công ty và sản xuất thử; đánh giá chất lượng Alkyd nhũ tương sản xuất; hoàn thiện quy trình công nghệ nhũ tương hóa nhựa Alkyd.

Công đoạn tiếp theo được các tác giả thực hiện bao gồm: nghiên cứu chế tạo và sản xuất thử sơn phủ và sơn chống rỉ Alkyd dung môi - nước các màu tại phòng thí nghiệm; hoàn thiện công nghệ và thiết bị sản xuất sơn Alkyd dung môi - nước trên dây chuyền sản xuất công suất 15.000 tấn/năm (hoàn thiện công nghệ và thiết bị sản xuất sơn phủ Alkyd dung môi - nước từ Paste màu và EI và hoàn thiện công nghệ sản xuất sơn chống rỉ Alkyd dung môi nước trên dây chuyền công suất 15.000 tấn/ năm); đưa ra quy trình sản xuất sơn chống rỉ Alkyd dung môi - nước hoàn thiện. Đánh giá chất lượng sản phẩm dự án so với sản phẩm Công ty đang sản xuất, kết quả nghiên cứu cho thấy, các chỉ tiêu chất lượng của chủng loại sơn Alkyd dung môi - nước đều tương đương với chủng loại sơn Alkyd dung môi cũ, tuy nhiên chủng loại sơn Alkyd dung môi - nước lại có những ưu điểm hơn: có giá thành hạ, hàm lượng VOC thấp, bền thời tiết, khả năng duy trì độ bóng tốt hơn và chống hóa vàng tốt hơn. Sản phẩm sơn Alkyd dung môi - nước của dự án cũng đem lại hiệu quả lớn trong việc giảm ô nhiễm môi trường, giảm các ảnh hưởng tiêu cực do dung môi hữu cơ đem lại cho người sử dụng sơn. 

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Dự án tại Trung tâm Thông tin, Thống kê KH&CN Hải Phòng hoặc Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia./.