Thông tin kết quả nhiệm vụ KH&CN

Nghiên cứu sản xuất nhựa Alkyd trung khô nhanh, bám dính tốt, độ bóng cao sử dụng cho sơn tàu biển, công nghiệp và dân dụng và sản xuất nhựa Alkyd very long oil có tính hóa dẻo cao, sử dụng cho sơn giao thông (10/07/2024)

Ngày nay hầu hết các lĩnh vực của ngành công nghiệp đều liên quan đến sơn với mục đích bảo vệ, chống ăn mòn và trang trí các bề mặt kim loại và gỗ,....Sơn được phân loại tùy theo mục đích sử dụng, theo gốc nhựa, theo phương pháp thi công, …Tại Việt Nam, trong các loại sơn tổng hợp, sơn được sản xuất trên cơ sở nhựa Alkyd thường được gọi là sơn Alkyd chiếm 60-70% sản lượng bởi các ưu điểm của chúng như: bóng, bền, đẹp, dễ sử dụng, giá thành thấp, công nghệ sản xuất phù hợp với điều kiện kinh tế, khí hậu của Việt Nam.

Nhựa Alkyd trung là loại nhựa có ứng dụng đa năng nhất trong tất cả các loại nhựa Alkyd và có thể thi công sơn bằng con lăn, súng phun và cọ sơn. Nhựa Alkyd trung có ứng dụng rộng rãi dùng làm sơn sấy, sơn vân búa, sơn phuy HGA, trong nhiều lĩnh vực sơn công nghiệp và trong kiến trúc xây dựng. Nhựa Alkyd very long oil được dùng chủ yếu trong sơn vạch đường. Tại Việt Nam sử dụng rất nhiều nhựa Alkyd trung nhập khẩu của công ty Eternal (Đài Loan). Cùng với nhựa alkyd trung, nhựa alkyd very long oil dùng cho sơn giao thông cũng phát triển mạnh, ở thị trường Việt Nam hiện nay nhựa hóa dẻo được sử dụng chủ yếu được nhập khẩu từ hãng Macro của Ấn Độ.

Nhựa Alkyd.

Với mục tiêu nghiên cứu sản xuất nhựa Alkyd trung khô nhanh, bám dính tốt, độ bóng cao và nhựa Alkyd very long oil có tính hóa dẻo cao, có giá thành cạnh tranh nhằm cung cấp cho thị trường trong và ngoài nước. Năm 2017, Công ty Cổ phần Sơn Hải Phòng đã đề xuất và được thành phố phê duyệt triển khai đề tài: “Nghiên cứu sản xuất nhựa Alkyd trung khô nhanh, bám dính tốt, độ bóng cao sử dụng cho sơn tàu biển, công nghiệp và dân dụng và sản xuất nhựa Alkyd very long oil có tính hóa dẻo cao, sử dụng cho sơn giao thông” do KS. Nguyễn Văn Dũng làm chủ nhiệm.

Triển khai đề tài, nhóm nghiên cứu đã tiến hành nghiên cứu đặc tính kỹ thuật của 2 sản phẩm nhựa Alkyd trung Eterkyd 2105-M-70 của công ty Eternal (Đài Loan) và Alkyd very long oil Macro Polymers P.LTD của công ty Macro (Ấn Độ). Sau khi có được kết quả các mẫu chủng loại nhựa Alkyd trung và Alkyd very long oil, nhóm thực hiện đề tài đã kiểm tra các thông số của các loại nhựa Alkyd trung và Alkyd very long oil để xây dựng nên tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu tổng quan cho thấy, công nghệ sản xuất nhựa Alkyd trung, very long oil cũng giống như các loại nhựa Alkyd khác gồm có các 5 nhóm thành phần chính như sau: Dầu béo, rượu đa chức, Axit đa chức, phụ gia, dung môi. Dựa trên kinh nghiệm 50 năm sản xuất sơn của Công ty và dựa trên các thành phần chính của nhựa Alkyd, nhóm nghiên cứu đã đi sâu nghiên cứu lựa chọn các nguyên liệu chính trong Alkyd trung, bao gồm: dầu Soyabean oil fatty acid, rượu đa chức Pentaerythrytol (PE), Axit phtalic, hợp chất của gốc Phosphit. Sau khi đã lựa chọn nguyên liệu, nhóm nghiên cứu đã thiết lập công thức để chế thử 30 mẫu và trong 30 mẫu nhóm nghiên cứu đã chọn ra 4 mẫu tối ưu để lựa chọn và so sánh với mẫu Eternal của Đài Loan và mẫu Macro của Ấn Độ.

Các bước trong Quy trình nấu nhựa Alkyd trung được thực hiện như sau: Bước 1: Sục khí Nitơ vào bình phản ứng và duy trì trong suốt quá trình phản ứng; Bước 2: Cho lần lượt gồm SOFA, rượu đa chức, Axit đa chức, phụ gia chống oxyhóa, dung môi hồi lưu. Vừa cho vừa khuấy đều với tốc độ 200 (vòng/phút); Bước 3: Tăng tốc độ khuấy lên 650 (vòng/phút) sao cho tạo thành dòng, nâng nhiệt độ nồi lên 240⁰C. Sau khi lên 240⁰C thì bắt đầu tính thời gian ester. Sau khi ester được 2 tiếng thì lấy mẫu thử độ nhớt và trị số axit. Cứ tần suất 60 phút lấy mẫu 1 lần cho đến khi đạt yêu cầu về độ nhớt và axit; Bước 4: Khi trị số axit và nhiệt độ đạt yêu cầu, hạ nhiệt độ xuống 180^oC thì nạp dung môi pha loãng và khuấy đều rồi chuyển ra thùng chứa; Bước 5: Kiểm tra chất lượng nhựa Alkyd, kết luận chất lượng sản phẩm. Trải qua 5 bước thực hiện trong quy trình nấu nhựa Alkyd trung nhóm nghiên cứu đã tìm ra mẫu số 1 có kết quả tương đương với mẫu Eternal của Đài Loan về chất lượng, thời gian khô, ổn định lưu kho và độ đanh cứng.

Song song với việc tiến hành nghiên cứu nhựa Alkyd trung nhóm nghiên cứu đã thiết lập công thức chế thử tối ưu cho Alkyd very long oil trên cơ sở các nguyên liệu được chọn. Do sử dụng dầu béo Soya bean oil fatty acid (SOFA) nên quá trình nấu chỉ cần một giai đoạn. Các bước thực hiện trong Quy trình nấu nhựa Alkyd very long oil bao gồm: Bước 1: Sục khí Nitơ vào bình phản ứng và duy trì trong suốt quá trình phản ứng; Bước 2: Cho lần lượt gồm SOFA, rượu đa chức, Axit đa chức, gia chống oxy hóa, dung môi hồi lưu, vừa cho vừa khuấy đều với tốc độ 200 (vòng/phút); Bước 3: Tăng tốc độ khuấy lên 650 (vòng/phút) sao cho tạo thành dòng. Nâng nhiệt độ nồi lên 235⁰C. Sau khi lên 235⁰C thì bắt đầu tính thời gian ester. Sau khi ester được 2 tiếng thì lấy mẫu thử độ nhớt và trị số axit. Cứ tần suất 60 phút lấy mẫu 1 lần cho đến khi đạt yêu cầu về độ nhớt và axit; Bước 4: Khi trị số axit và nhiệt độ đạt yêu cầu, hạ nhiệt độ xuống 120⁰C rồi chuyển ra thùng chứa; Bước 5: Kiểm tra chất lượng nhựa Alkyd very long oil, kết luận chất lượng sản phẩm. Kết quả thực hiện trong quy trình nấu nhựa Alkyd very long oil nhóm đã tìm ra mẫu số 2 đạt yêu cầu chất lượng tương đương với mẫu Macro (Ấn Độ).

Thiết bị nấu nhựa Alkyd thí nghiệm

Để xây dựng công thức sản xuất nhựa Alkyd trung và Alkyd very long oil nhóm nghiên cứu đã tiến hành trên các mẫu đạt yêu cầu chất lượng đề ra. Đối với nhựa Alkyd trung trên cơ sở thành phần nguyên liệu đã được lựa chọn theo tỷ lệ ở mẫu số 1, nhóm nghiên cứu tiến hành tuần tự qua các bước để xây dựng công thức tối ưu: Dầu béo: 27,6%; Rượu đa chức: 14,3%; Axit đa chức: 30,7%; Phụ gia chống oxy hóa: 0,1%; Dung môi hồi lưu: 4,0%; Dung môi hữu cơ mạch thẳng: 23,3%; tổng 100% khối lượng. Đối với nhựa Alkyd very long oil dựa vào tỷ lệ nguyên liệu mà nhóm nghiên cứu đã lựa chọn ở mẫu số 2 để đưa ra công thức sản xuất tối ưu như sau: Dầu béo: 69,6%; Rượu đa chức: 14,3%; Axit đa chức: 13,0%; Phụ gia chống oxy hóa :0,1%; Dung môi hồi lưu: 4,0%; tổng 100% khối lượng.

Kết quả xây dựng quy trình sản xuất nhựa Alkyd trung và Alkyd very long oil tại phòng thí nghiệm cho thấy hầu hết các loại nhựa Alkyd đều có quy trình sản xuất bao gồm 4 giai đoạn chính, đó là nạp liệu, mono, ester và pha loãng. Nhưng trong công thức của Alkyd trung thì chỉ có một quá trình ester, sau khi ester xong thì hỗn hợp phản ứng sẽ được pha loãng bằng dung môi thích hợp, còn trong Alkyd very long oil thì không pha loãng dung môi.

Để các sản phẩm nhựa Alkyd này được đưa ra thị trường thì cần phải sản xuất với khối lượng lớn. Tuy nhiên, quá trình đi từ phòng thí nghiệm tới sản xuất có rất nhiều điểm khác biệt do sự thay đổi về kích thước thiết bị, công suất, hiệu suất máy móc dẫn tới sự khác biệt rất nhiều giữa kết quả của hai quy trình. Bước trung gian để đi từ sản phẩm của phòng thí nghiệm sang sản phẩm được sản xuất với quy mô lớn đó là quá trình sản xuất với quy mô Pilot. Việc sản xuất với quy mô Pilot được tiến hành ngay trên dây chuyền sản xuất nhựa Alkyd của công ty Cổ phần Sơn Hải Phòng. Kết quả sản xuất thử nghiệm đã thu được 06 mẻ, bao gồm 1 mẻ Alkyd trung ở nồi 1m³ và 1 mẻ ở nồi 12m³ và 2 mẻ Alkyd very long oil ở nồi 1m³ với số lượng thành phẩm cụ thể như sau: Mẻ nhỏ 1: Alkyphoenix S74 – 100 LV: 750 kg thành phẩm; Mẻ nhỏ 2: Alkyphoenix S77 – 100 LV: 750 kg thành phẩm; Mẻ nhỏ 3: Alkyphoenix S40-70: 1300 kg thành phẩm; Mẻ nhỏ 4: Alkydphoenix M49-70: 1300kg thành phẩm; Mẻ to 1: Alkyphoenix S40-70: 13300 kg thành phẩm; Mẻ to 2: Alkydphoenix M49-70: 13300 kg thành phẩm. Kết quả nghiên cứu nhận thấy mẫu nhựa Alky trung thành phẩm đạt được tiêu chuẩn tương đương với mẫu Alkyd trung Eternal của Đài Loan và mẫu nhựa Alkyd very long oil thành phẩm đạt được tiêu chuẩn tương đương với mẫu Alkyd very long oil của Macro (Ấn Độ).

Sau 20 tháng thực hiện đề tài, nhóm nghiên cứu đã xây dựng thành công Quy trình công nghệ chế tạo nhựa Alkyd trung khô nhanh, bám dính tốt, độ bóng cao theo tiêu chuẩn cơ sở TCCS 03:2018/HPP và Quy trình công nghệ chế tạo nhựa Alkyd very long oil có tính hóa dẻo cao theo tiêu chuẩn cơ sở TCCS 04:2018/HPP. Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ mang lại lợi ích thiết thực nhằm tạo ra sản phẩm có chất lượng cao, đáp ứng đủ tiêu chuẩn quốc tế, để xuất khẩu ra thị trường thế giới. Góp phần tạo đà phát triển kinh tế đối với thành phố Hải Phòng nói riêng và đất nước Việt Nam nói chung. 

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu dự án tại Trung tâm Thông tin và Thống kê Khoa học và Công nghệ./.