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 Hà Nội-2011 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 Thực hiện theo Hợp đồng số:187.11.RDHD-KHCN ngày 5 tháng 5 năm 2011 giữa Bộ Công Thương và Viện Hóa Học Công nghiệp Việt Nam Cơ quan chủ trì: Chủ nhiệm đề tài VIỆN HÓA HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM PGS.TS. PHẠM THẾ TRINH Những người tham gia phối hợp: 1. PGS.TS. Mai Ngọc Chúc 2. TS. Mai Văn Tiến 3. ThS. Lê Thị Thu Hà 4. ThS. Nguyễn Hường Hảo 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 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TÓM TẮT NHIỆM VỤ Với mục tiêu là tạo ra công nghệ sản xuất sơn cao cấp có khả năng cách nhiệt, chống nóng vv để sơn phủ mái nhà các công trình xây dựng trong công nghiệp và dân dụng, trong năm qua đề tài đã thu được những kết quả chính như sau: - Trong số các chất tạo màng đã được thực nghiệm cho thấy chất tạo màng trên cơ sở nhựa Cardanol – formaldehyt – epoxy (CFE) có tính năng cơ, lý, hóa tốt nhất, thích h ợp dùng làm chất tạo màng để sản xuất sơn cao cấp: cách nhiệt, chống nóng. - Đề tài đã tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng các chất phụ gia cách nhiệt, cát thạch anh, bột thủy tinh hình cầu, hàm lượng bột màu, hàm lượng chất độn và các loại phụ gia khác đến tính chất cơ, lý, hóa và khả năng cách nhiệt của màng sơn. Với hàm lượng nhựa CFE là 40%, cát thạch anh 10%, Bột thủy tinh hình cầu 15%, bột màu 8% và b ột độn là 10% ( theo tổng lượng) màng sơn đạt được độ bám dính 92%, độ uốn cấp 1, độ cứng cấp 1, độ va đập đạt 50KGcm, hệ số già hóa tại 100 o C qua 72 giờ là 0,91. - Sơn cách nhiệt được chế tạo tại VHHCN VN (số lượng 40kg) được sơn phủ mái nhà xưởng tại Công ty TNHH Tekco Vietnam. Sau 4 tháng theo dõi cho thấy màng sơn ổn định, không bị rạn nứt không bị bong tróc. Chất lượng sơn cách nhiệt đã chế tạo tương đương với sơn Insu – Max đang có mặt trên thị trường. MỤC LỤC MỞ ĐẦU……………………………………………………………………… 1 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 3.3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng cát thạch anh đến tính chất cơ lý và khả năng cách nhiệt của màng sơn…………………………………………… 37 3.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng bột thủy tinh hình cầu đến tính chất cơ, lý và khả năng cách nhiệt của màng sơn………………………………………39 3.3.3. Vai trò của phụ gia cách nhiệt đến khả năng cách nhiệt của màng sơn….40 3.3.4. Ảnh hưởng của hàm lượng bột màu đến tính chất cơ, lý, nhiệt của màng sơ n 41 3.3.5. Ảnh hưởng của hàm lượng bột độn đến tính chất cơ, lý và khả năng cách nhiệt của màng sơn………………………………………………… 42 3.3.6. Sự phụ thuộc của khả năng cách nhiệt vào độ dày của màng sơn……….43 3.3.7. Đề xuất đơn phối liệu chế tạo sơn cách nhiệt…………………………….44 3.4. Tính chất của các loại sơn cách nhiệt, cách âm………………………… 46 3.5. So sánh tính chất cơ, lý, hóa và khả năng cách nhiệt với một số loại s ơn có trên thị trường………………………………………….……………… 48 3.6. Sơ đồ công nghệ sản xuất sơn cách nhiệt, chống nóng…………………….49 3.7. Chế tạo sản phẩm ứng dụng thực tế… 50 3.8. Phân tích đánh giá sơ bộ khả năng tiết kiệm năng lượng đối với việc sử dụng sơn cách âm, cách nhiệt……………………………………………….52 3.9. Dự kiến giá thành sản phẩm…………………………………………… 52 3.10. Đề xuất phương án hợp tác sản xuất và mở r ộng ứng dụng………………53 KẾT LUẬN…………………………………………………………………….55 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………….57 1 MỞ ĐẦU Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng lắm, mưa nhiều, độ ẩm không khí luôn ở mức 80 ÷ 90%. Tại những thành phố lớn, mật độ dân số ngày càng tăng, điều kiện nhà ở ngày một khó khăn cho nên nhu cầu về nhà ở là 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. 2 Trên cơ sở đó nội dung nghiên cứu của đề tài là: - Nghiên cứu chế tạo sơn đặc chủng có khả năng cách nhiệt, cách âm. - Lựa chọn đơn phối liệu, pha chế các mẫu sơn có tỷ lệ thành phần thay đổi, thử tính năng cơ lý . - Nghiên cứu lựa chọn và sử dụng hợp lý nguồn nguyên liệu sẵn có trong nước. - Nghiên cứu pha chế sơn cao cấp. - Phân tích ch ất sản phẩm sơn. - Thử nghiệm sơn thử trên mái nhà xưởng cần chống nóng với diện tích mái 100m 2 (có đối chứng). - Đề xuất phương án hợp tác sản xuất và mở rộng ứng dụng. 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 hoặc hạn chế sự truyền nhiệt từ bên ngoài vào phía trong của tấm tôn, do đó có tác dụng cách âm, cách nhiệt, chống nóng, chống ồn. Để tạo ra hệ sơn có khả năng cách nhiệt, cách âm với mục đích dùng cho việc chống nóng mái tôn nhà xưởng, nhà dân dụng, các công trình xây dựng công nghiệp…hệ sơn cách nhiệt, cách âm phải có những yêu cầu sau: - Có khả năng cách nhiệt, cách âm cao, chống nóng hiệu quả - Bảo vệ mái tôn kh ỏi rêu mốc, rỉ sét dưới mọi thời tiết, khí hậu. - Có độ bám dính tốt. - Đơn giản và dễ sử dụng. - Thi công nhanh, không ảnh hưởng đến sản xuất bên dưới. - Chi phí thấp hơn hoặc tương đương so với các phương pháp chống nóng khác như sử dụng vật liệu cách nhiệt, cách âm (là các tấm trần cách nhiệt, cách âm… được làm từ vật liệu xốp như: PU, PE, PS…) + Về nguyên lý tác dụng: Trong khi tôn được sơn phủ bằng sơn thông thường thì lớp sơn chỉ có tác dụng làm chậm tốc độ truyền nhiệt, ở đây năng lượng và lượng nhiệt vẫn được truyền qua, thì với tôn được sơn phủ bằng sơn cách nhiệt, cách âm nguyên lý tác dụng lại hoàn toàn khác: các tia bức xạ, năng lượng nhiệt khi đi tới bề mặt của sơn, dưới tác dụng của các loại phụ gia cách âm, cách nhiệt hầu hết các tia bức xạ năng lượng nhiệt này sẽ được phản xạ trở lại và chỉ một lượng nhỏ năng lượng nhiệt được truyền qua. Chính vì thế chúng có tác dụng cách nhiệt và cách âm rất lớn, khả năng chênh lệch nhiệt độ ngoài trời với trong phòng đối với các nhà xưởng được sơn bằng các loại sơn này có thể thể lên đến 15 -20 o C [4,5]. Hình [...]... 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 5 Những công trình nghiên cứu về sơn cách nhiệt, cách âm đầu tiên được nghiên cứu. .. Những loại sơn này thường được dùng cho mái nhà xưởng công nghiệp, tường chắn cách nhiệt, cách âm 1.3 Tình hình nghiên cứu sản xuất sơn cách nhiệt, cách âm tại Việt Nam Trong điều kiện khí hậu nắng nóng ở nước ta, trong những tháng mùa hè nhiệt độ ngoài trời đạt đến 35 ÷ 40oC, 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... 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 6 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,... loại sơn đặc chủng cách âm, cách nhiệt bền thời tiết Về mặt công nghệ, quá trình sử dụng DVHĐ để chế tạo chất tạo màng chất lượng cao đã được Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam nghiên cứu và chế tạo thành công Kết quả đã tạo ra được chất tạo màng có tính năng cơ lý cao, khả năng chống ăn mòn hóa chất và muối mặn tốt, có thể dùng để chế tạo các loại sơn đặc chủng như sơn chống hà hoặc các loại sơn cách âm,. .. 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 tại 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... 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 33oC [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,... hấp thụ nhiệt và có tác dụng cách âm cách nhiệt rất lớn Nhật bản là quốc gia rất phát triển về lĩnh vực này với nhiều hãng sơn nổi tiếng như: KEVA, NANSULATE, NIPPOW, … hiện đang triển khai và sản xuất một số loại sơn cao cấp đã được thương mại hóa, có khả năng cách âm, cách nhiệt lên tới 20-30oC Sơn cách âm, cách nhiệt [9-11] được ứng dụng để sơn phủ cho các nhà xưởng công nghiệp, nhà cao tầng, văn phòng... DVHĐ, màng sơn có khả năng khô tự nhiên nhờ những nối đôi có trong mạch –R, sơn có độ cứng, chịu nhiệt cao nhờ các nhân benzen có trong mạng lưới, khả năng chống ăn mòn hóa chất muối mặn cao, do cấu trúc mạng lưới không gian chặt chẽ sau khi màng sơn đóng rắn triệt để 1.6 Sơ đồ công nghệ chế tạo sơn Về cơ bản sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất sơn được mô tả như sau [2, 26] Phối trộn ban đầu Pha sơn thành... 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... 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 tạo màng cho sơn cách nhiệt, cách âm Chất tạo màng chiếm khoảng 30-40 % trọng lượng sơn Chất tạo màng là các polyme có độ bám dính tốt, có khả năng chứa các loại bột như bột màu, bột độn, có các tính chất như: khả năng khô, độ cứng, độ bóng, Đây là vật liệu hình thành . 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. 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 . Hà Nội-2011 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 Thực hiện theo Hợp đồng số:187.11.RDHD-KHCN