Trong quá trình sản xuất hoặc lưu kho, một mẻ sơn đang có độ nhớt bình thường có thể dần trở nên đặc hơn, xuất hiện các hạt mềm giống thạch, kéo sợi hoặc thậm chí mất hoàn toàn khả năng chảy. Hiện tượng này thường được gọi là sơn bị gel hoặc gel hóa.
Đây là một vấn đề đáng chú ý đối với nhà máy sơn bởi gel không chỉ ảnh hưởng đến độ nhớt. Khi hiện tượng tiến triển, sơn có thể khó khuấy, khó lọc, khó bơm, ảnh hưởng đến bề mặt màng sơn và trong một số trường hợp khiến cả lô sản phẩm không còn đáp ứng yêu cầu.
Tuy nhiên, không phải cứ thấy sơn đặc lên là có thể kết luận sơn đã bị gel hóa hóa học. Một số hệ sơn được thiết kế có cấu trúc lưu biến tạo độ nhớt cao khi đứng yên nhưng giảm độ nhớt dưới tác động của lực cắt. BYK mô tả các mạng lưới ba chiều do phụ gia lưu biến hoặc flocculation có kiểm soát có thể tạo độ nhớt cao ở trạng thái nghỉ.
Vì vậy, bước đầu tiên khi gặp hiện tượng này là xác định sơn thực sự bị gel hay chỉ đang có cấu trúc lưu biến mạnh.
Sơn bị gel là hiện tượng gì?
Gel hóa xảy ra khi cấu trúc bên trong hệ sơn thay đổi khiến độ nhớt tăng mạnh và khả năng chảy suy giảm.
Biểu hiện có thể nhẹ như sơn đặc hơn so với mẫu chuẩn, nhưng cũng có thể nghiêm trọng đến mức hình thành một mạng gel liên tục.
Một số dạng thường gặp gồm:
Gel nhẹ: độ nhớt tăng nhưng sơn vẫn có thể khuấy và bơm.
Gel cục bộ: xuất hiện các hạt, sợi hoặc cục gel trong sơn.
Gel toàn phần: sơn trở thành khối đặc, gần như không còn khả năng chảy.
Tăng độ nhớt theo thời gian: sản phẩm đạt yêu cầu sau sản xuất nhưng đặc dần trong quá trình lưu kho.
Trong thực tế, cơ chế gây gel phụ thuộc rất lớn vào hệ nhựa, dung môi hoặc nước, pigment, phụ gia và cơ chế đóng rắn của từng công thức.
Dấu hiệu nhận biết sơn bị gel
Nhà sản xuất có thể nhận biết nguy cơ gel hóa qua một số dấu hiệu như độ nhớt tăng bất thường so với mẫu lưu, sơn kéo sợi khi lấy mẫu, xuất hiện các hạt mềm hoặc cục nhỏ, khó lọc qua lưới, khó bơm hoặc khó khuấy đồng nhất.
Ở mức độ nghiêm trọng hơn, sơn có thể hình thành một lớp cấu trúc dày trong thùng hoặc chuyển thành dạng gel rõ rệt.
Một dấu hiệu đáng chú ý khác là độ nhớt tiếp tục tăng trong quá trình lưu kho, dù sản phẩm đạt chỉ tiêu ngay sau khi sản xuất. Khi đó, cần kiểm tra khả năng đang xảy ra một phản ứng chậm giữa các thành phần trong công thức.
7 nguyên nhân phổ biến khiến sơn bị gel
1. Phản ứng hóa học xảy ra sớm trong quá trình lưu kho
Một trong những nguyên nhân cần được kiểm tra đầu tiên là phản ứng giữa các thành phần của hệ sơn diễn ra trước thời điểm mong muốn.
Nếu nhựa, chất đóng rắn, chất xúc tác hoặc một thành phần phản ứng khác bắt đầu tạo liên kết trong thùng chứa, khối lượng phân tử và cấu trúc mạng có thể phát triển, kéo theo độ nhớt tăng mạnh.
Vấn đề đặc biệt cần chú ý ở những hệ có khả năng phản ứng cao. Vì vậy, nhà sản xuất cần tuân thủ đúng hướng dẫn kỹ thuật của từng loại nhựa, chất đóng rắn và phụ gia thay vì áp dụng một cách xử lý chung cho mọi hệ sơn.
2. Sơn hoặc nguyên liệu tiếp xúc với độ ẩm
Độ ẩm có thể là nguyên nhân đặc biệt quan trọng đối với một số hóa chất và hệ nhựa nhạy nước.
Trong tài liệu kỹ thuật của một số loại nhựa silicone, Evonik lưu ý rõ rằng tiếp xúc với độ ẩm có thể gây gel hóa. Điều này cho thấy kiểm soát nước và điều kiện đóng kín bao bì là yếu tố cần xem xét khi điều tra hiện tượng gel ở những hệ nhạy ẩm.
Nguồn ẩm có thể đi vào công thức từ nguyên liệu, dung môi, không khí, thiết bị sản xuất chưa khô hoặc bao bì được đóng không kín.
Do đó, với nguyên liệu nhạy ẩm, chỉ một thay đổi trong điều kiện bảo quản hoặc quy trình sản xuất cũng có thể ảnh hưởng đến độ ổn định.
3. Pigment hoặc nguyên liệu không tương thích với nhựa
Không phải pigment nào cũng hoàn toàn trơ trong mọi hệ sơn.
Một số thành phần trên bề mặt pigment hoặc ion kim loại có thể tương tác với chất kết dính và làm thay đổi độ ổn định của hệ. BYK từng ghi nhận trường hợp các ion sắt liên quan đến pigment có thể gây gel đối với một số nhựa gốc nước.
Đây là lý do một công thức đang ổn định có thể gặp vấn đề sau khi:
Đổi nhà cung cấp pigment
Đổi grade pigment
Đổi chất độn
Đổi phụ gia phân tán
Thay thế một nguyên liệu bằng sản phẩm được cho là tương đương
Trong trường hợp gel xuất hiện ngay sau khi thay đổi nguyên liệu, việc so sánh lot mới với mẫu nguyên liệu cũ là bước kiểm tra rất cần thiết.
4. Điều kiện lưu kho không phù hợp
Nhiệt độ lưu kho có thể tác động đáng kể đến độ ổn định của một số hệ nhựa.
Trong tài liệu về epoxy gốc nước 2 thành phần, allnex lưu ý rằng độ ổn định của nhựa có thể bị ảnh hưởng khi điều kiện thành phần thay đổi, đặc biệt khi lưu kho ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ phòng, và gel hóa có thể xảy ra trong những điều kiện không phù hợp.
Vì vậy, sơn và nguyên liệu không nên được bảo quản chỉ dựa trên kinh nghiệm chung. Nhà máy cần kiểm tra nhiệt độ, thời hạn sử dụng và điều kiện lưu kho được ghi trong TDS của từng sản phẩm.
5. Sai trình tự hoặc điều kiện phối trộn
Trong công thức sơn, trình tự bổ sung nguyên liệu có thể ảnh hưởng đến cách pigment, phụ gia, nhựa và các thành phần phản ứng tương tác với nhau.
Nếu một nguyên liệu có hoạt tính cao được đưa vào sai giai đoạn, phân bố không đồng đều hoặc tiếp xúc ở nồng độ cục bộ quá cao với thành phần khác, nguy cơ mất ổn định có thể tăng.
Vì vậy, khi một mẻ sơn mới bắt đầu phát sinh gel dù nguyên liệu không thay đổi, nên kiểm tra lại:
Thứ tự nạp nguyên liệu
Thời gian khuấy
Tốc độ khuấy
Nhiệt độ phối trộn
Thời điểm bổ sung phụ gia
Thời gian giữ sau sản xuất
Không nên chỉ kiểm tra công thức trên giấy mà bỏ qua điều kiện vận hành thực tế.
6. Hệ lưu biến hoặc phân tán chưa được tối ưu
Pigment và chất độn trong sơn cần được ổn định phù hợp để hệ duy trì trạng thái mong muốn trong quá trình sản xuất và lưu kho.
Các phụ gia phân tán và phụ gia lưu biến có thể hình thành những cấu trúc khác nhau trong hệ. BYK cho biết flocculation có kiểm soát có thể hình thành mạng ba chiều làm độ nhớt của coating ở trạng thái nghỉ tăng đáng kể.
Điều này cũng giải thích vì sao cần phân biệt giữa:
Cấu trúc lưu biến có chủ đích
và
gel hóa ngoài ý muốn do phản ứng hoặc mất ổn định.
Nếu sau khi tác động lực cắt, độ nhớt giảm trở lại và sản phẩm vẫn đáp ứng các chỉ tiêu, nguyên nhân có thể liên quan đến lưu biến hơn là một phản ứng gel hóa không hồi phục.
7. Nhiễm chéo trong quá trình sản xuất
Bồn khuấy, đường ống, máy bơm hoặc dụng cụ còn sót nguyên liệu từ mẻ trước có thể đưa những thành phần không mong muốn vào mẻ mới.
Với các hệ phản ứng, lượng chất nhiễm nhỏ đôi khi cũng cần được xem xét khi điều tra nguyên nhân.
Nhà máy vì vậy nên kiểm tra lịch sử vệ sinh thiết bị, sản phẩm sản xuất trước đó và khả năng lẫn chất đóng rắn, xúc tác hoặc nguyên liệu không tương thích.
Sơn bị gel có phục hồi được không?
Không nên áp dụng công thức chung kiểu “sơn đặc thì thêm dung môi”.
Khả năng phục hồi phụ thuộc hoàn toàn vào nguyên nhân.
Nếu sơn chỉ tăng độ nhớt do cấu trúc lưu biến, tác động lực cắt phù hợp có thể khiến độ nhớt giảm trở lại. Đây là một đặc tính có thể được chủ động tạo ra bằng hệ phụ gia lưu biến.
Ngược lại, nếu gel xuất phát từ phản ứng hóa học giữa các thành phần, việc thêm dung môi chỉ có thể làm loãng phần còn chảy mà không nhất thiết khôi phục trạng thái ban đầu của chất kết dính.
Do đó, không nên tự động thêm dung môi, nước hoặc phụ gia vào toàn bộ lô sơn trước khi xác định nguyên nhân.
Cách xử lý khi phát hiện sơn bị gel
Khi một mẻ sơn có dấu hiệu gel hóa, nên tách lô và kiểm tra theo trình tự thay vì điều chỉnh công thức ngay lập tức.
Bước 1: Cách ly lô sản phẩm
Không tiếp tục đóng gói hoặc xuất hàng khi chưa xác định được mức độ ảnh hưởng.
Bước 2: So sánh với mẫu chuẩn
Kiểm tra mẫu lưu hoặc một lô sản xuất bình thường để so sánh:
Độ nhớt
Màu sắc
Khả năng chảy
Hàm lượng rắn
pH đối với hệ thích hợp
Ngoại quan
Khả năng lọc
Bước 3: Kiểm tra lịch sử nguyên liệu
Xem có sự thay đổi nào về nhà cung cấp, lot sản xuất, pigment, chất độn, nhựa, phụ gia hoặc dung môi hay không.
Nếu gel chỉ xuất hiện sau khi thay một nguyên liệu, đây là đầu mối rất quan trọng.
Bước 4: Kiểm tra quá trình sản xuất
Đối chiếu nhiệt độ, trình tự nạp, tốc độ khuấy, thời gian phân tán và điều kiện vệ sinh thiết bị với mẻ đạt tiêu chuẩn.
Bước 5: Kiểm tra khả năng hồi phục bằng mẫu nhỏ
Nếu nghi ngờ vấn đề lưu biến, có thể tiến hành thử nghiệm ở quy mô phòng lab trước.
Không nên thử trực tiếp trên toàn bộ bồn sản xuất.
Bước 6: Xác định lại tính năng màng sơn
Ngay cả khi đã đưa độ nhớt về mức mong muốn, sản phẩm vẫn cần được đánh giá lại các chỉ tiêu liên quan đến màng sơn trước khi quyết định sử dụng.
Có nên thêm dung môi khi sơn bị gel?
Đây là cách xử lý khá dễ được nghĩ tới nhưng có thể che giấu vấn đề thay vì giải quyết nguyên nhân.
Thêm dung môi có thể làm giảm độ nhớt tức thời của phần sơn chưa gel. Tuy nhiên, nếu nguyên nhân nằm ở phản ứng giữa nhựa và một thành phần khác, phản ứng đó vẫn có thể tiếp tục.
Ngoài ra, thay đổi lượng dung môi còn làm thay đổi hàm lượng rắn và có thể ảnh hưởng tới đặc tính thi công của công thức.
Vì vậy, trước khi pha loãng cần xác định độ nhớt tăng vì dung môi bị mất, vì lưu biến hay vì gel hóa hóa học.
Làm thế nào để hạn chế sơn bị gel?
Phòng ngừa thường hiệu quả hơn nhiều so với cố gắng cứu một mẻ sơn đã gel.
Kiểm soát nguyên liệu đầu vào
Khi thay đổi nguồn nhựa, pigment, chất độn hoặc phụ gia, nên tiến hành thử nghiệm tương thích trước khi sản xuất đại trà.
Kiểm soát độ ẩm
Với những nguyên liệu nhạy ẩm, bao bì cần được đóng kín và điều kiện bảo quản phải tuân theo tài liệu kỹ thuật. Một số nhà sản xuất resin và additives đặc biệt yêu cầu bảo vệ sản phẩm khỏi hơi ẩm để duy trì độ ổn định.
Kiểm soát nhiệt độ kho
Không để nguyên liệu và thành phẩm chịu nhiệt độ cao kéo dài nếu TDS không cho phép.
Kho hóa chất cũng cần tránh sự thay đổi nhiệt độ quá lớn.
Chuẩn hóa quy trình phối trộn
Mỗi công thức nên có SOP rõ ràng về trình tự nguyên liệu, nhiệt độ, tốc độ khuấy, thời gian phân tán và điều kiện hoàn thiện.
Theo dõi độ ổn định lưu kho
Không nên chỉ kiểm tra sơn ngay sau sản xuất.
Theo dõi độ nhớt và ngoại quan theo thời gian giúp phát hiện sớm những công thức có xu hướng tăng nhớt hoặc gel chậm.
Phân biệt sơn bị gel và sơn bị lắng
Hai hiện tượng này hoàn toàn khác nhau.
Sơn bị lắng thường liên quan đến pigment hoặc chất độn di chuyển xuống đáy thùng.
Sơn bị gel biểu hiện chủ yếu bằng sự tăng độ nhớt hoặc hình thành cấu trúc gel trong hệ.
Một sản phẩm thậm chí có thể vừa có vấn đề lắng vừa có vấn đề lưu biến, vì vậy cần đánh giá dựa trên mẫu thực tế thay vì chỉ quan sát bên ngoài.
Phân biệt sơn bị gel và sơn có tính thixotropic
Đây là điểm đặc biệt quan trọng đối với người làm công thức.
Sơn thixotropic có thể khá đặc khi đứng yên nhưng giảm độ nhớt dưới tác động của lực cắt. Các cấu trúc lưu biến dạng mạng được sử dụng có chủ đích để kiểm soát độ chảy, chống lắng hoặc chống chảy xệ trong coating.
Trong khi đó, gel hóa ngoài ý muốn thường đi kèm sự thay đổi bất thường so với trạng thái thiết kế ban đầu và có thể tiếp tục tiến triển trong quá trình lưu kho.
Do vậy, không nên đánh giá chỉ bằng cảm giác “sơn đặc”.
Khi sơn bị gel, nên kiểm tra nguyên liệu nào trước?
Thứ tự ưu tiên phụ thuộc vào công thức, nhưng có thể bắt đầu với những thành phần vừa thay đổi gần nhất.
Đặc biệt nên kiểm tra nhựa, pigment, chất độn, chất đóng rắn, xúc tác, phụ gia phân tán, phụ gia lưu biến và các nguyên liệu có khả năng mang theo nước hoặc tạp chất.
Nếu tất cả nguyên liệu giữ nguyên, bước tiếp theo nên kiểm tra điều kiện sản xuất và lưu kho.
Câu hỏi thường gặp về sơn bị gel
Sơn bị gel có dùng được nữa không?
Không thể kết luận chỉ từ ngoại quan. Cần xác định nguyên nhân và kiểm tra lại các chỉ tiêu của sơn. Nếu xảy ra phản ứng hóa học ngoài ý muốn, việc tiếp tục sử dụng có thể không phù hợp.
Vì sao sơn để lâu lại đặc dần?
Có nhiều khả năng như thay đổi cấu trúc lưu biến, mất dung môi, tương tác giữa nguyên liệu hoặc phản ứng hóa học chậm. Nhiệt độ và điều kiện lưu kho cũng có thể ảnh hưởng đến độ ổn định của một số hệ resin.
Sơn bị gel có phải do phụ gia không?
Có thể, nhưng không nên kết luận ngay. Pigment, nhựa, chất độn, nước, điều kiện lưu kho và nhiễm chéo đều cần được kiểm tra.
Có thể lọc bỏ hạt gel rồi tiếp tục sử dụng không?
Lọc có thể loại bỏ một phần hạt nhìn thấy, nhưng không giải quyết được nguyên nhân gây gel. Nếu phản ứng vẫn đang diễn ra, hiện tượng có thể tiếp tục sau khi lọc.
Kiểm soát hiện tượng sơn bị gel ngay từ công thức
Sơn bị gel không phải một lỗi có duy nhất một nguyên nhân. Hiện tượng có thể bắt nguồn từ phản ứng hóa học, độ ẩm, nguyên liệu không tương thích, điều kiện bảo quản, pigment, phụ gia hoặc chính quy trình sản xuất.
Do đó, thay vì xử lý bằng cách thêm dung môi hoặc phụ gia theo kinh nghiệm, nhà sản xuất nên xác định thay đổi nào xảy ra trước thời điểm xuất hiện gel và tiến hành thử nghiệm từng yếu tố ở quy mô nhỏ.
Đối với doanh nghiệp sản xuất sơn đang cần tìm hóa chất, phụ gia hoặc nguyên liệu cho công thức sơn, có thể trao đổi nhu cầu và hệ sơn thực tế với FSI Việt Nam để lựa chọn giải pháp phù hợp.
FSI Việt Nam – Hóa chất & Thiết bị điện
Hotline: 0395 895 838
Website: fsivietnam.net
