1. Định nghĩa
Nhựa Acrylic là các polymer có chứa Ester Acrylate hoặc Methacrylate. Ngoài ra, trong cấu trúc của chúng còn có một số các hợp chất vinyl không no khác. Acrylic có thể được tạo thành dưới dạng nhựa nhiệt dẻo, nhựa nhiệt rắn và cả sơn latex nhũ tương.
Các loại nhựa acrylic không có hydro bậc 3 gắn trực tiếp vào mạch chính nên đặc biệt ổn định dưới tác động của oxy và tia UV. Các mắt xích lặp lại cho nhựa methacrylate và acrylate như sau:
Một loạt các monomer có sẵn để sử dụng trong việc tổng hợp tạo nên một hệ nhựa acrylic cụ thể. Thực tế, người ta thường dùng phương pháp đồng trùng hợp để có Tg phù hợp.
Acrylic có thể được sử dụng dưới dạng sơn vecni, sơn men và nhũ tương. Sơn vecni và sơn men sấy nóng được sử dụng cho các ứng dụng làm sơn phủ ngoài cùng cho ô tô và các thiết bị. Trong cả hai loại này, chúng được làm lớp phủ ngoài cùng của hệ nhiều lớp sơn.
>> Nhận tư vấn các giải pháp kỹ thuật phù hợp nhất với sản phẩm của bạn <<
2. Acrylic nhiệt dẻo
Nhựa Acrylic nhiệt dẻo là các polymer acrylic được trùng hợp trực tiếp trong một dung môi thích hợp và màng bằng cơ chế vật lý (bay hơi dung môi). Chúng không cần phải được oxy hóa hoặc tạo liên kết ngang để tạo màng. Chúng là những sơn vecni nhanh khô nhưng vẫn có khả năng hòa tan lại trong các dung môi đặc biệt.
Nhựa Acrylic thông thường được hòa tan trong các dung môi mạnh như Toluene, Xylene hoặc Methyl Ethyl Ketone. Nhựa Acrylic thường tạo ra một hỗn hợp nghiền trung gian tuyệt vời để phân tán bột màu. Ngoài ra các loại polymer acrylic ít hoạt tính nên ổn định khi trộn với bột màu, bột độn. Chúng không làm mất màu kim loại bột, ví dụ như nhôm.
Vì Acrylic nhiệt dẻo không hình thành màng theo cơ chế tạo liên kết ngang nên khái niệm Tg và khả năng điều khiển Tg như một cách để kiểm soát các tính chất và điều này rất quan trọng trong việc thiết kế các polymer đáp ứng nhu cầu của thị trường sơn. Thông số thứ hai chi phối các tính chất màng của nhựa Acrylic nhiệt dẻo là khối lượng phân tử trung bình số (Mw).
Đối với sơn vecni cần phải tính toán kĩ lưỡng khối lượng phân tử trung bình và độ đa phân tán. Nếu khối lượng phân tử quá cao sẽ làm hạn chế hàm lượng rắn và có thể dẫn đến hiện tượng phun tơ khi phun. Còn khối lượng phân tử thấp sẽ làm giảm độ bền màng, tính chất cơ học và độ bền lâu. Qua các nghiên cứu, người ta nhận ra khối lượng phân tử tối ưu nằm trong khoảng 80,000 đối với sơn vecni PMMA.
Trong sơn vecni các monomer hóa dẻo được thêm vào để phù hợp với độ cứng, độ mềm dẻo cho các yêu cầu ứng dụng. Ngoài ra, một lượng nhỏ monomer acid như acid methacrylic được cho vào để làm giảm độ phân cực giúp thấm thấm ướt và cải thiện độ bám dính của bột màu. Ngoài ra dimethyl amino methacrylate cũng có công dụng này nhưng chúng có thể tạo ra màu vàng nhạt. Acrylic nhiệt dẻo được kết hợp với NC và chất hóa dẻo alkyd thường được sử dụng cho lớp phủ ngoài cùng của ô tô sấy ở nhiệt độ thấp.
3. Acrylic nhiệt rắn
Các loại nhựa Acrylic nhiệt rắn có cấu tạo giống với các loại Acrylic nhiệt dẻo, ngoại trừ chúng có chứa các nhóm chức như carboxyl hoặc hydroxyl có khả năng phản ứng tạo liên kết ngang với polymer đa chức khác để tạo nên mạng lưới không gian ba chiều hình thành màng.
Polymer acrylic nhiệt rắn cho các ưu điểm vượt trội hơn so với Acrylic nhiệt dẻo như: (1) cải thiện độ cứng và dộ dẻo dai, (2) ở nhiệt độ cao thì màng không mềm ra như acrylic nhiệt dẻo, (3) cải thiện khả năng chống lại dung môi, vết bẩn và chất tẩy rửa, (4) khối lượng phân tử dùng cho sơn thấp nên hàm lượng rắn tại độ nhớt gia công cao hơn loại acrylic nhiệt dẻo, điều này giúp giảm phát thải VOC.
Có rất nhiều loại tác nhân tạo liên kết ngang, nhưng phổ biến và có ý nghĩa thương mại hơn cả là các loại nhựa Nitrogen, Epoxy và Isocyanate.
Acrylic có nhóm chức acid tạo liên kết ngang với nhựa Epoxy.
Dung dịch polymer acrylic có các nhóm chức acid khi kết hợp acid acrylic và acid methacrylic vào mạch chính; khi được đóng rắn trong điều kiện thích hợp nó phản ứng với Epoxy tạo thành liên kết ester giữa hai polymer.
Điều hạn chế của loại này là mối quan tâm đến tính chất thơm của tác nhân tạo liên kết ngang gốc Bisphenol A. Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của loại này là khả năng kháng tia UV kém dẫn đến việc chúng chỉ ứng dụng bên trong. Nếu sử dụng ngoài trời sẽ giảm chất lượng. Trong một số loại có hàm lượng rắn cao hơn thì kéo theo việc hàm lượng epoxy cũng cao theo nên có thể gây ra các vấn đề về biến màu ngay cả trong nhà do tia UV.
Polymer Acrylic tạo liên kết ngang với nhựa amino.
Loại Acrylic có các nhóm chức acid hoặc hydroxyl có thể được tạo liên kết ngang với các loại nhựa amino như: urea, melamine và benzoguanamine formaldehyde.
Điều kiện đóng rắn cần thiết cho Acrylic có nhóm chứa acid để tạo liên kết ngang với nhựa Amino là khoảng 30 phút ở 150oC trong khi Acrylic có nhóm chức hydroxyl tương tự phản ứng dễ dàng hơn, cũng cần 30 phút nhưng xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn 125oC với chất xúc tác acid. Vì phản ứng giữa acid và nhóm methylol tương đối chậm nên nhựa amino sẽ tự ngưng tụ một lượng đáng kể. Điều này làm giảm tính dẻo dai và các tính chất bảo vệ của nó. Do đó Acrylic với các nhóm hydroxyl được ưa chuộng hơn và thường được sử dụng để tạo liên kết ngang với nhóm methylol, melamine butylate – formaldehyde hoặc benzoguanamine – formaldehyde. Các nhóm chức hydroxyl được tích hợp vào polymer acrylic bằng các monomer đồng trùng hợp như hydroxyethyl acrylate (HEA) hoặc hydroxyethyl methacrylate (HEMA).
Kiểu kết hợp này tạo ra các loại Acrylic/Amino có độ bền bên ngoài vượt trội, độ cứng và khả năng kháng mar cũng tốt hơn rất nhiều. Do đó loại Acrylic/Amino nhiệt rắn đã rất thành công trong việc thay thế các hệ thống alkyd/melamine kém bền hơn trong các ứng dụng sơn cuối cùng của ô tô và công nghiệp nói chung. Trong nhiều năm qua, ngành công nghiệp ô tô đã phụ thuộc rất nhiều vào loại Acrylic nhiệt rắn này vì nó đem lại độ bền vượt trội hơn so với TPAs, ngoài ra khả năng chống dung môi và chịu nhiệt cũng cao hơn.
Một lý do khác mà công nghệ sơn Acrylic/Amino trở nên phổ biến là do tính linh hoạt hóa học của chúng, nhờ đó các tính chất có thể thay đổi dễ dàng bằng cách thay đổi monomer acrylic, Tg, bậc của các nhóm chức acrylic, loại và mức độ tạo liên kết ngang.
Phản ứng giữa nhóm Isocyanate và nhựa Acrylic.
Các polymer dung dịch Acrylic này thường được gọi là sơn Acrylic Polyurethane hai thành phần và là loại duy nhất tạo liên kết ngang tại điều kiện thường mà không nâng nhiệt. Nhóm isocyanate (-N=C=O) cực kì hoạt tính và tạo liên kết ngang đối với bất kỳ loại polymer nào có nguyên tử hydro linh động, không bền. Các Polyacrylic dùng để tạo liên kết ngang với Isocyanate thường chứa nhóm chức hydroxyl (nhóm chức này được tích hợp tương tự như loại đã trình bày ở trên).
Loại Acrylic Urethanes (acrylic có chứa nhóm hydroxyl) có khả năng chịu thời tiết cao. Phản ứng được thực hiện như sau:
ACRYLIC–OH + R–N =C=O —> R–NH–COO–ACRYLIC
Loại này kết hợp khả năng chống tia UV vốn có và độ bền khi sử dụng ngoài trời của acrylic với khả năng tạo liên kết ngang của nhóm Isocyanare để tạo ra sơn có độ cứng, dẻo dai, kháng hóa chất là chất lượng cao. Nhược điểm chính của chúng là phải làm sơn hai thành phần và không thể trộn lại cho đến khi sẵn sàng gia công vì tốc độ phản ứng của chúng rất nhanh và pot life ngắn.
4. Acrylic nhũ tương
Acrylic nhũ tương là một hệ hai pha trong đó các giọt acrylic được phân tán trong nước với sự trợ giúp của chất nhũ hóa. Không giống như một số nhũ tương polymer như Alkyd hoặc Epoxy được nhũ hóa dưới dạng nhựa có trước. Nhũ tương Acrylic được tạo ra bằng cách phân tán các giọt monomer được nhũ hóa trong nước và sau đó được trùng hợp. Tính chất hóa lý của polyacrylic nhũ tương cũng tương tự như các loại khác, tính chất của màng có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh thành phần và khối lượng phân tử. Kích thước hạt của sơn nhũ tương cũng rất quan trọng trong việc xác định chất lượng và cần phải kiểm soát cẩn thận. Ví dụ: khả năng tạo màng của sơn nhũ tương và khả năng liên kết với bột màu phụ thuộc vào kích thước hạt. Kích thước hạt nhỏ tốt hơn so với hạt to.
Polymer acrylic nhũ tương từ lâu đã là chủ đạo của sơn kiến trúc, đặc biệt là sơn ngoại thất, nơi độ bền cao rất quan trọng. Việc sử dụng loại sơn này cho các ứng dụng sơn công nghiệp cũng phát triển do hạn chế phát thải VOC.
Đối với từng loại nhựa Acrylic sẽ cho tính chất màng sơn khác nhau khi sản xuất sơn. Thường nhựa nhiệt rắn sẽ cho tính chất của màng sơn tốt hơn nhựa nhiệt dẻo. Và tùy mục đích sử dụng cũng như loại sơn mà người ta lựa chọn chất tạo màng phù hợp.
Qua bài viết chuyên ngành trên, FSI Việt Nam chúng tôi muốn giới thiệu sơ bộ về nhụa Acrylic và cơ chế tạo màng sơn. Hi vọng bài viết sẽ mang đến cho các bạn một số thông tin giá trị.
CÔNG TY TNHH FSI VIỆT NAM
Địa chỉ: Số 226 Võ Chí Công, Phường Xuân La, Quận Tây Hồ, Hà Nội
Hotline: 094. 3311. 678
Website: fsivietnam.net
