Tổng hợp Polyaspartic ester ứng dụng làm màng sơn Polyurea bảo vệ thép ngoài trời

Tình hình sản xuất và tiêu thụ

Hệ sơn thường được tạo ra gồm lớp lót bằng epoxy, lớp trung gian bằng polyurea và lớp phủ topcoat bằng polyurea dựa trên polyaspartic ester.

Ra đời vào thập niên 80, lớp phủ polyurea kết hợp các thuộc tính rất tốt (đóng rắn rất nhanh, ngay cả ở nhiệt độ dưới 0⁰C, chống ẩm, tính chất cơ lý tốt, kháng hóa chất và khả năng chống nước), chịu được thời tiết và chống mài mòn, được xem là lớp phủ tốt nhất để bảo vệ các công trình.

Ở Việt Nam, polyurea còn tương đối mới. Một số công ty đã nhập polyurea kèm với hệ thống máy phun chuyên dùng để phun phủ chống thấm cho hồ bơi, chống ăn mòn cho các công trình xây dựng và dân dụng. Tuy nhiên, giá thành polyurea rất cao, nên hạn chế khả năng ứng dụng rộng. Vấn đề đặt ra khi ứng dụng polyurea ở Việt Nam là phải khắc phục nhược điểm gel nhanh của polyurea và cải tiến phương pháp gia công sơn phủ bằng các phương pháp thông dụng để dễ dàng sử dụng và giảm giá thành.

Polyaspartic ester do công ty hóa chất Bayer sản xuất có nhiều loại sản phẩm (Desmophen NH-XP 7068, Desmophen NH-1520, Desmophen NH-1420, Desmophen NH-1220) và được nhập về Việt Nam bán với giá tương đối cao.

Vì vậy, việc tổng hợp được polyaspartic ester sẽ tăng khả năng chế tạo hệ sơn polyurea trong nước, thay thế các nguồn nguyên liệu ngoại nhập, phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam, cho phép triển khai ứng dụng rộng rãi.

Quy trình và phương pháp thực hiện

Quy trình công nghệ tổng hợp polyaspartic ester

Sơ đồ quy trình tổng hợp aspartic ester từ 4,4’-Methylene-bis(-2-methylcyclohexylamine) (MMCA)

* Hóa chất sử dụng:

- 4,4′-Methylenebis (2-methylcyclohexylamine) (MMCA) – Sigma Aldrich

- Diethyl Maleate (DEM) – Sigma Aldrich, - Epotec RD 123 (RD 123) – Aditya Birla

- Epotec RD 123 (RD 123) – Aditya Birla

* Mô tả quy trình:

- Tỷ lệ mol các tác chất trong các giai đoạn tổng hợp MMCA/DEM/RD123 = 1,25/2/0,5. - Công nghệ tổng hợp gồm các công đoạn: DEM được nhỏ giọt vào MMCA đều đặn trong vòng 2 giờ tại nhiệt độ phòng. Sau khi 2 nguyên liệu đã hòa trộn xong, gia nhiệt lên 60⁰C và thực hiện phản ứng trong 24 giờ. Tiếp tục cho RD 123 vào hỗn hợp và thực hiện phản ứng ở 70⁰C trong 12 giờ. Hỗn hợp phản ứng được liên tục khuấy với vận tốc 600 vòng/phút.

- Tính chất lý, hóa của sản phẩm aspartic ester thu được:

+ Màu sắc: màu vàng sáng, không có cặn hoặc vảy kết tinh

+ Độ nhớt: trong khoảng 1.600 – 1.700 cps (xác định bằng ASTM D 2983)

+ Tỷ trọng: 1,07 g/mL (xác định bằng ASTM 1475)

Quy trình gia công màng polyurea dựa trên polyaspartic ester

Quy trình gia công màng polyurea dựa trên aspartic ester từ MMCA màu trắng có độn

* Hóa chất:

• Aspartic ester tổng hợp từ 4,4’-Methylene-bis (-2-methylcyclohexylamine)
• Các loại độn: Talc, BaSO₄, TiO₂
• Các loại dung môi: n-butyl acetate, toluen
• Desmodur N3600 - Bayer

* Mô tả quy trình:

- Aspartic ester và các loại bột độn, dung môi được nghiên trộn trong thiết bị nghiền bi liên tục 72 giờ theo công thức sơn như sau:

- Các tính chất lý, hóa của sản phẩm sơn aspartic ester màu trắng thu được:

+ Màu sắc: màu trắng, không bị lắng, tách pha

+ Độ nhớt: trong khoảng 1.000–1.200 cps (xác định bằng ASTM D 2983)

- Sơn aspartic ester màu trắng sau khi nghiền 72 giờ được pha trộn với Desmodur N3600 theo tỷ lệ khối lượng aspartic ester/N3600 = 10/2,06. Hỗn hợp sơn cần được khuấy trộn đều trong 3 phút trước khi gia công màng. Sơn polyurea phải được sơn lên trên bề mặt kim loại đã xử lý cơ học mài nhám và rửa sạch bằng dung môi acetone.

- Tùy thuộc vào phương pháp gia công sử dụng cần điều chỉnh độ nhớt của hệ sơn bằng cách thêm vào dung môi như sau:

+ Đối với phương pháp quét cọ: pha thêm dung môi n-butyl acetate với tỷ lệ khối lượng aspartic ester/butyl acetate = 10/2

+ Đối với phương pháp lăn bằng ru-lô: pha thêm dung môi n-butyl acetate với tỷ lệ khối lượng aspartic ester /butyl acetate = 10/1

+ Đối với phương pháp phun sơn: pha thêm dung môi n-butyl acetate với tỷ lệ khối lượng AE/butyl acetate = 10/2

- Để đạt được bề dầy màng sơn xấp xỉ 120 μm, cần thực hiện phủ màng nhiều lần

+ Đối với phương pháp quét cọ: cần quét 2 lần với khoảng thời gian giữa các lần quét là 10 giờ.

+ Đối với phương pháp lăn bằng ru-lô: cần lăn 2 lần với khoảng thời gian giữa các lần lăn là 10 giờ.

+ Đối với phương pháp phun sơn: cần phun 3 lần với khoảng thời gian giữa các lần phun là 10 giờ.

- Các tính chất lý, hóa của sản phẩm màng polyurea màu trắng từ aspartic ester

+ Ngoại quan: màu trắng, láng phẳng, không có bọt, che phủ tốt

+ Độ bám dính với sắt, thép đạt 100%

+ Có khả năng chịu môi trường nước biển và UV, bảo vệ nền kim loại rất tốt.

Ưu điểm của công nghệ, hiệu quả kinh tế

Màng polyurea từ aspartic ester và Desmodur N3600 có tính chất cơ lý cao và khả năng bảo vệ kim loại rất tốt; các tính năng kỹ thuật tương đương và hoàn toàn có thể thay thế Desmophen thương phẩm (Desmophen NH-1520 và Desmophen NH-1420 của hãng Bayer) vốn có giá bán rất cao. Tùy vào từng thời điểm, địa điểm giao dịch và đối tượng giao dịch, giá các loại Desmophen này từ 260–350 ngàn đồng/kg. Biến động về giá (cùng với thuế suất liên quan) là trở ngại rất lớn cho việc ứng dụng rộng rãi các sản phẩm này tại Việt Nam.

Trong điều kiện giá nguyên liệu để tổng hợp được aspartic ester chỉ khoảng 240 ngàn đồng/kg, quy trình tổng hợp không quá phức tạp, bí quyết công nghệ nằm ở tỷ lệ nguyên liệu, phương pháp hòa trộn tác chất và nhiệt độ tổng hợp phù hợp, không yêu cầu thiết bị phức tạp, việc triển khai quy trình vào thực tiễn cho phép tạo ra hai loại aspartic ester từ MCA và MMCA với khối lượng lớn, tạo ra lợi nhuận lớn, đồng thời đảm bảo ổn định nguồn cung và giá bán cho sản phẩm này.

Thông tin liên hệ chuyên gia, hỗ trợ

1. Chuyên gia:

- GS. TS. Nguyễn Hữu Niếu (ĐT: 0903 702 192; Email: huunieu@vnn.vn)

- PG.TS. Nguyễn Đắc Thành (ĐT: 0913 804 106; Email: thanhpolymedhbk@yahoo.com.vn)

- ThS. Phan Minh Trí (ĐT: 0909 945 820; Email: phanminhtri.minjin@gmail.com)

2. Đơn vị: Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Polymer

Địa chỉ: 268 Lý Thường Kiệt, P.14, Q.10, TP.HCM. Email: ttncvlpolyme@yahoo.com.vn.