Lời mở đầu: Thành bại của thi công sơn – được quyết định bởi sự trải rộng của một giọt sơn trên bề mặt nền.
Bước đầu tiên của thi công sơn – giọt sơn tiếp xúc với bề mặt nền – là trải rộng tạo màng hay co rút thành giọt – được quyết định bởi độ chênh lệch sức căng bề mặt giữa sơn và bề mặt nền. Khi sức căng bề mặt của sơn thấp hơn sức căng bề mặt tới hạn của bề mặt nền – sơn tự động trải rộng – thấm ướt tốt; ngược lại – sơn co rút – hình thành lỗ rỗ/ lỗ kim/ mắt cá. Đây là nguyên lý vật lý cơ bản nhất nhưng cũng bị bỏ qua nhiều nhất trong thi công sơn – sức căng bề mặt = hộ chiếu thấm ướt của sơn.
Lý thuyết sức căng bề mặt và thấm ướt của sơn dựa trên phương trình Young (γ_SV=γ_SL+γ_LV×cosθ) và khái niệm sức căng bề mặt tới hạn Zisman (γ_c) — khi sức căng bề mặt chất lỏng sơn (γ_LV) < sức căng bề mặt tới hạn của vật liệu nền (γ_c) thì — góc tiếp xúc θ→0 — sơn thấm ướt và trải đều hoàn toàn. Lý thuyết này hướng dẫn việc lựa chọn chất thấm ướt/chất làm phẳng (giảm γ_LV của sơn xuống < γ_c của vật liệu nền) và quy trình xử lý bề mặt (tăng γ_c của vật liệu nền).
I. Dữ liệu sức căng bề mặt của các vật liệu nền và sơn phổ biến
| Vật liệu | Năng lượng bề mặt / Năng lượng bề mặt tới hạn (mN/m) | Yêu cầu thấm ướt |
|---|---|---|
| Thép (sạch) | >100 (năng lượng bề mặt cao) | Hầu như mọi loại sơn đều có thể thấm ướt |
| Nhôm (sạch) | >80 | >99% sơn có thể thấm ướt |
| PP (polypropylene) | 29-31 (cực thấp — chưa xử lý) | Cần sơn lót CPO hoặc xử lý ngọn lửa/phaóng xạ corona lên >38 |
| ABS | 35-42 | Phần lớn sơn có thể thấm ướt |
| PC (polycarbonate) | 38-45 | Phần lớn sơn có thể thấm ướt — lưu ý nứt do ứng suất ESC |
| Sơn gốc dung môi (điển hình) | 25-30 (năng lượng bề mặt thấp) | Có thể thấm ướt phần lớn nhựa |
| Sơn gốc nước (điển hình) | 35-45 (năng lượng bề mặt cao) | Cần thêm chất thấm ướt hạ xuống <30 mới thấm ướt được nhựa |
Câu hỏi thường gặp
Q1: Phương trình Young — Tại sao góc tiếp xúc θ của một giọt sơn trên vật liệu nền quyết định tất cả?Phương trình Young γ_SV=γ_SL+γ_LV×cosθ mô tả sự cân bằng lực tại giao điểm ba pha rắn – khí – lỏng. θ<90° — sơn thấm ướt một phần (chấp nhận được); θ90° — sơn không thấm ướt — co lại thành giọt (không chấp nhận được). Cách giảm θ: giảm γ_LV của sơn (thêm chất làm ướt polyether siloxane — có thể giảm γ_LV từ >35 xuống <25 mN/m); tăng năng lượng bề mặt vật liệu nền (xử lý corona/plasma/ngọn lửa — nâng γ_c của nhựa từ 50).
Q2: Lỗ rỗng co ngót – Tại sao một giọt chất gây ô nhiễm có sức căng bề mặt thấp lại có thể đẩy lớp sơn xung quanh ra? Trên bề mặt lớp phủ rơi một giọt chất gây ô nhiễm có sức căng bề mặt thấp (như dầu silicone – γ<20mN/m) – sức căng bề mặt của lớp sơn xung quanh chất gây ô nhiễm cao hơn chất gây ô nhiễm – gradient sức căng bề mặt thúc đẩy lớp sơn chạy ra từ chất gây ô nhiễm ra ngoài – hình thành một vòng lõm xung quanh chất gây ô nhiễm – đó chính là lỗ rỗng co ngót. Một giọt dầu silicone đường kính 2-5mm – phóng đại >50 lần. Phòng ngừa: vệ sinh xưởng nghiêm ngặt – loại bỏ hoàn toàn sương dầu silicone/dầu bôi trơn – sử dụng chất chống bọt phân tử (polyether modified siloxane) thay thế chất chống bọt silicone nguyên chất.
Q3: Xoáy Benard – Tại sao khi sơn khô bề mặt lại xuất hiện hoa văn lục giác?Trong quá trình sơn khô – dung môi bay hơi từ bề mặt – nhiệt độ bề mặt giảm – sức căng bề mặt tăng (nhiệt độ càng thấp sức căng bề mặt càng cao). Chênh lệch sức căng bề mặt giữa bề mặt và lớp bên dưới thúc đẩy chất lỏng chảy từ vùng sức căng bề mặt thấp đến vùng sức căng bề mặt cao – hình thành xoáy đối lưu lục giác – đó chính là xoáy Benard. Tại tâm xoáy sơn trồi lên – tại rìa xoáy sơn chìm xuống – hạt pigment tập trung ở rìa xoáy – tạo thành hoa văn lục giác. Khắc phục: thêm chất làm phẳng (polyether siloxane) – làm đồng đều sức căng bề mặt – loại bỏ gradien sức căng bề mặt – triệt tiêu lực dẫn động đối lưu.
Bài đọc liên quan
Tóm tắt
Lý thuyết sức căng bề mặt và thấm ướt của sơn là cơ sở vật lý để hiểu sự trải phẳng, san phẳng bề mặt và các khuyết tật (lõm bề mặt/xoáy Bernard/vỏ cam) của sơn. Chất thấm ướt (giảm γ_LV của sơn < γ_c của vật liệu nền) và chất san phẳng bề mặt (đồng nhất hóa gradien sức căng bề mặt) là phụ gia thiết yếu khi thi công sơn. Kexin New Materials cung cấp dịch vụ sàng lọc phụ gia thấm ướt san phẳng và đo sức căng bề mặt – giúp sơn của bạn trải phẳng như tơ – láng như gương.