Định nghĩa độ nhớt sơn
Độ nhớt (viscosity) là lực cản nội tại của chất lỏng khi bị biến dạng cắt (shear). Với sơn, độ nhớt quyết định khả năng thi công (bơm được, phun được, lăn được), chảy bề mặt (leveling) và không bị chảy nhỏ giọt (sagging). Sơn là chất lỏng phi Newton (non-Newtonian) — độ nhớt thay đổi theo tốc độ cắt, không cố định như nước.
Đơn vị đo độ nhớt phổ biến
1. Krebs Unit (KU) — dụng cụ Stormer
KU đo độ nhớt ở tốc độ cắt thấp-trung bình (200 rpm), dùng phổ biến cho sơn kiến trúc gốc nước (sơn nội thất, ngoại thất). Dụng cụ Stormer KU2 nhúng paddle vào sơn, đo tải trọng cần để quay 200 rpm. Thang đo 40–141 KU; sơn nước thông thường 95–115 KU; sơn đặc hơn 115–130 KU. Tiêu chuẩn: ASTM D562.
2. Ford Cup (giây) — phễu đo chảy
Ford Cup đo thời gian chảy hết 100 mL sơn qua lỗ tiêu chuẩn ở đáy cốc. Ford Cup #4 (lỗ 4 mm) phổ biến cho sơn công nghiệp gốc dung môi. Kết quả tính bằng giây: 20–30 giây cho sơn phun loãng; 40–80 giây cho sơn phun đặc hơn. Ford Cup #2 và #3 cho chất lỏng loãng hơn. Tiêu chuẩn: ASTM D1200, ISO 2431.
3. Brookfield (centiPoise — cps hoặc mPa·s)
Nhớt kế Brookfield (rotational viscometer) đo bằng cách quay spindle trong sơn ở nhiều tốc độ (0,3–100 rpm) và ghi lực cản. Đơn vị cPs (mPa·s) là đơn vị tuyệt đối. Ưu điểm: xác định đặc tính thixotropy, đo toàn dải từ loãng đến rất đặc. Nước = 1 cPs; sơn nội thất 3.000–15.000 cPs; sơn đặc thixotropic 20.000–100.000 cPs. Tiêu chuẩn: ASTM D2196.
4. Cone and plate (nón và tấm phẳng)
Dùng trong phòng thí nghiệm để đo độ nhớt tuyệt đối ở tốc độ cắt kiểm soát chính xác. Thường dùng cho mực in và sơn UV. Cho phép vẽ đường cong nhớt toàn dải và xác định chỉ số thixotropy (TI = nhớt 1 rpm / nhớt 10 rpm).
Tính phi Newton của sơn — Thixotropy
Sơn kiến trúc được thiết kế thixotropic: nhớt cao khi đứng yên (không chảy nhỏ giọt), nhớt thấp khi thi công (lăn mượt). Chỉ số thixotropy (TI) ≥ 4 thường là mục tiêu cho sơn chống chảy (anti-sag). Sơn xây dựng dùng associative thickener (HEUR, HMHEC) để tạo thixotropy có thể phục hồi nhanh sau khi cắt.
Quan hệ độ nhớt — phương pháp thi công
| Phương pháp thi công | KU điển hình | Ford Cup #4 (s) | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| Lăn roller | 95–120 KU | — | Không cần pha loãng |
| Chổi quét (brush) | 85–110 KU | — | Nhớt thấp hơn lăn một chút |
| Phun HVLP | — | 25–40 s | Pha loãng 5–15% |
| Phun airless | — | 40–70 s | Ít pha loãng hơn HVLP |
| Nhúng (dip coat) | — | 20–35 s | Cần sơn rất loãng, đồng nhất |
| Electrocoat (sơn điện) | — | — | Đo theo Zahn cup hoặc EFB |
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ nhớt
Độ nhớt sơn gốc dung môi giảm mạnh khi nhiệt độ tăng (thường 1–3% mỗi °C). Sơn nước ít nhạy nhiệt hơn nhờ cấu trúc latex nhưng vẫn thay đổi rõ rệt dưới 10°C (tăng đột biến). Phép đo độ nhớt phải ghi rõ nhiệt độ; tiêu chuẩn thường đo ở 23°C ± 1°C.
Pha loãng và giới hạn
Sơn nước gốc acrylic: pha loãng tối đa 10% nước theo khuyến nghị nhà sản xuất; pha loãng quá mức giảm VS%, giảm độ phủ và có thể làm mất tính thixotropy. Sơn dung môi: pha loãng bằng dung môi pha tương thích (thinner); tỷ lệ ghi trên datasheet. Không dùng nước pha sơn dung môi và ngược lại.
Đo độ nhớt nhanh tại công trường
Ford Cup là dụng cụ phổ biến nhất tại công trường vì giá rẻ, dễ vệ sinh. Quy trình: đổ đầy cốc, đặt ngón tay chặn lỗ, thả ngón tay và bấm giờ đến khi dòng chảy gián đoạn lần đầu (ASTM) hoặc đến khi hết hoàn toàn (ISO). Kết quả đọc phụ thuộc điều kiện nhiệt độ — phải ghi kèm nhiệt độ đo.