Pigment trong sơn là gì? Bột màu TiO₂, Fe₂O₃ và vai trò che phủ

Pigment trong sơn là gì?

Pigment (bột màu) trong sơn là các hạt rắn mịn không tan trong dung môi, được phân tán đồng đều trong nhựa (binder) để tạo màu sắc, độ che phủ (opacity/hiding power) và đôi khi bổ sung tính năng đặc biệt. Pigment khác với chất màu hòa tan (dye) ở chỗ: pigment tồn tại dưới dạng hạt rắn trong màng sơn, không tan ra nền, bền màu hơn và thường có độ phủ cao hơn.

Phân loại pigment theo chức năng

Pigment tạo màu (Chromatic Pigment)

Hấp thụ chọn lọc một phần phổ ánh sáng, phản xạ phần còn lại tạo cảm nhận màu sắc. Các loại phổ biến:

• TiO₂ (Titan dioxide): Pigment trắng quan trọng nhất — chỉ số khúc xạ n=2,7 (cao nhất trong pigment vô cơ), độ phủ xuất sắc, bền UV, không độc. Chiếm 60–70% thị trường pigment trắng toàn cầu. Có 2 dạng tinh thể: rutile (bền UV hơn, dùng ngoại thất) và anatase (ít dùng hơn).
• Fe₂O₃ (Iron oxide): Pigment màu đỏ, vàng (FeOOH — goethite), đen (Fe₃O₄). Giá rẻ, bền UV và bền kiềm vượt trội, không độc. Phổ biến trong sơn chống rỉ primer đỏ và sơn xi măng màu.
• Carbon black: Pigment đen — chỉ cần 2–5% đã tạo màu đen sâu, bền UV tốt, giá rẻ. Dùng trong sơn đen công nghiệp, sơn phun ô tô.
• Phthalocyanine Blue/Green: Pigment hữu cơ tổng hợp — màu xanh lam và xanh lá rất tươi sáng, bền UV, bền kiềm. Dùng pha màu sơn trang trí.
• Quinacridone, Azo: Pigment hữu cơ đỏ và vàng tươi, dùng pha màu sơn cao cấp.

Pigment chức năng (Functional Pigment)

Bổ sung tính năng kỹ thuật ngoài màu sắc:

• Zinc dust (Bụi kẽm kim loại): Trong sơn zinc-rich primer, kẽm kim loại đóng vai trò anốt hy sinh (sacrificial anode), bảo vệ thép bằng điện hóa. Hàm lượng kẽm khô ≥85% theo khối lượng chất rắn là tiêu chuẩn để phân loại là “zinc-rich”.
• Zinc phosphate: Ức chế ăn mòn bằng cách tạo lớp phosphate bảo vệ tại bề mặt thép, ít độc hơn các primer chứa chì (đã bị cấm). Pigment chống rỉ phổ biến nhất hiện nay.
• Aluminum paste (Vảy nhôm): Hạt nhôm dạng vảy mỏng sắp xếp song song trong màng sơn, phản xạ bức xạ nhiệt hồng ngoại. Dùng trong sơn chịu nhiệt và sơn phản nhiệt.
• Barium sulfate (BaSO₄) / Calcium carbonate (CaCO₃): Extender pigment — không tạo màu, dùng để tăng thể tích chất rắn với chi phí thấp, điều chỉnh độ nhớt và PVC.

Chỉ số che phủ (Hiding Power / Scattering Power)

Độ che phủ phụ thuộc vào sự khác biệt chỉ số khúc xạ giữa pigment và nhựa xung quanh. TiO₂ rutile (n=2,7) trong nhựa acrylic (n≈1,5) cho hiệu quả tán xạ ánh sáng tối ưu. Khi PVC quá cao, các hạt TiO₂ tiếp xúc nhau (crowding effect) làm giảm hiệu quả tán xạ — không phải cứ tăng TiO₂ là tăng độ phủ. Kích thước hạt TiO₂ tối ưu khoảng 0,2–0,3 µm để tán xạ ánh sáng khả kiến hiệu quả nhất.

Pigment và an toàn sức khỏe

Pigment chứa chì (lead chromate, red lead) và pigment chứa cadmium đã bị cấm hoặc hạn chế tại nhiều quốc gia do độc tính cao. Sơn sản xuất và bán tại Việt Nam hiện nay tuân theo quy định không dùng pigment chì và cadmium trong sơn dân dụng. Khi mua sơn cũ hoặc sơn tái chế từ các nguồn không rõ nguồn gốc, cần kiểm tra thành phần pigment.

Tóm tắt các pigment quan trọng nhất