Thành công nghiên cứu Ứng dụng Bột Calcium Carbonate (CaCO3) Tái chế từ Vỏ Sò, Hàu vào Sản xuất Sơn Nước Sinh thái – “Sơn Xanh Kolor”

Thành công nghiên cứu Ứng dụng Bột Calcium Carbonate (CaCO3) Tái chế từ Vỏ Sò, Hàu vào Sản xuất Sơn Nước Sinh thái – “Sơn Xanh Kolor”

Nghiên cứu này nhằm mục đích ứng dụng nguồn phế thải vỏ sò, hàu (từ các hoạt động nuôi trồng và chế biến thủy sản) để thu hồi bột Calcium Carbonate (CaCO3) tinh khiết, sau đó sử dụng CaCO3 tái chế này làm chất độn chính thay thế một phần hoặc toàn bộ bột đá vôi công nghiệp trong công thức sản xuất sơn nước thân thiện với môi trường, được đặt tên là "Sơn Xanh Kolor". Kết quả cho thấy bột CaCO3 từ vỏ sò, hàu có độ trắng và độ mịn cao, hoàn toàn có khả năng thay thế bột đá vôi công nghiệp, đồng thời cải thiện một số tính chất của sơn như độ nhớt và độ bám dính ở hàm lượng thay thế tối ưu. Việc ứng dụng vật liệu này không chỉ giảm thiểu ô nhiễm môi trường do phế thải vỏ nhuyễn thể mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp sơn.

1. Mở đầu

1.1. Bối cảnh và Tính cấp thiết

Sơn là một vật liệu thiết yếu trong xây dựng và trang trí. Tuy nhiên, các loại sơn truyền thống thường chứa các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) và các hóa chất độc hại, gây ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người và môi trường. Xu hướng phát triển vật liệu xanh và sơn sinh thái (Xanh Kolor) đang trở nên cấp thiết.

CaCO3 là một chất độn quan trọng, chiếm tỷ lệ lớn (thường lên đến 60%) trong công thức sơn nước, giúp cải thiện độ che phủ, độ trắng sáng, độ bền và giảm giá thành. Các nguồn CaCO3 truyền thống chủ yếu là đá vôi khai thác tự nhiên.

Hằng năm, ngành nuôi trồng thủy sản tạo ra một lượng lớn vỏ sò, hàu là phế thải. Thành phần chính của vỏ nhuyễn thể là CaCO3 (> 95%). Việc tái chế nguồn phế thải này thành bột CaCO3 chất lượng cao để sản xuất sơn không chỉ giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường mà còn cung cấp một nguồn nguyên liệu CaCO3 bền vững và có giá trị kinh tế.

1.2. Mục tiêu Nghiên cứu

1. Thiết lập quy trình thu hồi và xử lý vỏ sò, hàu thành bột CaCO3 siêu mịn đạt tiêu chuẩn dùng trong ngành sơn.
2. Nghiên cứu ảnh hưởng của bột CaCO3 tái chế đến các tính chất kỹ thuật của sơn nước.
3. Xây dựng công thức tối ưu cho sản phẩm "Sơn Xanh Kolor" thân thiện môi trường, sử dụng bột CaCO3 từ vỏ sò, hàu.

2. Vật liệu và Phương pháp

2.1. Vật liệu

• Nguyên liệu chính: Vỏ sò và vỏ hàu phế thải (thu thập từ các trại nuôi trồng ven biển).
• Hóa chất và Phụ gia: Các thành phần cơ bản của sơn nước nhũ tương (keo Styrene Acrylic, Titan Dioxide TiO2, chất phân tán, chất làm đặc, chất chống mốc, nước cất,...).
• Mẫu đối chứng: Bột đá vôi CaCO3 công nghiệp tiêu chuẩn.

2.2. Quy trình Chế tạo Bột CaCO3 Tái chế

Quy trình bao gồm các bước:

1. Thu gom và Rửa sạch: Vỏ sò/hàu được làm sạch tạp chất, loại bỏ thịt còn sót lại.
2. Sấy khô và Nung: Vỏ được sấy khô, sau đó nung ở nhiệt độ cao (khoảng 800-900 độ C để loại bỏ các chất hữu cơ còn lại và chuyển hóa một phần CaCO3 thành CaO.
3. Nghiền thô và Nghiền siêu mịn: Vỏ đã nung được nghiền thô, sau đó nghiền siêu mịn bằng máy nghiền bi hoặc nghiền phản lực để đạt kích thước hạt D50 < 5  µm.
4. Phân tích đặc trưng: Phân tích độ trắng, thành phần hóa học CaCO3 tinh khiết, kích thước hạt và hấp thụ dầu của bột thu được.

2.3. Chế tạo Mẫu Sơn "Xanh Kolor"

Nghiên cứu tiến hành chế tạo 5 mẫu sơn với cùng một công thức nền, chỉ thay đổi tỷ lệ thay thế bột CaCO3 công nghiệp bằng bột CaCO3 tái chế:

Các mẫu sơn được sản xuất theo phương pháp phân tán thông thường, sử dụng máy phân tán tốc độ cao.

2.4. Đánh giá Tính chất Sơn

Các mẫu sơn được đánh giá theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 8652:2020 (Sơn tường dạng nhũ tương), bao gồm:

• Độ mịn (thước Hegman).
• Độ nhớt (máy đo nhớt Brookfield).
• Độ phủ (thử nghiệm trên màng sơn khô).
• Độ bám dính (phương pháp cắt ô).
• Độ bền hóa học (bền nước, bền kiềm).
• Độ VOCs (xác định hàm lượng hợp chất hữu cơ dễ bay hơi).

3. Kết quả và Thảo luận

3.1. Đặc trưng của Bột CaCO3 Tái chế

Bột CaCO3 thu được từ vỏ sò, hàu sau xử lý nhiệt và nghiền siêu mịn cho thấy các đặc tính vượt trội:

• Độ tinh khiết CaCO3: Đạt > 97%.
• Độ trắng: Cao hơn 95% (so với 90-93% của bột đá vôi công nghiệp thông thường).
• Kích thước hạt (D50): Đạt approx 4.5 µm.

Đặc tính này chứng minh bột CaCO3 tái chế hoàn toàn đủ điều kiện làm chất độn cao cấp trong sản xuất sơn.

3.2. Ảnh hưởng đến Tính chất Kỹ thuật của Sơn

• Độ mịn và Độ nhớt: Các mẫu sử dụng bột tái chế (M1-M4) đều cho độ mịn cao hơn (hạt nhỏ hơn) so với mẫu đối chứng M0. Mẫu M3 và M4 cho độ mịn tốt nhất. Độ nhớt của M2 đạt mức cao nhất, cho thấy khả năng làm đặc tốt hơn của bột tái chế.
• Độ bám dính: Mẫu M3 cho kết quả xuất sắc nhất (0 điểm), tức là lớp sơn không bị bong tróc, cho thấy khả năng tương tác tốt hơn của bột CaCO3 tái chế với hệ polymer.
• Hàm lượng VOCs: Hàm lượng VOCs của các mẫu thay thế đều thấp hơn mẫu đối chứng, đặc biệt là M2 và M3, góp phần khẳng định tính chất "Sơn Xanh Kolor".

3.3. Xây dựng Sản phẩm "Sơn Xanh Kolor"

Dựa trên kết quả thực nghiệm, Mẫu M3 (thay thế 75% bột CaCO3 công nghiệp bằng bột CaCO3 tái chế) được chọn làm công thức tối ưu cho "Sơn Xanh Kolor" vì nó đạt được sự cân bằng giữa các yếu tố:

1. Tính kỹ thuật: Độ mịn, độ nhớt đạt chuẩn, độ bám dính vượt trội.
2. Tính Kinh tế/Môi trường: Tận dụng được nguồn phế thải vỏ sò, hàu ở tỷ lệ cao (75%), giảm chi phí nguyên liệu thô và giảm thiểu tác động khai thác đá vôi.
3. Tính Sinh thái: Hàm lượng VOCs thấp, góp phần bảo vệ sức khỏe người dùng và môi trường.

4. Kết luận

Nghiên cứu đã chứng minh thành công việc ứng dụng bột CaCO3 tái chế từ vỏ sò, hàu vào sản xuất sơn nước. Sản phẩm "Sơn Xanh Kolor" với công thức tối ưu sử dụng 75% bột CaCO3 tái chế không chỉ đạt các tiêu chuẩn kỹ thuật của sơn tường dạng nhũ tương mà còn có ưu điểm về độ bám dính và thân thiện với môi trường (hàm lượng VOCs thấp).