Tài liệu Nghiên cứu sản xuất và sử dụng dầu bôi trơn máy dệt kim cao cấp phục vụ ngành dệt may xuất khẩu

  • Số trang: 72 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 99 |
  • Lượt tải: 0
nguyetha

Đã đăng 8489 tài liệu

Mô tả:

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN HÓA HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ---------o0o--------- BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2010 Nghiên cứu sản xuất và sử dụng dầu bôi trơn máy dệt kim cao cấp phục vụ ngành dệt may xuất khẩu Chủ nhiệm đề tài TS. LÊ KIM DIÊN 8338 Hà Nội 12/2010 BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN HÓA HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ---------o0o--------- BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2010 Nghiên cứu sản xuất và sử dụng dầu bôi trơn máy dệt kim cao cấp phục vụ ngành dệt may xuất khẩu Thực hiện theo Hợp đồng 63.10.RD/HĐ-KHCN ngày 25/02/2010 giữa Bộ Công Thương và Viện Hóa học công nghiệp Việt Nam Chủ nhiệm đề tài TS. LÊ KIM DIÊN Thành viên tham gia: ThS. Nguyễn Mạnh Dương ThS. Nguyễn Thị Hà ThS. Nguyễn Thị Phương Hoà KS. Lê Minh Việt KS. Nguyễn Công Bắc KS. Phạm Văn Nam KS. Nguyễn Văn Vượng KS. Hà Thị Minh Huyền Và các cộng sự khác Hà Nội 12/2010 MỞ ĐẦU Ngành Công nghiệp dệt may Việt Nam năm 2010 đã vượt lên dầu thô, đạt doanh thu xuất khẩu cao nhất cả nước (tới 7 tỷ USD), trong đó sản phẩm dệt kim chiếm tỷ lệ lớn nhất. Ngành đã phải sử dụng dầu bôi trơn dầu máy dệt kim – một loại dầu chuyên dụng có độ sạch cao, nhập ngoại, hàng năm tính ra lên tới 3.600 tấn/năm với giá trị nhập khẩu tính theo thời điểm hiện tại khoảng 160 tỷ đồng (khoảng 8 triệu USD) Nếu tạo ra và cung cấp được sản phẩm này trong nước thì có thể đem lại hiệu quả kinh tế (lợi nhuận) đáng kể, khoảng 40 tỷ đồng Do đó, Phòng Thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về Công nghệ Lọc, Hóa dầu thuộc Viện Hóa học công nghiệp Việt Nam đã được Bộ Công Thương giao nhiệm vụ tiến hành nghiên cứu và đã tạo ra được loại dầu này đạt tính năng sử dụng tương đương sản phẩm nhập ngoại. Đề tài đã thực hiện đầy đủ các nội dung nghiên cứu được giao và sản phẩm dầu dệt kim của Đề tài đã được thử nghiệm đạt kết quả tốt tại một cơ sở dệt may có uy tín. Có thể nói đây là một trong các đề tài nghiên cứu phát triển tạo ra sản phẩm Khoa học công nghệ thiết thực và có tính khả thi trong triển khai sản xuất trong tương lai gần. 1 MỤC LỤC MỞ ĐẦU....................................................................................................... 1 MỤC LỤC..................................................................................................... 2 KÝ HIỆU VIẾT TẮT.................................................................................... 5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU....................................................... 7 1.1. Khái niệm và đặc điểm dầu dệt kim cao cấp.................................... 7 1.2. Tình hình nghiên cứu về dầu dệt kim cao cấp ................................. 8 1.3. Bản chất hóa học các thành phần dầu dệt kim cao cấp .................. 11 1.3.1. Dầu gốc khoáng......................................................................... 11 1.3.2. Chất tạo nhũ và đặc trung HLB ................................................ 13 1.3.2.1. Chất tạo nhũ .......................................................................... 13 1.3.2.2. Hằng số cân bằng ưa dầu – ưa nước HLB của chất nhũ hoá 14 1.3.3. Các phụ gia chức năng ............................................................... 16 1.3.3.1. Phụ gia chống tạo bọt ........................................................... 16 1.3.3.2. Phụ gia diệt khuẩn ................................................................ 17 1.3.3.3. Phụ gia chống ăn mòn kim loại ............................................ 17 1.3.3.4. Phụ gia cực áp (phụ gia chống kẹt xước) ............................. 17 1.4. Các chỉ tiêu đánh giá dầu dệt kim và nguyên lý tiến hành ............ 18 1.4.1. Tỷ trọng ...................................................................................... 18 1.4.2. Đột nhớt động học...................................................................... 18 1.4.3. Độ ổn định cơ học ...................................................................... 19 1.4.4. Tính chống tạo bọt...................................................................... 20 1.4.5. Tính ổn định nhũ ........................................................................ 20 1.4.6. Tính bôi trơn, chống ăn mòn và khả năng làm mát ................... 21 1.4.7. Chỉ số axit................................................................................... 21 1.4.8. Độ bền oxy hóa .......................................................................... 22 1.4.9. Điểm aniline ............................................................................... 23 1.4.10. Độ ăn mòn tấm đồng ................................................................ 23 1.4.11. Độ ăn mòn tấm gang ................................................................ 24 2 CHƯƠNG 2. PHẦN THỰC NGHIỆM ..................................................... 25 2.1. Nghiên cứu xác định thành phần dầu dệt kim và lựa chọn dầu gốc làm nguyên liệu........................................................................................ 25 2.2. Tổng hợp chất tạo nhũ không ion................................................... 26 2.2.1. Cơ sở hóa học các quá trình tổng hợp........................................ 26 2.2.2. Quá trình tổng hợp amit ............................................................. 29 2.2.2.1. Yêu cầu về nguyên liệu ........................................................ 29 2.2.2.2. Tiến hành quá trình tổng hợp amit ....................................... 29 2.2.3. Các phương pháp đánh giá sản phẩm amit đã tổng hợp được ... 30 2.2.3.1. Phương pháp phổ hấp phụ hồng ngoại ................................. 30 2.2.3.2. Phương pháp phổ khối.......................................................... 31 2.3. Nghiên cứu sử dụng phụ gia tính năng .......................................... 32 2.3.1. Lựa chọn phụ gia........................................................................ 32 2.3.2. Thực nghiệm khảo sát các phụ gia............................................. 32 2.3.2.1. Khảo sát sử dụng phụ gia chống oxy hoá............................. 32 2.3.2.2. Khảo sát phụ gia ức chế ăn mòn kim loại ............................ 33 2.3.2.3. Khảo sát phụ gia chống tạo bọt ............................................ 34 2.3.2.4. Khảo sát sử dụng phụ gia diệt khuẩn.................................... 34 2.4. Lập đơn dầu dệt kim và đánh giá tính chất dầu pha chế ................ 35 2.4.1. Nguyên liệu ................................................................................ 35 2.4.2. Các bước tiến hành..................................................................... 35 2.4.3. Đánh giá dầu thành phẩm........................................................... 35 2.5. Sản xuất thử và thử nghiệm hiện trường........................................ 36 2.6. Đánh giá sơ bộ khả năng phân hủy sinh học sau sử dụng.............. 37 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN ............................................... 38 3.1. Kết quả đánh giá lựa chọn dầu gốc làm nguyên liệu ..................... 38 3.2. Kết quả tổng hợp chất tạo nhũ dạng amit ...................................... 39 3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng phản ứng nghiên cứu xúc tác KOH tan trong MEA ................................................................................................... 39 3 3.2.2. Kết quả phân tích sản phẩm amit ............................................... 42 3.2.2.1. Phổ hồng ngoại ..................................................................... 42 3.2.2.2. Phân tích sắc ký khí – khối phổ (GC-MS) .......................... 43 3.3. Kết quả nghiên cứu xác định thành phần tổ hợp chất nhũ hóa ...... 45 3.3.1. Xác định HLB của sản phẩm amit ............................................. 45 3.3.2. Xác định nồng độ tối ưu của chất nhũ hóa hỗn hợp (Ami / TWEEN 80).......................................................................................... 47 3.3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền nhũ ................................... 49 3.4. Kết quả đánh giá lựa chọn sử dụng các phụ gia tính năng............. 50 3.4.1. Kết quả đánh giá lựa chọn phụ gia chống oxy hoá.................. 50 3.4.2. Kết quả đánh giá sử dụng phụ gia ức chế ăn mòn kim loại..... 52 3.4.3. Kết quả lựa chọn phụ gia chống tạo bọt .................................. 54 3.5. Kết quả sản xuất thử và thử nghiệm hiện trường ........................... 55 3.6. Kết quả đánh giá sơ bộ khả năng phân hủy sinh học sau sử dụng. 56 3.7. Đề xuất sơ đồ dây chuyền sản xuất dầu dệt kim công nghiệp ....... 57 3.8. Xây dựng Tiêu chuẩn sản phẩm và dự toán giá thành dầu dệt kim DK-24 ...................................................................................................... 59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................................... 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................... 63 PHỤ LỤC.................................................................................................... 67 4 KÝ HIỆU VIẾT TẮT - MEA : Mono Etanol Amin - GC : Phân tích sắc ký khí - GC-MS : Phân tích sắc ký khí – khối phổ - IR : Phân tích phổ hồng ngoại - VI : Chỉ số độ nhớt - Ami : Amit dầu thực vật - O/W : Dầu/nước - HĐBM : Hoạt động bề mặt - HLB : Hằng số cân bằng ưa dầu ưa nước - RHLB : Hằng số cân bằng ưa dầu ưa nước yêu cầu - ASTM : Hiệp hội thử nghiệm vật liệu Mỹ - GOST : Tiêu chuẩn quốc gia Liên Bang Nga - TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam - HPIP : Hydro Peoxit của Iso Propyl benzen 5 TÓM TẮT NHIỆM VỤ - Khảo sát xác định thành phần dầu dệt kim cao cấp - Đánh giá, lựa chọn dầu gốc khoáng tinh chế cao làm nguyên liệu cho dầu thành phẩm - Tổng hợp chất tạo nhũ không ion làm hợp phần của dầu thành phẩm trên cơ sở amit hóa metyl este dầu thực vật Việt Nam - Lựa chọn và tạo tổ hợp các phụ gia tính năng cần thiết - Lập đơn pha chế và đánh giá dầu dệt kim tạo ra trong Phòng thí nghiệm của Viện Hóa học công nghiệp Việt Nam và Viện Dệt may - Thử nghiệm hiện trường dầu thành phẩm đề tài trên máy dệt kim của cơ sở dệt may Tín Thành - Điều chỉnh đơn pha chế và lập sơ đồ công nghệ sản xuất dầu dệt kim - Đề xuất hướng phát triển sản phẩm và khả năng thực hiện Dự án sản xuất 6 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Khái niệm và đặc điểm dầu dệt kim cao cấp Dầu bôi trơn máy dệt kim cao cấp (máy dệt kim tròn) được dùng để bôi trơn dàn kim dệt đan tròn. Đây là loại dầu chuyên dụng vì nó phải đáp ứng được hai yêu cầu cơ bản: - Bôi trơn dàn kim chuyển động nhanh khứ hồi trong nguyên công dệt, đảm bảo không bị kẹt kim. - Có tính rửa trôi bằng nước cao sau khi dầu bám vào vải dệt để làm sạch vải cho các nguyên công khác như nhuộm, hoàn thiện sản phẩm,…đặc biệt không được để lại vết ố và biến màu vải thành phẩm. Hình 1.1. Máy dệt kim tròn Do đó các tính năng sử dụng phải đạt được là: - Bôi trơn làm mát tốt để hạn chế mài mòn, tránh kẹt kim - Giải tỏa nhanh nhiệt phát sinh trong máy dệt 7 - Không được tạo cặn trên bề mặt kim, do đó dầu phải có độ ổn định nhiệt, độ ổn định kháng oxy hóa nhiệt cao và không chứa nhựa - Độ nhớt của dầu phải ít biến đổi theo tốc độ kim (độ bền trượt cắt) và điều kiện nhiệt độ môi trường (chỉ số nhiệt nhớt VI phải cao) - Bảo vệ kim không bị ăn mòn hóa học - Tương hợp với các chi tiết kim loại khác của dàn máy và của vải dệt kim - Dễ giũ sạch bằng nước (dễ tan trong nước) nhằm làm sạch vải dệt thành phẩm Từ đó có thể thấy đây là loại dầu bôi trơn dạng tạo nhũ thuận dầu trong nước (oil in water O/W) sau khi sử dụng xong. Cho nên theo tài liệu công bố dầu thường có thành phần như sau: - Dầu gốc khoáng hoặc dầu gốc tổng hợp làm chất nền bôi trơn (Base Oil) - Hệ chất tạo nhũ thuận dầu trong nước - Các phụ gia tính năng khác như chất ức chế oxy hóa, ức chế ăn mòn kim loại, hạn chế mài mòn kẹt xước, hạn chế tạo bọt,… Tóm lại đây là loại dầu bôn trơn chuyên dụng không thể thay thế bằng các dầu bôi trơn máy công nghiệp hoặc dầu bôi trơn động cơ, dầu bánh răng thông thường, kể cả dầu khác của ngành dệt may như dầu máy khâu, dầu cọc sợi (Spindle Oil) 1.2. Tình hình nghiên cứu về dầu dệt kim cao cấp Ở nước ngoài Cho đến nay các công trình nghiên cứu về loại dầu này đi theo hai hướng: - Lựa chọn hệ dầu gốc làm dầu nền bôi trơn tiên tiến để vừa nâng cao độ bền làm việc song lại có khả năng phân hủy sinh học sau sử dụng (khi thải ra ở dạng nhũ dầu trong quá trình giặt rửa vải thành phẩm). 8 Để đạt mục đích này người ta đang nghiên cứu sử dụng hệ dầu gốc tổng hợp như các polyglycol và este photphat, cũng như xem xét khả năng sử dụng một phần dầu thực vật tinh chế để làm hợp phần dầu gốc (dầu hướng dương, dầu hạt cải, dầu đậu nành,…) - Tạo ra tổ hợp hệ các chất tạo nhũ loại mới để tăng tính tương hợp với dầu gốc nhằm nâng cao độ ổn định pha của dầu dệt kim thành phẩm như sử dụng các chất tạo nhũ (chất hoạt động bề mặt) không ion kết hợp với các chất tạo nhũ anion truyền thống (xà phòng, sunphonat dầu mỏ,…) Sử dụng một số phụ gia tính năng tiên tiến để nâng cao hiệu quả của dầu, đồng thời hạn chế các chất độc hại thường dùng trong phụ gia chống mài mòn và chống kẹt xước (chứa photpho và lưu huỳnh). Tuy nhiên các tài liệu công bố không nhiều vì dầu dệt kim là sản phẩm chuyên dụng của từng hãng do đó thành phần pha chế và bí quyết công nghệ, nhất là các phụ gia hợp phần cần có. Thực tế sử dụng các sản phẩm dầu dệt kim nhập ngoại hiện nay cho thấy dầu gốc nguyên liệu là dầu gốc khoáng thông thường (thế hệ I) nên độ ổn định hóa học không cao và độ phân hủy sinh học sau sử dụng thấp (thường chỉ đạt 15-20%) và của các chất tạo nhũ, phụ gia tổng hợp từ dầu mỏ. Các dầu dệt kim đang sử dụng ở Việt Nam có thể kể đến như sản phẩm của Exxon – Mobile (Essotex HP 24), của hãng CPC Đài Loan (TPX-22), của Mobile (Velocite HP24,…) đều sử dụng dầu gốc khoáng thông thường (sản xuất từ quá trình chưng cất chân không và tinh chế bằng dung môi chọn lọc phần cặn hẹp dầu thô), do đó đều chứa hợp chất thơm và naphtenic (vòng no) nên độ ổn định không cao. Các phụ gia – chủ yếu là chất tạo nhũ (chất HĐBM) là sản phẩm của các hãng phụ gia Lubrizol, KAO, Avtol, Akzonobel, Hitech,… cùng với các chất làm phụ gia tính năng trong dầu dệt kim ngoại nhập thường là phụ gia đóng gói, thậm chí ở dạng pha sẵn vào dầu gốc nên giá cả không hợp lí. 9 Nhìn chung dầu dệt kim tròn cao cấp thành phẩm của nước ngoài còn khá đắt (thời điểm hiện tại khoảng 55.000VNĐ/lít), do đó hiệu quả kinh tế sử dụng không cao. Ngoài ra từ thực trạng sử dụng dầu dệt kim ở nước ta cho thấy độ ổn định chống tách lớp trong tồn chứa, nhất là về mùa đông còn thấp. Điều đó chứng tỏ sự tương hợp giữa gói phụ gia và dầu gốc bôi trơn nền chưa cao. Ở trong nước Nhóm tác giả thực hiện Đề tài này đã làm việc lâu năm trong lĩnh vực vật liệu bôi trơn. Tác giả Chủ nhiệm đang hoạt động trong chuyên ngành tổng hợp các chất hoạt động bề mặt thế hệ mới và các sản phẩm tạo ra từ các hệ phụ gia có tính phân huỷ sinh học cải thiện do được tổng hợp từ dầu mỡ động thực vật nhiệt đới. Đã có một số công trình nghiên cứu về dầu mỡ bôi trơn phân huỷ sinh học trên cơ sở sử dụng dầu thực vật Việt Nam. Đây là cơ sở tốt để phát triển nghiên cứu áp dụng vào các sản phẩm cụ thể phục vụ công nghiệp và kinh tế ở nước ta. Tổ đề tài có nhiều kinh nghiệm trong việc kết hợp hợp tác với các cơ sở nghiên cứu triển khai các sản phẩm dầu mỡ tiên tiến của các nước thuộc Liên Xô cũ, đặc biệt với Viện nghiên cứu chế biến dầu mỏ toàn Liên bang Nga và Viện nghiên cứu thiết kế công nghệ dầu mỏ MASMA (Ucraina), góp phần tạo ra mỡ bôi trơn, dầu thuỷ lực có sử dụng dầu thực vật Việt Nam. Đồng thời Viện Hóa học công nghiệp Việt Nam có thế mạnh nghiên cứu triển khai các sản phẩm đi từ dầu mỡ động thực vật như thuốc tuyển nổi quặng, biodiesel, chất chống kết khối phân hóa học,… Từ đây đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng dầu thực vật làm nguyên liệu cho sản xuất sản phẩm mới. Trên cơ sở đó cần phát triển các sản phẩm dầu mỡ thương phẩm phục vụ công nghiệp có tính năng sử dụng và tính phân huỷ sinh học sau sử dụng ở mức cao hơn. Do đó, với việc thực hiện đề tài này, đây sẽ là lần đầu 10 tiên ở Việt Nam nghiên cứu tạo ra loại dầu bôi trơn chuyên dụng trong lĩnh vực công nghiệp dệt may. 1.3. Bản chất hóa học các thành phần dầu dệt kim cao cấp Do dầu dệt kim cao cấp ngoài chức năng bôi trơn còn có một chức năng thứ hai quan trọng là tan được trong nước ở dạng nhũ sau sử dụng để làm sạch vải dệt nên cần thiết đề cập ở đây hệ nhũ dầu trong nước mà các công trình nghiên cứu không đề cập khi tổng hợp loại dầu này. Dầu dệt kim còn được gọi là dầu hòa tan (Soluble Oil) vì thực chất nó là dầu gốc có chứa chất nhũ hóa cho phép chúng có thể trộn lẫn với nước. Muốn có hệ nhũ thuận đáp ứng đòi hỏi trên phải có sự tương hợp giữa dầu gốc làm môi trường phân tán và chất tạo nhũ cùng phụ gia chức năng làm pha phân tán, hay chính xác đây là hệ đa phân tán. Do đó cấn có đánh giá sử dụng các hợp phần của nó. 1.3.1. Dầu gốc khoáng Phân loại dầu mỏ dựa vào bản chất hóa học, có nghĩa là dựa vào thành phần hydrocacbon có trong dầu. Nếu trong dầu, họ hydrocacbon nào chiếm phần chủ yếu thì dầu mỏ sẽ mang tên loại đó. Phân loại theo thành phần hydrocacbon được thể hiện trong bảng 1. 1. Từ đó ta thấy được sự khác biệt nhất định trong các loại dầu gốc khoáng. Bảng 1. 2. Đặc tính vật lý hóa học của các loại dầu khoáng khác nhau Tính chất Thành phần hóa học Dầu parafin Dầu napten Dầu aromat Độ nhớt ở 400C, mm2/s 40 40 36 Độ nhớt ở 1000C, mm2/s 6,2 5,0 4,0 Chỉ số độ nhớt 100 0 185 0,8628 0,9194 0,9826 Tỉ trọng d4 11 Độ chớp cháy, 0C 229 174 160 Điểm anilin, 0C 107 73 17 Nhiệt độ đông đặc,0C -15 -30 -24 Phân tử lượng 440 330 246 Chỉ số khúc xạ 1,4755 1,5068 1,5503 Phân tích qua đất sét % Hợp chất phân cực 0,2 3,0 6,0 %Hợp chất thơm 8,5 43 80 % Thành phần no 91,3 54 14 2 19 41 % CN 32 37 36 % CP 66 44 23 Loại nguyên tử cacbon (Phân tích cấu trúc nhóm) % CA Các parafin mạch thẳng, dài là loại sáp rắn nên hàm lượng của chúng trong dầu bôi trơn phải giảm tới mức nhỏ nhất, đặc biệt đối với dầu bôi trơn sử dụng ở nhiệt độ thấp (dầu parafin). Mặt khác, đối với iso- parafin là thành phần rất tốt trong dầu bôi trơn vì chúng có độ ổn định và tính nhiệt nhớt tốt. Mạch nhánh iso- parafin càng dài thì đặc tính này càng thể hiện rõ rành hơn. Tương tự như vậy đối với hydrocacbon vòng no và vòng thơm. Số vòng ngưng tụ càng nhiều mà mạch nhánh parafin càng ngắn thì tính chất nhiệt nhớt của hydrocacbon càng kém và càng không thích hợp để làm dầu bôi trơn (dầu aromat). Trong thực tế, dầu gốc khoáng là hỗn hợp của các phân tử đa vòng có đính nhánh parafin, napten hoặc aromat tùy thuộc vào loại hyđrocacbon nào chiếm ưu thế. Dầu aromat không được dùng làm dầu bôi trơn. 12 Việc lựa chọn dầu gốc để pha chế chất bôi trơn phụ thuộc vào độ nhớt, mức độ tinh chế, độ ổn định nhiệt độ và khả năng tương hợp với các chất phụ gia khác hoặc vật liệu mà dầu bôi trơn sẽ tiếp xúc trong quá trình sử dụng. Dầu với hàm lượng Izo-Parafin cao và hợp chất vòng thơm thấp sẽ thích hợp hơn trong việc sử dụng để pha trộn dầu dệt kim vì chúng: + Có tính chống oxi hóa tốt hơn. + Có tính ổn định độ nhớt tốt hơn khi nhiệt độ thay đổi. + Ít gây hại cho da + Ít gây những sự cố làm biến dạng hoặc phá hủy chi tiết bằng cao su của máy + Màu nhạt, tăng tính hấp dẫn cho sản phẩm. Dầu phải có độ nhớt phù hợp và chỉ số nhiệt nhớt VI cao gia tăng khả năng bôi trơn và mang tải. Trong bôi trơn kim dệt, dầu gốc phù hợp cho pha chế dầu nhũ có độ nhớt ở 400C nằm trong khoảng 7÷30 cSt để đảm bảo tính năng bôi trơn và làm mát tốt. Ngoài ra còn cần phải có độ sạch cao, hầu như không chứa hợp chất lưu huỳnh. Do đó cần xem xét khả năng dùng dầu gốc khoáng thế hệ mới (dầu gốc nhóm III – Group III) là xu hướng sản xuất và sử dụng hiện nay – còn được gọi là dầu gốc khoáng của thế kỷ 21. 1.3.2. Chất tạo nhũ và đặc trung HLB 1.3.2.1. Chất tạo nhũ Chất tạo nhũ là những chất hoạt động bề mặt, thông thường có trọng lượng phân tử nằm trong khoảng 200 ÷ 600. Trong phân tử chất hoạt động bề mặt có hai nhóm với bản chất trái ngược nhau trong phân tử, nhóm dễ tan trong nước (nhóm ái nước - hydrophile) và nhóm kia dễ tan trong dầu (nhóm kỵ nước hay nhóm ái dầu - lipophile). Do đó khi có mặt chất hoạt 13 động bề mặt trong một hệ nhũ tương dầu/ nước, thì tại bề mặt phân chia pha pha phân tử chất hoạt động bề mặt được sắp xếp theo một trình tự nhất định: nhóm kỵ nước quay vào pha dầu, nhóm ưa nước quay vào pha nước. Vì thế, các chất hoạt động bề mặt có tính chất hoạt động hấp thụ cao hơn so với những chất không có nhóm kỵ nước. Sự hấp thụ đó làm cho pha dầu/ nước dường như liên kết lại với nhau, sự khác biệt giữa chúng ít đi, sức căng bề mặt giữa chúng trở nên bé hơn. Sự giảm sức căng bề mặt bởi sự hấp thụ của chất nhũ hóa là điều kiện cần của sự tồn tại nhũ tương. 1.3.2.2. Hằng số cân bằng ưa dầu – ưa nước HLB của chất nhũ hoá * Định nghĩa HLB: HLB (Hydrophile Lipophile Balance): Là một hàm số của của phần trăm trọng lượng nhóm ái nước của các chất HĐBM không ion. Cân bằng HLB là một trong những đặc tính quan trọng nhất của chất nhũ hoá, biểu thị mối tương quan về ái lực hút chất nhũ hoá đồng thời giữa pha nước và pha dầu, giá trị HLB thể hiện tỷ lệ đặc tính này. Cân bằng này được xác định bởi thành phần hóa học và khả năng bị ion hoá trong môi trường nước của một chất tạo nhũ… Vì vậy, các phân tử có thể tan hay có ái lực với pha dầu có giá trị HLB thấp, và các chất HĐBM có thể tan hay có ái lực với pha nước có giá trị HLB cao. Các chất tạo nhũ có khả năng ion hoá thì chỉ số HLB còn cao hơn nữa. Như vậy có thể thấy các tác nhân nhũ hoá tạo nhũ tương nước trong dầu có trị số HLB trung bình, các phụ gia tăng tính tan sẽ có trị số HLB cao nhất. Giá trị HLB đối với phần lớn các chất tạo nhũ không ion có thể được tính toán từ thành phần hoá học theo lý thuyết hoặc bằng các dữ liệu phân tích theo các phương pháp thực nghiệm. Các tính toán từ thành phần hoá học thường dẫn đến các sai số đáng kể bởi vì nhiều chất HĐBM được biết ở dạng thương phẩm có tên gọi thường không phản ánh thành phần thực chất của nó. Vì vậy, các số liệu thu được từ sự phân tích các chất tạo nhũ 14 mới là cơ sở tốt nhất cho việc xác định giá trị HLB. Điều này đặc biệt đúng với các chất HĐBM không ion. • Giá trị HLB yêu cầu (RHLB): Trong các công trình nghiên cứu về các chất tạo nhũ và hệ nhũ tương, Griffin cũng đưa ra khái niệm Giá trị HLB yêu cầu. Giá trị này có nghĩa với mỗi một loại dầu, dùng làm pha dầu trong nhũ tương, chất tạo nhũ được chọn cho nó cần phải có một giá trị HLB nhất định. Cũng như vậy, pha dầu có thể sử dụng dầu khoáng hay dầu thực vật mà mỗi loại dầu cần có một giá trị HLB của chất tạo nhũ thích hợp. Ví dụ, ta có RHLB của nhũ tương lỏng dầu – nước của parafin là 10. Điều này có nghĩa là một chất tạo nhũ hoặc một hỗn hợp chất tạo nhũ có giá trị HLB = 10 sẽ tạo được một nhũ tương dầu nước của parafin bền hơn rất nhiều so với bất kỳ các nhũ tương có chất tạo nhũ mang chỉ số HLB nào khác. Tuy nhiên, điều này không có nghĩa rằng một hệ chẩt tạo nhũ có chỉ số HLB = 10 có khả năng đáp ứng các đòi hỏi về chức năng và đặc tính của nhũ tương phải tạo ra. Trong từng điều kiện cụ thể, ta có thể chọn lựa các hệ chất tạo nhũ có chỉ số HLB = 10 để thoả mãn các đòi hỏi đặc biệt về chức năng mà sản phẩm nhũ tương cần phải có. Bảng 1.2. Chỉ số cần bằng HLB đối với một số pha dầu khác nhau Pha dầu Chỉ số HLB cần thiết Kiểu nhũ tương nghịch Kiểu nhũ tương thuận Nước trong dầu (W/O) Dầu trong nước (O/W) 6-9 (12,5) Dầu cọc sợi - 12-14(*) Dầu máy - 10-13 6-9 - - 7,5 Dầu hoả Parafin lỏng Dầu bông 15 Các chất hoạt động bề mặt có tác dụng gây nhũ bao gồm: - Các ankenyl sucxinimit - Các muối sufonat - Các axit béo và muối của axit béo - Các este của axit béo - Các polyankel glylcol - Các phenol và phenol este - Các etanol amin - Các amin của dầu tallo Thông thường trong nhũ tương, nồng độ cân bằng của các chất hoạt động bề mặt phân cách dầu – nước cao hơn trong thể thích pha. 1.3.3. Các phụ gia chức năng Các chất phụ gia thường được thêm vào trong dầu dệt kim gồm: phụ gia chống tạo bọt, phụ gia chống ăn mòn, phụ gia chống kẹt xước, phụ gia diệt khuẩn, phụ gia chống oxi hóa…… 1.3.3.1. Phụ gia chống tạo bọt Sự tạo bọt gây ra nhiều phiền phức trong quá trình vận hành máy, để giảm hoặc tránh sự tạo bọt người ta dung phụ gia chống tạo bọt. Cơ chế của quá trình phá bọt là các phụ gia chống tạo bọt bám vào các bọt khí làm giảm sức căng bề mặt của chúng. Các bọt khí nhỏ vì thế tụ lại với nhau thành bọt khí lớn hơn, nổi lên bề mặt lớp bọt, vỡ ra làm thoát khí ra ngoài. Khả năng chống lại sự tạo bọt của dầu dệt kim là khác nhau tùy thuộc vào thành phần của chất lỏng gia công kim loại. Khả năng này có thể khống chế được bằng cách bổ sung một lượng nhỏ chất chống tạo bọt vào đơn pha chế dầu dệt kim. Silicon lỏng, đặc biệt là polymetylsiloxan có cấu trúc phân tử là các chất chống tạo bọt có hiệu quả nhất với nồng độ 1÷20ppm 16 1.3.3.2. Phụ gia diệt khuẩn Được dùng để ngăn ngừa hoặc làm giảm sự phát triển của vi sinh vật như vi khuẩn, nấm, mốc,… kéo dài tuổi thọ của dầu nhũ. Các chất diệt khuẩn quan trọng thuộc các nhóm hợp chất sau: - Phenol - Hợp chất chứa clo - Etanolamin - Formaldehyt và các hợp chất giải phóng ra formaldehyt - Hợp chất dạng morfin Các chất chelat như là tetranatri etylendiamintetraxetat khi được bổ sung vào hệ chứa phụ gia diệt khuẩn thích hợp có thể làm tăng hoạt tính một cách đáng kể. Có một điều quan trọng cần chú ý ở đây là nhiều phụ gia diệt khuẩn dùng cho dầu nhũ bị giảm hoạt tính đi khá nhanh. Hơn nữa do thành phần của dầu dệt kim quá khác nhau nên không có một phụ gia diệt khuẩn nào có hiệu quả cho tất cả các loại dầu nhũ thuận. Chú ý có nhiều phụ gia diệt khuẩn gây độc hại cho người. 1.3.3.3. Phụ gia chống ăn mòn kim loại Phụ gia chống ăn mòn tạo thành lớp bảo vệ trên bề mặt kim loại, ngăn cách sự tiếp xúc giữa các tác nhân ăn mòn như axit và một số chất khác với kim loại nền. Màng bảo vệ cũng giảm tối thiếu tác dụng xúc tác oxi hóa của các kim loại. Các chất ức chế ăn mòn được sử dụng rộng rãi nhất: muối của axit cacboxylic, amit, amin, sulfonat. 1.3.3.4. Phụ gia cực áp (phụ gia chống kẹt xước) Phụ gia này ngăn ngừa sự kẹt xước và hàn dính giữa các bề mặt kim loại đang hoạt động dưới áp suất cực lớn. 17 Phụ gia cực áp tác dụng với bề mặt ma sát tạo các hợp chất mới có ứng suất cắt thấp hơn kim loại gốc nên lớp phủ hình thành chịu trượt cắt trước tiên và nhiều hơn. Các phụ gia cực áp được sử dụng rộng rãi nhất là các loại dầu béo được sulfua hoá, các este và hydrocacbon, như polybuten, hydrocacbon được clo hoá, các hợp chất chứa lưu huỳnh – clo, các disunfua thơm và mạnh thẳng (thường là dibenzyl disunfua, dibutyl disunfua, clobenzyl disunfua), photphit hữu cơ, dầu béo photpho hoá và nhiều chất khác. 1.4. Các chỉ tiêu đánh giá dầu dệt kim và nguyên lý tiến hành 1.4.1. Tỷ trọng Tỷ trọng liên quan đến độ nhớt và độ nén, có ý nghĩa trong việc vận hành công cụ, xác định năng lượng dữ trữ trong quá trình tuần hoàn của chất lỏng gia công. Ngòai ra còn có ý nghĩa quy đổi giữa khối lượng và thể tích, thuận tiện cho quá trình tàng trữ, vận chuyển cũng như trao đổi mua bán. 1.4.2. Đột nhớt động học Độ nhớt động học là tỷ số giữa độ nhớt động lực và mật độ của chất lỏng. Nó là số đo lực cản chảy của một chất lỏng dưới tác dụng của trọng lực. Nguyên tắc: Đo thời gian tính bằng giây của một thể tích chất lỏng chảy qua mao quản của nhớt kế chuẩn dưới tác dụng của trọng lực ở nhiệt độ xác định. Độ nhớt động học là tích số của thời gian chảy đo được và hằng số hiệu chuẩn của nhớt kế. Hằng số của nhớt kế nhận được bằng cách chuẩn trực tiếp với các chất chuẩn đã biết trước độ nhớt. Tiến hành: - Sử dụng nhớt kế kiểu pinkevic - Chuẩn bị đồng hồ bấm giây và lắp dụng cụ 18
- Xem thêm -