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 -