Luận văn Thạc sĩ Hóa học: Tạo lập tổ hợp chất tạo nhũ pha chế chất lỏng gia công kim loại hệ nhũ thuận

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ---------------------------------------

N G U Y Ễ N M Ạ N H D Ư Ơ N G

CHẤT LỎNG GIA CÔNG KIM LOẠI

HỆ NHŨ THUẬN

C Ô N G N G H Ệ H O Á H Ọ C

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH : CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC TẠO LẬP TỔ HỢP CHẤT TẠO NHŨ PHA CHẾ

2 0 0 7 - 2 0 0 9

NGUYỄN MẠNH DƯƠNG

HÀ NỘI 2009

Hà Nội 2009

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ---------------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

TẠO LẬP TỔ HỢP CHẤT TẠO NHŨ PHA CHẾ CHẤT

LỎNG GIA CÔNG KIM LOẠI

HỆ NHŨ THUẬN

NGÀNH : CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC MÃ SỐ:23.04.3898 NGUYỄN MẠNH DƯƠNG Người hướng dẫn khoa học : TS. LÊ KIM DIÊN HÀ NỘI 2009

Lời cảm ơn

Luận văn này được hoàn thành tại Bộ môn Công nghệ hữu cơ-hoá

dầu và khí trường Đại học Bách khoa Hà nội, Phòng thí nghiệm trọng điểm

quốc gia công nghệ Lọc và hoá dầu-Viện Hoá học Công nghiệp Việt nam.

Tôi xin chân thành cám ơn Tiến sĩ Lê Kim Diên đã tận tình hướng

dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện Luận văn này.

Tôi xin chân thành cám ơn các thầy cô trong Bộ môn Công nghệ Hoá

dầu và khí-Khoa Công nghệ Hoá học-Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội,

các cán bộ nghiên cứu tại phòng Thí nghiệm trọng điểm quốc gia công

nghệ lọc và hoá dầu-Viện Hoá học Công nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ

tôi trong suốt quá trình thực hiện thực nghiệm.

Cuối cùng, tôi xin cám ơn gia đình, bạn bè và đông nghiệp đã động

viên giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu.

Hà nội, ngày 11 tháng 11 năm 2009

Nguyễn Mạnh Dương

Danh mục các chữ viết tắt

DNKL : Dầu nhũ cắt gọt kim loại

NCG : Nhũ cắt gọt kim loại

HLB : Hằng số cân bằng ưa nước ưa dầu

CNH : Chất nhũ hóa

CTN : Chất trợ nhũ

PGTN : Phụ gia tính năng

MeOH : Metanol

MEA : Mono Etanol Amin

DEA : Di Etanol Amin

TEA : Tri Etanol Amin

T-80 : Tween-80

DTV : Dầu thực vật

CSA : Chỉ số axít

S : Chỉ số xà phòng hóa

HĐBM : Hoạt động bề mặt

COC : Nhiệt độ chớp cháy cốc hở

IP : Viện dầu mỏ (Anh)

ASTM : Hiệp hội thử nghiệm vật liệu (Mỹ)

1

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

Lời cảm ơn

Luận văn này được hoàn thành tại Bộ môn Công nghệ hữu cơ-hoá dầu

và khí trường Đại học Bách khoa Hà nội, Phòng Thí nghiệm trọng điểm Quốc

gia công nghệ Lọc và hoá dầu - Viện Hoá học Công nghiệp Việt nam.

Tôi xin chân thành cám ơn Tiến sĩ Lê Kim Diên đã tận tình hướng dẫn

và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện Luận văn này.

Tôi xin chân thành cám ơn các thầy cô trong Bộ môn Công nghệ Hoá

dầu và khí-Khoa Công nghệ Hoá học-Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, các

cán bộ nghiên cứu tại phòng Thí nghiệm trọng điểm quốc gia công nghệ lọc

và hoá dầu-Viện Hoá học Công nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt

quá trình thực hiện thực nghiệm.

Cuối cùng, tôi xin cám ơn gia đình, bạn bè và đông nghiệp đã động viên

giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu.

Hà nội, ngày 11 tháng 11 năm 2009

Nguyễn Mạnh Dương

Nguyễn Mạnh Dương

2

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

MỤC LỤC

Lời cảm ơn.............................................................................................1

MỤC LỤC ............................................................................................ 2

MỞ ĐẦU .............................................................................................. 5

PHẦN 1 : TỔNG QUAN ..................................................................... 6

1.1. Sơ lược về quá trình gia công kim loại ....................................... 6

1.2. Chất lỏng gia công kim loại ......................................................... 8

1.2.1. Định nghĩa .................................................................................. 8

1.2.2. Phân loại chất lỏng gia công kim loại[1,2] ............................... 8

1.2.3. Nhũ cắt gọt kim loại[1,2] ........................................................... 8

1.2.4. Các thành phần của dầu nhũ cắt gọt kim loại[1,2] ................. 9

1.2.4.1. Dầu gốc khoáng[1,2] ............................................................... 9

1.2.4.2. Chất tạo nhũ[4,6,7] .............................................................. 11

1.2.4.3. Phụ gia tính năng[1,2] ......................................................... 13

1.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền, sự ổn định của nhũ tương15

1.2.5.1. Các chất có hoạt tính bề mặt hỗn hợp[4,6,7] ....................... 15

1.2.5.2. Vai trò của tính hấp phụ của mặt phân cách[4,6,7] ............ 15

1.2.6. Hằng số cân bằng giữa tính ưa nước và ưa dầu HLB của chất nhũ

hóa [3,4,5,6] ........................................................................................ 16

1.2.7. Các phương pháp đánh giá[1,2,3,4,6,7] .................................. 21

1.2.7.1. Tính chất của dầu nhũ gia công kim loại ............................ 21

1.2.7.2. Tính chất của dung dịch dầu nhũ gia công kim loại trong nước

............................................................................................................. 22

1.2.8. Các đặc tính cơ bản cần thiết để xác định tính chất hóa lý và tính

năng của dầu nhũ gia công kim loại. [1,2,4,6,7] .............................. 23

1.2.8.1. Tỷ trọng .................................................................................. 23

1.2.8.2. Độ nhớt .................................................................................. 23

Nguyễn Mạnh Dương

3

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

1.2.8.3. Độ ổn định cơ học ................................................................. 24

1.2.8.4. Tính chống tạo bọt ................................................................ 24

1.2.8.5. Tính ổn định nhũ .................................................................. 24

1.2.8.6. Tính bôi trơn, chống ăn mòn và khả năng làm mát. ........... 24

1.2.8.7. Trị số axit ............................................................................... 26

1.2.8.8. Độ bền oxy hóa ...................................................................... 26

1.2.8.9. Điểm Anilin ........................................................................... 26

1.3. Phương pháp amit hóa điều chế chất tạo nhũ nhũ gia công kim loại

............................................................................................................. 27

PHẦN 2: THỰC NGHIỆM .............................................................. 29

2.1. Phương pháp thực nghiệm ........................................................ 29

2.2.1. Yêu cầu về nguyên liệu ............................................................ 31

2.2.2. Cách tiến hành quá trình tổng hợp amit ................................ 31

2.3. Các phương pháp đánh giá sản phẩm amit ............................. 32

2.3.1. Phương pháp phổ hấp phụ hồng ngoại .................................. 32

2.3.2. Phương pháp khối phổ............................................................. 33

2.4. Lựa chọn chất đồng tạo nhũ để tạo tổ hợp .............................. 34

2.5. Quá trình điều chế nhũ cắt gọt kim loại .................................. 34

2.5.1.Nguyên liệu ................................................................................ 34

2.5.2. Các bước tiến hành .................................................................. 34

2.6. Xác định các chỉ tiêu tính năng của nhũ .................................. 35

2.6.1. Xác định chỉ số axit (TCVN 6127,1996) ................................. 35

2.6.2. Xác định độ nhớt động học (TCVN 3171- 1995, ASTM- D445)36

2.6.3. Độ ăn mòn tấm đồng (TCVN 2694- 1995, ASTM- D130-94 ) 37

2.6.4. Độ ăn mòn tấm gang [IP 125/82] ............................................ 37

2.6.5. Độ bền nhũ [IP 263/70 (94)] .................................................... 38

PHẦN 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................... 40

Nguyễn Mạnh Dương

4

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

3.1.1. Khảo sát, phân tích đánh giá, lựa chọn dầu gốc khoáng ...... 40

3.1.2.1. Xác định tính chất hóa lý và thành phần axit béo.............. 44

3.1.2.2. Độ bền oxy hóa ...................................................................... 46

3.2. Các phản ứng tổng hợp .............................................................. 47

3.2.1. Tổng hợp metyl este .................................................................. 47

3.2.2.1. Phản ứng dùng xúc tác KOH tan trong MEA ..................... 48

3.2.2.2. Phản ứng dùng xúc tác hoà tan trong dung môi ................ 51

) ....................................................... 54

3.2.2.3. Xúc tác ancolat (CH3O-

3.3. Phân tích sản phẩm Amit ........................................................... 58

3.3.1. Phổ hồng ngoại ........................................................................ 58

3.3.2. Phân tích phổ khối (GC) .......................................................... 59

3.4. Nghiên cứu tổng hợp điều chế nhũ gia công kim loại ............. 61

3.4.1. Xác định HLB của sản phẩm amit .......................................... 61

3.4.2. Xác định nồng độ tối ưu của chất nhũ hóa hỗn hợp (Ami / TWEEN 80)

............................................................................................................. 63

3.4.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền nhũ ............................... 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................ 69

PHỤ LỤC ........................................................................................... 73

Nguyễn Mạnh Dương

5

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

MỞ ĐẦU

Hiện nay trên thế giới, việc sử dụng chất lỏng gia công kim loại ngày

càng trở nên phổ biến. Tổng sản lượng tiêu thụ trên thế giới hiện nay ước tính

khoảng 2 triệu kilo lít. Các nước châu Mỹ là nơi tiêu thụ nhiều nhất, chiếm

khoảng 36% tổng sản lượng của thế giới. Tiếp theo là châu Á chiếm khoảng

30%, các nước châu Âu 28%, còn lại là các nước châu Phi, Úc.

Ở Việt Nam các sản phẩm chất lỏng gia công kim loại được cung cấp

từ hai nguồn chính là nhập khẩu với giá bán cao từ nước ngoài và từ các cơ sở

sản xuất trong nước có chất lượng không ổn định. Chính vì vậy việc nghiên

cứu và sản xuất được sản phẩm có chất lượng đảm bảo, giá cả hợp lý là rất

cần thiết.

Mặt khác vấn đề sử dụng các dạng năng lượng cũng như các sản phẩm

có nguồn gốc thực vật, thân thiện với môi trường đang được khuyến khích

hơn bao giờ hết. Do đó việc nghiên cứu sử dụng khả năng biến tính dầu thực

vật trong chất lỏng gia công kim loại có một ý nghĩa quan trọng trong việc

chủ động nguồn nguyên liệu, hạ giá thành sản phẩm và tăng khả năng thân

thiện với môi trường.

Trong khuôn khổ đề tài chúng tôi nghiên cứu Tạo lập tổ hợp chất tạo

nhũ pha chế chất lỏng gia công kim loại hệ nhũ thuận, góp phần vào việc

tăng hiệu quả trong sản xuất kinh doanh và bảo vệ môi trường.

Nguyễn Mạnh Dương

6

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

PHẦN 1 : TỔNG QUAN

1.1. Sơ lược về quá trình gia công kim loại

Mục đích của quá trình gia công kim loại là tạo ra một hình dạng mới cho

kim loại. Việc tạo hình dạng mới bằng quá trình gia công kim loại luôn kèm

theo sự tiếp xúc giữa hai vật rắn với nhau, đó là dụng cụ gia công và vật gia

công. Sự tiếp xúc này gắn với sự biến dạng dẻo của kim loại trong quá trình

biến hình kim loại, hoặc tạo ra hình dạng mới bằng cách cắt gọt theo ý muốn.

Các quá trình biến hình kim loại như: cán, đùn, vuốt,… với các nguyên

công thường được tiến hành ở điều kiện nhiệt độ môi trường và nhiệt độ cao,

có thể được xếp vào dạng gia công nguội hoặc gia công nóng. Các quá trình

gia công nóng thường gồm các quá trình làm biến dạng cả khối vật liệu, còn

được gọi là các quá trình gia công loại một. Các quá trình gia công loại hai

bao gồm các nguyên công nguội. Thông thường trong gia công kim loại, hệ số

ma sát càng thấp thì mức độ tiêu hao lực và công suất càng giảm. Tuy nhiên

hệ số ma sát trong các quá trình này không được quá cao cũng như không quá

thấp. Chẳng hạn trong nguyên công Cán, hệ số ma sát giữa trục lăn và phôi

cán thấp sẽ làm giảm tiêu hao năng lượng, giảm nhiệt độ sinh ra, giảm mài

mòn trục lăn. Tuy nhiên, nếu ma sát quá thấp lại gây hiện tượng trượt mà có

thể làm hỏng bề mặt phôi cán và ảnh hưởng xấu đến quá trình biến hình.

Trong quá trình cắt gọt kim loại: kim loại ở ngay trước mũi dao bị nén ở

áp suất cực kỳ lớn. Sự nén này sinh ra nhiệt độ cao đủ để gây biến dạng dẻo

tại vùng cắt.

Nguyễn Mạnh Dương

7

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

Hình 1.1. Mô phỏng quá trình gia công kim loại

Quá trình cắt bao gồm hai phân đoạn:

- Sự tạo phoi từ phôi nhờ dụng cụ cắt

- Sự chuyển động của phoi dọc theo bề mặt dụng cụ cắt

Cả hai việc này dẫn đến việc phát sinh nhiệt độ cao tại dụng cụ cắt và chi

tiết gia công. Như trên hình vẽ (hình 1.1) thì nhiệt độ cao được sinh ra ở đầu

dụng cụ cắt gọt. Tuy nhiên nhiệt độ cao này không chỉ tập trung ở đầu dao cắt

mà phân bố dọc theo bề mặt dao, nơi có sự tiếp xúc và xảy ra ma sát giữa dao

cắt và phôi. Khoảng 15% nhiệt phát sinh trong quá trình cắt gọt truyền qua

dụng cụ cắt, phần còn lại được phân bố ở chi tiết gia công và phoi.

Nhiệt độ cao phát sinh trong quá trình cắt gọt chỉ đem lại một lợi ích duy

nhất là làm cho quá trình cắt gọt kim loại được dễ dàng hơn, còn nhược điểm

của chúng thì rất nhiều, bao gồm:

- Giảm tuổi thọ dao cắt

- Chất lượng bề mặt gia công kém

- Giảm tốc độ cắt gọt

- Tăng sự mài mòn dao cắt

Tóm lại, các quá trình gia công kim loại luôn kèm theo má sát lớn, nhiệt

độ phát sinh cao, và sự mài mài dụng cụ gia công. Nhược điểm trên có thể

khắc phục, giảm bớt bằng cách sử dụng chất lỏng gia công kim loại.

Nguyễn Mạnh Dương

8

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

1.2. Chất lỏng gia công kim loại

1.2.1. Định nghĩa

Chất lỏng gia công kim loại là chất lỏng dùng để bôi trơn và làm mát trong

quá trình gia công kim loại.[2]

1.2.2. Phân loại chất lỏng gia công kim loại[1,2]

Trong quá trình gia công kim loại, tùy thuộc vào điều kiện làm việc của

từng quá trình gia công cụ thể, các chất lỏng gia công kim loại được chia

thành một số dạng chính như sau:

- Chất lỏng gia công gốc dầu khoáng gồm dầu khoáng và một số phụ gia

đặc biệt như phụ gia chống kẹt xước, cực áp…

- Chất lỏng gia công gốc nước: dầu nhũ cắt gọt kim loại, dung dịch nước

của các polyme và các phụ gia đặc biệt

- Chất lỏng gia công tổng hợp bao gồm các hợp chất hữu cơ tổng hợp

như este phốt phát, polyglycol, polyxyloxan…

Trong tất cả các loại chất lỏng gia công kim loại trên thì dầu nhũ cắt

gọt kim loại được sử dụng rộng rãi nhất trên thực tế.

1.2.3. Nhũ cắt gọt kim loại[1,2]

Dầu có thể hoà tan với nước mang lại sự làm mát và bôi trơn cần thiết

cho gia công cắt gọt kim loại.

Trước đây, các loại dầu này nói chung được xem là “các dầu hoà tan” và

chúng về cơ bản là dầu khoáng có chứa chất nhũ hoá cho phép chúng trộn

chung với nước.

Ngày nay, dầu có thể hoà tan được trong nước được chia làm ba nhóm cơ

bản:

- Soluble oil: chứa 50 ÷ 85% dầu khoáng với chất nhũ hoá. Chúng tạo

thành các nhũ tương màu sữa lớn.

Nguyễn Mạnh Dương

9

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

- Chất tổng hợp: Chúng hoàn toàn không có dầu khoáng và tạo thành

các dung dịch trong suốt với nước.

- Chất bán tổng hợp: Chứa 5 ÷ 50% dầu khoáng với các chất nhũ hoá,

tuy nhiên dầu pha là loại dầu pha nước. Chúng tạo thành nhũ vi mô. Các chất

bán tổng hợp là dầu cắt gọt tuyệt hảo.

Dầu nhũ cắt gọt kim loại bao gồm dầu gốc khoáng, hệ chất tạo nhũ và các phụ gia

tính năng khác.

1.2.4. Các thành phần của dầu nhũ cắt gọt kim loại[1,2]

1.2.4.1. Dầu gốc khoáng[1,2]

Dầu gốc khoáng được sản xuất bằng phương pháp chưng cất chân

không, phần cặn chưng cất khí quyển dầu thô (dầu mỏ).

Phân loại dầu mỏ dựa vào bản chất hoá học có nghĩa là dựa vào thành

phần của các loại 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 qua bảng 1.1.

Bảng 1.1 Đặc tính vật lý hóa học của các loại dầu khoáng khác nhau

Tính chất

Dầu parafin Dầu aromat

Độ nhớt ở 400C, mm2/s Độ nhớt ở 1000C, mm2/s Chỉ số độ nhớt 20 Tỉ trọng 4d Nhiệt độ chớp cháy,0C Điểm anilin, 0C Nhiệt độ đông đặc,0C Phân tử lượng Chỉ số khúc xạ Phân tích qua đất sét %Hợp chất phân cực %Hợp chất thơm %Thành phần no Thành phần hóa học Dầu naphten 40 5,0 0 0,9194 174 73 -30 330 1,5068 3,0 43 54 40 6,2 100 0,8628 229 107 -15 440 1,4755 0,2 8,5 91,3 36 4,0 185 0,9826 160 17 -24 246 1.5503 6,0 80 14

Nguyễn Mạnh Dương

10

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

tích cấu trúc

Loại nguyên tử cacbon (Phân nhóm)

%CA %CN %CP 2 32 66 19 37 44 41 36 23

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.

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 ràng 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.

Trong thực tế, dầu gốc khoáng là hỗn hợp của các phân tử đa vòng có

đính nhánh parafin, naphten hoặc aromat tuỳ thuộc vào loại hydrocacbon nào

chiếm ưu thế. Dầu aromat không được dùng làm dầu bôi trơn.

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 parafin cao và hợp chất vòng thơm thấp sẽ thích hợp

hơn trong việc sử dụng để pha trộn dầu cắt gọt vì chúng:

+ Có tính chống oxy hoá tự nhiên tốt hơn.

+ Có tính ổn định độ nhớt tốt hơn khi nhiệt độ thay đổi.

+ Ít gây hại cho da

Nguyễn Mạnh Dương

11

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

+ Ít gây những sự cố làm phòng hoặc phá huỷ chi tiết bằng cao su xung

quanh máy công cụ.

+ Màu nhạt tăng tính hấp dẫn của sản phẩm.

Dầu có độ nhớt cao sẽ gia tăng khả năng bôi trơn và chịu tải, tuy nhiên

nó có khuynh hướng làm kết dính với mạt kim loại nhiều hơn và có vấn đề

dầu bị kéo ra ngoài.

Dầu có độ nhớt thấp có thể làm thoát phoi nhanh, nhiều hơn ở vùng cắt,

dụng cụ cắt. Việc này đặc biệt trong khoan lỗ sâu và gia công chuốt. Chúng

có thể tiến sâu và làm ướt bề mặt kim loại nhanh hơn, và có thể mang phụ gia

vào vùng cắt nhanh hơn.

Để dầu nhũ gia công kim loại hoạt động tốt, dầu gốc khoáng phải có độ

nhớt phù hợp, không quá cao cũng không quá thấp. Vì nếu độ nhớt quá thấp

sẽ làm cho dầu nhũ gia công kim loại chảy qua chi tiết quá nhanh, làm cho sự

tiếp xúc với các chi tiết gia công không đủ lâu để truyền nhiệt ra ngoài với số

lượng phù hợp và thoát phoi hợp lý.

Trong gia công kim loại dầu gốc phù hợp cho pha chế dầu nhũ gia công

kim loại có độ nhớt ở 400C nằm trong khoảng 7÷30 cSt để đảm bảo tính năng

bôi trơn và làm mát tốt.

Dựa trên nguồn nguyên liệu trên thị trường và nguồn nguyên liệu có sẵn

trên thị trường. Chúng tôi lựa chọn dầu biến thế. Dầu này có độ nhớt động

học ở 400C vào khoảng 10,2 cSt.

1.2.4.2. Chất tạo nhũ[4,6,7]

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) và nhóm kia dễ tan trong dầu (nhóm kỵ nước hay

nhóm ái dầu). Do đó khi có mặt chất hoạt động bề mặt trong một hệ nhũ

Nguyễn Mạnh Dương

12

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

tương dầu/nước, thì tại bề mặt phân chia 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 phụ cao hơn so với những chất không có nhóm kỵ nước.

Sự hấp phụ 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 nhỏ hơn. Sự giảm

sức căng bề mặt bởi sự hấp phụ của chất nhũ hóa là điều kiện cần của sự tồn

tại nhũ tương. Đóng vai trò chất bị hấp phụ, lượng chất tạo nhũ cần thiết để

làm bền nhũ thường không cần nhiều.

a. Giọt nhũ nghịch (nước trong dầu ) b. Giọt nhũ thuận (dầu trong nước)

Hình 1.2. Cấu trúc giọt nhũ thuận và nghịch

Các chất hoạt động bề mặt có tác dụng gây nhũ bao gồm:

- Các ankenyl suxinimit, amit

- Các muối sunfonat

- Các axit béo và muối của axit béo

- Các este của axit béo

- Các polyankel glylcol

- Cá phenol và phenol este

- Các etanol amin

Nguyễn Mạnh Dương

13

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

- Các amin của dầu tallo

Thông thường trong nhũ tương, nồng độ cân bằng của các chất hoạt

động bề mặt trên mặt phân cách dầu-nước cao hơn trong thể tích pha.

1.2.4.3. Phụ gia tính năng[1,2]

Phụ gia tính năng là những hợp chất hữu cơ, cơ kim và vô cơ, thậm chí

chỉ là những nguyên tố, được đưa vào chất lỏng gia công kim loại nhằm tạo

cho chất lỏng gia công có các tính năng bổ sung đối với từng quá trình cụ thể.

Các chất phụ gia thường được thêm vào trong chất lỏng gia công kim

loại gồm: phụ gia chống tạo bọt, phụ gia chống ăn mòn, phụ gia chống kẹt

xước, phụ gia diệt khuẩn, phụ gia chống oxi hoá ...

a. Phụ gia chống tạo bọt

Sự tạo bọt gây ra nhiều phiền phức trong quá trình vận hành máy gia

công kim loại, để giảm hoặc tránh sự tạo bọt người ta dùng 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 chất lỏng gia công kim loại là khác

nhau tuỳ 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 chất lỏng gia công kim loại.

Silicon lỏng, đặc biệt là polymetylxyloxan có cấu trúc phân tử: là các

chất chống tạo bọt có hiệu quả nhất với nồng độ 1÷20 (phần triệu) ppm.

b. 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:

Nguyễn Mạnh Dương

14

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

- Phenol

- Hợp chất chứa clo

- Etanolamin

- Formandehyd và các hợp chất giải phóng ra formandehyd

- Hợp chất dạng morfin

Các chất chelat như là tetranatri etylendiamintetraxetat khi được bổ

xung 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 chất lỏng gia công kim loại bị giảm hoạt tính đi khá nhanh. Hơn nữa

do thành phần của các chất lỏng gia công kim loại quá khác nhau nên không

có một phụ gia diệt khuẩn nào có hiệu quả cho tất cả các loại chất lỏng cắt

gọt. Đối với từng loại chất lỏng gia công kim loại gốc nước cần được nghiên

cứu cụ thể xem chất diệt khuẩn nào thích hợp nhất.

Chú ý có nhiều phụ gia diệt khuẩn gây độc hại cho người.

c. 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 thiểu 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

d. 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.

Nguyễn Mạnh Dương

15

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

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.

1.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền, sự ổn định của nhũ tương

1.2.5.1. Các chất có hoạt tính bề mặt hỗn hợp[4,6,7]

Nhiều ví dụ đã được đưa ra về các hợp phần thứ yếu, các chất khác có

sẵn hay thêm vào, có hiệu ứng lớn trên lực căng bề mặt của các dung dịch.

Chẳng hạn, các axit mạch dài, rượu…tạo ra các chỗ uốn của muối của parafin

mạch dài không tinh khiết (Lauryl Alconhon trong Natri Lauryl Sulphat).

Thực tế, chất không phân ly ion được tan ra bởi đơn lớp ion bởi vì dãy kỵ

nước có thể kết hợp chuỗi của chất có hoạt tính bề mặt gốc đã định hướng

trong bề mặt.

Vì thế sự hiện diện của chất có hoạt tính bề mặt chính làm cho chất

hoạt động bề mặt mạnh hơn và làm giảm lực căng bề mặt lớn hơn sức căng bề

mặt được tạo ra bởi hai dung dịch riêng rẽ.

Thuyết này được thử nghiệm đối với hệ laurate natri/axit lauric. Kết

quả cho thấy sự có mặt của các ion laurat làm axít lauric có hoạt động bề mặt

cao lên rất nhiều, các nồng độ tính được cho một nửa lượng bề mặt là 1÷3.10

mol/l cho laurat và 4,8.10 mol/l axit lauric [7]

1.2.5.2. Vai trò của tính hấp phụ của mặt phân cách[4,6,7]

Có nhiều ví dụ về các lớp chất hấp phụ ở các mặt phân cách khí/nước

và thường kết hợp với tính co dãn bề mặt cao và do đó co dãn Marangoni –

Nguyễn Mạnh Dương

16

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

Gibbs mạnh và dường như là không thể tạo ra khả năng hấp phụ mà không co

dãn.

Đối với thể nhũ tương có hai lý do khác giảm khả năng hấp phụ của mặt

phân cách làm ảnh hưởng đến độ ổn định. Khả năng hấp thụ cao của mặt phân

cách hiếm khi bắt gặp (ngoại trừ trường hợp các chất cao phân tử).

Nguyên nhân sự ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt đến khả năng

hấp phụ của mặt phân cách là lớp hấp phụ được giữ cố định trên bề mặt, các

giọt nhỏ đến nỗi mọi ứng suất tiếp tuyến chung mà các giọt này đều có thể

ảnh hưởng ngay lập tức tới chúng chịu tác động ngược lại bởi các gradient lực

căng bề mặt. Đã biết rằng các giọt bằng nhau với độ lớn đường kính khoảng

1μm có bề mặt không thay đổi khi chuyển động qua nước chứa một lượng

nhỏ tạp chất hoạt động bề mặt, chúng tuân theo quy luật của Stokes hơn là

Nhận xét :

quy luật của Hadaman’s[4].

- Khi các giọt thể nhũ tương tiến gần đến nhau dưới tác động của lực

hấp dẫn, chuyển động Brown, hoặc thông qua tác động của lực thủy động

học, sự phá vỡ của màng chất lỏng xen giữa bị chống lại bởi hiệu ứng

Marangoni – Gibbs, chúng làm giảm sự bóp méo cục bộ và dẫn đến làm mỏng

đều lớp bề mặt.

- Các giọt nhũ trong hệ nếu bị chuyển động cưỡng bức có thể va chạm,

có thể kết dính, phá vỡ màng tùy theo chế độ thủy động và sự tham gia của

các chất có hoạt tính bề mặt.

- Các hiệu ứng này xảy ra tương ứng với các màng dày, thậm chí vượt

qua tầm tác động của lực phân cách, nhưng lực phân cách này cần phải được

giải thích sự chuyển hóa cơ bản.

1.2.6. Hằng số cân bằng giữa tính ưa nước và ưa dầu HLB của chất nhũ

hóa [3,4,5,6]

Nguyễn Mạnh Dương

17

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

* Định nghĩa HLB

Hằng số cân bằng giữa tính ưa nước và ưa dầu HLB (Hydrophile

Lipophile Balance), còn được gọi là hằng số ưa nước - kỵ nước, được định

nghĩa là: một hàm số của phần trăm trọng lượng nhóm ái nước của các chất

hoạt động bề mặt (HĐBM) không ion.

Cân bằng ưa nước- ưa dầu là một trong số 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 (hay giá trị cân bằng nước

dầu) thể hiện tỷ lệ của đặc tính này. Cân bằng này được xác định bởi thành

phần hoá 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 (propylenglycolstearat tinh khiết có HLB thấp – ưa dầu mạnh), và các

chất HĐBM có thể tan hay có ái lực với pha nước có giá trị HLB cao

(polyoxyetylenstearat có chuỗi polyoxyetylen dài có 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 (pha liên tục là pha

nước, pha phân tán là pha 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 mới là cơ sở tốt

nhất cho việc xác định giá trị HLB. Điều này đặc biệt đúng với các chất

HĐBM không ion.

* Xác định giá trị HLB

Nguyễn Mạnh Dương

18

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

Đối với nhiều chất tạo nhũ không ion, giá trị HLB có thể tính theo

các phương pháp sau:

HLB được tính theo công thức:

HLB = E/5 (*)

Trong đó: - E: Hàm lượng (%) của nhóm polyoxyetylen

Ví dụ: Trong polyoxystearat, hàm lượng các nhóm oxyetylen được xác

định là 85%, giá trị HLB = 85/5 = 17

Nếu một chất tạo nhũ là 100% ưa nước (tất nhiên không tồn tại), nó

sẽ chỉ được đặt cho một giá HLB = 20, yếu tố thu gọn chỉ số bằng 1/5 này là

do sự thuận tiện khi sử dụng các chỉ số nhỏ hơn. Đối với các chất tạo nhũ ion,

thường không thể xác định chỉ số HLB qua phần trăm khối lượng nhóm ưa

nước trong phần tử chất nhũ hoá.

* Công thức tính HLB qua chỉ số xà phòng hoá lượng axit tự do

HLB = 20.(1-S/A) (*)

Trong đó: S: Là chỉ số xà phòng hoá tính bằng số mg KOH dùng để xà phòng

hoá 1g chất béo

A: Tính bằng số mg KOH dùng để trung hoà 1g các axit béo (số

axit) được thu hồi sau khi đã thuỷ phân từ chính chất HĐBM đó.

Ví dụ: Các glixerin monostearat công nghiệp (hỗn hợp mono và

diglixerit) có chỉ số xà phòng hoá được xác định là 175 và lượng axit thu hồi

cho số axit là 200, chất tạo nhũ có chỉ số HLB = 20. (1-175/200) = 2,5. Cũng

với cách tính toán trên, sorbitolmonolaurat có chỉ số xà phòng hoá là 164 và

số axit là 290 sẽ có giá trị HLB = 20.(1-164/290) = 8,7

Mặc dầu các công thức đưa ra ở trên thoả mãn rất nhiều việc đánh giá

tính chất của chất tạo nhũ không ion, tuy nhiên còn có một số các chất tạo nhũ

không ion mà cấu trúc không cho phép xác định bằng cách tính như trên, ví

Nguyễn Mạnh Dương

19

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

dụ các chất tạo nhũ trên cơ sở propylenoxit hoặc butylenoxit hoặc những chất

có chứa nitơ sunfua. Mặt khác các dạng chất HĐBM ion không thoả mãn yêu

cầu về thành phần khối lượng, vì thực tế, các nhóm ưa nước này có khối

lượng rất nhỏ nhưng sự ion hoá có ảnh hưởng rất đặc biệt đến tính ưa nước

của một chất tạo nhũ. Vì vậy, các giá trị HLB của một số chất nhũ hoá không

ion đặc biệt này và tất cả các chất nhũ hoá ion phải được xác định bằng

phương pháp thực nghiệm, còn thang HLB ở trên (HLB = 1÷20) chỉ thích hợp

với chất HĐBM không ion. Đối với các chất HĐBM ion người ta đã xây dựng

một số giá trị quy ước trong đó HLB có thể có giá trị từ 1 đến 40. Ví dụ, bằng

nhiều phương pháp thực nghiệm, người ta đã xác định được giá trị HLB của

Kali laurat tinh khiết là 40, điều đó không có nghĩa là chất này có 200% ưa

nước, mà nó chỉ thể hiện một giá trị HLB hiệu dụng khi sử dụng kết hợp với

một chất tạo nhũ khác.

* Phương pháp đánh giá sơ bộ

Giá trị HLB cũng có thể xác định thô bằng quan sát độ tan của tác nhân

tạo nhũ trong pha nước và xác định giá trị HLB tương đối của chúng.

Bảng 1.2. Các thông số đánh giá theo phương pháp

Quan sát Thang HLB

Không phân tán trong nước 1 – 4

Phân tán kém trong nước 3 – 6

Phân tán dạng sữa sau khi lắc mạnh 6 – 8

Phân tán dạng sữa bền 8 – 10

Phân tán dạng trong hay sáng xanh 10 – 13

Dung dịch trong lớn hơn 13

* Xác định giá trị HLB qua chỉ số nước

Nguyễn Mạnh Dương

20

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

Greenwald đã xây dựng một phương pháp chuẩn độ qua đó gián

tiếp đánh giá cân bằng phân tán của chất tạo nhũ trong pha nước. Quy trình

được tiến hành với một gam chất tạo nhũ được hoà tan trong 30 ml hỗn hợp

hai dung môi 4% benzen và 96% dioxan. Dung dịch này được tiến hành

chuẩn độ bằng nước cất cho tới khi xuất hiện các vết đục bền vững. Hỗn hợp

dung môi đặc biệt này được chọn vì nó cho điểm tương đương rõ nét và độ

lặp lại cao đặc biệt đối với các chất tạo nhũ ion. Số ml nước cất sử dụng trong

quá trình chuẩn độ được gọi là chỉ số nước. Lượng nước chứa trong dioxan và

benzen có thể ảnh hưởng đến kết quả của phương pháp. Nhiệt độ môi trường

cũng có ảnh hưởng khá lớn đến kết quả chuẩn độ. Trung bình chỉ số nước

thay đổi là 0,08ml/0C. Bản chất của quá trình xuất hiện tính đục là do xuất

hiện sự đảo nhũ tương, tại điểm này kích thước hạt pha phân tán trở nên nhỏ

hơn.

Việc xác định giá trị HLB theo phương pháp này có nhiều ưu điểm, áp

dụng được với chất HĐBM không ion và ion, điều kiện thực hiện đơn giản và

cho độ tin cậy tốt.

)

( w

.

.

HLB

A

B

B

=

HLB

+ +

HLB A w

( w w

A

B

* HLB của hỗn hơp chất tạo nhũ A và B: ) (*)

Trong đó : HLBA , HLBB : Chỉ số HLB của A và B.

w , w B : Tỷ số trọng lượng của A và B.

A

Nếu một dầu với một chỉ số HLB cần thiết được thiết lập để tạo nhũ thì

một chất nhũ hoá có cùng HLB như dầu sẽ được lựa chọn. Độ bền của nhũ

được nghiên cứu trên cơ sở cấu trúc hoá học của chất hoạt động bề mặt

* 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

Nguyễn Mạnh Dương

21

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

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 là một hệ chất tạo

nhũ mang chỉ số HLB nào khác. Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là một

hệ chất 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 1.3. Chỉ số cân bằng HLB đối với một số pha dầu khác nhau

Chỉ số HLB cần thiết

Pha dầu Kiểu nhũ tương nghịch Kiểu nhũ tương thuận

Nước trong dầu (W/O) Dầu trong nước (O/W)

Dầu hoả 6 – 9 (12,5)

Dầu cọc sợi – 12 – 14

Dầu máy – 10 – 13

Parafin lỏng 6 – 9 –

Dầu bông – 7,5

1.2.7. Các phương pháp đánh giá[1,2,3,4,6,7]

1.2.7.1. Tính chất của dầu nhũ gia công kim loại

- Dầu nhũ gia công kim loại là chất lỏng trong suốt, đồng nhất trong mọi

điều kiện thời tiết.

Nguyễn Mạnh Dương

22

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

- Dầu nhũ gia công kim loại phải có nhiệt độ chớp cháy cốc kín cũng như

cốc hở phải từ 100˚ C trở lên.

- Dầu nhũ gia công kim loại phải có điểm đông đặc thấp hơn 0˚C

- Dầu nhũ gia công kim loại phải có đặc tính chịu đông, tan tốt : để dầu

nhũ gia công kim loại ở -5˚C dầu nhũ đông lại, sau đó để ở nhiệt độ thường

dầu nhũ lại khôi phục lại trạng thái ban đầu (không tách lớp, không đóng cặn).

Sau 5 lần như vậy dầu nhũ vẫn đạt trạng thái ban đầu là đạt yêu cầu.

- Dầu nhũ gia công kim loại phải có tính nhũ hóa tốt. Khi tan vào nước

phải dễ tan, tan đều và tạo nhũ trắng mịn.

Các tính chất trên của dầu nhũ gia công kim loại chủ yếu để đảm bảo tính

thuân tiện khi sử dụng. Tính ổn định khi bảo quản trong kho, từ đó cũng đảm

bảo các tính năng khi sử dụng của dầu nhũ gia công kim loại.

1.2.7.2. Tính chất của dung dịch dầu nhũ gia công kim loại trong nước

Chất lỏng làm việc phải có pH từ 8,5÷9,0, độ pH như vậy sẽ đảm bảo độ

bền của dung dịch nhũ, đảm bảo các tính năng làm việc tránh cho dung dịch

nhũ khỏi bị vi khuẩn phân hủy.

Chất lỏng làm việc phải có tính chịu chấn động và tính ổn nhiệt tốt để

đảm bảo tính năng làm việc trong điều kiện làm việc của các thiết bị gia công

kim loại.

Chất lỏng làm việc phải có đặc tính tạo bọt càng thấp càng tốt để đảm

bảo quá trình hoạt động của máy.

Chất lỏng làm việc có tính chống ăn mòn tốt, không gây ăn mòn cho

đồng và thép cũng như các kim loại đen. Đây là một tính năng quan trọng vì

nó không gây ăn mòn cho máy móc và bề mặt tinh của sản phẩm sau khi gia

công.

Nguyễn Mạnh Dương

23

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

Chất lỏng làm việc không được ảnh hưởng đến gioăng, phớt cao su trong

hệ thống may gia công vì như thế sẽ gây rò rỉ thất thoát, gây ảnh hưởng lớn

đến quá trình gia công kim loại.

Chất lỏng làm việc không được phép phân hủy sinh học trong quá trình

làm việc, nhưng có điều kiện tốt khi tiếp xúc với không khi và các loại vi

khuẩn (khi thải ra môi trường) phải phân hủy tốt để không gây ô nhiễm môi

trường.

Chất lỏng làm việc không được bốc mùi khó chịu gây ảnh hưởng đến

công nhân thao tác nơi sử dụng.

Chất lỏng làm việc phải chịu được nước cứng có hàm lượng kiềm thổ

quy ra CaCO3 đến 400mg/l. Nghĩa là khi pha dầu nhũ với nước có độ cứng

400mg/l quy ra CaCO3 , dung dịch không bị ảnh hưởng.

Các tính chất nêu ở trên của dung dịch dầu nhũ gia công kim loại chủ yếu

để đảm bảo tính năng làm việc của hệ thống máy công kim loại.

1.2.8. Các đặc tính cơ bản cần thiết để xác định tính chất hóa lý và tính

năng của dầu nhũ gia công kim loại. [1,2,4,6,7]

1.2.8.1. Tỷ trọng

Tỷ trọng liên quan đến độ nhớt và độ nén, có ý nghĩa trong việc vận

hành công cụ, xác định được năng lượng dự trữ trong quá trình tuần hoàn của

chất lỏng gia công. Ngoài 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.

1.2.8.2. Độ nhớt

Độ nhớt dầu nhũ gia công kim loại phải hợp lý đảm bảo cho hệ thống

máy gia công kim loại hoạt động bình thường.

Trong thực tế để đảm bảo cho hệ thống máy gia công kim loại hoạt

động bình thường thì độ nhớt của dầu nhũ gia công kim loại phải nằm trong

khoảng 5÷25cSt ở 50˚C để đảm bảo tính năng làm việc.

Nguyễn Mạnh Dương

24

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

Dung dịch làm việc thường xuyên phải tiếp xúc với nhiệt độ rất cao. Tuy

nhiên thành phần dầu nhũ chỉ chiếm 2÷5% trong dung dịch nhũ làm việc. Nên độ

nhớt của dầu ít ảnh hưởng đến tính năng vận hành máy gia công.

1.2.8.3. Độ ổn định cơ học

Độ ổn định cơ học (độ bền nhớt) là khả năng của dầu giữ được các tính

năng làm việc trong hệ thống máy gia công kim loại khi lực cơ học phá vỡ

các phân tử phụ gia trong lúc hệ thống hoạt động. Vì trong điều kiện làm việc

của hệ thống luôn có sự mài mòn rất lớn và áp suất cục bộ tại điểm gia công

rất cao do đó gây ra sự phá vỡ cấu trúc của dầu.

1.2.8.4. Tính chống tạo bọt

Tính chống tạo bọt thể hiện khả năng đẩy không khí của chất lỏng gia

công kim loại mà không gây tạo bọt. Trong chất lỏng gia công kim loại khả

năng tiếp xúc với không khí rất lớn nên thường chứa 8÷10% khí hòa tan.

Hầu hết dầu nhũ gia công kim loại có chứa phụ gia chống tạo bọt để

giảm bọt.

1.2.8.5. Tính ổn định nhũ

Là khả năng dầu tan tốt trong nước và tạo nhũ bền vững.

Tất cả các nhũ gia công kim loại đều hòa tan trong nước do đó phải tạo

ra dung dịch nhũ ổn định để đảm bảo tính năng hoạt động, vừa bôi trơn vừa

làm mát

Tính bền nhũ được tăng cường nếu sử dụng phụ gia ổn định nhũ.

1.2.8.6. Tính bôi trơn, chống ăn mòn và khả năng làm mát.

Tính bôi trơn và khả năng làm mát là đặc tính quan trọng của chất lỏng

gia công kim loại.

Bôi trơn để làm giảm ma sát làm giảm năng lượng tiêu hao trong quá

trình gia công kim loại.

Nguyễn Mạnh Dương

25

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

Làm mát tốt sẽ giảm nhiệt, phân tán nhiệt cục bộ tốt nhất. Nhất là tại

điểm gia công nơi có áp suất cao, nhiệt cục bộ lớn gây phá hủy màng dầu và

gây ra sự ăn mòn cưỡng bức khi có sự tiếp xúc giữa hai kim loại gây ra hiện

tượng lẹo dao giảm bề mặt tinh của sản phẩm.

Để tránh hiện tượng mài mòn trong gia công kim loại. Người ta pha

vào chất nhũ gia công kim loại các chất phụ gia chống mài mòn và nhờ đó tai

nhiệt đó nhất định nó sẽ tạo ra lớp màng bảo vệ trên bề mặt ma sát.

Chất lỏng gia công kim loại đáp ứng được các yêu cầu của các phương

pháp gia công kim loại khác nhau là các dầu nhũ đảm bảo bôi trơn bề mặt

thép, không phá hủy các chi tiết bằng hợp kim khác nhau.

Ăn mòn kim loại mầu thường do tác động của các axit hữu cơ tạo thành

khí dầu nhũ và một số phụ gia bị oxy hóa. Quá trình ăn mòn kim loại màu sẽ

tăng lên cùng với sự tăng nhiệt độ. Hợp kim của đồng và bạc đặc biệt rất nhạy

cảm với sự ăn mòn này.

Tính chống ăn mòn của dầu nhũ gia công kim loại được tăng lên khi

pha vào dầu các phụ gia chống ăn mòn và chống gỉ. Chúng sẽ tạo lên trên lớp

bề mặt kim loại lớp bảo vệ ngăn không cho kim loại tiếp xúc với axit hữu cơ

và nước.

Nguyễn Mạnh Dương

26

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

1.2.8.7. Trị số axit

Trị số axit dùng để đánh giá quá trình và mức độ oxy hóa của dầu nhũ

gia công kim loại. Trị số axit không phải là chỉ tiêu đặc trưng của dầu nhũ cắt

gọt kim loại vì nó không đặc tả được đặc tính axit trong thành phần dầu nhũ

bị oxy hóa.

1.2.8.8. Độ bền oxy hóa

Tính ổn định oxy hóa là đặc tính thể hiện tính ổn định của dầu với oxy

trong không khí.

Hầu hết các dầu nhũ gia công kim loại khi tiếp xúc với không khí ở

nhiệt độ cao đều tác dụng với oxy và đều bị oxy hóa. Sản phẩm của oxy hóa

không tan và tạo thành cặn ở dạng màng hoặc gỉ, làm giảm thời gian hoạt

động của dầu nhũ và tăng tính ăn mòn.

Quá trình oxy hóa dầu nhũ trong hệ thống máy gia công kim loại bị ảnh

hưởng của nhiều yếu tố: nhiệt độ, khả năng tạo bọt, axit hữu cơ, mảnh kim

loại vụn do bị mài mòn và các chất bẩn khác.

Việc tăng cường độ ổn định oxy hóa cho dầu nhũ gia công kim loại nhờ

sử dụng dầu gốc đã qua quá trình tinh luyện và sử dụng phụ gia chống oxy

hóa.

1.2.8.9. Điểm Anilin

Điểm Anilin của dầu thể hiện tính tương hợp của cao su với chất dầu nhũ.

Do dầu nhũ thường phải tiếp xúc với các vật làm kín dầu nên tính

tương hợp của dầu với vật làm kín (thường là cao su) của hệ thống máy gia

công kim loại là một trong các tính chất quan trọng. Dưới tác dụng của nhiệt

độ cao và khi tiếp xúc với các dung dịch làm việc các vật làm kín của hệ

thống gia công sẽ mất tính dẻo trở nên cứng và giòn, làm chất lỏng gia công

sẽ bị rò rỉ qua vật làm kín, ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống máy móc

gia công kim loại.

Nguyễn Mạnh Dương

27

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

Loại chất lỏng gia công có điểm anilin cao phải nằm từ khoảng

95÷100˚C. Các loại cao su khác có độ bền khác nhau khi tiếp xúc với dầu nhũ

gia công kim loại. Tuy nhiên không nhất thiết phải cố tạo ra một loại chất

lỏng gia công kim loại có thể tương hợp với mọi loại cao su cũng như không

nên cố tạo ra một loại cao su có khả năng tiếp xúc được với mọi loại dầu nhũ

gia công kim loại.

Bảng 1.4. Chỉ tiêu kỹ thuật của dầu nhũ cắt gọt XL của hãng Caltex

Chỉ tiêu Giá trị

Cảm quan Mầu nâu sáng

Nhiệt độ chớp cháy COC,˚C 184

Nhiệt độ đông đặc ,˚C -15

Độ nhớt , cSt 36,7

Trị số axit, mg KOH/g 0,16

1.3. Phương pháp amit hóa điều chế chất tạo nhũ nhũ gia công kim loại

Thông thường phản ứng amit hoá thu được thông qua phản ứng giữa

este và amoniac hoặc este và amin. Cơ chế phản ứng bao gồm tác nhân

nucleophin của nhóm amin tấn công vào nhóm cacbonyl tiếp theo là sự giải

phóng aninon ankoxit (RO-) từ hợp chất trung gian. Xác định tốc độ phụ

thuộc ban đầu vào khả năng tồn tại của nhóm ankoxit. Với các nhóm bền như

là phenol hoặc trifloetanol, trong giai đoạn chậm giải phóng ra nhóm chứa

oxy từ hợp chất trung gian. Nhóm kém bền, sự bẻ gãy hợp chất trung gian

xảy ra chỉ sau khi hình thành hợp chất anion dạng B.

Đối với trường hợp trên, sự tách proton A là giai đoạn xác định tốc độ

phản ứng, ta có thể mô tả khái quát như sau:

Nguyễn Mạnh Dương

28

Trường ĐHBKHN

O

O R"NH CR +

RCOR' + R"NH2

' RO

R'

O H2CO

+ R N

R

A

H+

'R

OH R'

H+

O "R NHCO R

"R NHCO R C

B

Luận văn thạc sỹ

Phản ứng amit hoá thông thường xảy ra trong môi trường bazơ và là

phản ứng bậc hai đối với amin. Bazơ có tác dụng tách proton và làm tăng mật

H+

O COR'

B:

R O +

R'

R'

O CO

H " RN

B+H

H N R'

H C"RN O

R

độ điện tích của nitơ, giải phóng anion.

Nguyễn Mạnh Dương

29

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

PHẦN 2: THỰC NGHIỆM

2.1. Phương pháp thực nghiệm

Dầu nhũ cắt gọt kim loại được điều chế trên cơ sở sử dụng dầu khoáng

làm môi trường phân tán, chất nhũ hóa là dầu thực vật biến tính và một số phụ

gia tính năng khác.

Trong phần này, tiến hành khảo sát biến tính một số loại dầu thực vật

sẵn có trong nước như: dầu sở, dầu lạc… làm thành phần chất nhũ hóa, cũng

như các điều kiện công nghệ biến tính chúng.

Cơ sở của việc biến tính dầu thực vật là chuyển hóa các thành phần

Glyxerit sang sản phẩm trung gian của quá trình là các metyl este dầu thực vật

nhờ phản ứng trao đổi este với xúc tác kiềm:

RCOOCH3 +

RCOOCH2 RCOOCH2 + CH3OH kiềm RCOOCH2 CH2- OH CH2- OH CH2- OH

Đây là phản ứng thuận nghịch vì vậy muốn đạt độ chuyển hóa cao thì

phải dùng dư rượu. Thường sử dụng tỷ lệ mol rượu/dầu từ 5/1 đến 9/1.

Từ sản phẩm trung gian Metyl Este dầu thực vật này, tiếp tục tạo ra các

sản phẩm Amit dầu thực vật.

R1COOR + H2NC2H4OH → R1CONHC2H4OH + ROH

Tuỳ thuộc vào chủng loại dầu thực vật cũng như các điều kiện tiến

hành phản ứng có thể thu được hỗn hợp các Amít dầu thực vật có thể sử dụng

làm chất nhũ hoá thích hợp cho dầu nhũ cắt gọt kim loại.

Cuối cùng, dầu nhũ cắt gọt kim loại được điều chế bằng phương pháp

khuấy trộn cơ học các thành phần: dầu khoáng, chất nhũ hoá, các phụ gia tính

năng để tạo thành một chất lỏng đồng nhất và ổn định.

Nguyễn Mạnh Dương

30

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

Dưới đây là sơ đồ tổng quát quá trình điều chế nhũ cắt gọt kim loại trên

cơ sở biến tính dầu thực vật:

Quy trình điều chế nhũ cắt gọt kim loại

Các sản phẩm trung gian

Các sản phẩm phụ

Các quá trình cơ bản

Các quá trình phụ trợ

Dầu thực

ậ

Methyl Este Trao đổi

Alcohol (Methanol, Ethanol

Thu hồi Alcohol

Glyxerin

Xúc tác kiềm (NaOH,KOH )

Methyl este

Nước rửa

Nước

Rửa sản phẩm este

Este lẫn nước

Trung hòa

Cặn muối

Este khan

Làm khô methyl este (sấy CK)

Methanol

Nguyên liệu

Tổng hợp chất nhũ hóa

Thu hồi amin alcohol

Cặn Amin alcohol

Amin alcohol

Amin alcohol

Chất nhũ hóa

B – Tổng hợp chất nhũ hóa Xúc tác kiềm

C- Điều chế nhũ cắt gọt kim loại

Dầu nhũ cắt gọt kim loại

Điều chế nhũ cắt gọt kim loại

Kiểm tra

Các phụ gia tính năng

Các chất trợ nhũ

Nguyễn Mạnh Dương

31

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

2.2. Quá trình tổng hợp chất nhũ hóa từ dầu thực vật

Thực chất đây là quá trình amit hóa dầu thực vật.

2.2.1. Yêu cầu về nguyên liệu

+ Tác nhân Amit hoá: Monoetanol amin (MEA), có độ tinh khiết cao

(trên 99%).

+ Xúc tác: Kiềm (NaOH, KOH), CH3O-

+ Metyl Este dầu dừa đã tinh chế.

+ Các hoá chất phụ trợ khác.

2.2.2. Cách tiến hành quá trình tổng hợp amit

2.2.2.1. Các thiết bị trong quá trình thí nghiệm

Hệ thống phản ứng là một bình cầu ba cổ, dung tích 300ml. Một cổ

cắm nhiệt kế để khống chế nhiệt độ theo yêu cầu, một cổ lắp sinh hàn để

ngưng tụ Mono Etanol Amin (MEA) bay hơi lên quay lại thiết bị phản ứng,

một cổ để nạp hỗn hợp Mono Etanol Amin và xúc tác vào thiết bị phản ứng,

một máy khuấy từ có bộ phận gia nhiệt.

Sơ đồ mô tả thiết bị của quá trình phản ứng như sau:

1.Thiết bị khuấy từ

4

2.Bình phản ứng.

3

3.Nhiệt kế.

2

1

4.Sinh hàn.

Hình 2.1. Thiết bị phản ứng

Nguyễn Mạnh Dương

32

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

2.2.2.2. Cách tiến hành quá trình tổng hợp amit

Metyl Este được cân một lượng chính xác theo tính toán trước khi cho

vào thiết bị phản ứng. Lắp hệ thống phản ứng như sơ đồ trên, sau đó bật máy

khuấy và tiến hành gia nhiệt tới 60˚C. Cho từ từ hỗn hợp amin và KOH (KOH

hoà tan trong monoetanol amin) vào thiết bị phản ứng, amin với hỗn hợp

KOH/CH3OH, amin với CH3O-/CH3OH. Sau khi cho hết, tiếp tục gia nhiệt

đến nhiệt độ phản ứng đã định (960C) và giữ cố định ở nhiệt độ này trong suốt

thời gian phản ứng. Hệ thống phản ứng ở đây hoàn toàn là khép kín để ngăn

cản sự mất mát amin.

Quá trình thu hồi Metanol: Trong quá trình phản ứng metanol thoát ra

được ngưng tụ và chuyển vào bình chứa riêng để quay trở lại trong quá trình

chuyển đổi este.

Tách amin : Amin dư được phân tách bằng chưng cất chân không

và được sử dụng trở lại trong hỗn hợp phản ứng đầu.

×100%

C

m 0 mi m 0

Độ chuyển hóa được tính theo công thức:

Trong đó: m0 : Khối lượng metyleste ban đầu mi : Khối lượng metyleste còn lại

2.3. Các phương pháp đánh giá sản phẩm amit

2.3.1. Phương pháp phổ hấp phụ hồng ngoại

Phổ hồng ngoại là một phương pháp xác định nhanh và khá

chính xác cấu trúc sản phẩm. Phương pháp này dựa trên nguyên tắc khi chiếu

một chùm tia đơn sắc có bước sóng nằm trong vùng hồng ngoại (400 ÷ 4000

cm 1− ) qua chất cần phân tích thì một phần năng lượng của tia sáng bị hấp phụ

và giảm cường độ tia tới. Sự hấp phụ này tuân theo định luật Lambert-Beer.

Nguyễn Mạnh Dương

33

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

D = lg(I 0 /I) = K.C.d

Trong đó :

D - Mật độ quang

I 0 , I - Cường độ ánh sáng trước và sau khi ra khỏi chất phân tích

C - Nồng độ chất phân tích, mol/lượng.

d - Độ dày của mẫu, cm.

K - Hệ số hấp phụ.

Phân tử hấp phụ năng lượng sẽ thực hiện các dao động (xê dịch các hạt

nhân nguyên tử xung quanh vị trí cân bằng) làm giảm độ dài liên kết các phân

tử và các góc hoá trị thay đổi một cách tuần hoàn. Đường cong biểu thị sự phụ

thuộc độ truyền quang vào bước sóng là phổ hồng ngoại của mẫu phân tích.

Mỗi nhóm chức hoặc liên kết có một tần số đặc trưng bằng pic trên phổ hồng

ngoại. Như vậy, căn cứ vào các tần số đặc trưng này có thể xác định được liên

kết giữa các nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử, từ đó xác định được cấu trúc

đặc trưng của chất cần phân tích.

2.3.2. Phương pháp khối phổ

Mẫu được làm bay hơi, sau đó các phân tử ở thể khí bị bắn phá bởi chùm

electron với năng lượng cao. Giả sử phân tử M va chạm với các electron có năng

lượng cao thì những quá trình đầu tiên là sự ion hoá phân tử.

M + e → [M]+ + 2e

M + e → [M]z+ + (z+1)e

M + e → [M]-

Như vậy nguyên lí của máy khối phổ là tạo ra các ion từ phân tử khi đó

phân tách ion và ghi lại tín hiệu theo tỉ số khối lượng/điện tích của chúng, từ

đó xác định công thức của chất cần tìm thông qua sơ đồ phân mảnh khối phổ.

Nguyễn Mạnh Dương

34

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

2.4. Lựa chọn chất đồng tạo nhũ để tạo tổ hợp

Luận văn chọn chất tạo nhũ không ion là Tween-80 làm hợp phần này.

Tween-80 có thành phần axit béo: axit palmitic xấp xỉ 90% so với axit stearic,

với một số đặc tính được kê ở bảng dưới đây:

Bảng 2.1. Tính chất vật lý của Tween 80

Tên thương mại Atlas Tween 80 (polysorbate 80)

Tên hóa học Sorbitan Monostearate:

C17H33COOM

Hình dạng ở nhiệt độ phòng Chất lỏng nhớt màu vàng nhạt

1283,65 Khối lượng phân tử

>230oC Điểm chớp cháy

20

1,4701 Chỉ số khúc xạ nD

1,083 Tỷ trọng

Tween-80 hòa tan và phân tán trong nước, để tạo bọt và tạo nhũ. Ngoài

ra Tween còn được ứng dụng nhiều trong dược phẩm, đông y, chất tẩy rửa và

chăm sóc cá nhân.

2.5. Quá trình điều chế nhũ cắt gọt kim loại

Nguyên liệu

2.5.1.Nguyên liệu

Ngưng tụ

Cánh khuấy

+ Dầu khoáng : Độ nhớt ở 40˚C là 10,1 cSt

+ Chất trợ tan

+ Phụ gia tính năng

Nước lạnh Hơi nước

Nước ngưng Nước nóng

+ Amit

2.5.2. Các bước tiến hành

SP

+ Nạp đủ lượng nguyên liệu

Hình2.2. Sơ đồ thiết bị điều chế nhũ cắt gọt kim loại

+ Khuấy trộn

+ Gia nhiệt

Nguyễn Mạnh Dương

35

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

+ Kiểm tra nhanh sản phẩm: Tính đồng thể, đồng pha, trong suốt, độ

bền nhũ, tính ăn mòn…

2.6. Xác định các chỉ tiêu tính năng của nhũ

2.6.1. Xác định chỉ số axit (TCVN 6127,1996)

Chỉ số axit là số mg KOH cần dùng để trung hòa hết lượng axit có

trong 1g mẫu dầu thực vật.

Nguyên tắc chuẩn độ : hòa tan phần mẫu thử trong một dung môi hỗn

hợp, sau đó chuẩn độ axit béo tự do với dung dịch KOH trong etanol.

Cách tiến hành :

Cân 3÷5g mẫu vào bình nón, thêm vào đó 500ml dung môi hỗn hợp gồm

hai pha este estylic và một phần etanol đã được trung hòa, lắc mạnh cho tan đều.

Trong trường hợp dầu không tan hết phải vừa lắc vừa đun nhẹ trên bếp cách thủy

rồi làm nguội đến nhiệt độ 20˚C. Sau đó cho vào bình 5 giọt chỉ thị phenolphtalein

(với dầu thẫm màu, dùng thimolphtalein) và chuẩn độ bằng KOH 0,1N đến khi

xuất hiện màu hồng nhạt, bền trong 30 giây.

Tính kết quả :

=

X

.1,56 . CV m

Chỉ số axit được xác định theo công thức :

Trong đó:

V - Số ml dung dich KOH 0,1N đã dùng để chuẩn độ.

C - Nồng độ chính xác của dung dịch chuẩn KOH đã sử dụng,

mol/ml

m - Lượng mẫu thử tính bằng gam

Mỗi mẫu được xác định hai lần, kết quả cuối cùng là trung bình cộng

của hai lần thử. Chênh lệch giữa hai lần thử không lơn hơn 0,1mg đối với dầu

chưa tinh chế và 0,06 mg đối với dầu đã tinh chế.

Nguyễn Mạnh Dương

36

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

2.6.2. Xác định độ nhớt động học (TCVN 3171- 1995, ASTM- D445)

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 của chất lỏng chảy qua

một 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.

+ Điều chỉnh nhiệt kế tiếp xúc để có nhiệt độ cần đo.

+ Chọn nhớt kế đã có hằng số C chuẩn : nhớt kế phải khô và sạch, có

miền làm việc bao trùm độ nhớt của dầu cần xác định, thời gian chảy không ít

hơn 200 giây.

Nạp mẫu sản phẩm vào nhớt kế bằng cách hút hoặc đẩy để đưa mẫu

đến vị trí cao hơn vạch đo thời gian đầu tiên khoảng 5mm trong nhánh mao

quản của nhớt kế. Khi mẫu chảy tự do, đo thời gian chảy bằng giây từ vạch

thứ nhất đến vạch thứ hai.

Tính kết quả :

=

v

. tC d

Độ nhớt động học được tính theo công thức :

Trong đó :

v- độ nhớt động học, được tính bằng cSt hay St

Nguyễn Mạnh Dương

37

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

C- Hằng số nhớt kế, mm2/s2

d- khối lượng riêng của chất lỏng, g/cm3 hay kg/m3

t- thời gian chảy, giây

Tiến hành đo 2 lần lấy kết quả trung bình, sai lệch không quá

1,2 ÷2,5% so với kết quả trung bình.

2.6.3. Độ ăn mòn tấm đồng (TCVN 2694- 1995, ASTM- D130-94 )

Phép thử ăn mòn tấm đồng nhằm xác định có tính chất định tính độ ăn

mòn của nhũ cắt gọt kim loại đối với các chi tiết được tạo từ đồng, hợp kim

thiếc- đồng, và hợp kim đồng- kẽm.

Nguyên tắc :

Một tấm đồng đã được đánh bóng được ngâm trong một khối lượng

mẫu xác định và được gia nhiệt đến một nhiệt độ nhất định, trong một thời

gian xác định đối với mẫu được thử nghiệm. Cuối cùng là lấy tấm đồng ra rửa

sạch và so màu với bảng chuẩn ASTM.

Tiến hành :

Chuẩn bị bề mặt tấm đồng : bề mặt tấm đồng được đánh sạch bằng giấy

ráp, sau đó lập tức đem nhúng vào mẫu đã chuẩn bị trước.

Chuẩn bị mẫu : mẫu thử nghiệm phải đảm bảo không được có nước,

nếu có nước phải làm khô mẫu bằng cách lọc.

Sau 3 giờ lấy tấm đồng ra cho vào dung môi rửa, làm khô và đem so

sánh với bảng mầu chuẩn ASTM ta sẽ biết được mức độ ăn mòn của mẫu thử

nghiệm.

2.6.4. Độ ăn mòn tấm gang [IP 125/82]

Nguyên tắc :

Mẫu được thấm ướt lên phoi thép có kích thước xác định. Để trong điều

kiện cho trước. Sau 24 giờ xác định mức độ ăn mòn.

Nguyễn Mạnh Dương

38

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

Đĩa thử hình vuông 100mm, độ dày 6mm có bề mặt sáng bóng, không có

điểm ăn mòn. Phoi thép chiều dài xấp xỉ 6mm, chiều rộng 1,5÷3mm.

Tiến hành thí nghiệm :

Rửa sạch phoi thép trong axeton sau đó làm khô. Đặt 4 vị trí trên đĩa

thử, mỗi vị trí ứng với 2 gam phoi thép phân tán đơn lớp trên bề mặt đĩa.

Thấm ướt bề mặt phoi thép bằng dung dịch nhũ, mỗi vị trí phoi thép dùng

khoảng 2ml. Chuyển đĩa vào buồng thử (20±30C). Sau 24 giờ bỏ đĩa ra, loại

hết phoi thép trên mặt đĩa. Rửa bề mặt đĩa bằng axeton, sau đó bằng toluen.

Cuối cùng lau nhẹ bằng giấy lọc tẩm toluen. Kiểm tra sự ăn mòn trên bề mặt

đĩa, và ghi lại những điểm lỗ chỗ, vùng nhiễm bẩn (quy mô ăn mòn) ở mỗi vị

trí riêng biệt.

Điểm lỗ chỗ : số điểm rỗ Vùng nhiễm bẩn : quy mô và mật độ nhiễm bẩn bề mặt đĩa.

2.6.5. Độ bền nhũ [IP 263/70 (94)]

Đây là phương pháp xác định sự ổn định chất lỏng gia công kim loại

pha loãng trong môi trường nước.

Nguyên tắc :

Chất lỏng được pha loãng trong nước bằng thiết bị khuấy trong thiết bị

tiêu chuẩn sau khi ngừng khuấy xác định thời gian tách chất lỏng.

Tiến hành thí nghiệm :

Tạo 8 mẫu thử, mỗi mẫu chứa lượng nước thích hợp. Điều chỉnh nhiệt độ

tới 20±30C trước khi thử. Khuấy đều thể tích nước bằng thiết bị khuấy cơ

(mẫu đựng trong bình nón có kích thước xác định) sau đó cho từ từ mẫu vào.

Khuấy thêm hai phút khi giọt chất lỏng cuối cùng được đưa vào. Sau khi mẫu

đủ trong để mẫu trong 24 giờ. Sau 24h kiểm tra sự tách dầu. Mẫu nào có

lượng dầu tách lớn hơn 1ml sau 24 giờ là không đạt.

Nguyễn Mạnh Dương

39

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

Chú ý : Khi tiến hành thử 8 mẫu nếu sau 5 mẫu thử các mẫu đều đạt thì

không kiểm tra 3 mẫu còn lại. Nếu trong trường hợp có hai hoặc hơn hai mẫu

hỏng trong 5 mẫu đầu tiên thì kết luận không đạt. Nếu 4 mẫu đạt một mẫu

hỏng thì tiến hành thử thêm 3 mẫu tiếp theo. Cả ba mẫu đạt thì mẫu đạt trên

độ bền nhũ, ngược lại ta kết luận không đạt.

Tỷ lệ pha Hóa

chất 5 :1 10 :1 15 :1 20 :1 25 :1 30 :1 50:1 80 :1

H2O, ml 150 200 180 200 200 180 200 240

CL, ml 30 20 12 10 8 6 4 3

Nguyễn Mạnh Dương

40

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

PHẦN 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Đánh giá, lựa chọn nguyên liệu

- Như đã trình bày ở phần tổng quan, dầu nhũ cắt gọt kim loại bao gồm

một số thành phần chính như sau:

+ Dầu gốc khoáng: Có chức năng bôi trơn trong gia công cắt gọt kim

loại, dầu gốc khoáng rất quan trọng và chiếm tới 80 ÷ 90% trong dầu nhũ cắt

gọt.

+ Chất nhũ hóa: Có chức năng làm bền pha dầu phân tán trong nước

(làm bền nhũ).

+ Các phụ gia tính năng như phụ gia cực áp, chống ăn mòn các kim loại

và hợp kim, phụ gia diệt khuẩn, chống tạo bọt …

- Để có thể tạo ra được dầu nhũ cắt gọt có tính năng làm việc tốt, cần

khảo sát, lựa chọn, tổng hợp biến tính các thành phần cấu thành nên dầu nhũ

cắt gọt kim loại.

3.1.1. Khảo sát, phân tích đánh giá, lựa chọn dầu gốc khoáng

Bảng 3.1. Tính chất hóa lý của một số dầu khoáng

Chỉ tiêu Dầu biến thế Dầu cọc sợi SN150

Tỷ trọng ở 150C, g/ml 0,900 0,915 0,884

Độ 10,10 26,60 32,00 ν40

nhớt 2,48 4,25 5,10 ν100

Chỉ số độ nhớt (VI) 52 28 96

Nhiệt độ chớp cháy, ˚C 160 181 201

 Ảnh hưởng của chiều dài mạch.

- Dầu khoáng sử dụng cho dầu nhũ gia công kim loại có chiều dài mạch

Cacbon từ 10 ÷ 70 nguyên tử /phân tử. Khi chiều dài mạch Cacbon tăng thì độ

Nguyễn Mạnh Dương

41

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

nhớt, nhiệt độ chớp cháy, nhiệt độ bắt lửa và cả nhiệt độ sôi đều tăng. Độ nhớt

tăng khi áp suất tăng và nhiệt độ giảm.

 Ảnh hưởng của cấu trúc.

- Tuỳ theo nguồn khai thác, các hydrocacbon có thể có cấu trúc đặc

C C C ....... C C C

Paraphin m¹ch th¼ng

C

Ankan

Iso-Paraphin

C C C ....... C C C

Anken

Olephin

C C C ....... C C C

CycloAnkan

Naphthen (Cyclo Paraphin)

Aren

Benzen

Hîp chÊt ®a vßng ng­ng

CH

CH2

CH2

CH3

CÊu tróc hçn hîp

trưng như được biểu diễn dưới đây:

- Đối với một phân tử nhất định, các hydrocacbon bão hoà mạch thẳng

(paraphin hoặc ankan) có tỷ trọng và độ nhớt tương đối thấp, nhưng sự mất

mát độ nhớt theo nhiệt độ ít, và do vậy có trị số V.I (chỉ số độ nhớt) cao.

Chúng còn có khả năng chịu nén thấp và có hệ số mũ (áp suất - độ nhớt) thấp.

Vì vậy, độ nhớt của chúng tăng theo áp suất không thật nhiều mà lại hóa rắn

tại áp suất thấp. Chúng có nhiệt độ chớp cháy và nhiệt độ vẩn đục tương đối

cao. Sự ôxy hóa chúng bị kìm hãm do sự tạo thành các axit bay hơi có tính ăn

mòn và có thể được cải thiện nhờ sử dụng phụ gia.

- Khi cấu trúc phân tử phân nhánh nhiều, các iso-parafin giống như các

hợp chất naphten (đóng vòng). Các hợp chất thơm bị oxy hoá mạnh, nhưng có

Nguyễn Mạnh Dương

42

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

thể có tác dụng như các chất chống oxy hóa nếu có mặt ở những lượng nhỏ

trong các hợp chất hydrocacbon khác. Các hợp chất thơm cạnh tranh với các

phụ gia EP (cực áp) tại các vị trí bề mặt hoạt tính, và những lượng nhỏ thường

thấy trong các dầu parafin là tác nhân hữu hiệu về cải thiện chức năng chịu

kẹt xước và tăng khả năng chịu tải của dầu.

- Các dầu khoáng thường bao gồm một số loại hydrocacbon, thông

thường dầu Parafin có chứa một lượng đáng kể Naphten. Nhờ các kỹ thuật

phân tích hiện đại, thành phần của dầu có thể xác định được một cách chi tiết

cụ thể. Một cách tương đối có thể phân biệt sự khác nhau giữa dầu Parafin và

dầu Naphten được cho trong bảng 3.2 sau đây:

Bảng 3.2. Các thông số kỹ thuật đặc trưng của các loại dầu khoáng.

Đặc điểm Độ nhớt Loại dầu ην100 ην40 Phân tử lượng Chỉ số độ nhớt

Parafin 48,0 450 5,9 96

111,5 576 12,2 99

39,12 349 5,1 23 Naphten

103,2 383 8,3 8

 Ảnh hưởng của độ tinh lọc.

- Dầu khoáng có thể được tinh lọc để loại bỏ sáp, hợp chất thơm và các

hợp chất chứa lưu huỳnh (S) (S tuy có thể cải thiện tính bôi trơn nhưng cũng

dẫn tới làm ố bẩn kim loại gia công). Các dầu khoáng siêu sạch gần giống với

dầu tổng hợp về độ tinh khiết.

Nguyễn Mạnh Dương

43

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

- Không có một dầu khoáng nào thỏa mãn cho tất cả các quá trình gia

công kim loại

Nhận xét:

- Thành phần dầu gốc sử dụng để tổng hợp dầu nhũ cắt gọt kim loại rất

quan trọng. Chúng ảnh hưởng tới việc lựa chọn tổ hợp chất nhũ hoá thích hợp

cho từng loại dầu gốc. Cụ thể là:

+ Đối với dầu gốc chứa thành phần chủ yếu là parafin (ít phân cực), thì

tổ hợp chất nhũ hoá cần có chỉ số HLB trong khoảng 10-11.

+ Đối với dầu gốc chứa thành phần chủ yếu là naphthen (phân cực

nhiều hơn), thì tổ hợp chất nhũ hoá cần có chỉ số HLB khoảng 12.

- Độ nhớt của dầu gốc cũng có ảnh hưởng tới khả năng bôi trơn và làm

mát của nhũ cắt gọt kim loại, cũng như khả năng tương hợp và nồng độ sử

dụng của các chất nhũ hoá. Độ nhớt của dầu gốc càng cao, khả năng bôi trơn

càng tốt, nhưng độ tương hợp của chất nhũ hoá giảm và nồng độ chất nhũ hoá

sử dụng tăng lên.

Như vậy việc lựa chọn sử dụng loại dầu gốc nào sẽ quyết định hệ chất

nhũ hóa cũng như các phụ gia tính năng đi kèm.

3.1.2. Khảo sát, lựa chọn nguyên liệu biến tính dầu thực vật.

Thành phần chủ yếu của dầu thực vật là các este Tri-glyxerit của các axit

béo tự nhiên với Glyxerin và các axit béo. Các chất béo bắt nguồn từ dầu thực vật

có các thành phần đặc trưng theo từng vùng sản xuất (Bảng 3.3.)

Một số loại dầu thực vật sau đây được chọn để khảo sát: dầu dừa, dầu

sở, dầu lạc, dầu thầu dầu, dầu hạt cao su.

Nguyễn Mạnh Dương

44

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ 3.1.2.1. Xác định tính chất hóa lý và thành phần axit béo.

Dầu thực vật sau khi làm sạch đạt các chỉ tiêu hóa lý như trong bảng sau:

Bảng 3.3. Tính chất hóa lý của các dầu thực vật sau khi tinh chế.

Tên dầu Hạt cao su Lạc Dừa Sở Thầu dầu Tính chất

Màu sắc Vàng Vàng Vàng Vàng Vàng

Nâu sáng Sáng ngà Sáng Sáng Sáng

Chỉ số axit, mg KOH/g 2,2 2,3 4,1 2,3 15,4

5,6* 0,58* 0,58* 0,83* 0,68*

Chỉ số xà phòng, mg KOH/g 195 268 192 185 180

130 85 8 86 83 Chỉ số iot, g I2/100g

0,3 0,2 0,2 0,2 0,2 Nước, % khối lượng

33,4 31,5 38,2 238,3 43 Độ nhớt động học 400C, cSt

6,7 9,2 5,2 8,1 19,2 Độ nhớt động học 1000C, cSt

170 172 95 193 89 Chỉ số độ nhớt

260 310 276 290 285 Điểm chớp cháy, ˚C

-12 -3 18 -9 -15 Điểm đông đặc, ˚C

Ghi chú: * Mẫu dùng để xác định độ bền oxh theo IP 306 – 94

Nguyễn Mạnh Dương

45

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

Thành phần axit béo của dầu thầu dầu, dầu lạc và dầu dừa… được

tham khảo qua các số liệu phân tích trong nước và thế giới. Các số liệu đều

có tính nhất quán cao cho nên đã được tin dùng ở đây. Các kết quả được

chỉ ra trong bảng 3.4.

Bảng 3.4. Thành phần axit béo của các dầu thực vật, % khối lượng.

Tên dầu Hạt Thầu Sở Lạc Dừa Thành phần cao su dầu

Axit palmitic (C16:0) 11,42 8 - 11 6 – 11 0,2 - 2 8,92

Axit stearic (C18:0) 14,1 - 4,5 - 6 2 – 4 -

Axit oleic (C18:1) 27,1 86,93 45 - 65 5 – 8 3 - 4

Axit linoleic (C18:2) 38,1 - 18 - 33 1 - 2,5 2 - 2,5

Axit linonic (C18:3) 8,13 - - - -

Axit rixinoleic - - 85 - 90 - -

Axit lauric - - - 45 – 51 -

Axit myristic - - - 16 – 20 -

Axit no khác 2,65 - - - -

Có thể nhận thấy dầu thầu dầu chứa hầu hết là axit rixinoleic (85 - 90%),

dầu dừa chủ yếu là axit no (axit lauric 45 - 51%, axit miristic (16 - 20%) và

dầu sở rất giàu axit oleic (86%) có khả năng bền ôxy hoá hơn rất nhiều lần

so với dầu lạc và dầu hạt cao su (có đến 38% axit linoleic và 8% axit

linolenic)

Nguyễn Mạnh Dương

46

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

3.1.2.2. Độ bền oxy hóa

Kết quả đo độ bền ôxy hoá được cho trong bảng 3.5

Bảng 3.5. Độ bền ô xy hoá của dầu thực vật so với dầu khoáng

Dầu thực vật Hạt Thầu SN Sở Dừa Lạc Độ bền oxy hoá cao su dầu 150

- IP 306 (có xúc tác)

- Axit bay hơi, mg KOH/g 11,75 2,25 2,12 - - 0,03

- Axit tan, mg KOH/g 63,71 11,27 7,80 - - 0,29

- Tổng cặn, %kl 0,14 0,02 0,19 - - 0,01

- Tổng sản phẩm oxh, %kl 24,34 4,36 3,19 - - 0,11

- ASTM D525, phút 75 600 700 850 320 900

Nhận xét:

• Các phép đo đã cho kết quả khá đồng nhất đối với từng loại dầu.

Dầu thầu dầu, dầu dừa và dầu sở bền oxy hoá hơn cả. Các kết quả đạt gần

tương đương với dầu khoáng. Đặc biệt khi được sử dụng kết hợp với một

số chất chống oxy hoá thì cho kết quả tốt hơn nhiều so với dầu khoáng

không có phụ gia.

• Dầu lạc có độ bền thấp hơn. Đặc biệt dầu hạt cao su thì cho kết quả rất

thấp, kém hơn 9 ÷10 lần so với dầu thầu dầu và dầu dừa (chỉ đạt 75 phút so với

700 phút của dầu thầu dầu và 850 phút của dầu dừa theo D525).

• Các số liệu trên hoàn toàn phù hợp và có quy luật theo thành phần

axit béo trong dầu. Axit linoleic và linolenic có các nối đôi rất dễ bị chuyển

thành nối đôi liên hợp, rất kém ổn định oxy (các polyperoxit tạo thành dễ bị

phân huỷ). Còn đối với axit oleic do hình thành nhóm - OOH ở vị α so với

nối đôi, được ổn định cộng hưởng e - Π nên khó bị phân huỷ, điều đó cũng

có nghĩa là axit này khó bị oxy hoá hơn.

Nguyễn Mạnh Dương

47

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ Từ đó ta thấy:

• Dầu thầu dầu và dầu sở đáp ứng được các chỉ tiêu đề ra và có thể

được sử dụng mà không cần phải biến tính hóa học.

• Dầu dừa cần được theo hướng giảm điểm đông đặc xuống đến

nhiệt độ phù hợp.

• Dầu hạt cao su và dầu lạc cần phải được biến tính theo hướng giảm

liên kết đôi đặc biệt là các liên kết đôi trong axit linoleic và linolenic.

Dầu thực vật dùng để biến tính tạo ra tổ hợp chất nhũ hoá cho dầu

nhũ gia công kim loại với thành phần dầu gốc lựa chọn ở trên cần có chiều

dài mạch các bon(phần tan trong dầu) thích hợp để tạo ra được hệ nhũ

tương bền vững. Thông thường, mạch cácbon thích hợp nhất trong khoảng

18-22 nguyên tử cacbon, tương ứng với các loại dầu thực vật: dầu lạc, dầu

sở, dầu đậu nành, …

3.2. Các phản ứng tổng hợp

3.2.1. Tổng hợp metyl este

Quá trình tổng hợp metyl este dầu thực vật đã được thực hiện trong

một quá trình riêng biệt (không khảo sát trong Luận văn này). Sản phẩm

Metyl Este được làm sạch với độ tinh khiết cao và được sử dụng làm

nguyên liệu cho quá trình tổng hợp Amit.

3.2.2. Amit hoá este dầu thực vật

Amit được tổng hợp nhờ phản ứng giữa metyl este dầu thực vật

(Metyeste dầu dừa với lượng dư MEA khi có mặt xúc tác kiềm trong

khoảng nhiệt độ t = 94÷96˚C. Sơ đồ quá trình tổng hợp như sau:

RCOOCH3 + NH2C2H4 – OH → RCONHC2H4OH + CH3OH Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng để đánh giá độ

chuyển hoá của phản ứng nói chung:

+ Tỷ lệ các cấu tử tham gia phản ứng

+ Nhiệt độ

+ Xúc tác

Nguyễn Mạnh Dương

48

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

+ Thời gian phản ứng

Tuy nhiên để chúng tôi chỉ đánh giá các yếu tố ảnh hưởng là nồng độ

xúc tác, thời gian phản ứng, và tỷ lệ các cấu tử tham gia phản ứng. Khảo

sát kỹ hơn các yếu tố này chúng tôi sử dụng 2 loại xúc tác là KOH và

CH3O-, trong đó KOH được đưa vào phản ứng theo 2 phương pháp khác

nhau:

+ Hoà tan KOH trong MEA sau đó cho vào phản ứng

+ Hoà tan KOH trong CH3OH sau đó đưa vào phản ứng

Các phương pháp trên được so sánh, đánh giá để chọn ra phương

pháp tối ưu.

3.2.2.1. Phản ứng dùng xúc tác KOH tan trong MEA

Đây thực chất là phản ứng không dùng dung môi làm xúc tác, các

a. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ xúc tác.

cấu tử xúc tác được hoà tan trong tiền chất để tham gia phản ứng

Xúc tác ảnh hưởng mạnh đến tốc độ phản ứng và nó tham gia vào

quá trình tách proton để tạo ra sản phẩm cuối cùng (giai đoạn chậm của

phản ứng). Tuy nhiên nồng độ xúc tác khác nhau cũng ảnh hưởng đến tốc

độ phản ứng, kết quả được chỉ ra trong bảng 3.6

Bảng 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác đến phản ứng.

Nồng độ xúc tác (mol 0,02 0,04 0,05 0,06 0.07

xt/mol dầu)

Độ chuyển hoá, % kl 20 40 70 80 85

Khi nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ xúc tác chúng tôi cố định các

yếu tố khác nhau như nhiệt độ (950C), các cấu tử tham gia phản ứng, tỷ lệ

mol Dầu/MEA là 1/2, tốc độ khuấy 150 vòng/phút, thời gian phản ứng 8h.

Nguyễn Mạnh Dương

49

Trường ĐHBKHN

l k %

, ¸ o h n Ó y u h c ä §

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

0.02

0.04

0.05

0.06

0.07

Nång ®é xóc t¸c, mol

Luận văn thạc sỹ

Hình3.1. Ảnh hưởng của nồng độ xúc

Hình 3.1 cho ta thấy độ chuyển hoá có xu hướng tăng lên theo hàm

lượng xúc tác. Phản ứng có xu hướng tăng mạnh trong khoảng nồng độ từ

0,02 ÷ 0,05. Sau đó tăng chậm ở nồng độ cao hơn. Hàm lượng xúc tác tăng

làm tăng tốc độ của phản ứng nói chung. Tuy nhiên điều này không có lợi

khi mục tiêu của phản ứng là đạt độ chọn lọc cao nhất. Tăng hàm lượng

xúc tác làm tăng tốc độ các phản ứng phụ có thể là phản ứng xà phòng hoá.

b. Nghiên cứu thời gian phản ứng amit hoá

Trong điều kiện công nghệ người ta thiết kế quy trình điều chế sản

phẩm nhờ các thông số đầu vào: nguyên liệu, tốc độ nạp liệu, xúc tác, nhiệt

độ và các điều kiện liên quan khác đến kết thúc một chu trình. Thời gian

phản ứng liên quan đến các yếu tố trên và nó góp phần vào việc tiết kiệm

các chi phí sản phẩm.

B ảng 3.7. Ảnh hưởng thời gian phản ứng

Thời gian phản ứng, h 1 3 8 10 16

Độ chuyển hoá ,% kl 10 20 70 75 80

Điều kiện phản ứng: t0=950C, tỷ lệ mol Dầu/MEA là 1/2, nồng độ xúc tác

0,05 mol so với dầu, tốc độ khuấy 150 vòng/phút.

Thời gian đầu phản ứng tăng chậm do hai cấu tử tham gia phản ứng

ít tan vào nhau tuy nhiên để tăng tốc độ phản ứng người ta thường cho

Nguyễn Mạnh Dương

Trường ĐHBKHN

50

Luận văn thạc sỹ thêm một lượng nhỏ amit và hỗn hợp. Để thấy rõ hơn điều này có thể xem

90

80

70

l k %

60

50

40

30

, ¸ o h n Ó y u h c

20

é §

10

0

8

10

16

1

3

Thêi gian ph¶n øng, h

biểu đồ ở dưới.

Hình 3.2. Ảnh hưởng thời gian phản

Phản ứng tăng chậm trong thời điểm đầu do các pha chưa đồng thể,

các cấu tử chỉ tiếp xúc với nhau trên bề mặt. Tuy nhiên khi lượng amit tăng

lên cùng với thời gian làm tăng khả năng hoà tan các cấu tử. Phản ứng tăng

mạnh và chậm hơn sau thời gian 8h.

c. Ảnh hưởng của tỷ lệ các cấu tử tham gia phản ứng

Trong quy mô công nghiệp người ta thường tìm cách tối ưu hoá sản

phẩm. Tuy nhiên trong quy mô thí nghiệm người ta thường tìm các điều

kiện tối ưu để đạt độ chuyển hoá cao nhất. Đây là ưu tiên hàng đầu.

B ảng 3.8. Ảnh hưởng tỷ lệ mol MEA/Dầu

MEA/Dầu, mol 1 2 3

Độ chuyển hoá, % kl 65 70 70

Điều kiện phản ứng: t0=950C, nồng độ xúc tác 0,05 mol so với dầu,

tốc độ khuấy 150 vòng/phút, thời gian phản ứng 8h.

Nguyễn Mạnh Dương

51

Trường ĐHBKHN

l k %

, ¸ o h n Ó y u h c é §

71 70 69 68 67 66 65 64 63 62

1

3

2 Tû lÖ MEA/DÇu

Luận văn thạc sỹ

Hình 3.3. Ảnh hưởng tỷ lệ mol

ầ

Hệ số phản ứng giữa các cấu tử là bậc1. Nhưng phản ứng là bậc 2.

Tỷ lệ mol MEA/Dầu là 1/2 thì độ chuyển hoá đạt cao nhất.

3.2.2.2. Phản ứng dùng xúc tác hoà tan trong dung môi

Để tăng tốc độ phản ứng giữa các cấu tử phản ứng ít tan vào nhau

người ta dùng dung môi làm tăng khả năng giữa các cấu tử. Trong trường

hợp phản ứng amit hoá giữa MEA và este dầu thực vật chúng tôi dùng

dung môi CH3OH.

Để tiện cho tiến hành thí nghiệm KOH được pha trong metanol đến

khi tan hoàn toàn sau đó mới đưa vào hỗn hợp phản ứng.

a. Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác

Bảng 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác đến phản ứng.

0,02 0,04 0,05 0,06 0,07

Nồng độ xúc tác (mol xt/mol dầu) Độ chuyển hoá, % kl 25 40 70 80 85

Nhiệt độ (95˚C), các cấu tử tham gia phản ứng, tỷ lệ mol Dầu/MEA

là 1/2, tốc độ khuấy 150 vòng/phút, thời gian phản ứng 8h.

Quy luật biến đổi không khác nhau nhiều so với trường hợp dùng

dung môi. Độ chuyển hoá cũng không có sự thay đổi nào lớn, điều này

Nguyễn Mạnh Dương

Trường ĐHBKHN

52

Luận văn thạc sỹ chứng tỏ dung môi không có vai trò làm tăng hay giảm độ chuyển hoá sản

l k %

, ¸ o h n Ó y u h c ä §

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

0.02

0.04

0.05

0.06

0.07

Nång ®é xóc t¸c, mol

phẩm phản ứng trong trường hợp nghiên cứu.

Hình 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ xúc

b. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng

B ảng 3.10. ảnh hưởng thời gian phản ứng

Thời gian, h 1 3 8 10 16

Độ chuyển hoá, % kl 30 50 70 80 85

Nhiệt độ ( 95˚C), các cấu tử tham gia phản ứng, tỷ lệ mol Dầu/MEA là

1/2, tốc độ khuấy 150 vòng/phút, tỷ lệ mol Dầu/MEA là 1/2, 0,05 mol xt/

mol dầu.

Nguyễn Mạnh Dương

53

Trường ĐHBKHN

90

80

70

l k %

60

50

40

30

, ¸ o h n Ó y u h c

20

é §

10

0

1

3

8

10

16

Thêi gian ph¶n øng, h

Luận văn thạc sỹ

Hình 3.5. Ảnh hưởng thời gian phản

So với phản ứng không dùng dung môi thì tốc độ phản ứng tăng gấp 3

lần trong 1 giờ đầu tiên và tăng dần trong các thời gian tiếp theo.

c. Ảnh hưởng của tỷ lệ các cấu tử tham gia phản ứng

B ảng 3.11. Ảnh hưởng tỷ lệ mol MEA/Dầu

MEA/Dầu 1 2 3

Độ chuyển hoá, %kl 70 70 71

Điều kiện phản ứng: t = 950C, nồng độ xúc tác 0,05 mol so với dầu,

l k %

, ¸ o h n Ó y u h c é §

71.2 71 70.8 70.6 70.4 70.2 70 69.8 69.6 69.4

1

2

3

Tû lÖ MEA/DÇu

tốc độ khuấy 150 vòng/phút, thời gian phản ứng 8h.

Hình 3.6. ảnh hưởng của tỷ lệ MEA/Dầu

Nguyễn Mạnh Dương

54

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

Ít có sự thay đổi ở các tỷ lệ trên. Sự thay đổi này chỉ đáng kể khi

người ta muốn đạt độ chuyển hoá và độ chọn lọc trong khoảng thời gian

hợp lý có nghĩa là tăng tỷ lệ giữa các cấu tử chỉ có tác dụng làm giảm thời

)

gian để đạt tốc độ chuyển hoá như ý muốn.

3.2.2.3. Xúc tác ancolat (CH3O-

Ưu điểm của xúc tác dạng ancolat là tan trong các pha phản ứng,

sản phẩm không có dư kiềm do đó dễ dàng xác định các thông số đặc

trưng đối với sản phẩm.Tuy nhiên đòi hỏi công đoạn điều chế xúc tác

khá phức tạp. Trong Luận văn chúng tôi tiến hành tổng hợp xúc tác từ

các tiền chất là metanol và Na. Phản ứng tổng hợp ancolat được tiến

hành như sau:

1 2

H2 CH3OH + Na→ CH3ONa +

Trong phản ứng dùng dư methanol để Natri phản ứng hoàn toàn và

lượng CH3OH dư dung làm môi trường phân tán

a. Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác đến phản ứng

Bảng 3.12. Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác đến phản ứng.

Nồng độ xúc tác 0,02 0,04 0,05 0,06 0,07

(mol xt/mol dầu)

Chuyển hóa, %kl 30 45 80 85 90

Khi tăng hàm lượng xúc tác( 0,02÷0,07 mol xúc tác/mol dầu) độ

chuyển hóa tăng mạnh. Quá trình tăng này giống với các loại xúc tác

khác. Tuy nhiên nghiên cứu chuyển hóa đều cao hơn so với các loại xúc

tác khác.

Nguyễn Mạnh Dương

55

Trường ĐHBKHN

100

80

l k %

60

40

20

, ¸ o h n Ó y u h c ä §

0

0.02

0.04

0.05

0.06

0.07

Nång ®é xóc t¸c, mol

Luận văn thạc sỹ

100

90 80

l k %

70

KOH/MEA

60 50

KOH/CH3OH

40

CH3O-

, ¸ o h n Ó y u h c

30

é §

20 10

0

0.02

0.04

0.05

0.06

0.07

Nång ®é xóc t¸c, mol

Hình3.7. Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác

hình 3.8. So sánh độ chuyển hoá khi dùng các loại xúc tác

Độ chuyển hóa cao tối đa với xúc tác ancolat có thể do xúc tác này

tan tốt trong các pha phản ứng và tác nhân này làm tăng mạnh mật độ diện

tích nucleophin làm tăng độ hoạt động của tác nhân này dẫn tới phản ứng

diễn ra mạnh. Độ chọn lọc đối với phản ứng dùng xúc tác trên cũng tăng

khi sử dụng xúc tác ancolat. Độ chuyển hóa gần như hoàn toàn ở nồng độ

xúc tác là 0,05 mol xúc tác/mol dầu, cho thấy xúc tác trên ưu điểm hơn

nhiều so với các loại xúc tác khác.

Nguyễn Mạnh Dương

56

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

b. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng amit hóa

Giống như trong trường hợp dùng KOH phân tán trong metanol, tốc

độ phản ứng tăng mạnh trong giai đoạn ban đầu

B ảng 3.13. ảnh hưởng thời gian phản ứng

Thời gian, h 1 3 8 10 16

Độ chuyển hóa, %kl 40 60 80 90 95

Nhiệt độ ( 95˚C), các cấu tử tham gia phản ứng, tỷ lệ mol Dầu/MEA

là 1/2, tốc độ khuấy 150 vòng/phút, tỷ lệ mol Dầu/MEA là 1/2, 0,05 mol xt/

100

90

80

l k %

70

60

50

40

30

, ¸ o h n Ó y u h c é §

20

10

0

1

3

8

10

16

Thêi gian ph¶n øng, h

mol dầu.

Hình 3.9. Ảnh hưởng thời gian phản ứng

Trong thời gian 1h tốc độ chuyển hóa đạt 40% gấp 4 lần so với

trường hợp không dùng dung môi và bằng 4/3 lần xúc tác KOH tan trong

metanol điều này cho thấy tính đồng nhất giữa các pha phản ứng quyết định

mạnh đến sản phẩm của phản ứng.

Nguyễn Mạnh Dương

57

Trường ĐHBKHN

100

90 80

l k %

70

KOH/MEA

60 50

KOH/CH3OH

40

CH3O-

30

, ¸ o h n Ó y u h c é §

20 10

0

1

3

8

10

16

Thêi gian ph¶n øng , h

Luận văn thạc sỹ

Hình 3.10. Độ chuyển hoá theo thời gian phản ứng với các loại xúc tác

Ưu điểm của các xúc tác đồng thể dạng ancolat như đã đề cập là tan

trong pha phản ứng, không ảnh hưởng lớn đến các đặc trưng của sản

phẩm.Tuy nhiên cũng rất khó để thu được sản phẩm amit tinh khiết trong

trường hợp trên.

c. Ảnh hưởng các tỷ lệ các cấu tử tham gia phản ứng.

B ảng 3.14. Ảnh hưởng tỷ lệ mol MEA/Dầu MEA/Dầu 1:1 2:1 3:1

Độ chuyển hóa, %kl 80 80 81

Điều kiện phản ứng: t=950C, nồng độ xúc tác 0,05 mol so với dầu,

tốc độ khuấy 150 vòng/phút, thời gian phản ứng 8h

Nguyễn Mạnh Dương

58

Trường ĐHBKHN

l k %

, ¸ o h n Ó y u h c é §

81.2 81 80.8 80.6 80.4 80.2 80 79.8 79.6 79.4

1

3

2 Tû lÖ MEA/DÇu

Luận văn thạc sỹ

Hình 3.11. Ảnh hưởng tỷ lệ mol MEA/Dầu

Khi thay đổi tỷ lệ mol dầu /MEA thì độ chuyển hóa thay đổi không

đáng kể trong khoảng thời gian nghiên cứu.

3.3. Phân tích sản phẩm Amit

Sản phẩm amit (từ metyl este dầu dừa với MEA) mang phân tích thu

được trong điều kiện: sử dụng xúc tác CH3O- với nồng độ 0,05 mol xúc

tác/ dầu, tốc độ khuấy là 150 vòng/phút, thời gian phản ứng là 8h, tại nhiệt

độ 950 C, tỷ lệ MEA/Dầu là 2/1. Các kết quả phân tích cho ở dưới đây.

3.3.1. Phổ hồng ngoại

Phổ hồng ngoại là phương pháp vật lí hiệu quả xác định các nhóm

chức. Bằng cách xác định các dao động của liên kết trong phân tử, phổ

hồng ngoại cho ta biết định tính các nhóm chức, các liên kết đặc trưng cho

phân tử . Phản ứng tổng hợp amit từ monoetanolamin và metyleste dầu dừa

cho ta hợp chất dạng RCONHC2H4OH. Như vậy trong phân có các nhóm

đặc trưng gồm: -OH, -CO-, -C2H4-, đặc biệt là -CONH-. Vì đây là nhóm

chức khẳng định hợp chất thu được có phải là amit hay không. Sau khi

phân tách sản phẩm phản ứng tiến hành phân tích sự tồn tại của hợp chất

amit bằng phổ hồng ngoại. Kết quả chỉ ra trong hình 3.12. Trên phổ hồng ngoại

cho ta các dao động đặc trưng của liên kết υ-OH=3383.13 cm-1, υ-C2H4=3289,88

Nguyễn Mạnh Dương

Trường ĐHBKHN

59

Luận văn thạc sỹ cm-1, đặc biệt thấy tồn tại dao động của nhóm chức -CONH- ở υ-CONH=1556,66

cm-1, υCO = 1639,14 cm-1.

Hình 3.12. Phổ hồng ngoại sản phẩm amit

3.3.2. Phân tích phổ khối (GC)

Dựa vào sơ đồ phân mảnh phổ khối ta có thể xây dựng lên phân tử

một cách chính xác. Phân mảnh khối phổ mẫu tổng hợp cho ta thấy có các

mảnh ứng với nhóm chức –CONHC2H4OH, -OH…Công thức dự đoán

được đưa ra trên thư viện phổ cho thấy sản phẩm amit thu được có độ tin

cậy cao.

Nguyễn Mạnh Dương

60

Trường ĐHBKHN

Minh_Amit_1 35 (0.824) Cm (32:36-4:14x2.000)

118

Magnet EI+ 9.50e4

56

100

74

103

60

55

57

73

%

200

85

116

70

62

119

69

86

183

88

104

75

83

98

228

54

100

172

144

97

127

67

129

201

81

95

149

53

157

115

155

184

243

211

120

109

148

229

171

227

213

140

173 182

154

63

89

132 138

79

199

210

202

159 167

187191

245

93

238

222

240

107

m/z

0 50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

230

240

250

220

Luận văn thạc sỹ

hình 3.13. Phổ khối sản phẩm amit tổng hợp

hình 3.14. Công thức phân tử amit dựa trên sự phân mảnh phổ khối

Nguyễn Mạnh Dương

61

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ 3.4. Nghiên cứu tổng hợp điều chế nhũ gia công kim loại

3.4.1. Xác định HLB của sản phẩm amit

Phương pháp thực nghiệm xác định HLB chủ yếu dựa trên sự kết hợp

chất nhũ hoá chưa biết theo tỉ lệ khác nhau cùng với chất nhũ hoá có HLB đã

biết, và sử dụng hỗn hợp để tiến hành nhũ hoá một dầu đã biết HLB yêu cầu,

nhờ đó có thể tính được giá trị HLB chưa biết đang cần tìm.

Dầu khoáng sử dụng cho thử nghiệm có HLB khác nhau tuỳ thuộc

vào bản chất hoá học của từng loại. Một số dầu khoáng tương ứng với HLB

yêu cầu được thể hiện qua bảng sau:

Bảng 3.15. HLB yêu cầu một số loại dầu

Tên dầu HLB yêu cầu

Dầu naptenic (dầu biến thế) 11-12

Dầu parafinic 10

Dầu parafinic (nhẹ) 10-11

Dầu parafinic (trung bình) 9

- Hỗn hợp chất nhũ hóa bao gồm hợp chất amit hóa dầu thực vật

* Xác định thành phần tổ hợp chất nhũ hoá

(Ami) và chất nhũ hóa không ion có chỉ số HLB = 14,7 (TWEEN 80)

- Để xác định được tỷ lệ tối ưu giữa Ami (viết tắt tên sản phẩm amit

hoá dùng để làm chất nhũ hoá) và TWEEN 80 cho dầu nhũ cắt gọt kim

loại thử nghiệm, nồng độ TWEEN 80 được đặt cố định là 10% trong dầu và

điều chỉnh nồng độ Ami. Nồng độ Ami thay đổi từ 2% đến 15% trong dầu .

Độ bền nhũ được đánh giá bởi thời gian tách 1% dầu của nhũ cắt gọt

5% trong nước. Kết quả được biểu diễn trong bảng 3.16.

Nguyễn Mạnh Dương

62

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

Bảng 3.16. Độ bền nhũ của dầu nhũ cắt gọt với tỷ lệ Ami/TWEEN 80 khác nhau.

Ghi chú Nồng độ TWEEN 80 Nồng độ Ami Phươngpháp phân tích

Thờigian tách 1% dầu, h 1,00 2 10 Mẫu nhũ được

chuẩn bị 5% 10,00 4 10

trong nước 20,00 6 10

cứng tiêu 30,00 8 10 ASTM D3341 chuẩn 32,00 10 10

29,00 12 10

20,00 14 10

15,00 15 10

Từ các kết quả thu được ở bảng số liệu, có thể biểu diễn mỗi quan hệ

giữa tỷ lệ thành phần tổ hợp chất nhũ hóa với tính chất của dầu nhũ qua đồ

35

h

,

30

25

20

15

10

u Ç d % 1 h c ¸ t n a i g i ê h T

5

0

2

4

6

8

10

12

14

15

Nång ®é Ami, %

thị trong hình 3.14.

Hình 3.14. Sự phụ thuộc độ bền nhũ vào tỷ lệ Ami/TWEEN 80

Nguyễn Mạnh Dương

63

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ Nhận xét :

- Có thể nhận thấy rằng với tỷ lệ Ami/TWEEN80 = 1/1, tổ hợp chất

nhũ hóa có khả năng tạo nhũ tốt nhất.

- Với dầu khoáng được lựa chọn làm môi trường phân tán ở đây đòi

hỏi chất nhũ hóa có chỉ số HLB = 12 và dựa trên cơ sở chất tạo nhũ chuẩn

TWEEN 80 có HLB1 = 14,7, có thể tính được chỉ số HLB2 của chất tạo

nhũ Ami như sau:

HLB

12

=

=

=

HLB

2

7,10

− x HLB . 1 − x 1

− 7,14.5,0 − 5,01

HLB = x.HLB1 + (1-x).HLB2

x- tỷ lệ % khối lượng của Ami/TWEEN 80

3.4.2. Xác định nồng độ tối ưu của chất nhũ hóa hỗn hợp (Ami / TWEEN 80)

- Với tỷ lệ tối ưu thành phần các chất nhũ hóa Ami/TWEEN 80 được

xác định ở trên, nồng độ hỗn hợp chất nhũ hóa được sử dụng trong nhũ cắt

gọt được thay đổi từ 5%, 10%, 15%, đến 20% để xác định được nồng độ tối

ưu của tổ hợp chất nhũ hoá trong nhũ cắt gọt kim loại.

Độ bền nhũ được đánh giá bởi thời gian tách 1% dầu của nhũ cắt gọt

5% trong nước. Kết quả được cho trong bảng 3.17

Nguyễn Mạnh Dương

64

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

Bảng 3.17. Độ bền nhũ của dầu nhũ cắt gọt

với nồng độ (Ami/TWEEN 80) khác nhau.

Ghi chú Nồng độ, % (AMI/TWEEN 80) Thời gian tách 1% dầu, h Phương pháp phân tích

0 0

2 4,80

4 10,00

6 14,75

8 20,00

10 25,00 ASTM D 3341 Mẫu nhũ được chuẩn bị 5% trong nước cứng tiêu chuẩn 12 28,40

14 30,20

16 30,80

18 31,50

20 32,06

- Có thể biểu diễn mối tương quan giữa khả năng tạo nhũ của dầu

35

h

,

30

25

u Ç d % 1

20

15

10

h c ¸ t n a i g i ê h T

5

0

0

2

4

6

8

10 12 14 16 18 20

Nång ®é, %(AMi/TWEEN 80)

nhũ gia công và nồng độ tổ hợp chất nhũ hóa trên đồ thị như sau:

Hình 3.15. Sự phụ thuộc độ bền nhũ vào nồng độ (Ami/TWEEN 80)

Nguyễn Mạnh Dương

65

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

Nhận xét:

- Theo tiêu chuẩn ASTM D 3341 quy định độ bền nhũ cho nhũ cắt

gọt kim loại thì nhũ 5% trong nước sau 24h không được tách 1% dầu quá

hay nói cách khác nếu nhũ cắt gọt tách 1% dầu sau 24h thì sẽ đạt quy định

của tiêu chuẩn.

- Các kết quả xác định độ bền nhũ thu được với nồng độ hỗn hợp

chất nhũ hoá thay đổi từ 0% đến 20% cho thấy bắt đầu từ giá trị nồng độ

chất nhũ hoá (Ami/TWEEN 80) ≥ 10%, thời gian tách 1% dầu lớn hơn 24h.

Vì vậy, nồng độ chất nhũ hoá hỗn hợp tối ưu được sử dụng là 10%.

3.4.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền nhũ

- Mẫu dầu nhũ thử nghiệm được kiểm tra độ bền/tách pha bằng cách

thay đổi nhiệt độ dầu nhũ thử nghiệm từ -100C, 00C, 100C, 200C, 500C đến

60˚C.

- Nồng độ chất nhũ hoá hỗn hợp có thể tan được tối đa trong dầu

khoáng ở các nhiệt độ khác nhau được ghi nhận. Kết quả thu được trong

bảng 3.18

Bảng 3.18. Độ ổn định của dầu nhũ phụ thuộc vào nhiệt độ

Ghi chú Độ hoà tan, % Nhiệt độ, 0C Phương pháp phân tích

Ở điều kiện nhiệt độ thử nghiệm, dầu 9,98 -10

phải trong suốt, đồng nhất. 14,98 0

20,03 10

25,03 20 ASTM D

3342 30,08 30

35,02 40

39,90 50

42,43 60

Nguyễn Mạnh Dương

66

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

Độ hoà tan của tổ hợp (Ami/TWEEN 80) được biển diễn bằng đồ thị

45

40

35

%

30

25

20

15

, n a t µ o h é §

10

5

0

-10

0

10

20

30

40

50

60

NhiÖt ®é , ˚C

trên hình 3.16.

Hình 3.16. Sự phụ thuộc độ hoà tan của (Ami/TWEEN 80) vào nhiệt độ.

Nhận xét:

- Nhiệt độ càng thấp thì khả năng hoà tan của chất nhũ hoá trong dầu

càng giảm. Tuy nhiên, nồng độ hoà tan tối đa của tổ hợp chất nhũ hoá (Ami /TWEEN 80) ở -100C vẫn chỉ ở 9,98 % (nồng độ chất nhũ hoá tối thiểu

để tạo ra được nhũ bền vững). Vì vậy, tổ hợp chất nhũ hoá có khả năng bền

vững với sự thay đổi nhiệt độ bảo quản dầu nhũ.

3.5. Phân tích, đánh giá tính năng của dầu nhũ gia công kim loại

Dầu nhũ cắt gọt MVO được tạo ra với các thành phần như sau:

+ Dầu biến thế: 88,99%

+ Chất nhũ hoá TWEEN80: 5,00%

+ Dầu thực vật biến tính Ami: 5,00%

+ Phụ gia diệt khuẩn Biozit: 1,00%

+ Phụ gia chống tạo bọt Antifoam: 0,01%

Nguyễn Mạnh Dương

67

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

Phân tích kiểm tra, đánh giá các tính năng làm việc sản phẩm dầu nhũ cắt

gọt kim loại MVO nhờ các kỹ thuật thử nghiệm theo bộ tiêu chuẩn ASTM D

cho chất lỏng gia công kim loại cho các kết quả như sau:

Bảng 3.19. Tính chất hoá lý của dầu nhũ MVO

T Chỉ tiêu T Phương pháp phân tích Giá trị điển hình

1 Cảm quan Mắt thường Chất lỏng màu

nâu trong suốt

2 Mùi - Đặc trưng

3 Khối lượng riêng, ρ20, ASTM D 1298 900-980 kg/m3

4 Độ nhớt, ν50, mm2/s ASTM D 445 30-60

5 Trị số xà phòng, ASTM D 2896 24 mg KOH/g dầu

6 Trị số axit, ASTM D 974 ≤ 10 mg KOH/g dầu

7 Nhiệt độ đông đặc, 0C ASTM D 97 -15

8 Độ bền bảo quản ASTM D 2850 Đạt

9 Ăn mòn tấm gang ASTM D 1401 Đạt

Dầu nhũ - sản phẩm của Luận văn đã được gửi đi dùng thử tại Công ty CP

đầu tư & phát triển Hưng Gia. Việc đánh giá hiệu quả sử dụng sẽ được công bố

tiếp theo Luận văn này.

Nguyễn Mạnh Dương

68

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Luận văn đã thực hiện được các nội dung nghiên cứu sau :

 Khảo sát, lựa chọn được nguyên liệu cho phản ứng tổng hợp

nhũ gia công kim loại.

 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng tổng hợp amit

 Bằng các phương pháp phổ khối và phổ hấp phụ hồng ngoại

chứng minh sự tồn tại của sản phẩm amit.

 Khảo sát sự ổn định của nhũ gia công kim loại, xác định

được tỷ lệ pha chế hợp lý để thu được kết quả tốt nhất.

 Khảo sát các tính chất của nhũ gia công kim loại sau khi

điều chế.

Những kết quả đạt được trong khuôn khổ Luận văn này giúp chúng ta

có thể nắm bắt một cách tổng quan nhất các vấn đề của nhũ gia công kim

loại, của quá trình biến tính dầu thực vật. Là cơ sở cho việc tiếp tục nghiên

cứu, phát triển các hệ chất lỏng gia công kim loại thân thiện với môi

trường.

Trong khoảng thời gian nghiên cứu tìm hiểu hữu hạn, không cho phép

việc nghiên cứu sâu hơn cũng như mở rộng thêm vấn đề, mà chỉ tập trung giải

quyết một vấn đề cụ thể là tạo ra được chất nhũ gia công kim loại thông qua

việc biến tính dầu thực vật bằng phản ứng amit hoá. Do đó để có được những

kết quả nghiên cứu tổng quan, sâu rộng hơn cần thiết phải có thời gian và điều

kiện nghiên cứu tốt hơn nữa. Sản phẩm nhũ gia công kim loại sẽ đầy đủ, hoàn

thiện hơn trong thực tế sử dụng.

Nguyễn Mạnh Dương

69

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1. Caltex (2005), Hội thảo kỹ thuật dầu gia công cắt gọt kim loại.

2. C. Kajdas (1993), Sổ tay dầu mỡ bôi trơn, Nhà xuất bản Khoa học &

kỹ thuật.

3. Đinh Thị Ngọ (2008), Hóa học dầu mỏ và khí, Nhà xuất bản Khoa

học & Kỹ thuật, Hà Nội.

4. Đinh Thị Ngọ (2008), Nguyễn Khánh Diệu Hồng, Các quá trình xử

lý để sản xuất nhiên liệu sạch, Nhà xuất bản Khoa học & Kỹ thuật,

Hà Nội.

5. Đinh Thị Ngọ, Nghiên cứu chế tạo chất tẩy rửa để xử lý cặn dầu

trong các thiết bị tồn chứa và phương tiện vận chuyển, Báo cáo khoa

học thực hiện đề tài độc lập cấp Nhà nước giai đoạn 2004 - 2005.

6. Đinh Văn Kha, Nguyễn Thế Nghiêm, Ngô Thị Thuận, Lê Xuân Quế

(2007), Khảo sát đặc tính ức chế ăn mòn nhôm của một số dẫn xuất

amit từ axit béo tổng hợp C8 ÷ C18, Tạp chí hóa học và ứng dụng,

Số 9.

7. (1996), Các kiến thức cơ bản về nhiên liệu và dầu mỡ bôi trơn, Tổng

công ty dầu khí Việt Nam.

8. Hoàng Dương Thanh (1998), Đóng góp vào việc tổng hợp chất tạo

nhũ từ dầu hạt cao su, Luận văn thạc sỹ hóa học, Trường đại học Tự

nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội.

9. Hội thử nghiệm và vật liệu Mỹ, Các phương pháp tiêu chuẩn ASTM.

10. Kiều Đình Kiểm (1999), Các sản phẩm dầu mỏ và hóa dầu, Tổng

công ty xăng dầu Việt Nam, Nhà xuất bản Khoa học & Kỹ thuật, Hà

Nội.

11. Lê Văn Hiếu (1999), Nghiên cứu chế tạo nguyên liệu cho chất hoạt

động bề mặt từ sản phẩm dầu mỏ, Luận văn phó tiến sĩ, Trường đại

học Bách Khoa Hà Nội.

Nguyễn Mạnh Dương

70

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

12. Mai Hữu Khiêm (1995), Giáo trình hóa keo (Hóa lý các hệ vi dị thể

và các hiện tượng bề mặt). Trường đại học Bách Khoa Hà Nội.

13. Nguyễn Thị Thanh, Dương Văn Tuệ, Vũ Đào Thắng, Hồ Công

Xinh, Hoàng Trọng Yêm (1999), Hóa học hữu cơ, Tập 1, 2, 3, Nhà

xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội.

14. Phạm Minh Tân (1994), Tổng hợp hữu cơ hóa dầu, Tập 1, 2, Trường

đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh.

15. Phạm Thị Thu (1986), Công nghệ dầu thực vật, Trường đại học

Bách Khoa Hà Nội.

16. Tổng Công ty xăng dầu (1996), Các kiến thức cơ bản về nhiên liệu

và dầu mỡ bôi trơn, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, Hà Nội.

17. Tổng cục Hậu cần (1993), Nhiên liệu và dầu mỡ, Nhà xuất bản

Khoa học kỹ thuật.

18. Trương Đình Thạc, Nguyễn Bá Xuân, Nguyễn Văn Chính (2001),

Nghiên cứu tổng hợp chất hoạt động bề mặt Glucozit, Tuyển tập các

công trình hội nghị khoa học và công nghệ hóa hữu cơ toàn quốc lần

thứ 2, trang 227-231.

19. Voiutki.S.S, Lê Tảo Nguyên dịch (1973), Hóa học chất keo, T1, T2,

Nhà xuất bản đại học và trung học chuyên nghiệp Hà Nội.

20. Vũ Tam Huề, Nguyễn Phương Tùng (2000), Hướng dẫn sử dụng

nhiên liệu - Dầu mỡ, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật.

Tiếng Anh

21. Annual book of ASTM standard section 5 (2004), Petroleum

Products, lubricants and Fosil Fuels.

22. Central Statistics Office (1988), Annual Abstract of Statistics,

no.124.

23. D. E. Napper (1983), Polymeric Stabilization of Colloidal

Dispersion, Academic Press Inc., New York.

Nguyễn Mạnh Dương

71

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

24. DR. M.W. Ranney (1973), Lubricant Additives, Noyes Data

Corporation.

25. DV. Brock (March 1987), Lubricant Base Oil, Lubrication

Engineering, pp 184 - 185.

26. E. J. W. Vervey and J. T. G. Overbeek (1949), Theory of the

Stability of Lyophobic Colloids Elsevier, Amsterdam, the

Netherlands.

27. F. Aborey (1955), Emulsion polymerization, Intersci Publish, N.Y.

28. H. Saito and K. Shinoda J (1971), Colloid Interface Sci, pp35, 359.

29. Hoong, et al (August 2006) , Process for the production of fatty acid

amides, United States Patent: 7098351.

30. HMSO, London, HMSO (1981), Assessment of Biodegradabitlity,

HMSO, London.

31. International Union of Pure and Applied Chemistry Manual on

Colloidand Surface Science Butterworths (1972), London.

in Metal Working: Friction, 32. J.A. Schey (1983), "Tribology

Lubrication and Wear", American Society of Metals, Metals Park,

Ohio.

33. J. T. C. Boehm and J. Lyklema in A. L. Smith, ed (1976), Theory

and Practice of Emulsions Technology, Academic Press Inc, New

York, pp. 23.

34. K.L.Mottal Micellization (1994), Solublization and microemulsions,

Plenum Press. N.Y and LD.

35. Kenneth J. Lissant (1974), Emulsion and emulsion technology,

Marcel Dekker, INC, N.Y.

36. Krister Holmberg (2004), Handbook of applied surface and collid

chemistry, West susex John Willey & Sones.

37. Le Kim Dien, Phung Ngoc Bo, Nguyen Manh Duong (September

2009), Research for creating BHD from catfish fat, EU-Southeast

Nguyễn Mạnh Dương

72

Trường ĐHBKHN

Luận văn thạc sỹ

Asia Expert Meeting on 2nd Generation Biofuels: Identifying

Opportunities ffor Collaboration, Bangkok Thailand.

38. Linfield Wasner M (1976). Anionic Surfactants, Surfactant Science

series V. 7, Basel, Marsel Decker, pp 682.

39. Osipon L (1992), Surface Chemistry, New York, Reinhold Publ, pp

584.

40. P. Walstra in P. Becher (1983), Encyclopedia of Emulsion

Technology, Marcel Dekker, pp 74.

41. P.Becher Emulsions (1965), Theory and Practice Reinhold, New

York.

42. P.Sherman (1969), Emulsion Science, Academic Press Inc, New

York.

43. R.M. Mortier, S.T. Orszulik (1992), Chemistry and Technology of

Lubricants, VCH Publishers, Inc, New York.

44. Rusen M. I, Gold Smith H (1990), Systematic Analyses of surface

active agents, Fifth ed., N.Y Wiley & Sons Inc, pp638.

45. Schick M.I (1989), Nonionic Surfactants, Surfactant Science series

V. 1, Third ed, N.Y, Marsel Decker, pp 698.

46. S.E. Friberg and I. Lapczynska (1975), Prog. Colloid Polym. Sci.

56, pp16.

47. S.E. Friberg, L. Mandell, and M. Larsson J (1969), Colloid Interface

Sci, 29, pp155.

(1982), Relationship between 48. S.M.Hsu, C.S.Ku, R.S.Lin

Lubricating Basestock Composition and Effects of Additives on

Oxidation stability, SAE. SP 256.

49. Susley I. P, Wood P.L (1964), Encyclopedia of Surface - Active

agents, V. I, II, New York CHem Publ.

50. Ullman's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol.8.

Nguyễn Mạnh Dương

Luận văn thạc sỹ 73 Trường ĐHBKHN

PHỤ LỤC

Nguyễn Mạnh Dương

Luận văn thạc sỹ 74 Trường ĐHBKHN

Nguyễn Mạnh Dương

Luận văn thạc sỹ 75 Trường ĐHBKHN

Nguyễn Mạnh Dương

Luận văn thạc sỹ 76 Trường ĐHBKHN

Nguyễn Mạnh Dương

Luận văn thạc sỹ 77 Trường ĐHBKHN

Nguyễn Mạnh Dương

Luận văn thạc sỹ 78 Trường ĐHBKHN

Nguyễn Mạnh Dương