Nghiên cứu khảo sát và định hướng chế tạo dung dịch bảo quản thế hệ mới cho vũ khí trang bị kỹ thuật

Hóa học & Môi trường<br /> <br /> NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT VÀ ĐỊNH HƯỚNG CHẾ TẠO DUNG DỊCH<br /> BẢO QUẢN THẾ HỆ MỚI CHO VŨ KHÍ TRANG BỊ KỸ THUẬT<br /> Nguyễn Thị Hương*, Võ Hoàng Phương, Nguyễn Việt Hưng,<br /> Nguyễn Đình Dương, Nguyễn Ngọc Sơn, Phạm Tuấn Anh<br /> Tóm tắt: Thành phần dung dịch bảo quản của Trung Quốc, ứng dụng bảo quản<br /> vũ khí trang bị được nghiên cứu bằng các phương pháp phân tích công cụ và các<br /> phương pháp phân tích hóa học. Kết quả nghiên cứu đã xác định dung dịch này<br /> được chế tạo trên cơ sở dầu thực vật biến tính và dầu sulfonat bari (20 % về khối<br /> lượng) trong 80 % của xăng dung môi. Từ kết quả nghiên cứ thu được đã đề xuất<br /> quy trình chế tạo dung dịch, qua đó nhằm góp phần chế tạo các vật liệu ứng dụng<br /> trong bảo quản VKTBKT của quân đội.<br /> Từ khóa: Dầu thực vật; Dầu sulfonat; Phân tích vật liệu.<br /> <br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Hiện nay, một trong những phương pháp bảo quản sẵn sàng chiến đấu được sử dụng<br /> nhiều nhất là các chất ức chế ăn mòn hóa hơi, chúng thường dùng để bảo vệ khỏi gỉ khí<br /> quyển và gỉ vi khuẩn cho các sản phẩm bằng thép, nhôm và các hợp kim của nhôm,... Các<br /> chất này thường ở dạng bột tan tốt trong một số loại dung môi như nước, etanol, axeton,…<br /> Thông thường các chất ức chế ăn mòn này, được sử dụng trong bảo quản bằng hai phương<br /> pháp: chất ức chế sử dụng dạng bột, viên được rắc vào thiết bị thăng hoa để thu được khí<br /> ức chế hoặc là sử dụng dạng dung dịch (chất ức chế hòa tan trong dung môi) để phun lên<br /> các bề mặt bảo vệ hoặc để tẩm lên các chất mang như giấy, vật liệu xốp.<br /> Trong những năm gần đây các nước Mỹ, Nga, Trung Quốc đã phát triển thành công<br /> dung dịch bảo quản thế hệ mới sử dụng để bảo quản cho nòng pháo phòng không và vũ<br /> khí bộ binh phục vụ sẵn sàng chiến đấu. Qua kết quả khảo sát sơ bộ mẫu dung dịch của<br /> Trung Quốc và quá trình tổng quan tài liệu cho thấy dung dịch này là dung dịch ức chế ăn<br /> mòn được chế tạo trên cơ sở dầu sunfant bari, dầu thực vật biến tính tạo màng bán khô và<br /> các phụ gia hữu cơ có hàm tro thấp. Hiện nay, dầu thực vật biến tính để tạo thành các màng<br /> khô, bán khô ứng dụng trong bảo quản kim loại được quan tâm nghiên cứu do chúng được<br /> đánh giá là một màng phủ thân thiện môi trường và có khả năng ức chế ăn mòn cao [1-3].<br /> Bài báo đưa ra kết quả xác định các chỉ tiêu kỹ thuật và thành phần chính của mẫu Trung<br /> Quốc, xây dựng đơn pha chế dung dịch ức ăn mòn cho VKTBKT trên cơ sở nền thép.<br /> 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br /> 2.1. Hoá chất - thiết bị<br /> 2.1.1. Hoá chất<br /> - Hóa chất phân tích: dung môi (etanol, n-hexan, xăng dung môi,…), H2SO4, NaOH, có<br /> độ tinh khiết PA.<br /> - Hóa chất công nghiệp: dầu lạc, dầu thầu dầu, dầu sunfonat bari, chất hoạt động bề mặt<br /> không ion.<br /> - Dung dịch bảo quản cho VKTB của Trung Quốc (MTQ) do Quân chủng Phòng không -<br /> Không quân cung cấp.<br /> 2.1.2. Thiết bị<br /> - Các thiết bị phân tích công cụ: phổ hồng ngoại FTIR (Nicolet Impact 410 Mỹ),<br /> SEM-EDX (JED - 2300 hãng JEOL Nhật Bản), thiết bị phân tích nhiệt (NETZSCHA<br /> 409 PC/PG - Đức).<br /> - Thiết bị sắc kí khí khối phổ (GC-MS) - 6890 của hãng Aglient technologies - Mỹ; cột<br /> <br /> <br /> 46 N. T. Hương, …, P. T. Anh, “Nghiên cứu khảo sát và định hướng … trang bị kỹ thuật.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> mao quản DP - 1701P, kích thước: 30 m × 0,32 mm × 0,25 µm; Detector: khối phổ 5973N,<br /> khí mang He.<br /> - Hệ thống cất quay và các thiết bị, dụng cụ sử dụng trong tổng hợp hữu cơ.<br /> 2.2. Phương pháp nghiên cứu<br /> Tiến hành khảo sát mẫu vật liệu của Trung Quốc được thực hiện thông qua các phương<br /> pháp phân tích công cụ và phân tích hóa học. Tiến trình phân tích được thực hiện theo các<br /> bước sau:<br /> - Bước 1: Phân tích, đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật chính của dung dịch.<br /> - Bước 2: Chiết, tách phần dung môi (bằng phương pháp chung cất): từ đó xác định bản<br /> chất của phần dung môi và định tính phần chất tan có trong hệ dung dịch.<br /> - Bước 3: Xác dịnh thành phần tro của mẫu chất tan sua khi nung.<br /> - Bước 4: Đánh giá kết quả phân tích từ đó đề xuất quy trình chế tạo hệ dung dịch bảo<br /> quản sẵn sàng chiến đấu có tính năng kỹ thuật tương đương với sản phẩm của Trung Quốc.<br /> Hình 1 là mô hình sơ đồ phân tích xác định thành phần chính của dung dịch bảo quản.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Sơ đồ phân tích xác định thành phần chính của mẫu MTQ.<br /> 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN<br /> 3.1. Kết quả xác dịnh một số chỉ tiêu kỹ thuật của dung dịch bảo quản nghiên cứu<br /> Mẫu dung dịch bảo quản của Trung Quốc (MTQ) có dạng lỏng, sánh, màu nâu sáng đến<br /> nâu sẫm. Các chỉ tiêu kỹ thuật chính của mẫu được xác định theo các TCVN và tiêu chuẩn<br /> ASTM hiện hành, kết quả được trình bày trong bảng 1.<br /> Bảng 1. Một số chỉ tiêu kỹ thuật của mẫu MTQ.<br /> STT Tên chỉ tiêu Phương pháp thử Kết quả<br /> Chất lỏng, nhớt, mầu<br /> 1 Dạng ngoài - nâu đến nâu sẫm<br /> 2 Độ nhớt động học, 40 oC, cSt TCVN 3171:2011 12<br /> 3 Hàm lượng tro, % TCVN 2690:2011 0,24<br /> 3 Hàm lượng nước, % TCVN 2692:2007 Không có<br /> 4 Hàm lượng axit tự do, mg TCVN 2695:2000 0,4<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CBES2, 04 - 2018 47<br />  Hóa học & Môi trường<br /> KOH/g<br /> 5 Ăn mòn tấm đồng TCVN 8359:2010 Hợp cách<br /> 6 Thử nghiệm môi trường<br /> TCVN 8792:2011 07 chu kỳ<br /> (Phương pháp thử mù muối)<br /> 3.2. Kết quả xác định định tính mẫu dung dịch bảo quản<br /> 3.2.1. Xác định hàm lượng, thành phần dung môi<br /> Mẫu được chưng cất để thu phần dung môi, kết quả thu được cho hàm lượng chất tan:<br /> 20 %; hàm lượng dung môi: 80 %. Thành phần của dung môi được xác định bằng phương<br /> pháp GC-MS, kết quả phổ GC-MS được trình bày trong hình 2.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Phổ GC-MS dung môi hòa tan của mẫu MTQ.<br /> Từ kết quả đo phổ GC-MS tại hình 2, tính toán được thành phần chính có trong dung<br /> môi nghiên cứu được trình bày trên bảng 2.<br /> Kết quả xác định thành phần của dung môi tại bảng 2 cho thấy, thành phần dung môi<br /> gồm các hydrocacbon với số cacbon trong khoảng từ 6 đến 20, tuy nhiên phần trăm thành<br /> phần hydrocacbon có từ 8 đến 10 cacbon chiếm lớn nhất. Điều đó chứng tỏ dung môi pha<br /> có thành phần tương tự như xăng dung môi và được sử dụng làm dung môi hòa tan trong<br /> hệ dung dịch nghiên cứu.<br /> Bảng 2. Các thành phần chính có trong dung môi.<br /> Thời gian Tên, công thức của hợp Thời gian Tên, công thức của<br /> TT TT<br /> lưu (phút) chất hữu cơ lưu (phút) hợp chất hữu cơ<br /> 1 2,258 Octan, C8H18 10 3,923 Nonan, C9H20<br /> 2 2,361 Cyclohexan, C6H12 11 4,355 Bicyclo[3.3.1] nonan,<br /> C9H16<br /> 3 2,449 Cyclohexan, C6H12 12 4,558 Cyclohexan, C6H12<br /> 4 2,538 1-etyl-3- 13 4,968 Decan, C10H22<br /> methylcyclohexan, C9H18<br /> 5 2,709 Nonan, C9H20 14 5,121 1-heptadecen, C17H34<br /> 6 3,023 9-ecosyn, C20H38 15 5,206 Nonan, C9H20<br /> 7 3,215 Cyclohexan, C6H12 16 5,387 Cyclohexan, C6H12<br /> 8 3,282 Octan, C8H18 17 5,850 Naphthalen, C10H8<br /> 9 3,411 Heptan, C7H16 18 7,110 Undecan, C11H24<br /> 10 3,923 Nonan, C9H20 19 7,600 Naphthalen, C10H8<br /> 3.2.2. Xác định đặc trưng của phần chất tan<br /> <br /> <br /> 48 N. T. Hương, …, P. T. Anh, “Nghiên cứu khảo sát và định hướng … trang bị kỹ thuật.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> Thành phần các nguyên tố của chất tan (MCT) thu được sau quá trình chưng cất được<br /> đánh gia bằng phương pháp phổ EDX của lớp màng trên nền thép và thành phần của mẫu<br /> tro thu được sau khi nung. Mẫu dùng để phân tích phổ EDX với kích thước (1 cm × 1cm ×<br /> 0,1 cm), mẫu được nhúng dung dịch bảo quản 24 giờ, sấy 120 oC trong 3 giờ và mẫu tro<br /> của chất tan. Hình 3 là phổ EDX của các mẫu nghiên cứu.<br /> 005 001<br /> 1000 1350<br /> <br /> 900 1200<br /> 800 C 1050<br /> O<br /> 700<br /> Ba<br /> 900<br /> 600<br /> 750<br /> Counts<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Counts<br /> 500<br /> O<br /> 600 Na Ba<br /> 400<br /> Ba S<br /> 450<br /> 300 S Ba Ba C Ba Ba<br /> Na<br /> 200 S Ba Ba Ba 300 S Ba Ba<br /> 100 150<br /> <br /> 0 0<br /> 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 0.00 0.80 1.60 2.40 3.20 4.00 4.80 5.60 6.40 7.20<br /> (a) keV (b)keV<br /> Hình 3. Phổ EDX của lớp màng phủ trên nền thép (a), mẫu tro (b).<br /> Từ kết quả tại hình 3 cho thấy, thành phần của màng và thành phần của mẫu tro có<br /> chứa các nguyên tố chính theo phần trăm khối lượng chủ yếu được cho trong bảng 3.<br /> Theo các kết quả nghiên cứu, đối với hệ dung dịch ức chế bảo vệ ăn mòn tan trong dầu<br /> với hàm lượng bari có trong màng khá cao (9÷11%) và mẫu tro (80%), chứng tỏ thành<br /> phần chính của màng có chứa dầu mỏ sulfonat bari [4, 5].<br /> Bảng 3. Thành phần của lớp màng và mẫu tro.<br /> <br /> Thành phần C O S Na Ba<br /> Tên mẫu (%) (%) (%) (%) (%)<br /> <br /> Màng phủ 86,00 2,59 1,74 0,34 9,33<br /> Mẫu tro 3,61 10,70 4,20 3,58 77,91<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4. Phổ X-ray của mẫu tro.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CBES2, 04 - 2018 49<br />  Hóa học & Môi trường<br /> Để xác định rõ hơn về bản chất của chất tạo màng trong thành phần của dung dịch<br /> nghiên cứu, tiến hành xác định phổ x-ray của mẫu tro, xác định thành phần bằng phương<br /> pháp phân tích nhiệt trong dải nhiệt độ 20 ÷ 800 oC, trong môi trường không khí và phổ IR<br /> của mẫu chất tan.<br /> Phổ X-ray mẫu tro tại hình 4 cho thành phần chính thu được sau khi nung 700oC trong<br /> 3 giờ, trong không khí gồm BaSO4 và BaCO3. Kết quả thu được phù hợp với kết quả đo<br /> EDX của mẫu tro.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 5. Kết quả phân tích nhiệt của mẫu chất tan.<br /> Kết quả phân tích nhiệt của mẫu chất tan (hình 5) cho thấy, có sự xuất hiện các pic tại<br /> 128,3; 307,4 và 445,1 oC đó lần lượt là các pic đặc trưng cho quá trình mất đi của dung<br /> môi và các pic đặc trưng cho phân hủy của các nhóm amit, các nhóm alkyl [6].<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 6. Phổ IR của mẫu chất tan (MCT).<br /> <br /> <br /> 50 N. T. Hương, …, P. T. Anh, “Nghiên cứu khảo sát và định hướng … trang bị kỹ thuật.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> Trong phổ hồng ngoại của mẫu chất tan (hình 6) có sự xuất hiện các pic tại số sóng<br /> 3407, 2924 và 2855 cm-1 đặc trưng cho dao động của liên kết OH, dao động bất đối xứng<br /> và đối xứng của liên kết C-H (CH2) có trong mẫu. Các pic tại số sóng 1717, 1563 và 1461<br /> cm-1 lần lượt là dao động của các liên kết C=O của este, amit và C-N, 1051 cm-1 đặc trưng<br /> cho dao động của nhóm –C-O-C-. Ngoài ra, các pic tại số sóng trong vùng 1461-1563 cm-<br /> 1<br /> , 722 cm-1 cho thấy có sự dao động của vòng thơm có trong mẫu nghiên cứu. Khi so sánh<br /> kết quả phổ IR thu được cho thấy tương đồng với các kết quả nghiên cứu phổ hồng ngoại<br /> của các hợp chất PEA được tổng hợp từ amit của axit béo có chứa nhóm hydroxy [6-7].<br /> 3.3. Đề xuất đơn pha chế dung dịch<br /> Căn cứ vào các kết quả phân tích tính năng kỹ thuật và thành phần của mẫu dung dịch<br /> của Trung Quốc và tổng quan về các tài liệu, phương pháp chế tạo đối với các hệ dung<br /> dịch ức chế ăn mòn kim loại đen, kim loại màu trong dầu.<br /> Dung dịch ức chế ăn mòn của Trung Quốc được chế tạo trên cơ sở dầu sufonat bari và<br /> polyamit/amin của dầu thực vật hòa tan trong xăng dung môi, theo cơ chế tạo màng bán<br /> khô trên nền kim loại. Ngoài ra, chất hoạt động bề mặt không ion được bổ sung như loại<br /> phụ gia làm tăng khả năng tương tác của các thành phần chất tan.<br /> Bảng 4 là thành phần dung dịch ức chế ăn mòn cho nền thép.<br /> Bảng 4. Thành phần dung dịch ức chế ăn mòn cho nền thép.<br /> STT Thành phần Tỷ lệ %<br /> về khối lượng<br /> 1 Xăng dung môi 80-85<br /> 2 Dầu sunfonat bari 12-15<br /> 3 Polyamit/amin của dầu thực vật 3-6<br /> 4 Chất hoạt động bề mặt không ion 1-3<br /> 4. KẾT LUẬN<br /> Kết quả nghiên cứu, khảo sát, phân tích đã xác định được thành phần cơ bản của hệ<br /> dung dịch ức chế ăn mòn, ứng dụng trong bảo quản vũ khí trang bị kỹ thuật. Dung dịch có<br /> hai thành phần chính là dung môi chiếm 80 % và hợp phần chất tan chiếm 20 % (dầu<br /> sunfonat bari - polyamit/amin của dầu thực vật).<br /> Hệ dung dịch có khả năng tạo màng bán khô trên nền kim loại, hợp kim, trên cơ sở các<br /> kết quả phân tích đạt được đã đề xuất đơn pha chế dung dịch ức chế ăn mòn cho nền thép,<br /> đáp ứng được yêu cầu ứng dụng trong bảo quả VKTBKT.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. Manawwer alam, Deewa Akram, Eram Sharmin, Fahmina Zafar, Sharif Ahmad,<br /> “Vegetable oil based eco-friendly coating materials”, Arabian journal of Chemistry,<br /> 1-11, 2014. DOI.10.1016/j.arabjc.2013.12.023.<br /> [2]. Eram Sharmin, “Recent advances in vegetable oils based environment friendly<br /> coatings”, Industrial crops and products, Vol. 76 (2015), pp. 215-229.<br /> [3]. Gobinda Karmakar, Pranab Ghosh, Brajendra K.Sharma “Chemically modifying<br /> vegetable oils to prepare green lubricants”, Lubricants, 5, 44, 2017.<br /> [4]. Lawrence V. Gallacher, “Thermally stable sulfonate compositions”, patent mumber<br /> 4.895.674 (1990).<br /> [5]. L.A. Bryan, “Preparation of barium sulfonates” patent mumber 3.031.497 (1962).<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CBES2, 04 - 2018 51<br />  Hóa học & Môi trường<br /> [6]. Manawwer Alam, Naser M.Alandis, Naushad Ahmad, Mohammad Asif Alam,<br /> “Corrosion protection of carbon steel by pongamia glabra oil-based polyetheramide<br /> coatings”, In. J. Electrochem. Sci, Vol. 13 (2018), pp. 3124-3135.<br /> [7]. Fahmina Zafar, Eram Sharmin, S.M. Ashraf, Sharif Ahmad, “Ambient cured<br /> polyesteramide-based anticorrosive coatings from linseed oil-A sustainable<br /> resource”, Journal of applied polymer sicence, Vol. 97 (2005), pp. 1818-1824.<br /> ABSTRACT<br /> RESEARCHING AND PROPOSING THE MANUFACTURE TECHNOLOGY OF<br /> SOLUTION IN MAINTAINING THE WEAPONS - EQUIMENT<br /> The composition of corrosion inhibitor solution used in protective coatings steel<br /> was determined by the instrumental analysis GC-MS, EDX, TG-DTA, IR methods.<br /> The results of analysis shows that the corrosion inhibitor solution is made on the<br /> basis of gasoline solvent, polyamide/amine of vegetable oil and petroleum sulfonate<br /> barium,… Based on the resuls obtianed, manufacturing technology of corrosion<br /> inhibitor solution for weapons equiment was proposed.<br /> Keywords: Vegetable oil; Petroleum sulfonate barium; Analysis of materials.<br /> <br /> Nhận bài ngày 20 tháng 02 năm 2018<br /> Hoàn thiện ngày 15 tháng 03 năm 2018<br /> Chấp nhận đăng ngày 02 tháng 04 năm 2018<br /> <br /> Địa chỉ: Viện Hóa học - Vật liệu/ Viện Khoa học và Công nghệ quân sự.<br /> *<br /> Email: nguyenhuong0916@gmail.com.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 52 N. T. Hương, …, P. T. Anh, “Nghiên cứu khảo sát và định hướng … trang bị kỹ thuật.”<br />