Tạo lập tổ hợp hất tạo nhũ pha chế chất lỏng gia công kim loại hệ nhũ thuận

Các đặc tính cơ bản cần thiết để xác định tính chất hóa lý và tính năng của dầu nhũ gia công kim loại.. Nhiệt độ cao phát sinh trong quá trình cắt gọt chỉ đem lại một lợi ích duy nhất là

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TẠO LẬP TỔ HỢP CHẤT TẠO NHŨ PHA CHẾ

CHẤT LỎNG GIA CÔNG KIM LOẠI

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

Lời c m ơn ả

dầu và khí trường ại học ách khoa Hà nội, Phòng thí nghiệm rọng điểm Đ B t

quốc gia ông nghệ ọc và hoá dầu Viện Hoá học Công nghiệp Việt nam.c L

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 uốc gia q 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

MỞ ĐẦU 4

PHẦN 1 : TỔNG QUAN 5

1.2 Chất lỏng gia công kim loại 7

1.2.1 Định nghĩa 7

1.2.2 Phân loại chất lỏng gia công kim loại[1,2] 7

1.2.3 Nhũ cắt gọt kim loại[1,2] 7

1.2.4 Các thành phần của dầu nhũ cắt gọt kim loại[1,2] 8

Dầu nhũ cắt gọt kim loại bao gồm dầu gốc khoáng, hệ chất tạo nhũ và các phụ gia tính năng khác 8

1.2.4.1 Dầu gốc khoáng[1,2] 8

1.2.4.2 Chất tạo nhũ[4,6,7] 10

1.2.4.3 Phụ gia tính năng[1,2] 11

1.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền, sự ổn định của nhũ tương13 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] 21

1.2.8.1 Tỷ trọng 21

1.2.8.2 Độ nhớt 21

1.2.8.3 Độ ổn định cơ học 22

1.2.8.4 Tính chống tạo bọt 22

1.2.8.5 Tính ổn định nhũ 22

1.2.8.6 Tính bôi trơn, chống ăn mòn và khả năng làm mát 22

1.2.8.7 Trị số axit 24

1.2.8.8 Độ bền oxy hóa 24

2.1 Phương pháp thực nghiệm 28

2.2.1 Yêu cầu về nguyên liệu 30

2.2.2 Cách tiến hành quá trình tổng hợp amit 30

2.3 Các phương pháp đánh giá sản phẩm amit 31

2.3.1 Phương pháp phổ hấp phụ hồng ngoại 31

2.3.2 Phương pháp khối phổ 32

2.4 Lựa chọn chất đồng tạo nhũ để tạo tổ hợp 33

2.5 Quá trình điều chế nhũ cắt gọt kim loại 33

2.5.2 Các bước tiến hành : 33

2.6 Xác định các chỉ tiêu tính năng của nhũ 34

PHẦN 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39

3.1.1 Khảo sát, phân tích đánh giá, lựa chọn dầu gốc khoáng 39

3.1.2.1 Xác định tính chất hóa lý và thành phần axit béo 43

3.2 Các phản ứng tổng hợp 46

3.2.1 Tổng hợp metyl este 46

3.2.2.1 Phản ứng dùng xúc tác KOH tan trong MEA 47

3.2.2.2 Phản ứng dùng xúc tác hoà tan trong dung môi 50

3.2.2.3 Xúc tác ancolat (CH3O-) 53

3.3 Phân tích sản phẩm Amit 57

3.3.1 Phổ hồng ngoại 57

3.3.2 Phân tích phổ khối (GC) 58

3.4 Nghiên cứu tổng hợp điều chế nhũ gia công kim loại 60

3.4.1 Xác định HLB của sản phẩm amit 60

3.4.2 Xác định nồng độ tối ưu của chất nhũ hóa hỗn hợp (Ami / TWEEN 80) 62

3.4.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền nhũ 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

M Ở ĐẦU

Hiện nay trên thế giới, việc sử ụ d ng chất lỏng gia công kim loại ng y à

càng trở nên phổ biế Tổng sản l ng tin ượ êu thụ tr n thế giới hiện nay ước ê

tính khoảng 2 triệu kilo l t í Các nước ch u ỹâ M là n i êơ ti u thụ nhiều nhất, chiếm kho ng 36% t ng s n l ng cả ổ ả ượ ủa thế ớ gi i Tiếp theo là âch u Á chiếm kho ngả 30%, c nước chcá âu Âu 28%, cò ại là cán l c nước ch u Phi, Ú â c

Ở Vi t Nam các s n ph m ch t l ng gia công kim lo i được cung c p ệ ả ẩ ấ ỏ ạ ấ

t ừ hai nguồn ch nh l nhập khẩu với gií à á bán cao từ ước ngo i v ừ n à à t các cơ

s sở ản xuất trong nước c chất lượng kh ng ổn định Ch nh vó ô í ì vậy việc nghiên c u vứ à sản xuất được sản phẩm c chất lượó ng đảm bảo, giá c hả ợp

lý là rất cần thiết

Mặt kh c vấn đề ử ụng c c dạng năng l ng cá s d á ượ ũng như các sản

phẩm có nguồn gốc th c vự ật, thân thi n vệ ới môi trường ang đ được khuyến

khích hơn bao giờ ế h t Do đó ệc vi nghiên cứu s dử ụng khả ă n ng bi n tế ính

dầu thực vậ trong chất lỏng gia c ng kim loại ct ô ó m ý ột nghĩa quan trọng trong việc chủ động nguồn nguyên liệu, hạ giá àth nh s n phả ẩm và tăng khả

năng th n thiện với m i trường â ô

Trong khuôn khổ đề tài chúng tôi nghi n cê ứ tạo lập tổ hợp chất tạo u

nhũ pha chế chất lỏng gia công kim loại hệ nhũ thuận, góp phần v o việc à

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

P HẦN 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

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

1.2 Chất lỏng gia c ng kim loạ ô i

1.2 .1 Định nghĩa

Chất lỏng gia c ng kô im lo i lạ à ất lch ỏng dùng để bôi trơn và làm mát trong quá ìtr nh gia c ng kim loại.[2] ô

1.2 â.2 Ph n loại chất lỏng gia công kim loại[1,2]

Trong quá ìtr nh gia c ng kim loô ại, tùy thuộc vào đ ềi u ki n lệ àm việc

c a tủ ừng qu tr nh gia c ng cụ thể, c c chất lỏng gia c ng kim loại được á ì ô á ôchia thành một số ạ d ng ch nh nhí ư sau:

- Chất lỏng gia c ng gốc dầu kho ng gồm dầu kho ng vô á á à một số phụgia đặc biệt như phụ gia ống kẹt xước, cự áp… ch c

- Chất lỏng gia c ng gốc nước: dầu nhũ ắt gọt kim loạ dung dịch ô c i,

nước của c c polymeá và các phụ gia đặc biệt

- Chất lỏng gia c ng tổng hợp bao gồm c c ợp chất hữu cơ ổng hợp ô á h tnhư este ph t phát, polyglycol, polyxyloxan… ố

Trong tất cả các lo i chất lỏng gia côạ ng kim loại tr n th ầu nhũ ắt ê ì d c

gọt kim loại được sử ụng rộng r nhất tr n thực tế d ãi ê

1 2.3 Nhũ ắt gọt kim loạ [1,2] c i

Dầu c thểó à ho tan v i nước mang lại sựớ làm m t vá à bôi tr n cần thiết ơcho gia c ng cô ắt g t kim loọ ại

Trước đây, các loại dầu n y n i chung được xem l “c c dầu ho tan” à ó à á à

và úch ng về ơ ản l c b à dầu kho ng c chứa chất nhũ ho cho ph p ch ng á ó á é útrộn chung với nước

Ngày nay, dầu c thể à ó ho tan được trong nước được chia làm ba nh m ó

c bơ ản:

- Soluble oil: chứa 50 ÷÷÷÷÷ 85% dầu kho ng với chất nhũ ho Ch ng á á ú

tạo th nh c c nhũ ương m u sữa lớn à á t à

- Chất tổng hợp: Chúng ho n to n kh ng cà à ô ó dầu kho ng vá à tạo thành c c dung dịch trong suốt với nước á

- Chất bán t ng h p: Chứa 5 ÷÷÷÷÷ ổ ợ 50% dầu kho ng với c c chất nhũá áhoá, tuy nhi n d u pha lê ầ à loại dầu pha nước Chúng tạo thành nhũ vi m ô

Các chất b n tổng hợp lá à dầu cắt gọt tuyệt hảo

1.2 Cá.4 c thành ph n cầ ủ dầu ũ ắa nh c t g t kim loọ ại[1,2]

Dầu nhũ cắt gọt kim loại bao gồm dầu gốc khoáng, hệ chất tạo nhũ

%Hợp chất ph n cựâ c

%Hợp chất thơm

%Thành phần no

0,2 8,5 91,3

Các parafin mạch thẳng, d i l loại s p rắn n n h m lượng của ch ng à à á ê à útrong d u bầ ôi trơn phải giảm t i mứớ c nhỏ nhất, đặc biệt đối với dầu bôi trơn

s dử ụng ở nhiệt độ thấ p

Mặt kh c, đối với iso parafin l th nh phần rất tốt trong dầu b i trơn á - à à ô

vì úch ng c độ ổn định vó à tính nhiệt nhớt tốt Mạch nh nh iso parafin c ng á - à

dài th đặc t nh n y c ng thể hiện rì í à à õ ràng hơn Tương tự như ậy đối với vhydrocacbon v ng no vò à vòng thơm

S vòố ng ngưng tụ càng nhiều mà mạch nh nh parafin c ng ngắn thá à ì tính chất nhiệt nhớt của hydrocacbon càng kém và càng kh ng thô ích hợp để làm

dầu b i trơn.ô

Trong thực tế, dầu gốc khoáng là hỗn hợp của c c ph n tử đa v ng cá â ò ó đính nh nh parafin,á nap ten hoặc aromat tuỳ thuộc v o loại hydrocacbon h à

nào chiếm ưu thế Dầu aromat kh ng được d ng l m dầu b i trơn.ô ù à ô

Việc lựa chọn dầu gốc để pha chế chất b i trô ơn phụ thu c vàộ o độ nhớt,

mức độ tinh ch , độ ổn định nhiệt độ và khả năế ng tương h p với các chất phụ ợgia khác ho c vặ ật liệu mà dầu bôi trơn sẽ tiếp x c trong quú á trình sử dụng

Dầu với h m lượng parafin cao và à hợp chất vòng thơm thấp sẽ íth ch

hợp hơn trong việc sử ụng để pha trộn dầu cắt gọt v ch ng: d ì ú

+ Có tính chống oxy ho ự nhi n tố ơn.á t ê t h

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

+ Í ât g y hại cho da

+ Ít gây những sự ố m ph ng hoặc phá c là ò huỷ chi tiết bằng cao su xung quanh máy công cụ

+ Màu nhạt tăng t nh hấp dẫn ủa ản phẩm í c s

Dầu c độ nhớt cao sẽ gia tăng khả ăng b i trơn v chị ải, tuy nhi n ó n ô à u t ê

nó có khuynh hướng l m kết d nh với mạt kim loại nhiều hơn và í à có vấn đề

dầu bị kéo ra ngo i.à

Dầu c độ nhớt thấp c thể m tho t phoi nhanh, nhiều hơn ởó ó là á vùng

cắt, dụng cụ ắt Việc n y đặc biệt trong khoan lỗ c à sâu v gia c ng chuốt à ôChúng c thể tiến s u vó â à làm ướt bề mặt kim loại nhanh hơn, và có thểmang phụ gia vào v ng c t nhanh hù ắ ơn

Để dầu nhũ gia c ng kim loại hoạt động tốt, dầô u g c khoáng ph i có ố ả

độ nhớt phù h p, kh ng quợ ô á cao cũng kh ng quô á thấp V ếu nhớt quá ì n độthấp sẽ làm cho d u nhầ ũ gia c ng kim loại chảô y qua chi tiết quá nhanh, l m àcho sự ế ti p xúc với c c chi tiết gia cá ông không đủ u để truyề lâ n nhiệt ra ngoài v i sớ ố lượng phù hợp và tho t phoi hợ ý á p l

Trong gia c ng kim loô ại dầu gốc phù hợp cho pha chế ầ d u nhũ gia

công kim loại c độ nhớt ở 40ó 0C nằm trong khoảng 7 30 cSt ÷ để đảm bảo

tính năng b i trơn vô à làm m t tốt.á

Dựa tr n nguồn nguy n liệu tr n thị trường v nguồn nguy n liệu cê ê ê à ê ó

sẵn tr n thị trường Ch ng t i lựa chọn dầu biến thế Dầu n y c độ nhớê ú ô à ó t động họ ởc 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 ặ m t, thông thường có trọng

lượng ph n tử ằm trong khoảng 200 â n ÷ 600 Trong ph n tâ ử ch t hoạt động ấ

b mề ặt c hai nh m ới bản chất tr ngược nhau trong ph n tử, nh m dễó ó v ái â ótan trong nước (nh m i nước)ó á và nh m kia dễ tan trong dầu (nh m kỵó ó

nước hay nh m i dầu) Do đó khi có á ó mặt chất hoạt động bề ặt trong một m

h ệ nhũ ương dầ /nước, th ại bề ặt ph n chia pha ph n tử chất hoạt động t u ì t m â â

b m t ề ặ được sắp ếp theo một tr nh tự nhất định: nh m kỵ ước quay v o x ì ó n àpha dầu, nhóm ưa nước quay v o pha nà ước Vì thế, c c chấá t hoạt động bề

mặt có tính chất hoạt động hấp phụ cao hơn so với những chất kh ng cô ó nhóm kỵ ướ n c S hự ấp phụ đó làm cho ha dầu/nước dường như p ên kli ết lại

với nhau, sự kh c biệt giữa ch ng t đ , sức căng bề ặt giữa ch ng trở á ú í i m ú nên

nhỏ ơ h n S ự ảm sức căng bgi ề ặ m t b i sở ự ấ h p phụ của ch t nh hó à ấ ũ a l đ ềi u

kiện cần của sự ồ t n tại nhũ tương Đóng vai trò chất bị ấ h p phụ, lượng chất

t o ạ nhũ ần thiết để m bền nhũ thường kh ng cần nhiều c là ô

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

Hình 1.1 Cấu tr c giọt nhũ thuận v nghịchú à

Các chất hoạt động bề ặt c m ó tác dụng g y nhũ bao gồm:â

- Các ankenyl suxinimit, amit

- Các muối sunfonat

- Các axit béo v muối của axità béo

- Các este của axit béo

- Các polyankel glylcol

- Cá phenol v phenol esteà

- Các etanol amin

- Các amin của dầu tallo

Thông thường trong nhũ ương, nồng độ t cân bằng của c c chất áhoạt động bề ặ m t trên mặt phân cách dầu-nước cao hơn trong thể tích pha

1.2.4.3 Phụ gia tính năng[1,2]

Phụ gia t nh năng l những hợp chất hữu cơ, cơ kim v ơ, thậm

ch chí ỉ là nh ng nguy n tữ ê ố, đượ đưa v o chc à ất lỏng gia công kim lo i nhạ ằm

tạo cho chất lỏng gia c ng cô ó cá íc t nh năng bổ sung đối với từng qu tr nh á ì

c ụ thể

Các chất phụ gia thường được th m v o trong chất lỏng gia c ng kim ê à ôloại gồm: phụ gia ch ng t o bố ạ ọt, phụ gia chống ăn m n, phò ụ gia ch ng kẹt ố

xước, phụ gia diệt khuẩn, phụ gia chống oxi ho á

a Phụ gia ch ng tạo bọt ố

S t o bự ạ ọt g y ra nhiều phiền phức trong qu tr nh vận h nh m y gia â á ì à á

công kim loại, để giảm hoặc tr nh sự ạo bọt người ta d ng phụ gia chống á t ù

tạo bọt

C ơ chế ủa qu tr nh ph c á ì á bọt là các phụ gia chống tạo bọt b m v o á à

các bọt khí làm giảm sức căng bề ặt của ch ng C c bọt kh nhỏ m ú á í vì thế ụ t

lại với nhau th nh bọt kh ớn hơn, nổi l n bề ặt lớp bọt, vỡ ra l m tho t à í l ê m à ákhí ra ngo i Khả ăng chà n ống lại sự ạ t o bọt của chất lỏng gia công kim loại

là kh c nhau tuỳ thuộc v o th nh phần của chất lỏng gia c ng kim loại á à à ôKhả ă n ng này có thể khống chế được bằng cách bổ sung m t lượng nhỏ ộchất chống t o bạ ọt vào chất lỏng gia c ng kim loô ại

Silicon lỏng, đặc biệt là polymetylxyloxan có cấu trúc ph n tử: là các âchất chống t o bạ ọt có hiệu quả nhất v i nớ ồng độ 1÷20 (phần tri u) ppm ệ

Có một đ ều quan trọng cần chi ú ý ở đây l nhiều phụ gia diệt khuẩn à

dùng cho chất lỏng gia c ng kim loại bị giảm hoạt t nh đi kh nhanh Hơn ô í á

nữa do th nh phần của c c chất lỏng gia c ng kim loại qu kh c nhau n n à á ô á á ê

không có một ph gia di t khu n nụ ệ ẩ ào có ệu qu cho thi ả ất cả các loại chất

lỏng cắt gọt Đối với từng loại chất lỏng gia c ng kim loại gốc nước cần ôđược nghi n cê ứu c th xem ch t diụ ể ấ ệt khu n nẩ ào thích hợp nhất

Chú ý có nhiều phụ gia diệt khu n gẩ ây độc hại cho người

c Phụ gia ch ng n mòn kim lo i ố ă ạ

Phụ gia ch ng ăn mòố n tạo th nh lớp bảo vệ trêà n bề mặt kim loại,

ngăn cách sự tiếp xúc giữa c c t c nhá á ân ăn mòn như axit và một số ch t ấkhác với kim loại nền M ng b o và ả ệ ũ c ng giảm tối thiểu tác dụng xú ác t c oxi hóa của c c kim loại á

Các chất ức chế ă n mòn được sử ụng rộng r i nhất: Muối của axit d ãcacboxylic, amit, amin, sulfonat

d Phụ gia cực p (phụ gia chống kẹt xước) á

Phụ gia n y ng n ngừa sự ẹà ă k t xước và hàn d nh giữa c c bề ặt kim í á m

lo i ạ đang hoạ động dướ áp su t ct i ấ ực lớn

Phụ gia cực p t c dụng với bềá á mặt ma s t tạo c c hợp chất mới cá á ó

ứng su t c t th p h n kim lo i g c nên l p ph hìấ ắ ấ ơ ạ ố ớ ủ nh th nh ch u trượt c t à ị ắtrước tiên và nhiều hơn

Các phụ gia cực p được sử ụng rộng r i nhất lá d ã à các loại dầu b o éđược sulfua hoá, các este và hydrocacbon, nh polybuten, hydư rocacbon được clo hoá á, c c hợp ch t ch a l u hu nh – ấ ứ ư ỳ clo, c c disunfua th m và á ơ

mạnh thẳng (thường l dibenzyl disunfua, dibutyl disunfua, clobenzyl à disunfua), photphit h u cữ ơ ầ, d u béo photpho hoá và nhiều ch t khá ấ c

1.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền, sự ổn định của nhũ tươ ng

1.2.5 Các chất có ạt tính bề ặ1 ho m t hỗn hợp[4,6,7]

Nhiều ví d ụ đã được đưa ra về các hợp phần thứ ếu, c c chất kh c y á á

có sẵn hay th m v o, c hiệu ứng lớn tr n lực căng bềê à ó ê mặt của các dung

dịch Chẳng hạ , c c axit ạch d i, rượn á m à u…tạo ra c c chỗ ốn của muối ủa á u cparafin mạch d i kh ng tinh khiết (Lauryl Alconhon trong Natri Là ô auryl Sulphat) Thực tế, chất không phân ly ion được tan ra bởi đơn lớp ion bởi

vì dãy kỵ ước c thể ết hợp chuỗi của chất c hoạt t nh bề n ó k ó í m t g c ặ ố đãđịnh hướng trong bề ặ m t

Vì thế ự ệ s hi n diện của chất có hoạt t nh bề ặt ch nh l m cho chấí m í à t hoạt động bề ặ m t mạnh h n vơ à làm giảm lực căng bề ặ m t lớn h n sơ ức căng

b mề ặt được tạo ra bởi hai dung dịch ri ng rẽê

Thuyết n y đượ thử nghiệm đối với hệ laurate natri/axit lauric Kết

quả cho thấy s có m t của cáự ặ c ion laurat l m axà ít lauric có ạt động bề ho

mặt cao l n rất nhiều, c c nồng độ nh được cho một nửa lượng bề ặt lê á tí m à

1÷3.10 mol/l cho laurat v 4,8.10 mol/l axit lauric [7]à

1.2.5.2 Vai trò của t nh hí ấp phụ ủ c a mặt phân cách[4,6,7]

Có nhiều ví d v cáụ ề c lớp chất hấp phụ ở các mặt ph n c ch â á

khí/nước v thường kà ết hợp với tính co d n bã ề m t cao và ặ do đó co d n ãMarangoni – Gibbs ạnh vm à dường nh là ư không thể ạ t o ra ả ăkh n ng hấp

phụ mà ông co dã kh n

Đối với th nh tương có ể ũ hai l do kh c gi m khả ăý á ả n ng h p ph c a m t ấ ụ ủ ặ

phân cách l m ảà nh hưởng n đế độ ổ định Khả ăn n ng hấp thụ cao c a mặt ủ

phân cách hiếm khi bắt gặp (ngoại trừ trường hợp các ch t cao ph n tấ â ử) Nguyên nh n sự ảnh h ng câ ưở ủa chất hoạt động bề m t đến khả ặ

năng hấp phụ ủa mặt ph n c ch l ớp hấp phụ được giữ ố định tr n bề c â á à l c ê

mặt, c c giọt nhỏ đến nỗi mọi ứng suất tiếp tuyến chung má à các giọt n y à

đều có thể ảnh hưởng ngay lập t c t i chúng ch u tác ng ngược lạứ ớ ị độ i b i ở

các gradient lực căng bề ặt Đã biết rằng c c giọt bằng nhau với độ ớn m á lđường k nh khoí ảng 1 m có b mμ ề ặt kh ng thay đổ khi chuyển động qua ô i

nước chứa một lượng nhỏ ạp chất hoạt động bề ặt, ch ng tu n theo quy t m ú âluật của Stokes h n l quy luơ à ậ ủa Hadaman’s[4] t c

Nhận x t :é

- Khi c c giọt thể nhũ ương tiến gần đến nhau dưới t c động của á t á

lực hấp dẫn, chuyển động Brown, hoặc th ng qua t c động của lực thủy ô áđộng học, s phá v cự ỡ ủa m ng chấ ỏà t l ng xen giữa b ch ng lạ ởị ố i b i hi u ứng ệMarangoni – Gibbs, chúng làm giảm sự bóp méo cục bộ và d n đến làm ẫ

mỏng đều lớp bề ặt m

- Các giọt nhũ trong hệ ếu bị chu ển động c ng b n y ưỡ ức c thể va ó

chạm, có thể ết d k ính, phá v màỡ ng t y theo chế độ thủy động và s ù ự tham gia của các chất có hoạ ít t nh bề ặt m

- Các hiệu ứng n y xảy ra ương ứng với c c m ng d y, thậm chà t á à à í

vượt qua tầm t c động của lực ph n c ch, nhưng lực ph n c ch n y cần á â á â á à

phải được giải thích sựchuyển hóa cơ ả b n

1.2.6 ằng sH ố cân b ng gi a tằ ữ ính ưa n ước và ưa dầu (hay ưa nước - k ỵ

nước) HLB ( Hydrophile Lipophile Balance) c ủa chất nhũ hóa [3,4,5,6]

* Định nghĩ HLB a

HLB: Là một h m số ủa phần trăm trọng lượng nh m i nước của à c ó á

các chất hoạt động bề ặt ( ĐBM kh ng ion m H ) ô

Cân bằng ưa nướ ưa dầu lc- à một trong số những đặc t nh quan trọng í

nhất của chất nhũ áho , biểu thị ối tương quan về m ái l c h t chự ú ất nhũ á hođồng thời gi a pha nước và pha d u, giữ ầ á trịHLB (hay giá câtrị n bằng nước

dầu) thể hiện tỷ ệ ủa đặc t nh n y C n bằng n y được x c định bởi th nh l c í à â à á à

ph n hoầ á học và khả ă n ng b ion ho trong mị á ôi trường nước của một chất

tạo nhũ V ậy, c c ph n tửì v á â có thể tan hay có ái lực với pha dầu c gi trịó á HLB thấp (propylenglycolstearat tinh khi t cế ó HLB thấp – ưa dầu mạnh),

và các chất HĐBM c thể tan hay có ó ái lực với pha n c cướ ó á gi trị HLB cao (polyoxyetylenstearat có chuỗi polyoxyetylen dài c HLB cao) C c ó á

chất tạo nhũ có khả ă n ng ion hoá thì ỉ ốch s HLB c n cao hơn nữa Như ậò v y

có thể thấy c c t c nh n nhũ ho ạo nhũ ương n c trong dá á â á t t ướ ầu (pha li n ê

tục l pha ước, pha ph n t n là à n â á pha dầu) c trị ố HLB trung bó s ình các phụ gia tăng t nh tan sí ẽ có s trị ố HLB cao nhất

Giá trị HLB đối với phần lớn các chất tạo nhũ kh ng ion c thểô ó được tính to n từ th nh phầá à n hoá học theo lý thuyết ho c b ng các d li u ặ ằ ữ ệphân t ch theo cí ác phương pháp thực nghiệm Cá íc tnh to n tá ừ àth nh phần

hoá học thường dẫ đến cán c sai số đáng kể ở b i vì nhiều chất HĐBM được

biết ở ạ d ng thương phẩm có tên gọi thường kh ng phô ả ánh th nh phn à ần

thực chất của nó V ậy, cì v ác số ệu thu li được từ ự s phâ ín t ch c c chất tạo á

nhũ ớ m i là c s tơ ở ốt nhất cho việc xác định giá trị HLB Đ ềi u nà đặc biệt y đúng với các chất HĐBM không ion

Trong đó: - E: H m lượng (%) của nh m polyoxyetylenà ó

Ví dụ: Trong polyoxystearat, hàm lượng c c nh m oxyetylen được á ó

xác định là 85%, gi trị HLB = 85/5 = 17á

Nếu một chất tạo nhũ là 100% ưa nước (tất nhi n kh ng tồn tại), ê ô

nó s ẽ chỉ được đặt cho một gi HLB = 20, yếu tố thu gọn chỉ ố ằng 1/5 á s b

nà à y l do sự thuận tiện khi sử ụng c c chỉ ố nhỏ ơn Đối với c c chất tạo d á s h á

nhũ ion, thường kh ng thô ể xác định chỉ ố s HLB qua phần trăm khố ượi l ng

nhóm ưa nước trong ph n tầ ử ch t nhũ á ấ ho

* Công thức t nh HLB qua chỉ ốí s xà òph ng ho ượng axit tự doá l

HLB = 20.(1-S/A) (*)Trong đó: S: Là chỉ ố s xà phòng hoá tính bằng số mg KOH dùng để xà

phòng á 1g chất béo ho

A: Tính bằng số mg KOH d ng để trung ho 1g c c axit b o (sốù à á é

axit) được thu hồi sau khi đã thuỷ âph n t íừch nh ch t HĐBM đó ấ

Ví d :ụ Các glixerin monostearat c ng nghiệp ( ỗô h n h p mono và ợdiglixerit) có chỉ ố s xà phòng hoá được x c định l 175 vá à à lượng axit thu

hồi cho số axit l 200, chất tạo nhũà có chỉ ố HLB = 20 (1 175/200) = 2,5 s

-Cũng với c ch t nh to n tr n, so bitolmonolaurat cá í á ê r ó chỉ ố s xà phòng hoá là

164 và s ố axit là 290 sẽ có giá trịHLB = 20.(1-164/290) = 8,7

M c dặ ầu c c c ng thức đưa ra ở tr n thoảá ô ê mãn rất nhiều việc đánh giá tính chất của chất tạo nhũ ôkh ng ion, tuy nhi n cê òn có một số các chất

tạo nhũ kh ng ion m ô à cấu tr c kh ng cho ph p x c định bằng c ch t nh nhưú ô é á á í

trên, v ụí d các chất tạo nhũ êtr n cơ ở propy enoxit hoặc butylenoxit hoặc s l

những chất có chứa nitơ sunfua Mặt khác c c dạá ng chất HĐBM ion không thoả mãn yêu cầu về ành phần khối lượng, vì ực tth th ế, các nhóm ưa nước

này c khối lượng rất nhỏ nhưng sự ion hoó á có ảnh h ng rưở ất đặc biệt đến

tính ưa nước của một chất tạo nhũ V ậy, c c gi trị HLB của một số chất ì v á á

nh ho khũ á ông ion đặc biệt này và tất cả các chất nhũ á ion phải được ho

xác định bằng ph ng phươ áp thực nghiệm, c n thang HLB ở tr n (HLB = ò ê

1÷20) chỉ th ch hợp với chất HĐBM kh ng ion Đối với c c chất HĐBM í ô áion người ta đã xây dựng một số giá trịquy ước trong đó HLB c thểó có giá trị ừ t 1 đến 40 Ví dụ ằ, b ng nhi u phương pháp th c nghiệm, người ta đã ề ự

xác định được gi trị HLB của Kali laurat tinh khiết l 40, đ ều đó khôá à i ng có nghĩa là chất n y có à 200% ưa nước, mà nó chỉ th ện một giá trị HLB ể hi

hiệu dụng khi sử ụ d ng kết hợp với một chất tạo nhũ á kh c

* Phương ph p đánh gi ơ ộá á s b

Giá trị HLB cũng c thểó xác định thô bằng quan s t độ tan của t c á á

nhân t o nh trong pha nạ ũ ước và xác định giá trị HLB ươt ng đối của chúng

Phân t n d ng sá ạ ữa bền 8 10–

Phân t n d ng trong hay sá ạ áng xanh 10 13–

* Xác định gi trị HLB qua chỉ ố ướá s n c

Greenwald đã xây dựng một phương ph p chuẩn độ qua đóá

gián tiế đánh gip á cân b ng ph n t n cằ â á ủa chất tạo nhũ trong pha nước Quy trình được tiến hành với một gam chấ ạo nht t ũ được hoà tan trong 30 ml

hỗn hợp hai dung m i 4% benzen v 96% dioxan Dung dịch n y được tiến ô à à

hành chuẩn độ ằng nước cất cho tới khi xuất hiện c c vết đục bền vững b á

Hỗn hợp dung m i đặc biệt n y được chọn vô à ì nó cho đ ểm tương đương ri õ

né à lt v độ ặp lạ cao đặc biệt đối với c c chất tạo nhũ ion Số ml nước cất i á

s dử ụng trong qu tr nh chuẩn độ được gọi l chỉ ố ước Lượng nước á ì à s nchứa trong dioxan v benzen cà ó thể ảnh hưởng đến kết quả ủ c a phương

pháp Nhiệt độ môi trường c ng cũ ó ảnh h ng khưở á lớ đến kết ản qu chu n ẩ

độ Trung nh ch bì ỉ ố s nước thay i là 0,08ml/đổ 0C B n chả ất của quá ìtr nh

xuất hiện tính đục là do xuất hiện sự đảo nhũ tương, tại đ ểi m này kích thước hạt pha ph n tâ án trở nên nh h n ỏ ơ

Việc xác định giá trị HLB theo phương pháp này có nhi u u ề ư đ ểi m,

áp dụng được với chất HĐBM kh ng ion v ion, đ ều kiện thực hiện ô à i đơn giản và cho độ tin cậy tốt

* HLB của hỗn hơp chất tạo nhũ A v B: à

B B

A A

w w

HLB w

HLB w

HLB

+ +

* Giá trị HLB y u cầê u (RHLB):

Trong các công tr nh nghi n cì ê ứu v các ch t t o nh và h nh ề ấ ạ ũ ệ ũ

tương, Griffin cũng đưa ra kh i niệm Gi trị HLB y u cầu Gi trịá á ê á này có nghĩa với mỗi một lo i dạ ầu, dùng làm pha dầu trong nhũ tương, chất tạo nhũ được chọn cho nó cần phải có một giá trị HLB nhất định C ng nhũ ư

vậy, pha dầu c thể ử ụng dầu kho ng hay dầu thực vật mó s d á à mỗi loại dầu

cần có một gi trị HLB của chất tạo nhũ th ch hợp V ụ, ta c RHLB của á í í d ó

nhũ tương lỏng dầ – nước của parafin là u 10 Đ ềi u nà có y nghĩa là một chất

tạo nhũ hoặc một hỗn hợp chất tạo nhũ có á gi trị HLB = 10 sẽ ạo được một tnhũ tương dầu nước của parafin bền h n r t nhi u so vơ ấ ề ới b t kấ ỳ các nh ũ

tương c chất tạo nhũ mang chỉ ố HLB n o kh c Tuy nhi n, đ ều n y ó s à á ê i à

không có nghĩa là một ệ chất tạo nhh ũ mang ch s ỉ ố HLB nào khác Tuy nhiên, đ ều n y kh ng ci à ô ó nghĩa là một hệ chất tạo nhũ có ch s HLB = 10 ỉ ố

có khả ăng p n đá ứng c c đòi hỏi về chức năng v đặc t nh của nhũ ương á à í t

phải tạo ra Trong từng đ ềi u kiện cụ ể th , ta có thể chọ ựa c c hn l á ệ chất tạo nhũ có ch s HLB = 10 để ỉ ố thoả mãn các đòi hỏi đặc biệt về chức năng mà

sản phẩm nhũ ương cần phải c t ó

Pha dầu

Chỉ ố s HLB c n thiết ầ Kiểu nh ũ tương nghịch

Nước trong dầu (W/O)

Kiểu nhũ ương thuậ t n

Dầu trong nước (O/W)

6 – 9 –

(12,5)

12 14–

10 13– – 7,5

1.2.7 C c phương phá đánh giáá p [1,2,3,4,6,7]

1.2.7.1 Tính chất của d u nh gia c ầ ũ ông kim loại

- Dầu nhũ gia c g kim loại l chất lỏng trong suốt, đồng nhất trong mọi ôn à

đ ềi u ki n th i ti t ệ ờ ế

- D u ầ nhũ gia c ng kim loại phảô i có nhiệt độ chớp ch y cốc k n cũng á í

như ố c c hở ả ừph i t 100˚ C trở lê n

- Dầu nhũ gia c ng kim loại phảô i có iđ ểm đông c thấp hơn 0˚Cđặ

- Dầu nhũ gia c ng kim loại phảô i có đặc t nh chịu đông, tan tốt : để ầu í d

nhũ gia c ng kim loại ở -5˚C dầu nhũ đông lại, sau đó để ô ởnhiệt độ thường

dầu nhũ ại kh i phục lại trạng th ban l ô ái đầu (không t ch lớ , kh ng ngá p ô đó

cặn) Sau 5 lần như ậy dầu nhũ ẫn đạt tr v v ạng thái ban đầ à đạ êu cầu u l t y

- Dầu nhũ gia c ng kim loại phảô i có tính nhũ hóa tố Khi tan v o nước t à

phả ễi d tan, tan đều và tạo nhũ ắ tr ng mị n

Cá íc t nh chất tr n của dầu nhũ gia c ng kim loại chủ ếu để đảm bảo ê ô y

tính thu n tiện khi ử ụng T nh ổn định khi bảo quản trong kho, từ đóâ s d í

cũng đảm bảo c c t nh năng khi sử ụng của dầu nhũ gia c ng kim loại.á í d ô

1.2.7 Tính chất của dung dịch dầ2 u nhũ gia c ng kim loô ại trong nước

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

độ bền của dung dịch nhũ, m bảđả o cá íc t nh n ng lă àm việc tránh cho dung

dịch nhũ khỏi bị vi khuẩn ph n hủy.â

Chất lỏng làm việc phải có tính chịu chấn động và tính ổn nhiệt tốt để đảm bảo t nh ní ăng làm vi c trong đ ềệ i u kiện làm việc của c c thiết ị gia á b

công kim loại

Chất lỏng làm việc phải có đặc t nh tạo bọt c ng thấp c ng tốt để đảm í à à

bảo qu tr nh hoạt động của m y.á ì á

Chất lỏng làm việc có tính chống ăn m n tốt, kh ng g y ăn m n cho ò ô â òđồng và éth p cũng như các kim lo i en Đây lạ đ à một tính năng quan trọng

vì nó ôkh ng g y ăn m n cho m y m c vâ ò á ó à b mề ặt tinh của sản phẩm sau khi gia công

Chất lỏng làm việc kh ng được ảnh hô ưởng đến gioăng, phớt cao su trong hệ th ng may gia c ng vố ô ì như th s gâế ẽ y rò r ỉ thất tho t, g y nh á â ả

hưởng lớn đế qu tr nh gia c ng kim loại n á ì ô

Chất lỏng làm việc kh ng được ph p ph n hủy sinh học trong quô é â á

trình l m việc, nhưng c đ ều kiện tố khi tià ó i t ếp xúc với không khi và các loại

vi khuẩn (khi th i ả ra m trườôi ng) phải phân h y tủ ốt để không gâ ô y nhiễm môi trường

Chất lỏng làm việc kh ng được bốc m i kh chịu g y ảnh hưởng đến ô ù ó â

công nh n thao t c nơ ử ụng.â á i s d

Chất lỏng làm việc phả chịu được nước cứng ci ó hàm lượng kiềm thổquy ra CaCO3 đến 400mg/l Nghĩa l khi pha dầ nhũ ới nước c độ ứng à u v ó c400mg/l quy ra CaCO3, dung dịch kh ng bị ảnh hưởng.ô

Cá íc t nh chất u ở tr n của dung dịch dầu nhũ gia c ng kim loại chủnê ê ô

y u ế để đảm bảo t nh năng l m việc của hệ thống m y c ng kim loại.í à á ô

1.2 Cá.8 c đặc tính c ơ ả b n cần thiết để xác định t nh chí ất hó ý và tía l nh

năng của dầu nhũ gia c ng kim loại [1,2,4,6,7] ô

1.2.8.1 ỷ trọ T ng

T ỷ trọng li n quan đến độ nhớt v độê à nén, có ý nghĩ trong việc vận a

hà cônh ng cụ, xác định được năng l ng dượ ự trữ trong qu tr nh tuần ho n á ì à

của chất lỏng gia c ng Ngo i ra c n cô à ò ó ý nghĩa quy đổi giữa khố ượng vi l à

thể tích, thu n tiện cho quá ìậ tr nh t ng trữ, vận chuyểà n c ng nh trao đổi ũ ưmua bán

1.2.8 2 Độnhớt

Độ nhớt dầu nhũ gia c ng kim loại phảô i hợp l đảm bảo cho hệ ý

thống m y gia cá ông kim loạ hoạ động b nh thi t ì ường

Trong thực tế để đảm bảo cho hệ ố th ng máy gia c ng kim lô o i ạ hoạt

động bình thường thì nhớ ủđộ t c a d u nhũầ gia c ng kim lo i ph i n m trong ô ạ ả ằkhoảng 5÷25cSt 50ở ˚C để đảm bảo t nh n ng lí ă àm việc

Dung dịch làm việc thường xuyên phải tiếp xúc với nhiệt độ rất cao Tuy nhiên thành phần dầu nhũ ch chiếm 2÷5% trong dung dịch nhũ làm việc Nên ỉ

độ nhớt của dầu ít ảnh hưởng đến tính n ng vă ận hành m y gia cá ông

1.2.8.3 Độ ổ định cơ ọn h c

Độ ổn định cơ ọc (độ b h ền nhớt) là khả ă n ng của d u giữ ầ được các

tính năng m việc trong hệ thống m y gia c ng kim loại khi lực cơ ọc ph là á ô h á

v cáỡ c ph n tử phụ gia trong l c hệ thống hoạt động.â ú Vì trong đ ều kiện i

làm việc của hệ thống lu n cô ó s màự i m n rất lớn vò à áp suất cục bộ ại t

đ ểi m gia công t cao do đó gây ra s á vrấ ựph ỡ ấ c u trúc c a d u ủ ầ

1.2.8.4 Tính ch ng tố ạo b t ọ

Tính chống tạo bọt thể hiện khả ăng đẩy kh ng kh ủa chất lỏng n ô í cgia công kim loại m kh ng g y tạo bọ Trong chất lỏng gia c ng kim loại à ô â t ôkhả ă n ng ti p xế úc với không khí rất lớn nên thường chứa 8÷10% khí hòa tan

Hầu hết dầu nhũ gia c ng kim loại c chứa phụ gia chống tạo bọt để ô ó giảm bọt

1.2.8.5 Tính n ổ định nhũ

Là khả ăng dầu tan ốt trong nước v ạo nhũ ền vững n t à t b

Tất cả các nhũ gia c ng kim loại đều h a tan trong n c do ô ò ướ đó phải tạo ra dung dịch nhũ ổn nh đị để đảm bảo t nh năng hoạt động, vừa b trơn í ôi

vừa l m mà át

Tính bền nhũ được tăng cường nếu sử ụng phụ gia ổn định nhũ d

1.2.8.6 Tính bôi trơn, chống ăn m n vò à ả ăkh n ng làm m t.á

Tính bôi trơn v khả ăng l m m t l đặc t nh quan trọng của chất à n à á à í

lỏng gia c ng kim loại.ô

Bôi trơn để m g ảm ma s t l m giảm năng l ng ti là i á à ượ êu hao trong quá

trình gia c ng kim loạ ô i

Làm m t tốt sẽ giảm nhiệt, ph n t n nhiệt cục bộ ốt nhất Nhất l ại á â á t à t

đ ểi m gia công n i có áp su t cao, nhi t c c b l n gâơ ấ ệ ụ ộ ớ y phá hủy màng d u ầ

và gây ra sự ăn m n cưỡng bứ khi cò c ó s ự tiếp x c giữa hai kim loại g y ra ú âhiện t ng l o dao giượ ẹ ảm bề ặ m t tinh của sản phẩm

Để átr nh hiện t ng màượ i m n trong gia c ng kim loò ô ại Người ta pha

vào chất nhũ gia c ng kim loại c c chất phụ gia chống m i m n v nhờ đóô á à ò à tai nhiệt đó nhất định nó s tẽ ạo ra lớp màng bảo vệ trên bề ặt ma s m át

Chất lỏng gia c ng kim loô ại đáp ứng được c c yá êu cầu của các phương ph p gia cá ông kim loại kh c nhauá là các dầu nhũ đảm bảo bôi trơn

b mề ặt th p, kh ng phé ô á hủy c c chi tiết bằng hợp kim kh c nhau á á

Ăn mòn kim lo i m u thường do tác động c a các axit h u c t o ạ ầ ủ ữ ơ ạ

thành kh ầu nhũí d và một số ph gia b ụ ị oxy h a Quó á trình ăn m n kim loại ò

màu sẽ ăng l n c ng với sự ăng nhiệt độ Hợp kim của đồng v t ê ù t à bạc đặc

biệt r t nhấ ạy cảm với sự ă n mòn nà y

Tính chống ăn m n của dầu nhũ gia c ng kim loại được tăng lò ô ên khi pha v o d u c c phà ầ á ụ gia ch ng ăn m n vố ò à chống gỉ Chúng sẽ ạ t o lên tr n ê

lớp bề ặt kim loại lớp bảo vệ ngăn kh ng cho kim loại tiếp x c với axit m ô ú

hữu cơ và nước

1.2.8.7 Trị ố s axit

Trị ố s axit d ng để đánh giá á ìù qu tr nh và mức độ oxy h a c a dó ủ ầu

nhũ gia công kim loại Trị ố axit kh ng phả s ô i là ch êỉ ti u đặc trưng của dầu

nhũ ắ c t g t kim loọ ại vì nó ông đặc tkh ả được đặ ính axit c t trong th nh phần à

hóa kh ng tan v ạo th nh cặn ở ạng m ng hoặc gỉ, l m giảm t ời gian ô à t à d à à h

hoạt độ của dầu nhng ũ và tăng tính ăn mò n

Quá ìtr nh oxy h a dầu nhũ trong hệ thống m y gia c ng kim loại bịó á ô

ảnh hưởng c a nhi u y u t : nhi t độ, kh n ng t o b t, axit h u cơ, mảnh ủ ề ế ố ệ ả ă ạ ọ ữkim loại vụn do bị mài mòn và các chấ ẩn khá t b c

Việc tăng cường độ ổ định oxy hn óa cho d u nhầ ũ gia công kim loại

nhờ ử ụ s d ng d u gầ ốc đã qua quá ìtr nh tinh luy n vệ à s dử ụng phụ gia chống oxy hó a

1.2.8.9 Đ ểi m Anilin

Điểm Anilin của dầu thể hiện tính t ng hươ ợp của cao su với chất dầu nhũ

Do dầu nhũ thường phải tiếp xúc với c c vật l m ká à ín d u n n tầ ê ính

tương hợp của dầu với vật l m k n (thường l cao su) của hệ thống m y gia à í à á

công kim loại là một trong c c t nh chất quan trọng ưới t c dụng của á í D ánhiệt độ cao và khi ti p xế úc với các dung dịch làm việc các vật l m k n của à í

h ệ thống gia c ng sẽ ất t nh dẻo trởô m í nên cứng v gi n, l m chất lỏng gia à ò à

công sẽ ị b rò r ỉ qua vật l m k n, ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống à í

máy m c gia c ng kim loại.ó ô

Loại chất lỏng gia công c đ ểm anilin cao phảó i i nằm từ kho ng ả95÷100˚C Các loại cao su khác c độ bền kh c nhau khi ti p xó á ế úc với dầu

nhũ gia c ng kim loô ại Tuy nhi n khê ông nhất thi t phế ả ố ại c t o ra một loại chất lỏng gia c ng kim loô ạ ó thể tương h p vi c ợ ới m i loọ ại cao su cũng như không n n cê ố ạ t o ra một loại cao su có khả ă n ng ti p xế úc được với mọi loại

dầu nhũ gia c ng kim loại.ô

1.3 Các phương pháp điều chế chất tạo nhũ nhũ gia công kim loại

1.3.1 Phương pháp amit hóa

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:

R O RCOR' + R"NH 2 R N+H 2 CO

R' R"NH CR + ' R

O

H+A

H+

B C

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 độ điện tích của nitơ, giải phóng anion

N B: H+

R'

H COR'

O

R

O R'

1.3.3 Phản ứng tạo muối (hợp chất ionic)

P HẦN 2: T HỰC 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:

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

Dưới đây là sơ đồ tổng quát quá trình điều chế nhũ cắt gọt kim loại trên cơ sở biến tính dầu thực vật:

Làm khô methyl este

Điều chế nhũ cắt gọt kim loại

Quy trình điều chế nhũ cắt gọt kim loại

phẩm phụ

Các quá trình phụ trợ

Các sản phẩm trung gian

Các quá trình cơ bản

Thu hồi Alcohol Glyxerin

Dầu thực ậ

Methyl Este Trao đổi

Este lẫn nước

Amin alcohol Chất nhũ hóa

Tổng hợp chất

alcohol

Thu hồi amin alcohol Amin

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 minA (MEA) bay hơi lên quay lại thiết bị phản ứng, một cổ để nạp hỗn hợp Mono Etanol min và xúc tác vào thiết bị phản Aứng, 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 2.Bình phản ứng

4

×100%

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

Độ chuyển hóa được tính theo công thức:

m0 mi

m0C

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

D = lg(I0/I) = K.C.d Trong đó :

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

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

C17H33COOM Hình dạng ở nhiệt độ phòng Chất lỏng nhớt màu vàng nhạt

- 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

Cánh khuấy

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

X =56,1. .

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

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

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

Trong đó :

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

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

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]

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

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

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

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