Nấu trẩu là công đoạn quan trọng trong quy trình chế tạo sơn ta. Kỹ thuật nấu trẩu cổ truyền cần được đánh giá hiệu quả bằng phương pháp khoa học. Nghiên cứu bước đầu cho thấy có thể nâng cao chất lượng dầu trẩu được gia nhiệt, kết quả nghiên cứu được nêu trong bài báo này.
VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƯỜNG ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ XỬ LÝ NHIỆT ĐẾN CÁC CHỈ SỐ HÓA HỌC CỦA DẦU TRẨU DÙNG CHẾ TẠO SƠN TRUYỀN THỐNG TS TRẦN MINH ĐỨC, CN HOÀNG NGỌC HIỆP, CN NGUYỄN THỊ VÂN ANH Viện KHCN Xây dựng TS ĐÀO THỊ NHUNG Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội Tóm tắt: Nấu trẩu cơng đoạn quan trọng quy trình chế tạo sơn ta Kỹ thuật nấu trẩu cổ truyền cần đánh giá hiệu phương pháp khoa học Nghiên cứu bước đầu cho thấy nâng cao chất lượng dầu trẩu gia nhiệt, kết nghiên cứu nêu báo Trong chế tạo sơn truyền thống (sơn ta), người thợ sơn thường phải sử dụng dầu trẩu pha với nhựa sơn ta nhằm mục đích tạo độ bóng, độ sâu màng sơn, độ tươi mầu Trước pha với nhựa sơn, dầu đun nóng để đạt độ nhớt cần thiết Có thể người xưa khơng biết chất chuyển biến hóa học dầu đun, song kinh nghiệm cho thấy dầu đun có độ dai, độ bền (trẩu dai) dầu trẩu sống (trẩu bở) Ngày khoa học cho biết trình gia nhiệt làm phản ứng trùng hợp phân tử cấu thành dầu trẩu khiến hoạt tính sử dụng giảm, mức bị ơxy hóa ngồi khơng khí thấp hơn, làm sơn có độ bền khí hậu cao hơn, đồng thời tạo màng sơn bóng Nhưng khơng biết điều khiển phản ứng trùng hợp nên chế độ gia nhiệt trẩu thợ sơn chưa hợp lý, dẫn đến hậu màng sơn dễ suy thoái tiếp xúc nắng, mưa Để cải thiện chất lượng sơn công nghệ sơn truyền thống, cần nghiên cứu chất xác định chế độ gia nhiệt hợp lý Nghiên cứu nhằm làm rõ chế độ gia nhiệt tác động đến mức độ trùng hợp dầu trẩu? Tổng quan Dầu trẩu thuộc loại dầu khô (tức tạo màng tốt, giống dầu đay, dầu gai,…); khác với loại dầu bán khô (dầu đậu, dầu bông, dầu cẩm chướng,… khô chậm) dầu không khô (dầu ve, dầu dừa, dầu lạc,… không tạo màng điều kiện bình thường) Khả khơ dầu phụ thuộc vào chất hóa học (tính khơng no axit béo cấu thành), thể qua số Iôt Dầu khơ loại dầu có chứa nhiều axit khơng no, có nối đơi phân tử, có số Iôt từ 130 – 200 Tài liệu [1] cho biết: dầu trẩu có thành phần chủ yếu axit 30 béo khơng no axit Ơlêic (12,5%), axit Êlêơstearic (80,0%), số axit no (cỡ 5,0%),… có số Iot 159 – 163 Dầu lâu khơ có số iot 95-130, dầu khơng khơ có giá trị 95 Trong trình trùng hợp số Iot giảm đi; thước đo mức độ trùng hợp Nhưng trị số giảm dầu trở thành lâu khơ khơng khơ Ngồi chất lượng dầu dùng làm sơn phụ thuộc vào số số khác như: số xà phòng, số axit,… Chỉ số xà phòng cho biết phân tử lượng trung bình axit béo tham gia thành phần dầu đem phân tích Chỉ số axit cho biết dầu bị ơxy hóa mức độ Với dầu trẩu số xà phòng 188 – 197, số axit 0,5 – 2,0 Do có axit béo không no chiếm tỷ lệ lớn thành phần nên dầu có đặc điểm axit: Axit Ơlêic CH3(CH2)7CH = CH(CH2)7COOH tức C18H34O2; số Iôt gần 90; nhiệt độ sôi khoảng 2850C (100mmHg); axit chiếm cỡ 12,5% [1]; Axit Êlêôstearic CH3(CH2)3CH = CH – CH = CH – CH = CH(CH2)7COOH, tức C18H30O2; số iot 181,2; nhiệt độ sôi khoảng 2350C (12mmHg); axit chiếm 80,0% [1] Các axit có đầy đủ tính chất hóa học axit khơng no như: kết hợp với halogen, rơđan, hyđrơ hóa,… Nhưng quan trọng để chế sơn khả trùng hợp bị ơxy hóa Phản ứng nhiệt trùng hợp giai đoạn đầu, hình thành lưỡng hợp, tam hợp có phá vỡ liên kết đơi Giai đoạn sau gồm có q trình trùng hợp khơng gian có phản ứng oxy hóa (trong dầu khơ) Tính chất dầu trùng hợp có biến đổi quan trọng sau: - Độ nhớt tăng (nghề sơn ta đo “kim”), khối lượng riêng khối lượng phân tử tăng Việc tăng độ nhớt làm khó cho việc chế sơn – khó trộn nhựa sơn với trẩu Ngồi ra, trẩu luyện nhiệt có thời gian tạo màng sơn lâu – vấn đề thi cơng sơn; Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2014 VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƯỜNG - Chỉ số Iôt giảm giảm số liên kết đơi – dùng trị số để đánh giá mức trùng hợp Đồng thời giảm số nối đơi làm giảm theo “hoạt tính” dầu khơng khí, làm cho dầu ổn định Nói cách khác: dầu bền khí hậu hơn; hóa độ nhớt dầu nâng cao (mức tăng độ nhớt tùy thuộc vào thời gian phản ứng); - Chỉ số axit tăng hình thành lượng nhóm cacboxyl tự mơi trường – điều kiện bất lợi chất lượng sơn; Tài liệu [2] cho biết: nhiệt độ 230 C phản ứng trùng hợp xảy chậm Trên nhiệt độ phản ứng tăng tốc theo chiều tăng nhiệt độ Mức độ phản ứng tăng theo thời gian; 282 C phút chuyển thành dạng keo, dầu bị đông đặc, trộn với nhựa sơn ta chế sơn - Phương pháp nhiệt trùng hợp: gia nhiệt tới 290 – 0 300 C (dưới 310 C) giữ nhiệt đến tạo độ nhớt cần thiết Kết dầu mau khơ màng bóng - Hình thành số chất khác trình trùng hợp tạo màng sơn – chúng tạp chất Để nâng cao chất lượng sơn, rõ ràng cần giảm số iôt, giảm số axit, giảm tạp chất cần ý đến tốc độ khô sơn Trong công nghiệp dầu nấu tháp chưng luyện với thiết bị đại Mức độ trùng hợp cao thường đạt 80% [1] Theo phương pháp chế tạo sơn truyền thống, dầu trẩu đun đến (hết bong bóng to) cho nhẹ lửa (liu riu) vừa đun vừa khuấy đạt độ nhớt cần thiết Theo dầu trùng hợp phần, phần (chính) oxy hóa Vấn đề cần nghiên cứu khả trùng hợp trường hợp gia nhiệt dầu trẩu cần nào: Trong sơn công nghiệp có nhóm sơn có nguồn gốc thực vật – sơn từ dầu trẩu tùng hương Dầu trẩu số loại dầu có tạp chất nên dùng trực tiếp Có phương pháp luyện dầu công nghiệp [2]: - Phương pháp ôxy hóa: gia nhiệt dầu đến nhiệt độ 1500C thổi khơng khí (hoặc khí oxy) vào dầu Kết quả: nhờ phần trùng hợp, phần ôxy Xét ví dụ axit Êlêơstearic – thành phần dầu trẩu: CH3 - (CH2)3 -CH = CH - CH = CH - CH = CH - (CH2)7 - COOH Trong gia nhiệt có vài sơ đồ phản ứng trùng hợp xảy [4]: Phản ứng trùng hợp xảy nối đôi theo kiểu biệt lập: n C to C C C n có sơ đồ là: - Phản ứng trùng hợp xảy liên hợp 1,4: n C C C to C C C C C n - Phản ứng trùng hợp xảy liên hợp 1,6: n C C C C C C C to C C C C C n Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2014 31 VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MƠI TRƯỜNG Q trình trùng hợp tổ hợp tất sản phẩm với xác suất khác nhau, tùy theo điều kiện phản ứng Nếu tiếp tục gia nhiệt cho dầu trẩu xảy trình trùng hợp không gian, tạo thành mạng lưới chiều, dung dịch trẩu tăng độ nhớt; đến lúc nối đơi dung dịch bị đông đặc Tạo mạng lưới từ nối đơi vị trí biệt lập phân tử khác nhau: C C C to C C C C C Tạo mạng lưới từ nối đôi tổ hợp trường hợp (liên hợp, biệt lập): C C C t C C C C o to C C C C C C C C C C C C C C C C C to C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C to to C C C C C C Như trùng hợp hết nối đơi, ln thể cấu trúc rẽ nhánh mạch phân tử khác tồn liên kết -C=C-, dịch bị đông đặc khiến nhau, có số liên kết đơi khác Sản phẩm có khả tiếp xúc để tham gia phản ứng liên kết đơi phân tử bền với tác nhân phân tử bị giảm Các mẫu có độ nhớt khác có ơxy hóa hơn, bền với khí hậu 32 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2014 VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƯỜNG (nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, vi sinh vật,…), liên kết đơi bị ơxy hóa, phân tử axit cấu thành dầu trẩu bị cắt mạch lão hóa, xuất nhóm OH làm giảm tính chịu nước – làm màng sơn bền: Do trình trùng hợp xảy khơng hồn tồn, liên kết đơi lại tiếp tục tham gia phản ứng màng sơn Trong q trình khơ màng sơn, tác động tác nhân môi trường tự nhiên O O C O2 C t C o (hʋ) O2 C to (hʋ) Oxide C O + C Andehyd hay Xeton O Vi sinh Vi sinhvậtvât C Enzim O C + OH O OH Trong phân tử dầu trẩu có nhóm - COOH, nên phân tử có khả hòa tan vào nước, hấp thụ nước vào mạng lưới giữ lại mạng lưới, làm trương nở phân tử Phương pháp nấu trẩu truyền thống tạo sản phẩm bền [3], chứng tỏ mức trùng hợp chưa cao, màng sơn khô chế oxy hóa Nghiên cứu bước đầu xác định khả trùng hợp theo cách gia nhiệt truyền thống theo chế độ gia nhiệt khác Vật liệu phương pháp thí nghiệm Đợt 1: Sử dụng dầu trẩu sống với mục đích kiểm tra hiệu gia nhiệt theo cách truyền thống; gia nhiệt theo phương pháp truyền thống (đun nồi gốm, mở nắp, đạt độ nhớt – kim dừng), mẫu A, B, C (bảng 1) có thời gian gia nhiệt khác nhau, mẫu A nhất, mẫu C lâu nhất) Tiêu chuẩn thử kết thử trình bày bảng Đợt 2: Sử dụng dầu trẩu sống thương nghiệp, với mục đích kiểm tra tác động phương pháp gia nhiệt Trong nghiên cứu chọn phương pháp gia nhiệt tới nhiệt độ tối đa cho phép thời gian lưu giữ dầu trẩu nhiệt độ cao kéo dài Tuy nhiên, gia nhiệt liên tục cho nhiệt độ cao lên dầu dễ bị keo đặc Được biết [1]: nhiệt độ cao thời gian giữ dầu lỏng ngắn; phản ứng trùng hợp Bảng [1] cho thấy điều này: Bảng Sự phụ thuộc thời gian không đông dầu vào nhiệt độ nấu dầu trẩu Nhiệt độ, C 250 268 285 310 Thời gian giữ nhiệt mà dầu chưa đặc 27’15” 13’30” 7’25” 3’10” Để giải vấn đề thời gian luyện không đông đặc, tài liệu đề xuất chế độ nấu lặp nhiệt, tức đạt đến 3000C cho hạ nhiệt nhanh (để nồi ngồi bếp); nâng đến 250 C hạ nhiệt dần theo chu kỳ: 2500C 2000C 2500C 2000C 2300C … Các mẫu chế tạo sau (số hiệu mẫu tương ứng cột N0 mẫu bảng 3): Mẫu 1: Dầu trẩu sống (chuẩn); Mẫu 2: Dầu trẩu chín đun lặp nhiệt đến 300 C sau 3000C 2000C 2800C 2000C 2600C để nguội đến nhiệt độ phòng Độ nhớt đo kim (theo cách đo cổ truyền) Chú ý: mẫu vừa Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2014 Mẫu 3: Đun giống mẫu 1, song đun thêm chu kỳ (đến 240 C) để đạt độ nhớt kim; Mẫu 4: Dầu trẩu đun lặp nhiệt đến độ đặc kim nhiệt độ cao đến 2600C Các mẫu kiểm tra số Iôt số axit theo tiêu chuẩn: TCVN 6127: 2010 Dầu mỡ động vật thực vật – Xác định số axit độ axit; TCVN 6122 : 2010 Dầu mỡ động vật thực vật – Xác định số Iôt 33 VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƯỜNG (32 – 35)0C Huế) Kết mẫu trình bày mục Song song với thí nghiệm phân tích bảng tiến hành kiểm tra thời gian khô màng trẩu theo cách thức truyền thống: quét dầu (trong thí nghiệm đợt 2) lên tre thành lớp mỏng quan sát tốc độ khô tạo màng (mùa hè, nhiệt độ trung bình Kết nghiên cứu thảo luận 3.1 Ảnh hưởng đến mức độ trùng hợp Bảng Kết kiểm tra dầu trẩu sống dầu trẩu chín theo số Mẫu STT Chỉ tiêu thí nghiệm Chỉ số axit (mg KOH/g) Chỉ số xà phòng (mg KOH/g) Chỉ số Iot (g I2/100g) Thời gian khô (ngày đêm) Tỷ trọng dầu 25 C Tiêu chuẩn thử Dầu trẩu sống Dầu trẩu chín A Dầu trẩu chín B Dầu trẩu chín C TCVN 6127 : 1996 9,31 7,94 7,70 7,12 TCVN 6126 : 1996 188 193 192 196 TCVN 6122 : 1996 155,6 116,1 119,2 113,6 TCVN 2096 : 1993 1–2 2–3 2–3 4–5 TCVN 2691 : 1978 0,97 1,10 1,00 1,15 Kết từ bảng cho thấy: - Gia nhiệt (nấu) trẩu theo cách truyền thống hạ số Iot xuống đến mức 110g I2/100g (155,6 xuống 113,6), số axit từ 9,31 xuống 7,12; - Thời gian khô dầu trẩu tăng từ – ngày (trẩu sống) lên – ngày; - Chỉ số axit giảm đun hở nắp nồi nên lượng nhóm axit COOH vào khơng khí (tuy nhiên điều thuận lợi cho phản ứng ơxy hóa gia nhiệt); Thực tế điều tra [3] cho thấy sơn bền, sơn có nhiều dầu trẩu gia nhiệt theo cách truyền thống Do cần tìm cách nâng cao mức trùng hợp Kết từ bảng thực phân tích LAS XD – 578 thuộc Phân Viện KHCN Xây dựng Miền Trung – Viện KHCN Xây dựng, Bộ Xây dựng Bảng Chỉ số Iôt axit dầu trẩu qua chế độ gia nhiệt khác N0 mẫu Chế độ gia nhiệt Dầu trẩu sống (loại thương mại – cô nhẹ sẵn) Chỉ số axit 131 26,8 108 18,3 51,4 18,2 95 12,7 Trẩu chín đun lặp nhiệt tới 300 C, độ đặc kim Trẩu chín đun lặp nhiệt tới 300 C, độ đặc kim Trẩu chín đun lặp nhiệt tới 260 C, độ đặc kim 5* Dầu trẩu sống 26,6 6* Dầu trẩu chín 18,1 Ghi chú: * Phân tích làm Khoa Hóa học – Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội; thí nghiệm cho số xà phòng (trẩu chín) 276 cho biết phân tử lượng sau trùng hợp tăng lên (276 so với 188 – 197) Nhận xét bảng 3: - Chỉ số Iot giảm sâu mẫu (sâu mẫu bảng 2), chứng tỏ mức độ trùng hợp nâng cao tăng nhiệt độ kéo dài thời gian gia nhiệt (dầu trẩu gia nhiệt theo cách 0 truyền thống thường đến 200 - 220 C); 34 Chỉ số Iôt - Mức giảm số Iot phụ thuộc vào độ đặc đạt mà chủ yếu phụ thuộc vào chế độ gia nhiệt, tức nhiệt độ thời gian giữ nhiệt Chỉ số Iôt giảm từ 108 xuống 51,4 tăng thời gian gia nhiệt với độ đặc tăng từ kim lên kim Trong gia nhiệt nhiệt độ thấp (260 C – mẫu 4), độ đặc đạt kim song số Iôt đạt 95 (thấp mẫu 3: gia nhiệt đến 300 C đạt độ nhớt kim) Có thể thấy nhiệt độ 260 C có giá trị định Vì cần gia nhiệt đến nhiệt độ 300 C giữ nhiệt lâu để đạt độ nhớt cao (tùy theo yêu cầu chế sơn) Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2014 VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƯỜNG - Về số axit: đun có khuấy có giai đoạn để hở nắp (để khuấy, đo) nên gốc cacboxyl tự thoát đi, mẫu số đun lâu nên trị số axit nhỏ 3.2 Ảnh hưởng đến tốc độ khô màng dầu Việc giảm số Iot xuống mức dầu bán khơ (có mẫu đến mức dầu khơng khơ) cho thấy vấn đề có liên quan đến thông số công nghệ việc sơn Thời gian khô sơn lâu cô dầu trẩu theo hướng tăng mức trùng hợp - Mẫu 1: Dầu trẩu sống khô sau ngày đêm, màng trẩu đục, bở (bấm móng tay ngập đứt màng đẩy bột); - Mẫu 2: Màng khô sau ngày đêm, trong, đọng giọt nhăn mép mẫu (chỗ nhăn mềm dày); hoàn thiện bán thành phẩm sơn ta – trẩu chín Kết luận kiến nghị - Cách gia nhiệt dầu trẩu theo truyền thống chưa đảm bảo chất lượng trẩu chín, cụ thể mức độ trùng hợp chưa cao, dẫn đến màng sơn bền khí hậu; - Chế độ gia nhiệt cần hợp lý để dầu trẩu không bị đông đặc, đồng thời đảm bảo nâng nhiệt độ đến 3000C giữ dầu nhiệt độ cao hợp lý lâu dài; - Cần nghiên cứu đánh giá, hoàn thiện chất lượng gia nhiệt dầu trẩu, thời gian khô màng sơn TÀI LIỆU THAM KHẢO hiểu biết sơn, NXB Khoa học, Hà Nội, 1962 - Mẫu 3: Thời gian khô 30 ngày, mành trong, dai; Hội phổ biến khoa học kỹ thuật Việt Nam Những NGUYỄN VĂN LỘC, Kỹ thuật sơn, NXB Giáo dục Hà Nội, 1999 - Mẫu 4: Thời gian khô 20 ngày, màng trong, dai Rõ ràng, nâng cao nhiệt độ cần thiết; song cần có biện pháp khống chế, khơng để dầu bị đặc Ngồi phải xét đến khả khô màng sơn nấu trẩu lâu Bên cạnh đó, việc gia nhiệt hở nắp để khuấy giảm số axit dầu nhận khơng hồn tồn trùng hợp mà có sản phẩm ơxy hóa Vì vậy, cần tiếp tục nghiên cứu để Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2014 TRẦN MINH ĐỨC ctv, Tổng kết quy trình kỹ thuật chế tạo thi cơng loại sơn truyền thống, Báo cáo tổng kết công nghệ đề tài cấp Viện, Viện KHCN Xây dựng, Hà Nội, 2012 THÁI DỖN TỈNH, Cơ sở hóa hữu cơ, NXB Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội, 2001 Ngày nhận sửa:13/11/2014 35 ... Chỉ số Iôt axit dầu trẩu qua chế độ gia nhiệt khác N0 mẫu Chế độ gia nhiệt Dầu trẩu sống (loại thương mại – cô nhẹ sẵn) Chỉ số axit 131 26,8 108 18,3 51,4 18,2 95 12,7 Trẩu chín đun lặp nhiệt. .. tỏ mức độ trùng hợp nâng cao tăng nhiệt độ kéo dài thời gian gia nhiệt (dầu trẩu gia nhiệt theo cách 0 truyền thống thường đến 200 - 220 C); 34 Chỉ số Iôt - Mức giảm số Iot phụ thuộc vào độ đặc... dựng - số 4/2014 Mẫu 3: Đun giống mẫu 1, song đun thêm chu kỳ (đến 240 C) để đạt độ nhớt kim; Mẫu 4: Dầu trẩu đun lặp nhiệt đến độ đặc kim nhiệt độ cao đến 2600C Các mẫu kiểm tra số Iôt số axit