Nghiên cứu sử dụng tổ hợpphụ gia Dialkyldithiophosphat kẽm (ZDDP)/ Diphenylamin (DPA) chomỡ bôi trơn phân hủy sinh học gốc dầu bông

LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Bộ mơn Lọc – hóa dầu trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội tận tình giảng dạy, truyền thụ cho em kiến thức kinh nghiệm quý báu suốt thời gian năm học tập trường Em xin chân thành cảm ơn NCS Phạm Thị Thúy Hà, người trực tiếp giao đề tài hướng dẫn em suốt trình thực tập Trong trình thực tập công ty Phát triển phụ gia sản phẩm dầu mỏ (APP) em hướng dẫn, giúp đỡ tận tình mặt thực nghiệm, tạo điều kiện làm việc cán thuộc phòng nghiên cứu phịng phân tích để đồ án hồn thành thời hạn, em xin chân thành cảm ơn Mặc dù có nhiều cố gắng hạn chế chuyên môn, kinh nghiệm, thời gian … đồ án chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận góp ý từ thầy bạn để đồ án hoàn thiện Hà Nội, ngày 30 tháng năm 2007 Sinh viên Phan Đức Việt MỞ ĐẦU Mỡ bôi trơn (MBT) nói chung vật liệu bơi trơn nói riêng có ý nghĩa quan trọng đời sống, chúng có tác dụng nâng cao hiệu sử dụng, độ tin cậy tuổi thọ máy móc, động … Hàng năm giới tiêu thụ khoảng 40 triệu vật liệu bơi trơn, mỡ bôi trơn chiếm khoảng % sản phẩm thay kỹ thuật công nghệ Riêng Việt Nam nay, năm tiêu thụ khoảng 20.000 mỡ Trong số MBT nay, loại mỡ sản xuất từ nguyên liệu dầu khoáng xà phòng axit béo chiếm tới 99 % Các vật liệu bôi trơn qua sử dụng bị thải vào môi trường cách bừa bãi bị rơi vãi, rò rỉ nguồn chủ yếu gây ô nhiễm Mặc dù chưa thống kê đầy đủ lượng chất bơi trơn tích tụ mơi trường chắn gây tác hại lớn Hiện u cầu an tồn mơi trường ngày tăng, việc tạo sản phẩm bôi trơn có khả phân hủy sinh học cao thay cho sản phẩm bơi trơn gốc dầu khống truyền thống ngày trở nên cấp thiết Các sản phẩm thường từ este tổng hợp đặc biệt từ dầu thực vật (DTV), vốn có khả phân hủy sinh học tốt nhiều dầu khống thơng thường Hơn DTV nguồn nguyên liệu tái tạo tài nguyên dầu mỏ ngày cạn kiệt Hiện giới có nhiều cơng trình nghiên cứu việc ứng dụng DTV làm nguyên liệu sản xuất MBT nước ta lĩnh vực mẻ Có cơng trình nghiên cứu sử dụng phụ gia cho MBT gốc DTV, cịn lĩnh vực dầu gốc chưa đầu tư nghiên cứu cách hệ thống Các đối tượng khảo sát cơng trình chủ yếu tập trung vào dầu dừa, dầu sở, dầu lạc, dầu hạt cao su … dầu bông, sản phẩm phụ ngành công nghiệp bơng, khơng có giá trị dùng cơng nghệ thực phẩm chưa nghiên cứu nhiều Một nhược điểm lớn DTV so với dầu khoáng sử dụng làm nguyên liệu bôi trơn độ bền chống oxy hóa Độ bền chống oxy hóa DTV địi hỏi phải có nghiên cứu kỹ lưỡng việc sử dụng phụ gia chống oxy hóa Từ mục đích yêu cầu trên, đồ án “Nghiên cứu sử dụng tổ hợp phụ gia Dialkyldithiophosphat kẽm (ZDDP)/ Diphenylamin (DPA) cho mỡ bôi trơn phân hủy sinh học gốc dầu bông” thực với mục tiêu sau: - Khảo sát tác động chống oxy hóa hai loại phụ gia ZDDP DPA lên dầu MBT gốc dầu - Lựa chọn tổ hợp ZDDP/ DPA thích hợp làm phụ gia chống oxy hóa cho MBT phân hủy sinh học gốc dầu - Chế tạo mỡ với tổ hợp phụ gia lựa chọn đạt yêu cầu kỹ thuật MBT đa dụng cấp NLGI 3 PHẦN I – TỔNG QUAN LÝ THUYẾT Khái quát mỡ bôi trơn (MBT) 1.1 Khái niệm MBT [4, 5, 8] MBT chất bôi trơn dạng bán rắn với thành phần chủ yếu chất lỏng (môi trường phân tán) trộn với chất làm đặc (pha phân tán), ngồi cịn chứa số thành phần khác (phụ gia) nhằm cải thiện thay đổi số tính chất riêng biệt Xét chất hóa keo, MBT hệ đa phân tán keo gồm hai thành phần: pha phân tán môi trường phân tán Xét đặc tính lưu biến MBT loại vật liệu bơi trơn thể tính chất vật liệu rắn chịu tác động tải trọng nhỏ điều kiện nhiệt độ thường bắt đầu bị biến dạng dẻo, thể tính chất vật liệu lỏng tải trọng đạt tới giá trị tới hạn, không cịn chịu lực tác động lại phục hồi tính chất vật liệu rắn 1.2 Thành phần [1, 8,11] MBT chứa từ 65 đến 95 % dầu gốc, từ đến 35 % chất làm đặc từ đến 10 % phụ gia 1.2.1 Pha phân tán (chất làm đặc) Pha phân tán giữ vững thể keo hạn chế linh động môi trường phân tán Rất nhiều tính chất MBT xác định dựa vào pha phân tán Nếu chất làm đặc chịu nhiệt, mỡ làm việc nhiệt độ cao Nếu chất làm đặc không bị ảnh hưởng nước, mỡ có tính chất Bảng 1.1 mơ tả tính chất mỡ tương ứng với chất làm đặc khác Các chất làm đặc phân làm hai nhóm chính: chất làm đặc xà phòng – muối axit béo bậc cao với kim loại (xà phòng Li, Ca, Ba, Na, Zn …) khơng phải xà phịng (vơ cơ, hữu cơ, hydrocacbon) chất làm đặc xà phịng đặc biệt xà phòng liti từ axit 12 – hydroxystearic sử dụng rộng rãi 1.2.2 Môi trường phân tán (dầu gốc) Dầu gốc thành phần chủ yếu đảm nhiệm chức bơi trơn, phẩm chất mỡ phụ thuộc nhiều vào phẩm chất dầu gốc hợp phần Dầu gốc dầu gốc khoáng, dầu gốc tổng hợp hay dầu gốc động thực vật Dầu gốc khống mơi trường phân tán chủ yếu để sản xuất mỡ bôi trơn giá thành thấp tạo mỡ phù hợp với phần lớn ứng dụng công nghiệp Trong loại dầu gốc dầu naphten ưa chuộng dùng để chế tạo mỡ bôi trơn Khi mỡ bôi trơn cần làm việc điều kiện khắc nghiệt người ta thường sử dụng môi trường phân tán dầu tổng hợp với tính chất hẳn so với dầu khống (tính chất nhớt nhiệt, tính chất nhiệt độ thấp tốt, độ bền nhiệt, độ bền chống oxy hóa cao, khoảng nhiệt độ làm việc rộng) Dầu tổng hợp bao gồm hydrocacbon tổng hợp, dieste, polyalphaolefin (PAOs), silicon … Dầu thực vật sử dụng làm môi trường phân tán nhằm đáp ứng địi hỏi an tồn mơi trường ngày trở nên cấp thiết Các dầu thực vật biến tính để khắc phục nhược điểm trước sử dụng làm dầu gốc Bảng 1.1 Các tính chất mỡ tương ứng với chất làm đặc khỏc Mỡ hữu & mỡ vô Mỡ xà phòng đơn phức Đặc tính Đơn Phức Mỡ gốc Natri Đơn Nhiệt độ nhỏ giọt, C Nhiệt độ làm việc lớn nhất, C Độ chịu nớc (bền thủy ph©n) 110 260 96 - 104 96 - 104 230 - 250 177 - 204 260 243 260+ 120 80 177 130 180 180 180 Tèt Tèt– rÊt tèt KÐm Tốt Vừa phải Tốt Rất tốt Tốt Độ ổn định học (làm việc) Kém Tốt TB Khá Khá tốt Rất tốt Tốt Kém TB Vừa phải Vừa phải Độ ổn định chống ôxy hóa Khả chống gỉ Khả bơm Độ ổn định keo Tốt Khá tốt TB Kh¸ TB kh¸ Tèt Tèt Tèt– rÊt tèt Tèt Tèt Tèt Tèt Kh¸ Kh¸ Kh¸ Tèt Kh¸ tèt Kh¸ KÐm Tèt TB kh¸ Tèt TB kÐm TB kh¸ Tèt TB kÐm TB kh¸ Tèt Tèt RÊt tèt Tèt RÊt tốt Tốt Rất tốt Xu hớng phát triển Không Đang tăng Giảm Giảm Giảm Tốt Rất tốt Tốt (hàng đầu nay) Đang tăng Không nhiều Giảm Mỡ gốc Nhôm 79 177 Mỡ gốc Canxi Đơn Phức Mỡ gốc xà phòng Lithi Đơn Phức Polyurê Mỡ đất sét 1.2.3 Phụ gia Dầu gốc thường không đáp ứng yêu cầu làm việc MBT khơng có mặt phụ gia Chính phụ gia cho vào mỡ nhằm tăng tính chất vốn có tạo tính Việc pha chế phụ gia vào mỡ cần khảo sát kỹ lưỡng để hạn chế hiệu ứng phụ không mong muốn, đảm bảo hiệu phụ gia mà không phá hỏng cấu trúc mỡ việc cho nhiều phụ gia gây Các loại phụ gia thường cho vào mỡ nhiều là:  Phụ gia chống oxy hóa (phenyl – naphthylamin, di – tert – butyl – para – cresol, ZDDP …)  Phụ gia ức chế gỉ (các sunfonat kim loại natri, bari, nhôm, phenolat kim loại …)  Phụ gia cực áp (dibenzyl disunfit, di – n – octyl photphit …)  Phụ gia bám dính (polyisobutylen, ethylen–propylen copolyme …)  Phụ gia thụ động hóa bề mặt kim loại (Các phức hữu chứa nitơ lưu huỳnh, dẫn xuất 2, – dimecapto – 1, 3, – thiadiazon …) 1.3 Cấu trúc mỡ [5, 17] Mỡ có cấu trúc mạng tạo hạt rắn chất làm đặc, dầu giữ lại mạng lưới nhờ lực tương tác Van der Waals Mỡ nhờn gốc xà phòng có cấu trúc dạng sợi, loại mỡ nhờn kích thước, hình dạng, phân bố định hướng khơng gian sợi xà phịng khác nhau; chúng có dạng dải băng, dạng lá, dạng đũa, dạng kim … Hình 1.1 ảnh chụp cấu trúc mỡ dầu khoáng (a) mỡ dầu đậu tương (b) Hình 1.1 Ảnh chụp cấu trúc mỡ (a) Mỡ dầu khoáng (b) Mỡ dầu đậu tương 1.4 Tính chất [8,11] Có thể chia tính chất mỡ nhờn thành hai nhóm: tính chất hóa lý tính chất sử dụng 1.4.1 Tính chất hóa lý 1.4.1.1 Độ đặc mỡ Độ đặc mỡ đặc trưng độ xuyên kim – độ sâu kim loại tiêu chuẩn lún vào mỡ (tính mm/ 10) điều kiện tiêu chuẩn khối lượng, thời gian nhiệt độ Độ xuyên kim xác định theo ASTM D – 217 hay ASTM D – 1403 Độ xuyên kim phân loại viện dầu mỡ quốc gia Hoa Kỳ (NLGI) bảng 1.2 1.4.1.2 Nhiệt độ nhỏ giọt Nhiệt độ nhỏ giọt xác định theo ASTM D – 566 (với mỡ có nhiệt độ nhỏ giọt không vượt 288 oC) D – 2265 (với mỡ có nhiệt độ nhỏ giọt lớn 288oC) nhiệt độ giọt mỡ lỏng nhỏ khỏi cốc điều kiện tiêu chuẩn Bảng 1.2 Độ xuyên kim theo NLGI NLGI 000 00 Độ xuyên kim 445 – 475 400 – 430 355 – 385 310 – 340 265 – 295 220 – 250 175 – 205 130 – 160 85 – 115 Trạng thái Nửa lỏng Nửa lỏng Nửa lỏng Mềm Kem Hơi cứng Hơi cứng Hơi cứng Cứng Nhiệt độ nhỏ giọt khơng có tác dụng nhiều việc dự đốn điều kiện làm việc mỡ, cho phép đoán giới hạn nhiệt độ cao làm việc với MBT Mỡ xà phịng liti có nhiệt độ nhỏ giọt khoảng từ 150 – 200 oC 1.4.1.3 Độ nhớt hiệu dụng Độ nhớt hiệu dụng MBT xác định theo ASTM D – 1092 tính poises nhiệt độ tốc độ trượt định Nó đo tỷ lệ ứng suất trượt tốc độ trượt mỡ mỡ qua ống mao quản Độ nhớt hiệu dụng cho phép dự đoán khả làm việc mỡ ổ trục, xu hướng rò rỉ mỡ, khả làm việc nhiệt độ thấp, khả bơm 1.4.2 Tính chất sử dụng 1.4.2.1 Độ bền học Là khả mỡ nhờn chống lại biến dạng cấu trúc tác động lực học Đây tính chất quan trọng mỡ mềm tác động điều kiện làm việc dẫn đến dò rỉ làm hỏng chi tiết máy, mỡ cứng tác động trượt cắt đến vùng cần bơi trơn Tính chất học mỡ xác định theo ASTM D – 1831 Người ta đo thay đổi độ xuyên kim mỡ trước sau chịu tác động học thiết bị chuyên dụng 1.4.2.2 Độ bền chống oxy hóa Độ bền chống oxy hóa khả mỡ chống lại oxy hóa điều kiện tồn chứa làm việc, đặc biệt điều kiện nhiệt độ cao Có nhiều phương pháp xác định độ bền oxy hóa ASTM D – 942 , GOST 7534 1.4.2.3 Độ ổn định keo Độ ổn định keo khả giữ vững cấu trúc thể keo tác dụng học, xác định lượng dầu tách từ mỡ điều kiện qui định Lượng dầu tách nhiều độ ổn định keo ngược lại Độ ổn định keo xác định theo GOST 7142 – 74 1.4.2.4 Tính chất chịu nước Là khả giữ vững tính chất mỡ nhờn điều kiện làm việc có độ ẩm cao tiếp xúc với nước Đây tính chất quan trọng mỡ bảo vệ mỡ chống ma sát Tính chất chịu nước mỡ đặc trưng độ rửa trôi Độ rửa trôi mỡ xác định theo ASTM D – 1264 tính lượng mỡ vịng bi tiêu chuẩn bị rửa trơi tác động nước điều kiện thử nghiệm 10 ... có nghiên cứu kỹ lưỡng việc sử dụng phụ gia chống oxy hóa Từ mục đích u cầu trên, đồ án ? ?Nghiên cứu sử dụng tổ hợp phụ gia Dialkyldithiophosphat kẽm (ZDDP)/ Diphenylamin (DPA) cho mỡ bôi trơn phân. .. phân hủy sinh học chúng có phân hủy thành CO2 nước tác động vi sinh vật Khả phân hủy sinh học coi đạt yêu cầu chất bôi trơn bị phân hủy 60% thành CO2 28 ngày (theo ASTM D 5864) Khả phân hủy sinh. .. % phân hủy thành CO2 Hình 1.3 Mức độ phân hủy sinh học số dầu 17 10 Ngày Một số tính chất so sánh dầu khống, DTV số dầu tổng hợp tóm tắt bảng 1.3 Bảng 1.3 So sánh chất bôi trơn sử dụng dầu gốc