1.3.4.1. Giới thiệu chung
Phụ gia là những hợp chất hữu cơ, cơ kim và vô cơ, thậm chí là các nguyên tố được thêm vào dầu bôi trơn như dầu mỡ nhờn, chất lỏng chuyên dụng để nâng cao các tính chất riêng cho các sản phẩm cuối cùng. Thường mỗi loại phụ gia được dùng ở nồng độ từ 0,01 đến 5%. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, một phụ gia có thể được đưa vào ở nồng độ dao động từ vài phần triệu đến trên 10% [7, 17].
Phần lớn thì gần như các loại dầu nhờn đều cần nhiều loại phụ gia để thoả mãn các yêu cầu sử dụng. Trong một số trường hợp các phụ gia riêng biệt được pha thẳng vào dầu gốc. Một số trường hợp khác, hỗn hợp các loại phụ gia được pha trộn thành phụ gia đóng gói, sau đó mới pha vào dầu nhờn.
Ngày nay, hầu như các chủng loại dầu bôi trơn và chất lỏng bôi trơn đều chứa ít nhất là một loại phụ gia, một số loại dầu như dầu động cơ, dầu bánh răng…, có chứa nhiều loại phụ gia khác nhau [17].
1.3.4.2. Các chủng loại phụ gia [7]
Phụ gia chủ yếu được sử dụng nhằm cải thiện hay tạo ra những tính chất cần thiết của dầu nhờn mà gốc không có được. Một phụ gia có thể đảm nhiệm một hoặc nhiều chức năng khác nhau. Sau đây là một vài chức năng quan trọng của phụ gia:
- Làm tăng độ bền oxy hoá. - Chống ăn mòn.
- Chống gỉ.
- Chống tạo cặn bám và cặn bùn.
- Giữ các chất trong dầu ở dạng huyền phù. - Tăng chỉ số độ nhớt.
- Giảm nhiệt độ đông đặc. - Chống tạo bọt.
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
- Tăng khả năng làm kín. - Làm giảm ma sát.
- Chống trầy xước bề mặt.
- Ngăn chặn sự phát triển vi sinh. - Tăng khả năng bám dính của dầu. - Làm giảm và ngăn chặn sự mài mòn.
- Ngăn chặn hiệu ứng xúc tác của kim loại trong quá trình oxy hoá và ăn mòn.
Phụ gia ức chế quá trình oxy hoá
Phụ gia này nhằm mục đích làm chậm quá trình oxy hóa của dầu (tăng độ bền oxy hoá), khắc phục hiện tượng cháy vòng găng, giảm bớt hiện tượng ăn mòn chi tiết tạo cặn. Có hai nhóm phụ gia chống oxy hoá:
- Phụ gia kìm hãm 1 quá trình oxy hoá dầu ở một lớp dày ngay trong khối dầu, nhóm này quan trọng nhất là các chất ức chế oxy hóa, đó là các chất có chứa nhóm phenol hay amin, có thể chứa hai nhóm đồng thời như các phenol có chứa nitơ hoặc lưu huỳnh, các kẽm di-ankyl và di-thiophotphat, các hợp chất của photpho, lưu huỳnh..., các chất ức chế này có nồng độ thấp (khoảng 0,005 - 0,5%).
- Phụ gia kìm hãm quá trình oxy dầu ở lớp mỏng trên bề mặt kim loại, đó là các chất thơm nhiệt, được pha với tỷ lệ 0,5 - 3%, chúng làm chậm quá trình oxy hoá dầu ở lớp mỏng trên chi tiết động cơ ở nhiệt độ tương đối cao (200 - 300oC), ngoài ra, có tác dụng bảo vệ, chống gỉ cho ổ đỡ. Các chất thơm nhiệt được dùng là các chất hữu cơ chứa photpho, lưu huỳnh, kẽm. Các loại chất thơm nhiệt dường như là các chất thơm quan trọng nhất vì khi động cơ ngừng làm việc là lúc dầu ngừng tuần hoàn và khi đó chất thơm tẩy rửa cũng ngừng hoạt động thì khi đó chất thơm nhiệt lại ngược lại, sẽ hoạt động mạnh hơn, nó không cho các lớp dầu mỏng trên các chi tiết chưa nguội có khả năng biến thành sạn.
Phụ gia tẩy rửa
Với nồng độ 2 - 10%, các chất tẩy rửa có thể ngăn cản, loại trừ các cặn không tan trong dầu, cặn sạn, cacbon và các hợp chất chì trên các bộ phận của động cơ đốt trong. Chúng tác dụng bằng cách hấp thụ lên các hạt không tan, giữ chúng lại trong dầu nhằm giảm tối thiểu cặn lắng và giữ sạch các chi tiết động cơ.
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Tác nhân quan trọng nhất có tính tẩy rửa là các phụ gia có chứa kim loại, chúng bao gồm: sunphonat, phenolat và salixilat của canxi hoặc magiê được sử dụng như các chất chứa kim loại.
Phụ gia tăng chỉ số độ nhớt
Phụ gia được sử dụng làm tăng chỉ số độ nhớt là các polyme tan được trong dầu, nghĩa là chúng làm cho tốc độ thay đổi độ nhớt của dầu theo nhiệt độ giảm đi (tăng chỉ số độ nhớt) cũng như là để tạo ra các loại dầu mùa đông. Các phụ gia này chia làm hai nhóm: dạng hydrocacbon và dạng ete.
- Dạng hydrocacbon có các loại: polyisobutylen, copolyme etylen- propylen, copolyme styren - butadien dehydro hoá, copolyme styren - isopren.
- Dạng este gồm: Polymetacrylat, polyacrylat và các copolyme của este styrenmaleic.
Tuy nhiên, các chất cải thiện chỉ số độ nhớt hiện nay là các polyme của etylen- propylene và polyizobutylen.
Phụ gia phân tán
Phụ gia này được sử dụng để ngăn ngừa, làm chậm quá trình tạo cặn và lắng đọng trong điều kiện hoạt động ở nhiệt độ thấp. Các phụ gia phân tán quan trọng nhất bao gồm: - Ankenyl-poly-amin-suxinimit. - Ankyl-hydroxybenzyl-polyamin. - Este-polyhydroxy-suxinic. - Poly-aminamit-imidazonlin. - Polyamin suxinic. - Ete photpholat. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Như vậy các chất phân tán được sử dụng đều có chứa các nhóm chức như amin, imit, amit..., hoặc các nhóm hydroxy-ete nên các polyme như polymetacrylat cũng cho khả năng phân tán. Mặt khác, do chúng có tính nhớt nhiệt nên chúng được sử dụng như là các phụ gia phân tán nhiều tác dụng.
Phụ gia ức chế ăn mòn
Là phụ gia có chức năng làm giảm tối thiểu việc tạo thành các peoxit hữu cơ, axit và các thành phần oxy hoá khác làm xuống cấp dầu động cơ, bảo vệ ổ đỡ và bảo vệ các bề mặt khỏi ăn mòn.
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
Chất ức chế rỉ
Nếu động cơ làm việc không có thời gian ngừng lâu thì dầu nhờn làm chức năng chống rỉ tương đối tốt vì khi động cơ ngừng trong thời gian ngắn thì dầu nhờn chưa kịp chảy hết các chi tiết. Nếu động cơ ngừng lâu hoặc bảo quản lâu thì thành xylanh, cổ trục khuỷu thì các chi tiết đánh bóng hoặc mài sẽ bị rỉ. Rỉ là sự hình thành sắt hydroxit Fe(OH)2, là một dạng đặc biệt quan trọng của ăn mòn bề mặt.
Có nhiều hợp chất được dùng để ức chế rỉ như: các axit béo, các amin hữu cơ, các xà phòng kim loại của axit béo... thường pha vào dầu với tỷ lệ 0,1 - 1%.
Ngoài các chất phụ gia vừa nêu trên thì còn có rất nhiều các loại phụ gia khác như là phụ gia chống mài mòn, phụ gia biến tính, giảm ma sát, phụ gia hạ điểm đông đặc, phụ gia ức chế tạo bọt...
Phụ gia cho dầu bôi trơn là một hợp phần công nghệ chất bôi trơn hiện đại, đặc biệt là dầu nhờn động cơ. Vấn đề pha chế dầu động cơ là một công việc khó khăn, phức tạp tốn kém, đòi hỏi nhiều ngành kỹ thuật tham gia, nó cũng là sức mạnh cạnh tranh của các công ty dầu nhờn. Vậy thì tỷ lệ phụ gia pha như thế nào với dầu gốc sẽ tạo ra dầu thành phẩm chất lượng cao, không những làm giảm những mặt hạn chế của dầu gốc, nâng cao phẩm cấp đối với các chất đã có sẵn của dầu và tạo cho dầu những tính chất mới cần thiết. Trong thực tế, một vài loại dầu động cơ có thể chứa hơn 20% phụ gia các loại.
Dưới đây sẽ cho ta thấy thành phần pha chế tổng quát động cơ SAE 30 hoặc SAE 40.
Bảng 1.5: Tỷ lệ, thành phần của dầu gốc và các loại phụ gia
trong dầu nhờn thương phẩm.
Thành phần dầu nhờn thương phẩm % trọng lượng
Dầu gốc 71,5 – 96,2
Chất tẩy rửa 2 – 10
Chất phân tán không tro 1 – 9 Kẽm di-ankyl di-thiophotphat 0,5 – 3 Phụ gia chống oxy hoá và chống mài mòn 0,1 – 2 Chất biến tính ma sát 0,1 – 3 Chất hạ điểm đông đặc 0,1 – 1,5 Chất ức chế tạo bọt 2 – 15 ppm
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu
1.4. LÝ THUYẾT VỀ DẦU NHỜN THẢI VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁI SINH