Tiến hành phản ứng theo đơn phối liệu ở mục 3.1.2. Khi phản ứng ancol phân xong hạ nhiệt độ xuống 1800C. Cho từ từ AP vào, khi cho hết AP theo công thức hạ nhiệt độ xuống đến 1500C thì cho từ từ xylen vào bình phản ứng (theo đơn phối liệu). Mở hệ thống tách n−ớc của sinh hàn hồi l−u và nâng dần nhiệt độ phản ứng lên, luôn bật máy khuấy trong suốt thời gian phản ứng. Kiểm tra thời điểm kết thúc phản ứng bằng cách đo độ nhớt và chỉ số axit của sản phẩm.
3.1.3.1 ảnh h−ởng của nhiệt độ đến phản ứng este hóa
Thực hiện phản ứng este hóa theo quy trình ở mục 3.1.3. Phản ứng kéo dài trong 5 giờ ở các nhiệt độ khác nhau. Sau 5 giờ đo độ nhớt sản phẩm (50% hàm rắn trong whitespirit) và chỉ số axit của sản phẩm, kết quả thu đ−ợc ở bảng 9.
Bảng 9.ảnh h−ởng của nhiệt độ phản ứng đếnphản ứng este hóa
TT Nhiệt độ p− (oC) Thời gian p− (giờ) Chỉ số axit (mg KOH/g) Độ nhớt (giây) 1 200 5 - 25 2 205 5 60 28 3 210 5 55 40 4 215 5 45 45 5 220 5 30 60 6 225 5 25 70 6 230 5 8 120 7 235 5 7 150 8 240 5 7 400 9 245 5 - Gel hóa
Từ kết quả ở bảng 9 cho thấy rằng:
- Khi nhiệt độ phản ứng este hóa <2250C phản ứng diễn ra rất chậm, điều này đ−ợc chứng minh bằng cách đo độ nhớt của sản phẩm.
- Khi nhiệt độ phản ứng este hóa >2400C phản ứng rất khó điều khiển và rất dễ bị gel hóa.
- Nhiệt độ phản ứng tốt nhất là 230 - 2350C, ở nhiệt độ này phản ứng điều khiển đ−ợc dễ dàng và khống chế đ−ợc độ nhớt của sản phẩm theo mong muốn.
3.1.4 Nghiên cứu ảnh h−ởng của hàm l−ợng dầu đến tính chất của nhựa alkyd alkyd
Khảo sát ảnh h−ởng của độ dài dầu đến tính chất của nhựa alkyd, thực hiện phản ứng ancol phân nh− quy trình ở mục 3.1.2, phản ứng este hóa nh− mục 3.1.3. Tỉ lệ đơn phối liệu của các thí nghiệm nh− nhau, chỉ khác nhau hàm l−ợng dầu đỗ t−ơng trong đơn phối liệu.
3.1.4.1 ảnh h−ởng của hàm l−ợng dầu đến tính chất cơ lý của nhựa alkyd
Khảo sát ảnh h−ởng của độ dài dầu đến tính chất của nhựa alkyd cho kết quả thu đ−ợc ở bảng 10.
Bảng 10.ảnh h−ởng của hàm l−ợng dầu đến tính chất cơ lý của nhựa alkyd
Hàm l−ợng dầu (%Kl) Độ bền va đập (Kg.cm) Độ bền uốn (mm) Độ bóng (%)
Thời gian khô
(Giờ) 50 50 2 95 6 55 50 1 95 7 60 50 1 90 12 65 40 1 75 24 70 20 1 70 48
Từ kết quả ở bảng 11 cho thấy khi hàm l−ợng dầu đỗ t−ơng tăng:
- Độ bóng của nhựa giảm liên tục. - Thời gian khô của nhựa tăng liên tục.
- Độ bền uốn của nhựa khi hàm l−ợng dầu là 50% là 2mm, còn các hàm l−ợng khác đều là 1mm.
Từ kết quả trên ta có thể căn cứ vào yêu cầu về tính chất của sản phẩm để lựa chọn đơn phối liệu cho phù hợp.
3.1.4.2 ảnh h−ởng của hàm l−ợng dầu đến tính chất hòa tan của nhựa alkyd alkyd
Khảo sát khả năng hòa tan của nhựa theo hàm l−ợng dầu trong một số dung môi cơ bản thu đ−ợc kết quả ở bảng 11.
Bảng 11.Khả năng hòa tan của nhựa alkyd trong một số dung môi cơ bản
Khả năng hòa tan của nhựa trong dung môi Hàm l−ợng dầu (% kl) Xeton Butyl axetat Xylen Xylen:whitespirit (1:1) whitespirit 50 T T T I K 55 T T T T I 60 T T T T T 65 T T T T T
Ghi chú: T -tan hoàn toàn, I-ít tan, K -không tan
Từ các kết quả trên chỉ ra rằng:
Tùy thuộc vào yêu cầu kĩ thuật của sản phẩm nhựa alkyd để xây dựng đơn phối liệu thích hợp về hàm l−ợng dầu thực vật cũng nh− hàm rắn của sản phẩm.
3.1.5 Nghiên cứu công nghệ sản xuất nhựa alkyd đỗ t−ơng
3.1.5.1 Đơn phối liệu tổng hợp nhựa alkyd đỗ t−ơng
Từ các kết quả nghiên cứu ở trên xây dựng đơn phối liệu để sản xuất nhựa alkyd đỗ t−ơng có hàm l−ợng dầu đỗ t−ơng 60% (hàm l−ợng chất không bay hơi 80%) nh− thể hiện ở bảng 12.
Bảng 12.Đơn phối liệu tổng hợp nhựa alkyd đỗ t−ơng Khối l−ợng STT Nguyên liệu Phần Kl % khối l−ợng 1 Dầu đỗ t−ơng 60,0 48,0 2 Penta erythritol 14,25 11,4
3 LiOH (xúc tác ancol phân) 0,35 0,28
4 Anhydrit phtalic 25,10 20,08
5 Ahidrit maleic 0,3 0,24
6 Xylen (hồi l−u) 3,0 2,4
7 Xăng trắng (pha loãng) 22,0 17,0
125,0 100%
Hàm rắn của nhựa alkyd đ−ợc điều chỉnh theo yêu cầu bằng cách điều chỉnh hàm l−ợng dung môi pha loãng.
Kiểm tra tính chất của nhựa alkyd đỗ t−ơng tổng hợp, có kết hợp so sánh đối chứng với nhựa alkyd Beckosol (là nhựa alkyd đỗ t−ơng nhập khẩu) hiện có trên thị tr−ờng có cùng hàm l−ợng chất không bay hơi là 80%, kết quả đ−ợc chỉ ra ở bảng 13.
Bảng 13.Chỉ tiêu kỹ thuật của nhựa alkyd tổng hợp
TT Chỉ tiêu Nhựa alkyd tổng hợp Nhựa Beckosol
1 Màu sắc, Gadner 8 7
2 Độ nhớt, giây 135 120
3 Chỉ số axit, mg KOH/g 7,0 8
4 Thời gian khô, + khô mặt, giờ + khô hoàn toàn, giờ
2 20 4 36 5 Độ bóng, % 90 85 6 Độ bền va đập, kg.cm 50 45 7 Độ bền uốn, mm 1 1 8 Hàm rắn,% 80 80
Từ kết quả thu đ−ợc ở bảng 13 cho thấy:
Loan, đặc biệt ba chỉ tiêu quan trọng là độ bóng, thời gian khô và độ bền va đập còn cao hơn. Các mẫu này cũng đ−ợc gửi đi phân tích tại Phân viện Công nghệ vật liệu, Viện Khoa học Công nghệ Quân sự – Bộ Quốc Phòng, kết quả thu đ−ợc là t−ơng đ−ơng (phụ lục).
3.1.5.2 Nghiên cứu công nghệ sản xuất nhựa alkyd đỗ t−ơng
Qua quá trình nghiên cứu đã xác lập đ−ợc quy trình công nghệ sản xuất nhựa alkyd đỗ t−ơng làm nguyên liệu pha sơn với chất l−ợng ổn định trên thiết bị 50 lít/mẻ. Quy trình công nghệ đ−ợc biểu diễn ở sơ đồ 1.
Mô tả quy trình:
B−ớc 1. Nạp liệu
Bơm dầu vào bình phản ứng, nâng nhiệt độ đến 70oC, sau đó cho Penta và xúc tác vào. Bật máy khuấy liên tục với tốc độ 100 - 150 v/p.
B−ớc 2. Gia nhiệt tới nhiệt độ phản ứng 240-245oC, tốc độ gia nhiệt là 3oC/phút.
B−ớc 3. Kiểm tra ancol phân
Khi nhiệt độ phản ứng đạt, thì sau 1 giờ phản ứng thì tiến hành kiểm tra lần đầu , sau đó cứ 15 phút lại kiểm tra 1 lần. Khi nhựa tan hoàn toàn trong etanol với tỉ lệ 1:3 thì kết thúc ancol phân.
B−ớc 4. Nạp AP và xylen hồi l−u
Hạ nhiệt độ khối phản ứng đến 180oC thì bắt đầu nạp AP trong suốt quá trình bật máy khuấy liên tục. Tiếp tục hạ nhiệt đến 150oC thì nạp xylen (l−ợng xylen khoảng 3% kl so với khối phản ứng).
B−ớc 5. Este hóa
Gia nhiệt tới nhiệt độ este hóa 230 - 235oC. Trong quá trình này tiến hành tách n−ớc liên tục. Khi phản ứng đ−ợc 2 giờ thì đo độ nhớt và chỉ số axit lần đầu tiên. Sau đó, cứ sau 15 phút lại tiến hành đo một lần. Khi độ nhớt và chỉ số axit đạt yêu cầu dừng phản ứng và hạ nhiệt
Tùy thuộc vào yêu cầu hàm rắn sản phẩm để tính toán l−ợng dung môi thích hợp. Làm mát khối phản ứng đến 180oC thì hòa tan bằng xăng pha sơn.
B−ớc 7. Nhập kho:
Bơm sản phẩm vào téc chứa.
Sơ đồ quy trình công nghệ
Với quy trình công nghệ sản xuất và đơn phối liệu nghiên cứu ở trên chúng tôi đã áp dụng tổng hợp nhựa alkyd trên thiết bị với dung tích 50 kg/mẻ và đã chế tạo đ−ợc 500kg nhựa đạt chất l−ợng cao.
Gia nhiệt Đóng thùng Hòa tan Ancol phân Kiểm tra Este hóa Kiểm tra Nạp nguyên liệu
3.2 Nghiên cứu chế tạo hệ sơn phủ
Với mục đích chế tạo ra hệ sơn phủ bảo vệ đạt chất l−ợng cao, chúng tôi đã phối chế nhựa alkyd tổng hợp cùng các nguyên liệu bột màu, dung môi và các phụ gia thích hợp để đ−a ra một số đơn pha chế sau.
3.2.1 Đơn pha chế sơn phủ kim loại màu trắng
Bảng 14.Đơn phối liệu sơn phủ màu trắng
TT Nguyên liệu Khối l−ợng (%)
1 TiO2 Rutin 23,40
2 Alkyd đỗ t−ơng (80% hàm rắn) 51,90
3 Co-naphtanat (6% Co) 0,32
4 Pb-naphtanat (24%Pb) 0,79
5 Metyl etyl xeton 0,08
6 Xăng trắng 23,51
100,00
3.2.1 Đơn pha chế sơn phủ kim loại màu ghi
Bảng 15. Đơn phối liệu sơn phủ màu ghi
TT Nguyên liệu Khối l−ợng (%)
1 TiO2 Rutin 5,5 2 Lithopon 5,18 3 Bột muội than 0,15 4 Bột oxit kẽm 9,55 5 Alkyd đỗ t−ơng (80% hàm rắn) 53,60 6 Co-naphtanat (6% Co) 0,33 7 Pb-naphtanat (24%Pb) 0,80 8 Xăng trắng 24,80 100,00
Phân tích các chỉ tiêu kĩ thuật của hệ sơn này và mẫu sơn đối chứng có cùng đơn phối liệu nh−ng sử dụng chất tạo màng là nhựa Beckosol, kết quả đ−ợc chỉ ra ở bảng 16.
Bảng 16. Chỉ tiêu kĩ thuật của sơn alkyd đỗ t−ơng
STT Tên chỉ tiêu Đơn vị đo Sơn pha chế Mẫu đối chứng 1 Màu sắc so mẫu trắng trắng 2 Tỷ trọng - 1,15 1,15 3 Độ nhớt ở 25oC giây 70 62
4 Hàm l−ợng chất không bay hơi % 60 60 5 Thời gian khô
+ khô mặt + khô hoàn toàn
giờ giờ 2,5 20 4 24 6 Độ mịn àm 23 23 7 Độ bám dính điểm 1 1 8 Độ bền uốn mm 1 1 9 Độ bền va đập kg.cm 50 45 10 Độ bóng % 90 80 * Nhận xét kết quả:
Từ kết quả ở bảng 16 nhận thấy mẫu sơn nghiên cứu đạt đ−ợc tất cả các chỉ tiêu kỹ thuật đã đề ra. So sánh kế quả với mẫu sơn pha chế từ nhựa alkyd Beckosol nhập ngoại có cùng đơn phối liệu thấy rằng các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ sơn pha chế đều v−ợt so với mẫu sơn pha chế từ nhựa nhập ngoại, đặc biệt thời gian khô, độ bóng và độ bền va đập đã đ−ợc nâng cao.
Để đánh giá độ bền thời tiết của màng sơn nghiên cứu tiến hành thử nghiệm bằng ph−ơng pháp gia tốc trong tủ khí hậu cùng với mẫu dối chứng là nhựa alkyd Beckosol với các chế độ nh− sau:
- Nhiệt độ: 60 - 650C - Hàm ẩm : 98%
- Dung dịch NaOH 5%: sau 15 phút phun lên bề mặt mẫu một lần, áp suất phun 1,5 amt.
- Một chu kỳ đ−ợc tính là 8h làm việc với điều kiện nh− trên sau đó để ng−ng trong 16 h.
Bảng 17. Kết quả thử nghiệm độ bền thời tiết của màng sơn
Số chu kỳ Sơn nghiên cứu Sơn đối chứng
1 Màng sơn không biến đổi Màng sơn không biến đổi 2 Màng sơn không biến đổi Màng sơn không biến đổi 3 Màng sơn không biến đổi Màng sơn không biến đổi 4 Màng sơn không biến đổi Màng sơn không biến đổi 5 Màng sơn bị mờ đi chút ít Màng sơn bị mờ đi chút ít 6 Màng sơn bị phấn hóa Màng sơn bị phấn hóa 7 Đã xuất hiện vết ố vàng trên bề mặt Đã có vết gỉ trên bề mặt
8 Đã có vết gỉ trên bề mặt Diện tích bề mặt gỉ khoảng 20% 9 Diện tích bề mặt gỉ khoảng 30% Gỉ toàn bộ bề mặt mẫu
10 Màng sơn bị phá hủy Màng sơn bị phá hủy
Từ kết quả trên thử nghiệm trên nhận thấy: nhựa alkyd đỗ t−ơng nghiên cứu có độ bền thời tiết của màng t−ơng đ−ơng với mẫu đối chứng. Sau 7 chu kỳ thử gia tốc thì màng sơn không bị phá hủy, do đó đáp ứng đ−ợc yêu cầu kĩ thuật để làm nguyên liệu pha sơn và có thể thay thế đ−ợc nhựa Bekosol nhập ngoại.
3.3 Tính toán giá thành cho 1 kg sản phẩm nhựa alkyd
Bảng 18. Bảng tạm tính giá thành cho 100 kg nhựa alkyd với hàm rắn 80%
STT Nguyên liệu Số l−ợng Đơn giá (VNĐ) Thành tiền (VNĐ) 1 Dầu đỗ t−ơng, kg 48,00 19.000 912.000 2 Pentaerythritol, kg 11,4 38.000 433.200 3 Anhydrit phtalic, kg 20,8 27.000 561.600 4 Xylen, kg 2,4 19.000 45.600
5 Xăng pha sơn, kg 17 18.750 318.750
6 Công nhân công, công 2 100.000 200.000
7 Điện, KWh 50 1.500 75.000
8 Chi khác - - 300.000
Tổng 2.771.150
- Đơn giá tính cho 1 kg sản phẩm là (hiệu suất 90%) là: 30.483 đ
- Thuế suất 10% do đó giá sản phẩm là: 33.531 đ/kg - Giá thành 1 kg nhựa alkyd Beckosol nhập ngoại là: 41.000 đ/kg Theo tính toán trên thấy rằng giá thành của 1 kg nhựa tổng hợp thấp hơn so với giá thành của nhựa Beckosol nhập ngoại mà chất l−ợng lại không
Kết luận
Sau 1 năm tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu sản xuất nhựa alkyd từ dầu đỗ t−ơng làm nguyên liệu pha sơn”chúng tôi đã thu đ−ợc kết quả nh− sau:
- Đã nghiên cứu lựa chọn đ−ợc xúc tác cho quá trình ancol phân là LiOH với hàm l−ợng 0,035 - 0,04 % khối l−ợng để thay thế xúc tác truyền thống là PbO, do đó giảm thiểu đ−ợc ô nhiễm môi tr−ờng và ảnh h−ởng đến sức khỏe ng−ời sản xuất.
- Từ việc nghiên cứu lựa chọn nguyên liệu và xúc tác đã xây dựng đ−ợc đơn phối liệu để sản xuất nhựa alkyd đỗ t−ơng có hàm l−ợng dầu từ 50 - 65% phù hợp cho từng ứng dụng cụ thể.
- Đã nghiên cứu đ−a ra đ−ợc quy trình công nghệ sản xuất nhựa alkyd đỗ t−ơng theo ph−ơng pháp ancol phân với quy mô 50 kg/mẻ đạt chất l−ợng cao, ổn định đủ tiêu chuẩn làm nguyên liệu pha sơn.
- Đã sản xuất đ−ợc 500kg nhựa alkyd đỗ t−ơng đạt chất l−ợng cao.
- Từ nhựa alkyd đỗ t−ơng tổng hợp đ−ợc đã pha chế đ−ợc 100 kg sơn alkyd đạt tiêu chuẩn kĩ thuật của sơn alkyd đặc biệt.
Tài liệu tham khảo
1. Nguyễn Việt Bắc, 2004, Vật liệu sơn màng - Giáo trình cao học, Trung tâm KHKT & CNQS.
2. Ngô Thế Dân, Trần Đình long, Trần Văn Lài, Phạm Thị Đào, 1999,
Cây đậu t−ơng, Nhà xuất bản Nông nghiệp Hà Nội.
3. Báo “Nông nghiệp nông thôn Việt Nam” số 36 tuần từ 4/9 đến 10/9/2009.
4. Phan Văn Ninh, Ngô Duy C−ờng, 1994, Biến tính dầu trẩu với nhựa tự
nhiên, Đại học Khoa học Tự nhiên.
5. PGS. PTS Lê Thị Phái, 1999, Cơ sở kĩ thuật sản xuất sơn, Tr−ờng Đại học Bách Khoa Hà Nội.
6. Báo cáo “Môi tr−ờng nhiệt đới Việt Nam với vấn đề ăn mòn và bảo vệ kim loại”, 1998, Hội thảo TP Hồ Chí Minh.
7. Bộ tiêu chuẩn chất l−ợng sơn, 2003, Tổng cục Đo l−ờng và Chất l−ợng Nhà N−ớc.
8. Tạp chí “Source information research”, 1998, London.
9. Dr.P.Olding Ph.D.BA and G.Hayward C.Chem.M.R.S.C, 2006, Resins
for surface coatings, Vol 1, London.
10. G.F.Payne, 1980, Organic coatings technology, J.Wiley NY, Vol 1,2.
11. Paul W. Morgan,1985, Condensation polymers, Printed in United States
of America.
BÁO CÁO TểM TẮT ĐỀ TÀI
NGHIấN CỨU SẢN XUẤT NHỰA ALKYD TỪ DẦU ĐỖ TƯƠNG LÀM
NGUYấN LIỆU PHA SƠN
I. Mởđầu
Nhựa alkyd từ dầu đỗ tương cú những ưu điểm nổi bật như: tạo màng sơn khụ tự
nhiờn, độ bền cơ lý cao, tương hợp với nhiều loại nhựa alkyd khỏc, giỏ thành thấp. Hiện nay sản lượng dầu đỗ tương ở nước ta ước tớnh trờn 500 nghỡn tấn/năm, việc nghiờn cứu nhằm sử dụng cú hiệu quả nguồn nguyờn liệu trong nước cần được quan tõm.
II. Thực nghiệm
Nguyờn vật liệu được sử dụng là loại cụng nghiệp đỏp ứng được đầy đủ cỏc yờu cầu kỹ thuật.
- Thiết bị tổng hợp nhựa alkyd: là thiết bị thực hiện phản ứng đa ngưng tụ trong pha lỏng.
- Cỏc tớnh chất lý húa của màng sơn được xỏc định theo TCVN trờn cỏc thiết bị
chuyờn dụng.
Cỏc bước thực nghiệm:
- Nghiờn cứu lựa chọn cụng nghệ tổng hợp nhựa alkyd biến tớnh dầu thực vật.
- Nghiờn cứu xõy dựng và hoàn thiện quy trỡnh cụng nghệ sản xuất nhựa alkyd từ dầu đỗ
tương theo phương phỏp ancol phõn với quy mụ phũng thớ nghiệm.
- Phõn tớch chất lượng nhựa alkyd tổng hợp, đối chứng với mẫu thương mại tương ứng.