Tài liệu Nghiên cứu sản xuất mở bôi trơn cao cấp trên cơ sỡ biến tính dầu thực vật pptx

Xuất phát từ thực tiễn trên, theo nhu cầu thực tế ở trong nước và phù hợp với xu hướng phát triển chung của thế giới, vấn dé đặt ra là: Wghiên cứu áp dụng các công nghệ và quá trình tổng

BO CONG NGHIEP TONG CONG TY HOA CHAT VIET NAM CONG TY CP PHAT TRIEN PHU GIA VA SAN PHAM DAU MO

BAO CAO TONG KET

ĐỀ TÀI ĐỘC LẬP CẤP NHÀ NƯỚC

NGHIÊN CỨU SẢN XUAT MG BOI TRON CAO CAP _ TREN CO S6 BIEN TINH DAU THUC VAT

Chủ nhiệm đề tài: PGS TS DO HUY ĐỊNH

Don vi chi tri: CONG TY CP PHAT TRIEN PHU GIA VA

SÂN PHAM DAU MO

Đơn vị phối hợp tham gia; 1 BỘ MÔN HỮU CƠ VÀ HOÁ DẦU - ĐHBK HÀ NỘI

2 BỘ MÔN HOÁ - HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUẦN SỰ

3 VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC - TT KHTN VÀ CNQG

HÀ NỘI, THÁNG 6 NĂM 2005

(2€

19/6 | 06

PAV6- L4- LL F—

LOI CAM ON

Chủ nhiệm Đề tài và lãnh đạo Công ty CP Phát triển Phụ gia và Sản phẩm Dâu mỏ xin trân trọng cảm ơn Bộ Khoa học và Công nghệ đã giao Đề tài và tạo điều kiện về kinh phí để Đề tài thực hiện đúng nội dung, đúng tiến độ Chúng tôi xin cdm ơn Bộ Công nghiệp, Tổng Công ty Hoá chất Việt nam đã chỉ đạo và giúp đố về

việc tổ chức thực hiện Cảm ơn sự phối hợp, sự hợp tác nghiên cứu của các đơn vị tham gia đề tài nhánh: Bộ môn Hoá dâu-Hữu cơ - Khoa Hoá Dai hoc BKHN, Khoa Hoá- Học viện KTQS, Viện Công nghệ Sinh học- Viện KH CN Việt nam, đặc biệt là

các chuyên gia của Viện nghiên cứu Công nghiệp Chế biến dầu mỏ “MASMA ” Ucraina đã giúp Đề tài triển khai đạt kết quả tốt Về phần phân tích đối chứng và

thử nghiệm hiện trường, Công ty xin chân thành cảm ơn Viện Hoá học Công

nghiệp, Công ty Phân đạm và Hoá chất Hà Bắc và Xĩ nghiệp Kinh doanh Tổng hợp thuộc Công ty Xe buýt Hà nội đã tạo mọi điêu kiện để Đề tài hoàn thành tốt và đúng tiến độ Công ty cũng xin chân thành cám ơn các nhà khoa học và tất cả những ai

đã có ý kiến góp ý, đóng góp và giúp đỡ để Đề tài hoàn thành được mục tiêu để ra

DANH SACH CAC CA NHAN THAM GIA DE TAI

1 Nghiên cứu tổng quan đề tài

Ts Lê Kim Diên Công ty CP Phát triển Phụ gia và Sản

2 Nghiên cứu biến tính dầu thực vật

Ths Nguyén Han Long DHBKHN

Ks V6 Héng Phuong DHBKHN

Ts Đỗ Huy Thanh Học Viện Kỹ thuật Quân sự

Ts Nguyễn Việt Thái Học Viện Kỹ thuật Quân sự

Ks Phạm Thị Thuý Hà Công ty APP

3 Nghiên cứu lựa chọn nguyên liệu, đơn pha chế và công nghệ sản xuất mỡ

bôi trơn cao cấp( mỡ bôi trơn màng mỏng, mỡ bôi trơn phân huỷ sinh

học)

Ts Đỗ Huy Định Công ty APP

4 Xây dựng quy trình sản xuất mỡ bôi trơn cao cấp

Ks Đào Đức Hoang

Ks Cù Việt Cường

Công ty APP Công ty APP

Phân tích, kiểm tra, thử nghiệm và đánh giá chất lượng mỡ bôi trơn

Ks Vũ Quốc Phồn

Ts Pham Van Ninh

Ks Ha Minh Huyén

Ks Vi An

Ks Pham Thi Thuy Ha

Ks Nguyén Tuấn Minh

Ks Nguyễn Hồng Việt

Ks Đỗ Văn Công

Ks Nguyễn Văn Cường

Ks Hồ Bắc

Ks Phan Văn Tiền

Ks Nguyễn Kiến Giang

Ks Nguyễn Đăng Ninh

Ks Nguyễn Công Bắc

Ks Trần Tham

Công ty APP Công ty APP Công ty APP Công ty APP Công ty APP Công ty APP Công ty xe bus Hà Nội Công ty xe bus Hà Nội Công ty xe bus Hà Nội

Công ty Phân đạm và Hoá chất Hà Bắc Công ty Phân đạm và Hoá chất Hà Bắc Công ty Phân đạm và Hoá chất Hà Bắc Công ty Phân đạm và Hoá chất Hà Bắc

Viện Hoá Học Công Nghiệp Viện Hoá Học Công Nghiệp

Đánh giá khả năng phân huỷ sinh học

Ts Dang Thi Cam Hà

Ks Mai Anh Tuấn

Th S Nghiêm Xuân Trường

Ts Phạm Hùng Việt

Ks Võ Thành Lê

Viện CN Sinh học, Viện KHCNVN Viện CN Sinh học, Viện KHCNVN Viện CN Sinh học, Viện KHCNVN

Viện CN Sinh học, Viện KHCNVN Viện CN Sinh học, Viện KHCNVN Viện CN Sinh học, Viện KHCNVN

Viện CN Sinh học, Viện KHCNVN Viên CN Sinh học, Viện KHCNVN

Trung tâm NC Công nghệ môi trường và

phát triển bên vững (ĐH Quốc Gia Hà Nội)

Trung tâm NC Công nghệ môi trường và

phát triển bền vững (ĐH Quốc Gia Hà Nội)

7 Tổng kết các kết quả nghiên cứu của đề tài

Ts Đỗ Huy Định Công ty APP

Ks Phạm Thị Thuý Hà Công ty APP

MUC LUC Trang

A MG DAU 6

1 KHAI QUAT VE MG BOI TRON 6

1.1 Bản chất hoá keo của mỡ bôi trơn 6 1.2 Cấu trúc của mỡ bôi trơn 7 1.2.1 Hình dáng cấu trúc mỡ 7 1.2.2 Tóm tất quá trình hình thành cấu trúc mỡ xà phòng §

2.3.1 Cấu trúc, thành phần và các đặc tính hoá lý của đầu thực vật 20

2.3.2 Ưu nhược điểm của dầu thực vật trong lĩnh vực bôi trơn 22

2.4 Các công trình nghiên cứu mỡ xà phòng lit trên cơ sở đầu thực vật 24

2.4.1 Dâu thực vật làm nguyên liệu cho mỡ xà phòng Hú

a/ Chất làm đặc — xà phòng liti

b/ Pha phân tán

c/ Phụ gia

2.4.2 Biến tính dầu thực vật làm nguyên liệu cho mỡ liti

2.4.3 Ảnh hưởng của nguyên liệu tới cấu trúc và tính chất của mỡ lii

a/ Ảnh hưởng của đầu chọn làm môi trường phân tán

b/ Ảnh hưởng của xà phòng liti làm đặc tạo cấu trúc mỡ

c/ Ảnh hưởng của các phụ gia

2.4.4 Công nghệ sản xuất mỡ xà phòng liti

a/ Điều chế và phân tán cơ - nhiệt - chất làm đặc

b/ Giai đoạn làm nguội - kết tỉnh

c/ Giai đoạn đồng thể hóa

đ/ Về thời điểm và phương pháp bổ sung các phụ gia

3 KET LUAN TREN CO 86 PHAN TICH LY THUYET

C NOI DUNG NGHIEN CUU

1 NGHIÊN CUU DANH GIA KHA NANG DUNG DAU THUC VAT LAM NGUYÊN

LIEU CHO MG BOI TRON CAO CAP

1.1 Đánh giá khả năng tương hợp giữa dầu thực vật và dầu khoáng và kha năng phản ứng hoá học của dầu thực vật

1.1.1 Khảo sát các loại dầu thực vật

1.1.2 Đặc tính kỹ thuật của dầu thực vật so với dầu khoáng

1.1.3 Tính tương hợp của dầu thực vật và dầu khoáng

1.1.4 Khả năng phản ứng hoá học của dầu thực vật

a) Phản ứng xà phòng hoá tạo xà phòng và tạo axit béo

b) Phản ứng methyleste hoá dầu thầu đầu

1.2 Đánh giá tính phân huỷ sinh học

1.3 Biến tính đầu thực vật thành hợp phần xà phòng phức lithi

1.3.1 Tạo axit 12-hydroxystearic

1.3.2 Tạo axit sebasic va axit azelaic

1.5 Tạo phụ gia chống mài mòn từ đầu thực vật

1.6 Tạo dầu gốc từ dầu thực vật biến tính

2 NGHIÊN CỨU SẢN XUAT MG BOI TRON MANG MONG

2.1 Lựa chọn môi trường phân tán

2.1.1 Các loại môi trường phân tán

b) Dầu tổng hợp 48

2.1.2 Lựa chọn tổ hợp môi trường phân tán 49

2.2 Tổ hợp phụ gia 51

2.3 Nghiên cứu các chế độ công nghệ tạo cấu trúc mỡ 53

2.4 Phân tích đánh giá mỡ (tính chất hoá lý) 55

2.5 Đánh giá tính năng sử dụng mỡ bôi trơn 56 2.5.1 Đánh giá khả năng làm việc của mỡ qua độ văng chảy ở điều kiện nhiệt

2.5.2 Đánh giá độ bên chống rửa trôi của mỡ: 57 2.5.3 Xác định độ ổn định cơ học: 58 2.5.4 Đánh giá khả năng bôi trơn 38 2.5.5 Đánh giá độ ổn định chống oxi hoá 59 2.6 Ly giai cấu trúc mỡ 59

2.9 Tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm 64

3 NGHIÊN CỨU SÂN XUẤT MỠ PHÂN HUÝ SINH HỌC 67

3.1.2 So sánh tính phân huỷ sinh học của các dầu dùng làm môi trường phân tán cho mỡ phân huỷ sinh học 68

3.5 Đánh giá theo phép thử gia tốc 79 3.5.1 Đánh giá khả năng làm việc của mỡ qua độ văng chảy ở điều kiện gia

3.5.2 Đánh giá độ bền chống rửa trôi của mỡ ở điều kiện gia tốc 80 3.5.3 Đánh giá độ bền chống oxi hoá: 80 3.5.4 Xác định độ ổn định cơ học 81 3.5.5 Nghiên cứu tính bảo vệ của mỡ 82 3.5.6 Đánh giá khả năng phân huý sinh học 83

3.9 Thử nghiệm hiện trường 88 3.10.Nghiên cứu mỡ phân huỷ sinh học sau sử dụng và đánh giá tình trạng cơ

D KHẢ NĂNG THƯƠNG MẠI HOÁ CỦA HAI LOẠI MỠ BÔI TRƠN

1 MO BOI TRON MANG MONG LICOM.MS 3 92

1.1 Giá thành của mỡ bôi trơn màng mỏng Licom.MS3 (tính cho 1 tấn sản

1.2 Khả năng thương mại hoá 93

2.1, Giá thành mỡ phân huỷ sinh hoc APP — PHSH 3 (tinh cho itén san

phẩm) 93

2.2 Khả năng thương mại hoá 94

E KET QUA THU DUOC 94

A MỞ ĐẦU

Theo đà phát triển chung của nên kinh tế đất nước và quá trình hội nhập, lượng máy

móc thiết bị, phương tiện cơ giới ở nước ta đang tăng lên không ngừng Chỉ riêng

lượng ô tô, xe máy ở Việt nam hiện nay đã có khoảng 10 triệu chiếc Nếu kể các

máy móc thiết bị công nghiệp có liên quan đến bôi trơn thì còn lớn hơn nhiều, tài sản có giá trị nhiều tỷ đô la

Lượng phương tiện đa đạng này ngày càng hiện đại, hàng năm đòi hỏi lượng đầu bôi trơn vào khoảng 200.000 tấn và lượng mỡ bôi trơn là 16.000 tấn gồm nhiều chủng loại và cấp chất lượng, nhằm đáp ứng yêu cầu của nhà chế tạo máy và sử dụng phù hợp ở điều kiện Việt nam Với lượng bôi trơn như vậy, các vật liệu bôi trơn gốc khoáng sau quá trình sử dụng thải ra ngoài môi trường không khỏi ảnh hưởng đến môi trường sinh thái (lượng mỡ thải loại chiếm khoảng từ 10% đến 30 % lượng mỡ

sử dụng) Mặt khác, nguyên liệu trên cơ sở dầu mỏ hiện nay rất khó khăn, nên việc

sử dụng các nguồn nguyên liệu tái tạo để sản xuất vật liệu bôi trơn là một trong những xu hướng phát triển công nghệ sinh thái của thế giới Ở Việt nam, các doanh

nghiệp trong nước chưa có nơi nào sản xuất được mỡ bôi trơn cao cấp an toàn môi

trường trên cơ sở nguồn nguyên liệu tái tạo, hầu hết là nhập của nước ngoài

Xuất phát từ thực tiễn trên, theo nhu cầu thực tế ở trong nước và phù hợp với xu hướng phát triển chung của thế giới, vấn dé đặt ra là: Wghiên cứu áp dụng các công nghệ và quá trình tổng hợp hoá học tiên tiến của thế giới, kết hợp với nghiên cứu đặc thù của nước ta để biến tính hoá học dầu thực vật — một trong những nguồn nguyên liệu có thể tái tạo, kết hợp sử dụng các chất làm đặc và các hệ phụ gia tiên tiến nhằm tạo ra mỡ bôi trơn cao cấp đạt tiêu chuẩn quốc tế, sử dụng thích hop với điêu kiện khí hậu nhiệt đới tại Việt nam là vấn đề cần thiết trong mục tiêu chung là bảo vệ và nâng cao tuổi thọ những máy móc thiết bị cũng như bảo

vệ môi trường

Từ các vấn đẻ đặt ra, dé tài hướng mục tiêu nghiên cứu sản xuất mỡ bôi trơn cao cáp trên cơ sở biến tính dầu thực vật; mỡ bôi trơn cao cấp gồm hai hệ sau:

s_ Mỡ bôi trơn màng mỏng (trên cơ sở xà phòng phức liHi)

» - Mỡ bôi trơn phân huỷ sinh bọc (trên cơ sở xà phòng đơn li)

B TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1 KHÁI QUÁT VỀ MỠ BÔI TRƠN

4.1 Bản chất hoá keo của mỡ bôi trơn

Mỡ bôi trơn là vật liệu bôi trơn hệ đa phân tán khác biệt hoàn toàn với đầu bôi trơn

bởi sự có mặt của pha phân tán có mức độ cấu trúc hoá rất cao trong thành phần của

mỡ

Xét về mặt đặc tính lưu biến khác biệt với dầu bôi trơn, có thể đưa ra khái niệm sau

Mỡ bôi trơn là loại vật liệu bôi trơn mà khi chịu tác động của tải trọng nhỏ trong

điều kiện của nhiệt độ thường thì thể hiện tính chất vật thể rắn và khi tải trọng đạt

giá trị tới hạn thì mỡ bắt đầu bị biến dạng dẻo và chảy như là chất lỏng, còn sau khi thôi chịu lực tác động thì lại phục hồi được tính chất vật liệu rắn

Tất cả các đặc điểm tính chất của mỡ bôi trơn nêu trong định nghĩa trên cũng như

đặc tính ma sát nội không tuân theo định luật Niutơn thể hiện qua việc độ nhớt của

nó không chỉ là hàm số của nhiệt độ còn biến đổi theo tốc độ bién dang, cũng như các đặc tính đặc thù khác đều liên quan tới bản chất keo (cấu trúc) của mỡ bôi trơn

Mỡ bôi trơn là hệ đa phân tán keo gồm ít nhất 3 cấu thành: môi trường phân tán (chất lỏng), pha phân tán và các phụ gia chức năng khác

Pha phân tán (chất làm đặc) trong quá trình điều chế mỡ bôi trơn đã tạo ra khung cấu trúc 3 chiều: ngậm chất lỏng (môi trường phân tán - thường là đầu) trong toàn

bộ thể tích của khung Trong các ô mạng khung cấu trúc, 60 -§0% chất lỏng phân tán giữ được nhờ các liên kết hấp phụ, phần còn lại là nhờ lực cơ học vandervan Tóm lại, mỡ bôi trơn là hệ đa phân tán tạo bởi pha phân tán (chất làm đặc — chất tạo nên khung cấu trúc) trong môi trường phân tán (chất lỏng bôi trơn) Khung cấu trúc của mỡ có các tính chất đặc biệt được quyết định bởi bản chất, kích thước (độ phân tán và độ mất cân đối), hình dạng phần tử pha phân tán và liên kết năng lượng giữa các phần tử đó Vì thế có thể nói rằng chất làm đặc - chất tạo cấu trúc quyết định các đặc tính cơ bản của mỡ bôi trơn

4.2 Cấu trúc của mỡ bôi trơn

Ở đây đề cập tới cấu trúc mỡ xà phòng là loại mỡ được sản xuất, sử dụng phổ biến

hơn cả

1.2.4 Hình dáng cấu trúc mỡ

Các kết quả nghiên cứu cấu trúc bằng phương pháp kính hiển vi điện tử cho thấy mỡ

xà phòng có cấu trúc dạng sợi và đối với từng loại mỡ, kích thước, hình dáng, sự phân bố và định hướng không gian của các sợi xà phòng rất khác nhau (xem hình 1a

va 1b)

Hta: Cau tric md trén co sé stearat liti H1b: Cau tnic ma trén co sé 12-hydroxystearat iti

1.2.2 Tóm tất quá trình hình thành cấu trúc mỡ xà phòng

Bất cứ mỡ xà phòng nào trong quá trình điều chế cũng đều trải qua các giai đoạn cấu trúc hoá, cụ thể: Từ dung dịch xà phòng trong dầu (dịch chảy ở nhiệt độ cao) khi

nhiệt độ hạ xuống ở mức nhất định hình thành misen tạo thành cấu trúc nói chung

Cấu trúc cuối cùng và các tính chất làm việc của mỡ bôi trơn được quyết định bởi các đặc tính hoá keo như: Nồng độ tới hạn kết hợp hoá (cca), nồng độ tới hạn misen (ccm), kích thước và hình dạng sợi mỡ Hình dạng misen tuỳ theo nồng độ xà phòng

có thể thay đổi từ dạng cầu tới dạng elipxoit duỗi thành sợi quyết định bởi các yếu

tố nhiệt động học Năng lượng liên kết cao của các phân tử trong misen do tương tác

ion, khả năng tạo liên kết phối trí hoặc liên kết hydro tạo nên, khi có mặt các phân

tử của các chất phân cực khác Sự hình thành misen hoặc các dạng kết hợp lượng

yếu hơn đo xuất hiện các bể mặt pha - màng misen (lực cơ học kết cấu, năng lượng

diện trường, lớp kép, sức căng bề mặt v.v) Kích thước và hình dạng các misen sơ

cấp tất nhiên là ảnh hưởng tới tính chất của giai đoạn kết hợp và cấu trúc hoá sau đó

Sự hình thành cấu trúc mỡ diễn ra thành hai giai đoạn: Sự tạo thành các misen sơ cấp

(các trung tâm kết tính hoá), sự phát triển của các misen này và sự tương tác giữa các phần tử pha phân tán đã hình thành đó Trong quá trình chuyển động nhiệt các

đơn vị cấu trúc va chạm với nhau và ghép nối với nhau ở những đoạn nhất định trên

sợi tạo thành cấu trúc xốp đạng lưới và dầu được ổn định và giữ lại trong các ô mạng của nó

®= Phân tử xà phòng - Lớp dâu

H 2: Mô hình cấu tạo misen tấm xà phòng trong dâu

Lực ghép nối phân tử của các nhóm phân cực giữa các phân tử xà phòng có thể là lực liên kết ion, phối trí, liên kết hydro và lực tương tác vanderval

Hình dạng, kích thước của các sợi xà phòng là những yếu tố ảnh hưởng quyết định

tới quá trình hình thành mỡ, khả năng làm đặc của xà phòng, tính ổn định cấu trúc của mỡ tạo thành

Cơ chế giữ dầu trong các ô mạng cấu trúc mỡ như sau:

Dưới tác dụng lực hút lẫn nhau của các sợi xà phòng, khung cấu trúc thường có xu hướng co hẹp lại tạo nên sức căng, thông qua lực tương tác giữa các phần tử dâu (các hydrocacbon) và các gốc hydrocacbon của các phần tử xà phòng (lực tương tác

vanderval) mà đầu làm giảm được sức căng này và được ổn định hoá

Sự hình thành mỡ, tính ổn định của mỡ tạo thành phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố

Cấu trúc mỡ có thể điều chỉnh được nhờ thay đổi các điều kiện của quá trình tạo mỡ (bản chất xà phòng, dầu, điều kiện công nghệ điều chế )

1.3 Tính chất mỡ bôi trơn

Khác với dầu bôi trơn, mỡ là hệ phân tán - keo có tính cấu trúc rất cao Nói chính xác hơn nó là một hệ không cân bằng về nhiệt động học và có các tính lý học, cơ và

hoá học hết sức phức tạp Ở đây chỉ để cập đến một số tính chất đặc trưng cho mỡ

được xem Xét trong quá trình nghiên cứu và công nghệ

1.3.1 _ Đặc tính cơ - khối (lưu biến)

Các tính chất cơ khối của mỡ bao gồm các đặc tính dẻo - đàn hồi, tính bền, tính

chảy, tính xúc biến Việc xác định các đặc tính này có ý nghĩa rất lớn để hiểu được

trạng thái bôi trơn của mỡ ở các cụm ma sát và điều kiện sử đụng

Để đánh giá các tính chất này người ta phải vận dụng các lý thuyết, kết quả khảo sát trong lĩnh vực khoa học lưu biến học (rheology) chuyên nghiên cứu các loại biến đạng và chảy của hệ phân tán keo khi có tác động của lực cơ học Chính vì thế mà

còn được gọi là các tính chất lưu biến

Việc nghiên cứu các tính chất lưu biến của mỡ một thời gian dài không được chú ý đúng mức và các công trình chủ yếu là của các nhà khoa học Liên Xô cũ Ở các nước tư bản phát triển khác vấn đề này ít được các tác giả để cập và chú trọng

dÍ Giới hạn bên trượt (ơ)

Nó được coi là ứng lực (phụ tải ) tới hạn cần phải áp đặt làm cho khung cấu trúc của

mỡ bị biến đạng và mỡ bắt đầu chuyển động Sự chuyển trạng thái vật ly theo giới hạn bên tương ứng với tình trạng mỡ bị phá vỡ liên kết cấu trúc nhanh hơn nhiều so với tốc độ khôi phục làm cho mỡ bị biến từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng và chảy như chất lỏng

Đơn vị đo giới hạn bền trượt là Pa

Giới hạn bền trượt là đặc tính vật lý thực sự của mỡ bôi trơn Giá trị đo của nó và sự

phụ thuộc của ơ vào nhiệt độ đặc trưng cho các tính chất sử dụng quan trọng của

mỡ Chính chỉ tiêu này cho thấy sự khác biệt giữa mỡ và các loại vật liệu bôi trơn

khác (trước hết là chất lỏng bôi trơn) Nó xác định khả năng mỡ có thể “luồn vào” vùng ma sát của các cụm công tác và bám giữ được trên bề mặt tiếp xúc cọ sát Nếu

giá trị này quá lớn thì mỡ khó có thể tới được nơi cần bôi trơn Ngược lại nếu mỡ có giới hạn bền trượt nhỏ thì bị văng khỏi bể mặt chuyển động, tuột khỏi các bề mặt

nghiêng và thẳng đứng, chảy rỉ khỏi các cụm ma sát không được làm kín tốt

Nhìn chung khi nhiệt độ tăng lên thì giới hạn bền trượt của mỡ bị giảm đi, chỉ có

một số loại mỡ phức canxi, mỡ silicagel, indantren và một vài loại khác mới có sự

phụ thuộc không bình thường ơ vào nhiệt độ, Đôi khi, khi nhiệt độ tăng lên tới mức nào đấy thì ơ tăng lên, sau đó lại giảm đi Trong một số trường hợp đặc biệt xẩy ra

sự “cứng nhiệt” của mỡ tới mức nó đóng rắn lại

Đối với mỡ mà khi nhiệt độ tăng lên, giới hạn bên trượt giảm đi thì nhiệt độ mà tại đó giới hạn bên trượt bằng không là dấu hiệu cho thấy đó là nhiệt độ sử dụng

lớn nhất có thể được của mỡ

Giới hạn bền trượt của mỡ quyết định bởi đặc điểm của khung cấu trúc (giá trị, hình đạng của đơn vị cấu trúc và năng lượng tương tác giữa chúng), nghĩa là bởi tất cả các yếu tố có ảnh hưởng tới sự hình thành cấu trúc của mỡ như thành phần hoá học của môi trường phân tán, loại và nồng độ pha phân tán, nồng độ và tính chất hoá học của

các chất hoạt động bề mặt (HĐBM) có mặt trong mỡ và các chế độ công nghệ

Cần lưu ý ở Liên Xô cũ, chỉ tiêu này của MBT rất được chú ý, còn ở các nước tư bản khác người ta ít để cập

bI Độ nhớt 1ịP

Trong trạng thái làm việc, nếu tác dụng của lực cơ học lớn hơn giới hạn bền, cấu trúc mỡ bị phá vỡ và mỡ bắt đầu chảy như dầu bôi trơn Ở giai đoạn này tính chất

của mỡ được đặc trưng bằng độ nhớt, song tính chất độ nhớt của mỡ hoàn toàn khác

với đầu gốc chứa trong nó và chiếm lượng chủ yếu trong thành phần của mỡ Độ

nhớt của mỡ không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ mà còn phụ thuộc vào gradien tốc độ

biến dạng Sở dĩ như vậy là do giữa các phần rắn của khung cấu trúc đã bị phá vỡ luôn tồn tại xu hướng phá vỡ (làm giảm độ nhớt) và thiết lập lại mối liên kết (làm tăng độ nhớt) Nếu tốc độ biến dạng tiếp tục tăng cao thì độ nhớt của mỡ tiếp tục giảm và ở giá trị tới hạn thì độ nhớt của mỡ sẽ không còn phụ thuộc vào tốc độ biến dạng và mỡ nhờn giống như chất lỏng Niutơn

Chính vì mỡ là vật liệu bôi trơn phi Niutơn nên mỡ được đặc trưng bởi độ nhớt hiệu dụng TỊ”

Độ nhớt là một đặc tính làm việc quan trọng của mỡ Nó xác định điều kiện (khả

năng) bơm được mỡ vào cụm ma sát ở nhiệt độ thấp Nó ảnh hưởng tới sự ổn định

của mômen quay khởi động và ổn định của ổ trượt, đặc trưng tương đối cho vận

chuyển mỡ chạy theo đường ống v.v

Độ nhớt của mỡ phụ thuộc vào khá nhiều yếu tố: độ nhớt của dầu thành phần, nồng

độ và thành phần, tính chất của chất làm đặc, sự có mặt của các chất hoạt động bể

mặt trong mỡ, các tham số công nghệ điều chế mỡ và yếu tố khác trong quá trình

cấu trúc hoá tạo mỡ

cl Độ đặc của mỡ

Độ đặc của mỡ được đặc trưng bằng chỉ số lún xuyên kim (độ lún), đánh giá mức độ

“cứng” hay “nhão” của nó Chỉ số này càng lớn thì mỡ càng nhão và ngược lại

Để xác định độ lún kim người ta sử dụng thiết bị đo Richardson và phương pháp

GOST 5346 hoặc ASTM D 217

Đơn vị đo là m.10' (mm10”) nghĩa là nếu mỡ có độ xuyên kim là 260 thì chóp côn

thiết bị Richardson tiêu chuẩn cắm sâu vào lớp mỡ đo được tới 26 mm

Tuy nhiên cần lưu ý là chỉ số lún kim chỉ có ý nghĩa quy ước thuần tuý mà không có

ý nghĩa vật lý và thực ra nó không thể đặc trưng cho các tính chất làm việc của mỡ

bôi trơn Không hiếm gặp phải trường hợp mỡ có thành phần hoá học khác nhau, có

tính chất khác hẳn nhau lại có độ lún xuyên kim gần bằng nhau Ở các nước SNG

người ta không quan tâm lắm đến chỉ số này Thế nhưng ở các nước tư bản khác thì

chỉ số xuyên kim lại được sử dụng để đánh giá các tính chất lưu biến của mỡ Chính

vì thế mà thịnh hành sự phân loại mỡ theo độ đặc của Viện mỡ bôi trơn quốc gia Mỹ (NLGD

Thực tế, chỉ số này chỉ nên dùng để đánh giá tính tương đối, sự đồng đều của các mẻ

mỡ cùng chủng loại sản xuất khác đợt, hoặc so sánh độ cứng nhão mỡ đối chiếu của

các hãng khác nhau như: Litol-24 (SNG), Shell Alvania 3, Castrolease L3 ( Castrol- Anh) vv

lại cấu trúc khi tác động này ngừng lại

Để đánh giá tính chất xúc biến có thể đựa vào sự thay đổi giới hạn bền, độ nhớt,

hoặc chỉ số xuyên kim trước và sau khi mỡ chịu tác động cơ học và sau khi mỡ ở

trạng thái đã nghỉ ngơi đài Tính chất này cho phép đánh giá độ ổn định cơ học của

mỡ, nhất là thời gian sử dụng dưới tác động lâu dài và liên tục của lực cơ học

Độ ổn định cơ học là một đặc tính sử dụng quan trọng của mỡ bôi trơn được dùng

cho 6 bi lăn và đặc biệt trong các cơ cấu khớp, trục phẳng, ổ trượt bởi vì trong các

trường hợp này toàn bộ lượng mỡ trong ổ trục đều làm việc Khi đó, mỡ nào có độ

ổn định cơ học kém, tức là dễ bị nhão nát phá huỷ mà không có khả năng hồi phục tính chất ban đầu sau khi cất tải trọng, sẽ chảy ra khỏi ổ cụm ma sát Cũng không kém phần tệ hại nếu mỡ bị “cứng hoá” sau khi phá huỷ và để yên nghỉ ngơi Khi đó

sẽ xẩy ra hiện tượng mỡ không thể luồn vào vùng ma sát cần bôi trơn và đó chính là

hiện tượng ma sát khô

el Nhiệt độ nhỏ giọt

Chỉ tiêu này cũng thuộc tính chất cơ - khối (lưu biến) của mỡ

Nhiệt độ nhỏ giọt được gọi là nhiệt độ lớn nhất mà tại đó với điều kiện đúng chuẩn

theo quy dinh ASTM D566, IP 132, DIN 51801, GOST 6793, giọt mỡ từ lỗ đầu

nhiệt kế đo Ubelope chảy rơi xuống

Như ta đã biết, MBT là hệ chất đa cấu tử (từng loại mỡ đặc trưng bởi nhiệt độ nóng

chảy nhất định), nhiệt độ nhỏ giọt đặc trưng về mặt hình thức cho nhiệt độ nóng chảy Ý kiến cho rằng nhiệt độ nhỏ giọt thể hiện giới hạn nhiệt độ sử đụng lớn nhất của mỡ là không hoàn toàn đúng vì ngày nay, các mỡ hiện đại có nhiệt độ nhỏ giọt

cao hơn hẳn, ví dụ mỡ đa dụng liti 170° - 210°C; mỡ phức liti ~ 2300 - 270°C; mỡ

bentonit và mỡ silicagel còn không nhỏ giọt nhưng nhiệt độ sử dụng của các mỡ này

ở mức thấp hơn nhiều: mỡ liti đa dụng là 135 °C, mỡ phức li ti là 175 °C, mỡ betonit

là 200 °C Dựa vào nhiệt độ nhỏ giọt đôi khi có thể phán đoán bản chất của chất làm

đặc của mỡ (gián tiếp), về giới hạn nhiệt độ sử dụng một khi biết được thành phần

và tính chất của môi trường phân tán của mỡ

1.3.2 _ Độ ổn định và các tính chất lý - hoá

al Dé ổn định keo

Khả năng của mỡ giữ được dâu (môi trường phân tán) trong ô mạng khung cấu trúc của mình dưới tác động của lực bên ngoài được gọi là độ ổn định keo Độ ỗn định keo của mỡ liên quan chặt chế tới độ bền của cấu trúc mỡ Trong khung cấu trúc, phân lớn dâu giữ lại được do lực cơ học và vì thế nó có thể chảy ra qua các lỗ xốp và

khe hở trong khung do tác động của chính trọng lượng của mình Do đó độ ổn định

keo của mỡ phụ thuộc trước hết vào mức độ hoàn thiện của khung cấu trúc quyết định bởi hình dạng, kích thước (độ phân tán), và mức độ đồng nhất của các phần tử cấu trúc

Về mặt nguyên tắc, khả năng làm đặc của pha phân tán càng lớn và hàm lượng chất

làm đặc cao thì pha lỏng càng được giữ chấc trong khung cấu trúc và điều đó phụ

thuộc vào cation và anion của xà phòng Trong các loại xà phòng dùng để sản xuất

mỡ thì xà phòng li có khả năng làm đặc cao nhất,

Độ ổn định keo là một tính chất quan trọng của mỡ Nó đặc trưng cho cách thể hiện

của mỡ trong tồn chứa và trong sử dụng Nếu mỡ bị tách dâu nhiều qúa mức (độ ổn định keo thấp) thì khối mỡ sẽ bị tách lớp trong thùng khi tồn chứa, nghĩa là dầu bị tách ra dưới áp lực đè của trọng lượng khối mỡ, còn trong điều kiện làm việc - dầu

sẽ bị tách khỏi mạng cấu trúc và chảy ra, xà phòng làm đặc còn lại sẽ bị rắn lại, làm

hồng chế độ bôi trơn Tuy nhiên cũng phải nhớ rằng nếu dầu tiết từ mỡ ra quá ít (độ

ổn định keo cao) tức là bản thân mỡ quá khô cũng ảnh hưởng xấu tới khả năng bôi

trơn của nó Mỡ kiểu như vậy sẽ khó bôi trơn được và chỉ tiết máy sẽ bị mài mòn trước hạn định (hiện tượng “đào rãnh” trong hốc chứa mỡ) Vì thế mỡ phải có độ én định keo cao vừa phải

Để đánh giá độ ổn định keo người ta đã dùng nhiều phương pháp khác nhau, các số

liệu thu được từ các phương pháp này ít khi gần bằng nhau, thậm chí còn mâu thuẫn trái ngược nhau và không phù hợp với các điều kiện tồn chứa, sử dụng trong thực tế

Tại các nước SNG, đó là phương pháp theo tiêu chuẩn GOST 7142, ở Mỹ là ASTM

D 1742, ở Đức là phương pháp DIN 51817 Cũng cân lưu ý là giá trị đo độ ổn định keo theo phương pháp GOST 7142 thường cho lượng dầu bị tách ra khỏi cấu trúc mỡ cao hơn là các phương pháp khác đã đề cập ở trên

b/ Dé ổn định chống oxy hoá

Độ ổn định chống oxy hoá là khả năng chống lại các tác động hoá học của môi trường bên ngoài Nó được xác định theo sự thay đổi độ hấp phụ oxy và hàm lượng kiểm tự do hoặc chỉ số axit ở điều kiện quy định Sự oxy hoá của mỡ trong nhiều trường hợp bắt đầu bằng sự oxy hoá của thành phần đầu của nó Hơn thế nữa nếu chất làm đặc là xà phòng đi từ các chất béo chứa hydrocacbon không no thì mỡ cũng

dễ bị biến chất hoá học Vì thế việc lựa chọn thành phần mỡ là rất quan trọng, nhất

là để sản xuất mỡ chịu nhiệt độ và tải trọng cao, bởi vì khi mỡ bị oxy hoá, trong mỡ

sẽ tích tụ các sản phẩm gây ăn mòn và làm phân huỷ xà phòng, phá vỡ cấu trúc mỡ

Quá trình oxy hoá xẩy ra theo cơ chế chuỗi gốc phân nhánh và tạo ra sản phẩm

trung gian là hydroperoxyt rồi đến rượu, aldehyt, xeton và cuối cùng tạo thành axit cacboxylic cũng như CO; và nước Cơ chế của quá trình phức tạp này có thể miêu tả

RyR,CHOOH # HO —— RRạCOOH + HạO (1.6) R,R,COOH — RRạC=O0 + HO

Xeton còn được tạo thành từ rượu bậc 2, sản phẩm của phản ứng 1.5

Song song với các phản ứng trên có quá trình kết hợp các gốc gọi là phản ứng đứt chuỗi Ở trạng thái dừng, vận tốc đứt chuỗi bằng vận tốc tạo gốc tự đo phân nhánh Đặc trưng chuỗi gốc phân nhánh tạo nên giai đoạn cảm ứng của quá trình oxy hoá Trong giai đoạn này hydroperoxit bị tích ¡u, vận tốc oxy hoá thấp, sau đó mới

chuyển qua giai đoạn tăng vọt vận tốc phần ứng

Xeton tiếp tục bị oxy hoá thành œ-xetohydroperoxit:

nguyên nhân làm giảm đáng kể tuổi thọ sử dụng của chúng Vì thế các loại mỡ đa

dụng và mỡ chịu nhiệt độ cao dứt khoát phải có phụ gia chống oxy hoá

Người ta dùng phương pháp chuẩn đánh giá độ ổn định hoá học của mỡ GOST

5734 Một phương pháp phổ biến nữa là phương pháp đánh giá độ oxy hoá của mỡ trong bom Norma - Hopman theo ASTM D942 - 50

14

1.3.3 Tính chất chống ăn mòn kim loại

Tất cả các mỡ không được gây ăn mòn bề mặt cơ cấu ma sát cũng như phải bảo vệ tốt các bẻ mặt đó không bị môi trường bên ngoài tác động gây ăn mòn Tính chống

ăn mòn của mỡ được đánh giá theo phương pháp GOST 9080 hoặc ASTM D 4080 1.3.4 - Tính phân huỷ sinh học

Tính phân huỷ sinh học của MBT là tính chất bị phân huỷ do quá trình trao đổi chất

của các vi sinh vật như vi khuẩn, nấm mốc, tảo và các loại men.Tính phân huỷ sinh

học được đặc trưng bởi một số giá trị đo được như sau:

al Giá trị BOD (nhu cầu oxi sinh học)

Giá trị BOD cho biết lượng oxi cần thiết cho quá trình phân huỷ sinh hoá các chất hữu cơ và vô cơ (các sun phua, các hợp chất sắt) có trong nước thải Nếu giá trị này cao sẽ dẫn đến thiếu oxi ảnh hưởng đến môi trường (làm chết cá)

bị Giá trị COD (nhu cầu oxi hoá học)

Giá trị COD của một chất cho biết lượng oxi quy đổi tương ứng với lượng chất oxi hoá cần tiêu tốn để phân huỷ hoá học chất đó trong những điều kiện thí nghiệm xác định

Sự chênh lệch giữa giá trị BOD và giá trị COD cho phép đánh giá độ PHSH của một chất

cl Su PHSH sơ cấp

Su PHSH sơ cấp tương ứng với lượng mất đi của chất ban đầu

d! Sự PHSH hoàn toàn

Sự PHSH hoàn toàn là sự PHSH của một chất tính tới thời điểm chuyển hoá hoàn

toàn thành cacbon dioxit và nước

eÍ Sự PHSH nhanh

Sự PHSH nhanh là khả năng phân huỷ nhanh trong một hệ thống kém thích nghĩ Trên cơ sở sự PHSH nhanh người ta đã xây dựng rất nhiều phương pháp đánh giá

tính PHSH (phương pháp chai kín, OECD, phương pháp Sturn) với nguyên lý cơ bản

như sau: nuôi cấy một lượng nhỏ chủng vi sinh ưa khí trong một môi trường trung gian và nạp một lượng nhỏ chất nghiên cứu (2-100ml/) làm nguồn cacbon và năng lượng Một chất coi là có tính PHSH nhanh khi kết quả phân tích lớn hơn 60 %

g! Tính PHSH vốn có

Tính PHSH vốn có là khả năng PHSH trong một thời gian đủ đài trong các điều kiện

thuận lợi để có thể PHSH Trên cơ sở khả năng PHSH vốn có người ta xây đựng các

phương pháp sau: phương pháp Scas, phương pháp Zan- Wellen)

Tuy nhiên các phương pháp đã để cập chưa hoàn toàn phù hợp để xác định tính PHSH đối với mỡ với cấu tạo hỗn hợp phức tạp Phương pháp chung hiện nay được chấp nhận để áp dụng cho mỡ là phương pháp CEC-L33-T-82: mẫu nghiên cứu được phân huỷ trong môi trường nước có các chất dinh dưỡng dưới tác động của một

chủng vi sinh thích hợp Sự phân huỷ được đánh giá bằng phổ hồng ngoại tại một

bước sóng xác định Mẫu với kết quả lớn hơn 70 % được coi là có tính PHSH tốt Tuy nhiên phương pháp CEC-L-33-T-82 cũng có một số hạn chế: chỉ xác định được

sự phân huỷ sơ cấp và kết quả chỉ tương ứng với phần tan trong nước Trong tương lai, cần có sự điều chỉnh phát triển các phương pháp phân tích cho phù hợp hơn

1.3.5 Cac tinh chat sir dung

Tính chất sử dụng (tính năng) là hệ thống chỉ tiêu thứ hai phải được xem xét và đánh giá đối với mỡ bôi trơn

Rõ ràng là việc thử nghiệm tiến hành trong các điều kiện thực tế là biện pháp tốt nhất để đánh giá tính năng của mỡ bôi trơn và là việc cuối cùng trong xác định điều chế một loại mỡ bôi trơn mới hay đơn pha chế mới Cho đến nay chưa có những phương pháp thử nghiệm chính xác cho phép xác định các tính chất sử dụng của mỡ Chính vì vậy việc đánh giá đòi hỏi phải có phòng thí nghiệm tính năng chuyên dụng

ai Tính bên chịu nước

Tính bền chịu nước được hiểu là khả năng của mỡ không bị tan trong nước, không bị nước cuốn trôi khỏi bề mặt được bôi trơn, tính chất ít bị biến đổi khi một lượng nước nhỏ lẫn vào, không hút hơi nước ẩm Người ta hay dùng khái niệm độ chống bị nước rửa trôi và xác định chỉ tiêu này theo phương pháp ASTM- D1264, FIAT 50512

Độ bên chịu nước là một đặc tính quan trọng của mỡ làm việc ở các cơ cấu ngoài của tàu thuỷ, tàu biển, xà lan, tàu ngầm, ở sacxi (khung gầm) các phương tiện vận tải cũng như ở các cơ cấu mà khó tránh khỏi sự lẫn nước vào mỡ

bí Các đặc tính chống ma sát - mài mòn - kẹt xước

Các đặc tính này ngày nay gọi chung là các đặc tính tribology Nó còn được gọi tắt

là tính bôi trơn của vật liệu bôi trơn (ở đây là của mỡ bôi trơn)

Trong các tài liệu, khi so sánh khả năng bôi trơn của mỡ và dầu còn tồn tại các cách

nhìn nhận trái ngược nhau như sau:

- Do cấu trúc của mỡ bị phá huý ở các ứng suất trượt nhất định và ở các nhiệt độ gia tăng trong vùng ma sát nên có ý kiến cho rằng bôi trơn bằng mỡ không có ưu thế hơn so với bôi trơn bằng dầu;

- Do trong thành phần của mỡ có các chất hoạt động bề mặt cho nên khả năng bôi trơn của mỡ xà phòng luôn tốt hơn khả năng bôi trơn của dầu;

- Do mỡ có giới hạn bền và độ nhớt lớn hơn của riêng môi trường phân tán là đầu nên sức cản của lớp mỡ mỏng phải lớn hơn dầu nghĩa là việc làm đặc dầu tạo ra mỡ làm giảm khả năng bôi trơn của dầu

Nhìn chung, tính bôi trơn của mỡ (cũng như các loại vật liệu bôi trơn khác) có được

là do tạo ra trên bề mặt kim loại một lớp ranh giới có tính chất đặc biệt, hoặc là do tạo ra sự giảm độ cứng do hấp phụ mà vai trò đáng kể ở đây là của sự chuyển hoá hoá học bề mặt ma sát

Sự ma sát cũng như sự mài mòn bề mặt kim loại đều đi kèm rất nhiều hiện tượng vật

lý trong kim loại cũng như ngay trong mỡ bôi trơn kim loại đó Theo quan điểm

hiện đại thì khả năng bôi trơn của mỡ là hàm số phức tạp của biến số thành phần

mỡ, cấu trúc và tính chất lý hoá của nó Mặc dù có quá nhiều các loại chất hoạt

động bề mặt phát sinh và đưa vào mỡ ở các chế độ làm việc khắc nghiệt của mỡ (tải trọng điểm và nhiệt độ cao) thì hoạt tính bề mặt của xà phòng làm đặc cũng không

đủ khả năng để có thể tạo ra trên bề mặt kim loại được bôi trơn một lớp mỡ mỏng bền về cơ và về hoá - lý Trong trường hợp như vậy thì khả năng bôi trơn có thể cải

thiện được bằng cách bổ sung các chất hoạt động hoá học và hấp phụ mạnh hơn Đó chính là các phụ gia chống mài mòn và kẹt xước Phụ gia chống mài mòn có tác

dụng ngăn can sự mài mòn quá mức của kim loại ở điều kiện tải trọng và nhiệt độ cao, còn phụ gia chống kẹt xước hay còn gọi là phụ gia cực áp (E.P) thì ngăn cản sự phá huỷ bề mặt và làm địu đi quá trình ma sát

Khi đánh giá các đặc tính tribology của mỡ phải xem xét nhiệt độ tới hạn khi màng

bôi trơn bị phá huỷ, áp lực tới hạn mà mỡ chịu được, các tính chất chống ma sát và chống mài mòn, đặc tính chống kẹt xước và các tính chất khác

Do trong thành phần của mỡ luôn có các chất hoạt động bề mặt cũng như các phụ gia chuyên dụng, nên khả năng bôi trơn của mỡ cao hơn khả năng bôi trơn của dâu

mà từ đó tạo ra mỡ

Trong số các thiết bị được dùng để đánh giá đặc tính tribology của mỡ phải kể đến

máy 4 bị (đánh giá theo GOST 9490, ASTM D2596, IP 240) cũng như một số máy

chuyên dụng khác Timken (ASTM D2590, IP 240, Falex (ASTM D2625, máy SRV (DIN 51834), gía thử kiểu máy bánh răng FTMS 335) cũng như một số các thiết bị đánh giá theo các chỉ tiêu khác

Bang 81: Bing so sánh đặc tính của một số loại mỡ bôi tron

Mỡ gốc Nhôm Mỡ gốc Natri | Mỡ gốc canxi Mỡ gốc xà phòng liti Polyurê Mỡ đất sét

Khả năng bơm (lưu động trong bơm mỡ từ |Kém [Trung bình | Trung bình | Tốt Trung bình | Tốt Tốt Tốt Tốt

Độ ổn định keo Tốt Tết Trung — binh | Trung bình | Tốt Rất tốt Rất tốt Rất tốt Rất tốt

Xu hướng phát triển Không | Đangtăng | Giảm Giảm Giám Tốt Dang tang | Khôngnhiu | Giảm

(hàng đẩu hiện nay}

2 MO BOITRON TREN CO SG XA PHONG LITI

Nhóm mỡ xà phòng ngày được đề cập nhiều hơn cả vì là nhóm mỡ chủ yếu, hiện nay

chiếm tới 85 + 90% tổng lượng mỡ bôi trơn được sử dụng, trong đó mỡ xà phòng liti

luôn giữ vị trí hàng đầu Ở Mỹ, mỡ gốc liti chiếm tới 70,3% toàn bộ lượng mỡ bôi

trơn (200.000 tấn/năm) sản xuất ra hàng năm Mỡ xà phòng liti có hai loại là mỡ xà phòng đơn liti và mỡ xà phòng phức liu Đó là mỡ bôi trơn mà chất làm đặc tạo cấu

trúc là xà phòng liti từ phản ứng giữa chất béo (axít béo hoặc glyxerít của chúng) với

dung dich hydroxit liti trong nước (xà phòng đơn) hoặc giữa chất béo, các axít thấp phân tử với dung dịch bazơ này (xà phòng phức)

2.1 Mỡ xà phòng đơn liti

Trong các loại mỡ bôi trơn, mỡ trên cơ sở xà phòng chiếm một tỷ trọng rất lớn, trong

đó chủ yếu là mỡ xà phòng đơn liti Mỡ xà phòng lifi ngày càng phát triển theo đà

phát triển của khoa học công nghệ vì cho đến nay người ta đã thấy nó có tính chất hơn hẳn các loại mỡ xà phòng đơn của các kim loại được nhân loại tạo ra và sử dụng trước nó như mỡ xà phòng đơn Na, Ca, Ba, AI, Pb, Zn,v.v Nếu như mỡ xà phòng natri được coi là “thủy tổ” của loại mỡ xaf phòng nói chung được biết đến từ thế kỷ XIX thì mỡ xà phòng liti mới được tạo ra và sử dụng trong chiến tranh thế giới thứ 2 (1939 - 1945), còn mỡ liti đa dụng đi từ axít 12-hydroxystearic thì mới được biết đến

và điều chế, sử dụng được từ những năm 70 của thế kỷ XX Các đặc tính ưu thế của loại mỡ xà phòng liti có thể dễ dàng nhận ra trong bảng so sánh với các loại mỡ bôi

trơn khác sau đây (Xem bảng BI)

Như vậy, xà phòng đơn liti thường được dùng để chế tạo các mỡ đa dụng cao cấp,

hoặc mỡ chịu tải làm việc đến nhiệt độ 135 °C Tuỳ theo thành phân và tính chất phân huỷ sinh học mỡ xà phòng đơn li tỉ có thể là mỡ bôi trơn thông thường hoặc là

mỡ Phân huỷ sinh học Mỡ PHSH thường có nguồn gốc đầu thực vật, hoặc dầu tổng

hợp với độ PHSH lớn hơn 60 % theo phương pháp CEC-L-33-T-82

2.2 M@ xa phòng phức liti

Mỡ xà phòng phức li ti có lịch sử phát triển sau mỡ xà phòng đơn li ti Do các ưu thế

đã trình bày ở bảng BI1., mỡ xà phòng phức liti thường được dùng cho các mục đích bôi trơn đến 175 °C Tuỳ theo thành phần pha phân tán và phụ gia, dải nhiệt độ làm việc của mỡ xà phòng phức liti có thể từ -40 °C đến 175 °C Vì vậy xà phòng phức liti

thường được dùng để chế tạo mỡ đặc chủng cao cấp Đặc biệt, khi bôi trơn ở nhiệt độ

cao với chế độ làm việc có tải trọng rung lớn rất dễ gây mất bôi trơn, mỡ xà phòng phức liti thường được cho thêm các phụ gia bôi trơn khô như Molipden disunphua hoặc graphit để tăng cường màng bôi trơn có độ bám dính tốt Những mỡ này gọi là

mỡ bôi trơn màng mỏng

2.3 Dau thực vật trong lĩnh vực bôi trơn

2.3.1 Cấu trúc, thành phần và các đặc tính hoá tý của dầu thực vật

Dầu thực vật thường chứa 99 % triglixerid là các este của các axit béo và gÏixerin:

— Axit béo no: cdc axit myristic, palmitic, stearic

— Axit béo không no một nối déi: oleic, eruxic

—_ Axit béo không no nhiều nối doi: linoleic, linolenic

— Axit béo chứa nhóm hydroxyl: axit ricinoleic

Các dầu thực vật khác nhau có thành phần axit béo khác nhau, nhưng đều có cấu tạo

cơ bản như sau (trên hình vẽ là giả thiết cấu tạo của dầu ve và dầu đậu tương với các axit béo chủ yếu của chúng):

at Lien kétC=C b: Lien kétC-H ©:Liên kếtCOO d: Liên kếtC-OH

Như vậy dầu thực vật có các loại liên kết chính là: liên kết C-H, liên kết COO (liên kết este), liên kết C=C (nối đôi) và liên kết C-OH (trong dâu ve) Trong đó liên kết COO có độ bên thuỷ phân kém, độ bền oxi hoá không cao Trong các axit có chứa nối đôi thì axit oleic có độ bên oxi hoá tốt hơn cả Vì vậy, hiện nay trên thế giới người fa hướng tới các dầu thực vật biến đổi gien với mục đích tạo ra các loại dầu thực vật có hàm lượng oleic là cao nhất (97-98%), giảm thiểu tối đa các axit có từ

hai nối đôi trở lên để phục vụ cho mục đích sử đụng các dâu này làm nguyên liệu sản

xuất vật liệu bôi trơn phân huỷ sinh học (có độ bền chống oxi hoá chấp nhận được và

có tính chất nhiệt độ thấp tương đối tốt)

Thành phần axit béo và các đặc tính hoá lý của một số dầu thực vật thông dụng được dẫn ra ở bảng B2 và B3:

Bắng B2: Thành phần axit béo của một số dầu thực vật thông dụng

Dầu thực | Tỷtrọng | Chỉsốxà | Chỉsốlôt | Điểm Điểm | Độnhớtở | Độ nhớtở

vật (glcm’) phong {g 1.11009) chớp cháy | đông đặc 40°C 100°C

Dầu thực vật có khả năng phân huỷ sinh học cao hơn hẳn dầu khoáng (xem bảng B4)

Bảng B4: Khả năng phân huỷ sinh học của các loại dâu khác nhau

Do cấu tạo của đầu thực vật có nhóm chức phân cực có khả năng bám dính trên bề

mặt kim loại và có đuôi hydrocacbon dài nên dầu thực vật có khả năng chịu tải và

chống mài mòn cao hơn hẳn dầu khoáng Ngoài ra tính chất nhiệt nhớt của đầu thực

vật cũng rất tốt (có chỉ số độ nhớt từ 150 đến 200) và điểm chớp cháy cốc hở rất cao

Về mặt kinh tế, dầu thực vật đắt hơn dầu khoáng khoảng 1,5 lần nhưng lại rẻ hơn nhiều so với đầu tổng hợp

Dầu thực vật có tính phân huỷ sinh học, không độc hại nên rất an toàn về mặt sức khoẻ và môi trường Ngoài ra đầu thực vật là nguồn nguyên liệu tiểm năng do có thể tái tạo được

bị Nhược điểm

Do đặc điểm cấu tạo (mức độ không no cao, cấu trúc mạch thẳng không có che chắn

không gian, có liên kết este) nên dầu thực vật có độ bền oxi hoá và độ bên thuỷ phân

kém Dầu thực vật chứa các axit béo có từ hai nối đôi trở lên rất dễ bị đồng phân hoá thành hệ nối đôi liên hợp Hệ này bị ôxi hoá rất nhanh do tạo thành các peroxit theo phản ứng dưới đây:

+X"

Sự `

Polyperoxyt — Trùng hợp

Các loại dầu có liên kết nối đôi liên hợp không được để cập đến do không phù hợp

để làm nguyên liệu cho dầu mỡ bôi trơn

Trong các điều kiện nhiệt độ (trong cơ cấu được bôi trơn) và độ ẩm (trong không

kh?) dầu thực vật đễ bị thuỷ phân dân dần thành axit béo tự do:

⁄Z⁄

Trong đó: R¿: gốc axit béo của dầu thực vật

R,OH: Glyxerin, monoglyxerid hoặc di glyxerid

Tính chất nhiệt độ thấp của dầu thực vật cũng là một nhược điểm lớn làm hạn chế khoảng sử dụng của chúng (một số dầu thực vật có điểm đông đặc cao hơn dâu

khoáng) Đối với đầu thực vật cũng có thể cải thiện tính chất nhiệt độ thấp bằng các

chất hạ điểm đông gần tương tự như đầu khoáng, nhưng sự tương thích ít hơn nên

phải có sự khảo sát lựa chọn kỹ càng hơn

Nói chung, các nhược điểm trên đây có thể khắc phục được nhờ lựa chọn các loại phụ gia hoặc sử dụng công nghệ biến tính dầu thực vật

2.4 Các công trình nghiên cứu mỡ xà phòng liti trên cơ sở dầu thực vật

2.4.1 Dầu thực vật làm nguyên liệu cho mỡ xà phòng liti

al Chat lam đặc — xà phòng liti

Cho đến nay hầu hết xà phòng li tỉ đều đi từ các nguyên liệu cổ điển là liti hydroxyt

và axit béo Axit béo thông dụng nhất là axit 12-hydroxystearic với các đặc tính hoá

lý rất phù hợp với mỡ bôi trơn (mỡ trên cơ sở axit 12-hydroxystearic có độ ổn định

cơ học và độ ổn định keo rất tốt, và cho hiệu xuất mỡ cao) Vì vậy, dầu thực vật dùng làm xà phòng chủ yếu là dầu ve hydro hoá

Đối với xà phòng phức liti, ngoài axit 12-hydroxystearic trong chất làm đặc còn có

axit thấp phân tử Các axit thấp phân tử chủ yếu là axit azelaic, adipinoic, xebasic

hoặc terephtalic Trong đó, các axit azelaic và xebasic (được chế tạo từ quá trình nhiệt phân dầu ve) thường được các nước trong Cộng đồng châu Âu và Mỹ sử dụng Axit terephtalic (tổng hợp từ dầu mỏ) được các nước Liên xô cũ sử dụng Các axit azelaic và xebasic có ưu điểm là có cấu tạo mạch thẳng, dễ phân huỷ hơn axit

terephtalic có chứa mạch vòng trong phân tử Tuy nhiên, các công trình mới chỉ để cập đến các chất làm đặc này trong môi trường dầu khoáng và dầu tổng hợp Việc chế tạo mỡ trên cơ sở các chất làm đặc này và dầu tổng hợp mới chỉ được đề cập tới

6 dang patent

bị Pha phân tán

Đối với mỡ xà phong don litiPHSH:

Mỡ xà phòng đơn lii PHSH dạng thương phẩm chủ yếu đi từ dầu tổng hợp là các

polyol este, dieste và polyalphaolefin (PAO) Các công trình thường ở dạng patent và

thường không đề cập đến các kết quả nghiên cứu sâu về việc dùng các loại đầu tổng hợp để chế tạo mỡ PHSH Mỡ trên cơ sở dầu tổng hợp thường có độ PHSH 60 — 65

% (theo phương pháp CEC-L„T33-82)

Dầu thực vật làm môi trường phân tán chủ yếu đi từ dầu đậu tương, dầu đậu tương biến đổi gen và dầu hạt cải Việc dùng dâu ve làm môi trường phân tán mới chỉ được

để cập đến một cách sơ lược trong mot patent cha Trung quốc, và chưa có mỡ thương

phẩm đi từ dầu ve Các mỡ trên cơ sở dầu thực vật và hỗn hợp của chúng thường có

độ PHSH cao hơn 85-90% với cùng phương pháp xác định nêu trên

Ngoài ra, còn có một số nghiên cứu về việc sử dụng hỗn hợp dầu gốc khoáng và dầu thực vật Các công trình này chủ yếu ở giai đoạn đầu của lịch sử phát triển mỡ

PHSH Một số nghiên cứu sử dụng polyol cste hoặc dieste trong hỗn hợp với dầu

thực vật để tăng cường tính chống oxi hoá của hỗn hợp đầu Tuy nhiên, các công

trình này đề cập đến polyoleste và đieste như là một phụ gia nhưng lại dùng với tỷ lệ rất lớn 20 — 30 %, nên cũng có thể coi là môi trường phân tán Các mỡ này thường có

độ PHSH dat yéu cau (2 60 %) nhưng thấp hơn mỡ đi từ dầu thực vật

Đổi với mỡ xà phòng phức liti:

Mỡ xà phòng phức lit hiện nay chủ yếu là đi từ dầu khoáng và dầu tổng hợp gốc

khoáng như PAO Một số ít đi từ dầu tổng hợp với nguồn gốc thực vật là polyoleste,

nhưng mới chỉ được đề cập tới ở dạng pafent

cl Phu gia

Phụ gia sử dụng cho các mỡ xà phong liti PHSH va béi tron mang mỏng là các phụ

gia truyền thống Phụ gia chống oxi hoá chủ yếu là hỗn hợp arylamin và

ankylphenol Phụ gia chống mài mòn cũng là các phụ gia thông thường dùng cho

dầu gốc khoáng, nhưng chú trọng hơn là hướng tới dùng phụ gia este dầu thực vật

sunphua hoá Có một công trình nghiên cứu về các phụ gia trên cơ sở dầu thực vật có

để cập tới phụ gia cải thiện độ nhớt là các dầu có nhóm hydroxy được este hoá ở nhóm hydroxy (các estolid) và phụ gia sunphua hoá este đi từ dầu thực vật dùng trong mỡ bôi trơn, còn chủ yếu là các phụ gia để dùng cho dầu bôi trơn

2.4.2 Biến tính dầu thực vật làm nguyên liệu cho mỡ liti

Về chất làm đặc các biến tính chủ yếu là nhiệt phân và hydro hoá đầu ve tạo các axit:

12-hydroxystearic, azelaic va xebasic

Về pha phân tán các công trình chú trọng tới este hoá và trao đổi este dầu thực vật tạo polyoleste, đieste và mono este Một số công trình để cập đến phenol hod dau

thực vật nhưng chủ yếu để phục vụ lĩnh vực dầu bôi trơn

Về phụ gia các biến tính chủ yếu là sunphua hoá sunpho hoá và este hoá tạo estolid

2.4.3 Ảnh hưởng của nguyên liệu tới cấu trúc và tính chất của mỡ liti

al Ảnh hưởng của dầu chọn làm môi trường phân tán

Như trên đã đề cập, môi trường phân tán của mỡ PHSH là đầu thực vật, hỗn hợp dầu thực vật với nhau, hỗn hợp dầu thực vật và đầu khoáng, hỗn hợp dầu thực vật và các dầu tổng hợp khoáng hoặc có nguồn gốc thực vật Nói chung cho đến nay chưa có

các nghiên cứu một cách có hệ thống về ảnh hưởng của các loại môi trường phân tán đến các tính chất của mỡ PHSH trong đó có cấu trúc mỡ

bị Ảnh hưởng của xà phòng liti làm đặc tạo cấu trúc mỡ

Các kết quả nghiên cứu nhìn chung là đều đưa tới các kết luận tương đối thống nhất

về ảnh hưởng có tính chất quyết định của chất làm đặc tới sự hình thành cấu trúc mỡ

cũng như các tính chất của mỡ xà phòng liti

này có thể xem ở bảng B5

Bảng B5 Tính chất mỡ bôi trơn di ti’ cac litistearat khde nhau

Nhiệt độ Độ xuyên kim ở 25°, mm

Xà phòng liti nhỏ mm Tước | Saukhi | Sau khigié

khigiá | giá 60 lần | 100.000 lan

Như vậy, trong số các axit hữu cơ no C¡; thì axít 12-hydroxystearic, được sản xuất từ

glyxerit của axít rixinoleic bằng cách hydro hóa dầu thầu dầu sau đó tách ra, là nguyên liệu tốt nhất để tạo ra xà phòng Hú với hydroxit liti

Ở các nước tư bản, nhất là ở Châu Âu, do phải nhập dầu thầu dầu từ Braxin để sản

xuất axít này mà nguồn nguyên liệu dầu thực vật này phụ thuộc rất nhiều vào thời

tiết và thời vụ thu hoạch tại Braxin, hơn nữa nhu cầu tiêu thụ vào các mục đích khác lại lớn, nên người ta đã tìm cách thay thế axit 12-hydroxystearic bang cdc

hydroxyaxit tổng hợp - đồng phân của axit này Tuy nhiên mới chỉ thành công với

axit 9, 10-hydroxysftearic, thu được từ phản ứng cộng nước vào axit oleic (dùng xúc

tác axit đễ cho proton):

CH3— (CHa)? — CH — CH—(CH2)7— COOH + CH;COOH ——>

+

Hy CHạ—-(CH¿); — CHạ—— CH—(CH2)7—- COOH ———>

OCOCHa

Este với axit axetic

Tách lấy hydroxy axit béo

— CH3— (CH2)7 — CH,—— CH—{CH2)7—- COOH

OH Axit 9-hydroxy stearic

hoặc thông qua phản ứng ngưng tụ xiclohexanon với œ - olefin rồi oxy hóa có định hướng tiếp theo tạo axít 6-hyđroxystearic

của mỡ xà phòng liti 12-hydroxystearat Có lẽ đấy cũng là nguyên nhân tại sao cấu

trúc mỡ 12-LioSt lại bền và có tính năng tốt hơn cả

Người ta cũng thấy rằng, nếu hàm lượng axít khong no, chang han axit oléic, trong axít 12-hydroxystearic tăng lên thì giới hạn bền của mỡ sẽ giảm đi, độ ổn định keo cũng kém đi

Tóm lại, với việc tìm ra được tính tạo xà phòng làm đặc cho mỡ gốc li chất lượng

cao của axít 12- hydroxystearic đi từ dâu thâu dâu là tốt nhất, ngày nay hầu như Ở

tất cả các nước trên thế giới, mỡ xà phòng liti da dung va các loại mỡ đặc biệt khác

trên cơ sở xà phòng LioSt này đang và sẽ còn chiếm vị thế hàng đầu trong tất cả các

loại mỡ bôi trơn

- Mỡ xà phòng phúc li:

Mỡ xà phòng mà trong thành phần pha phân tán gồm cả xà phòng và các muối của

các axit thấp phân tử được gọi là mỡ phức

Các muối này có cation kim loại trùng với cation của xà phòng, chính là chất tạo

phức và có anion là gốc axit hữu cơ hoặc vô cơ thấp phân tử Như vậy chất làm đặc là

xà phòng phức

Sở đĩ ngày nay người ta tạo ra các mỡ xà phòng phức vì bằng cách đó có thể làm tăng nhiệt độ nhỏ giọt (tăng nhiệt độ làm việc) của mỡ lên đáng kể Hầu hết các mỡ

phức đêu có tính chống mài mòn, chống kẹt xước và chịu được nhiệt độ sử dụng cao

hơn các mỡ xà phòng đơn của cùng cation kim loại Đặc tính của các mỡ xà phòng

phức đã được đề cập tóm tắt ở mục 1.3.5 (xem bảng B1)

Trong số các mỡ xà phòng phức, mỡ xà phòng phức liúi được sản xuất và sử dụng

nhiều hơn cả bắt đầu từ những năm cuối thập kỷ 80 của thế kỷ XX

Mỡ xà phòng phức liti là sản phẩm đồng kết tỉnh xà phòng liti của axít béo phân tử

lượng cao và muối liti của axít hữu cơ và vô cơ phân tử lượng thấp Xà phòng đơn liti

được sử đụng để tạo mỡ phức liti có thể là ñú_12-hydroxystearat hoặc litistearat Các

axít thấp phân tử thường dùng là axít dicacboxylic mach thang từ C; đến C¿ cũng như axít vô cơ là axit boric

Kết quả nghiên cứu có thể xem ở bảng B6 sau đây

Bảng Bê: Thánh phẩn xả phòng phức liff và tính chất mỡ từ xà phòng phức litt

trong) lạ | FE | one | gore | 2%

Axít tạo phức Đặc tính mỡ tạo thành

Số Pe ot fen 669) 56 ond 0

Ky hiệu | "uyên tử Min ở Nhiệt ora tốc độ 10| Độ én

nhiệt độ nhỏ giọt cao thì có thể khẳng định là phức phân tử phức hợp đã tạo ra và đó

chính là xà phòng phức liti

- Cơ chế của phản ứng tạo xà phòng phức có thể được giải thích như sau:

+ Khi dùng xà phòng đơn 12-LioSt va mudi dicacboxylat liti Li,Dc oxy của nhóm

axyl Li;Dc tương tác với hydro của nhóm hydroxy ở vị trí C¡; của gốc 12-LioSt Nếu

thay 12 LioSt bang xà phòng LiSt thì xà phòng phức LiSt + Li;Dc không tạo thành được

Để lấp day octet (bát tử) lớp hóa trị Li,B,O, trong lớp điện tử của nguyên tử Bo còn

thiếu hai điện tử, trong khi đó nhóm axyl của 12-LioSt và LiSt thì mật độ điện tử

cao Vì thế các cấu tử xà phòng phức liti có thể tạo ra liện kết phối trí kiểu B O

và điều đó đã được khẳng định bởi hiệu ứng nhiệt tạo ra khi phức phân tử tạo thành giữa Li;B,O; với 12 LioSt cũng như với LiSt

Các mỡ xà phòng phức lii nhìn chung có độ ổn định cơ học, giới hạn bền trượt ở

20°C gần bằng mỡ xà phòng LioSt và điều tất nhiên là có nhiệt độ nhỏ giọt và tính chất tribology khá hơn Vì thế nó có xu hướng phát triển sử dụng ngày càng tăng

trong tương lai

Các nghiên cứu trên chủ yếu áp dụng cho các mỡ trên nền dầu khoáng Nhưng các tính năng làm đặc của xà phòng Hư trên nền dầu thực vật cũng theo quy luật tương

tự Tuy nhiên, chưa có các các nghiên cứu sâu về những ảnh hưởng đặc thù khi môi

trường phân tán là dầu thực vật và dầu tổng hợp

c¡ Ảnh hưởng của các phụ gia

- Chất ức chế oxy hóa:

Như đã đề cập ở điểm b) tiểu mục 1.1.3.2 các phụ gia chống oxy hóa cho mỡ thường

là các phụ gia ức chế oxy hóa dùng cho dầu, nhưng với hàm lượng lớn hơn

Đặc điểm cơ chế tác dụng của các phụ gia chống oxy hóa cho mỡ bôi trơn - một hệ chất phức tạp có bản chất keo và tính cấu trúc được nghiên cứu chưa đầy đủ Tuy nhiên cũng có thể điểm lại ở đây các loại phụ gia này

Các chất chống oxy hóa cho mỡ được phân loại theo hai nhóm chính như sau:

Nhóm thứ nhất hoạt động theo cơ chế bắt gốc tự đo Tiêu biểu là các phenol thế và amin thơm

Các hợp chất này có liên kết O-H, N-H yếu, dễ đàng chuyển hóa proton cho gốc để

tạo thành gốc phenoxy hoặc gốc amin thơm hoạt tính thấp do ổn định với nhân thơm, đặc biệt khi có thêm các nhóm thế nhờ đó chuỗi phản ứng bị ngắt

Cơ chế hoạt động của dipheylamin như sau:

Cơ chế này thể hiện tác động chống oxy hóa của chất ức chế kiểu điphenylamin ở

nhiệt độ trong khoảng (90°C < t°C < 120°C)

Ở điều kiện nhiệt độ cao hơn (t°C > 120°C) cơ chế có thể như sau:

Từ trên đây ta thấy gốc nitroxyl (X) tác dụng với gốc alkyl bậc 2 tạo ra (XI) và hợp

chất XI trung gian này, dưới điều kiện nhiệt độ cao (>120°C) tái tạo ra trở lại phân tử

diphenylamin

Nhóm thứ hai hoạt động theo cơ chế phân húy peroxit thành những chất kém hoạt động hơn Tiêu biểu là các hợp chất cơ sulfua như axít dialkyditiocarbamic, dialkyditiophosphat kém (ZDDP) va este (dilauryl, dimiristyl, distearyl) cia axit

thiodipropionic Cơ chế có thể nhu sau :

r

ll RCOOH RCOOH + R—S—R; ———>> ROH + R¿— S—Rạ ——> Rr Rạ + ROH

oO

- Chất ức chế ăn mòn kim loại:

Để nâng cao tính chống, ăn mòn bảo vệ kim loại cho tất cả các loại mỡ bôi trơn, trong thành phần mỡ ngày nay không thể thiếu chất ức chế ăn mòn kim loại Chức năng của nó là ngăn cản quá trình ăn mòn điện hóa Trong số ba nhóm chất ức chế

ăn mòn: nhóm chất tan trong nước, nhóm tan cả trong nước và dầu và nhóm chất tan trong dầu thì nhóm cuối cùng là được sử dụng trong thành phần mỡ phổ biến và ưu

Hình 1.3: Sơ đồ các tương tác năng lượng chủ yếu trong hệ kim loại - nước -

mỡ bôi trơn chứa chất ức chế có ăn mòn kim loại

E, - Nang luong lién két kim loai - nudc E, - Nang luong lién kết chất ức chế - đầu

E; - Năng lượng liên kết kim loại - dầu B; -Năng lượng liên kết chất ức chế-chất làm đặc E; - Năng lượng liên kết kim loại - chất ức chế E; - Năng lượng liên kết chất ức chế- nước

E¿ -Năng lượng liên kết kim loại-chất làm đặc E; - Năng lượng liên kết dầu-chất làm đặc

E; - Năng lượng Hên kết dầu - nước E¡s - Năng lượng liên kết nước-chất làm đặc

Đối với mỡ, năng lượng liên kết chất ức chế với mỡ có thể là khá đáng kể do chất ức

chế là chất hoạt động bề mặt có thể tham gia vào thành phần misen hoặc cấu trúc của

nó Vì thế nếu chỉ dùng lượng chất ức chế ít như đối với dầu bôi trơn thì thậm chí nó không còn đủ lượng để bám hoặc hấp phụ trên bề mặt kim loại được

Cũng chính vì tương tác của chất ức chế với bản thân kim loại của cả kim loại xà

phòng làm đặc trong mỡ nên nó sẽ có thể ảnh hưởng tới sự cấu trúc hóa của mỡ Do

đó chất ức chế 4n mòn nên đưa vào mỡ ở nhiệt độ khi đã kết thúc sự hình thành các đơn vị cấu trúc của nó

Cũng cần nhắc lại ở đây là cho đến nay rất nhiều chất ức chế ăn mòn kim loại có hiệu quả tác dụng cao đã được sử dụng cho dầu bôi trơn và các loại mỡ lỏng bảo quản Chủng loại các phụ gia chống ăn mòn dùng trong sản xuất mỡ bôi trơn còn rất

hạn chế do chưa có nhiều các công trình nghiên cứu có tính chất hệ thống hóa về sự lựa chọn và nghiên cứu ảnh hưởng của các chất ức chế ăn mòn đối với các tính chất

sử dụng của mỡ

2.4.4 Công nghệ sản xuất mỡ xà phòng lifi

Công nghệ sản xuất mỡ xà phòng liti trên cơ sở dầu thực vật hâu như chưa được

nghiên cứu sâu sắc ở bất cứ công trình nào Chủ yếu việc chế tạo ra mỡ PHSH và mỡ

bôi trơn màng mỏng vẫn chỉ dựa trên các công nghệ đã áp dựng cho mỡ trên nên dầu

khoáng với các giai đoạn chủ yếu như sau:

- Điều chế và phân tán cơ - nhiệt xà phòng trong dầu

- Lam nguội - kết tính dịch chảy xà phòng - dầu

al Diéu ché va phdn tan cơ - nhiệt - chất làm đặc

Đây là giai đoạn quan trọng của quá trình công nghệ Ở giai đoạn này chất béo (hoặc

axít béo) được xà phòng hóa (trung hòa axít béo) Độ triệt để xà phòng hoá chất béo

có ý nghĩa lớn đối với việc tạo ra mỡ có các đặc tính định trước cần có làm sao cho chi phí nguyên liệu béo là nhỏ nhất

- Đối với chất làm đặc là xà phòng li in-situ:

+ Hỗn hợp chất béo được cho vào trong lượng dầu đã được bơm vào nồi phản ứng có

khuấy và được gia nhiệt tới nhiệt độ cao hơn điểm nóng chảy của chất béo 5°C -

10°C

+ Bơm thành tia dòng dung dich LiOH trong nước vào khdi chat va 6 95°C - 100°C xây ra phản ứng xà phòng hóa:

CaHz(RCOO)s ‹_ LIOH —> 3 RCOOLIi + CaH;(OH);

Hoặc phản ứng trung hoà axit béo:

RCOOH + LIOH —> RCOOLi + HạO

+ Đuổi nước ra khỏi khối phản ứng ở nhiệt độ 100°C - 120°C

Kết quả là tạo ra dịch đặc xà phòng trong dầu

Đặc điểm của kiểu công nghệ này là:

Quá trình xà phòng hóa thường phải tiến hành với lượng LiOH dư để phản ứng xảy

ra triệt để nhất và xà phòng thu được không có tinh axit

Giai đoạn xà phòng hóa trong dầu đi kèm sự tạo bọt rất mạnh nên dung tích nồi phản

ứng phải lớn gấp 3 - 4 lần thể tích dịch đặc xà phòng trong dầu thu được

- Đối với chất làm đặc là xà phòng lii đã chế sẵn:

Chất làm đặc được điều chế riêng ở nơi khác, dùng hệ thiết bị chuyên dụng sản xuất

xà phòng theo các bước xà phòng hóa, lọc, rửa và sấy khô

Tạo huyền phù xà phòng trong dầu bằng cách khuấy trộn trực tiếp theo tỷ lệ xác định

Đun chảy huyền phù tạo thành để tạo ra dịch chảy đẳng phí

Phương pháp điều chế này không có lợi ích kinh tế trong sản xuất mỡ xà phòng liti vì

chi phí năng lượng tổng cộng lớn hơn 20% - 25% so với sản xuất mỡ từ xà phòng in- situ

Nhìn chung cần phải đặc biệt chú ý khi chất làm đặc là chất béo động thực vật Trong trường hợp này xà phòng hóa là một công đoạn rất tốn năng lượng và nếu

phản ứng không được triệt để thì trong xà phòng làm mỡ sẽ còn tồn dư axít béo làm giảm chất lượng của mỡ bôi trơn đi rất nhiều Đối với trường hợp dùng chất béo như

vậy, giải pháp tốt nhất là phải sử dụng phương pháp xà phòng hóa dưới điều kiện áp suất (thiết bị phản ứng chịu áp - aufoclav) Khi đó quá trình thủy phân trong xà phòng hóa chất béo kéo đài 2h - 3h và đạt hiệu suất 90% - 94%

Tốc độ xà phòng hóa tỷ lệ với nồng độ phân tử gam của các chất tham gia phản ứng

Vi vay, để tăng tốc độ phản ứng cần phải duy trì nồng độ của các chất tham gia phản

ứng ở mức độ cao nhất có thể được bằng cách:

* Lượng dầu đưa vào giai đoạn này ở mức xác định và lượng kiểm được đưa vào đều

đều, dần dần theo lượng tính toán chính xác

* Tạo điều kiện khuấy trộn tốt, tăng mức độ tiếp xúc giữa các chất béo và kiểm

Mức độ triệt để sùa phân ứng được kiểm tra thông qua việc xác định hàm lượng kiềm

tự do

Tiếp theo quá trình xà phòng hóa là quá trình phân tán cơ nhiệt nhằm mục đích tạo

ra hệ phân tán xà phòng - đầu ở nhiệt độ cao Ở đây tốc độ nâng nhiệt đến nhiệt độ

chảy của xà phòng - dầu và thời gian giữ dung dịch này ở nhiệt độ chảy có ảnh

hưởng đáng kể tới tính chất của mỡ sau này

bị Giai đoạn làm nguội - kết tỉnh

Giai đoạn làm nguội để kết tỉnh xà phòng là một trong các giai đoạn công nghệ sản

độ xà phòng, sự có mặt của axít hoặc kiểm tự do và các chất hoạt động bẻ mặt khác,

tốc độ khuấy trong kết tỉnh và hiển nhiên là chế độ làm nguội Khi giữ nguyên các

yếu tố nêu trên và điều chỉnh chế độ làm nguội thì có thể thông qua quá trình cấu

trúc hoá mà điều chỉnh được kích thước và hình dạng sợi xà phòng cũng như sự tạo thành khung cấu trúc, nhờ đó thay đổi được các tính chất của mỡ theo hướng mong muốn

Các công trình nghiên cứu cho thấy chế độ làm nguội kết tính của xà phòng LioSt

khác với chế độ làm nguội của xà phòng LiSt Ngoài ra, do rất nhiều yếu tố ảnh

hưởng nên đối với từng loại mỡ xà phòng liti, từng loại nguyên liệu axít béo, dầu

.v.v cần phải xác định chế độ làm nguội tối ưu rất cụ thể trong thực nghiệm

c¡ Giai đoạn đồng thể hóa

Là giai đoạn quan trọng của quá trình công nghệ sản xuất mỡ xà phòng liti

Đồng thể hóa có tác dụng làm tăng sự phân bố đồng đều chất làm đặc trong cấu trúc

mỡ, nhờ đó làm tăng khả năng làm đặc của mỡ xà phòng liti, đảm bảo tính đồng nhất

và hình dáng bên ngoài của mỡ

Có nhiều phương pháp đồng thể hóa mỡ xà phòng lid được áp dụng hiện nay Trong

số đó phương pháp tiên tiến nhất là ép mỡ qua khe hở cực nhỏ điều chỉnh được của

hệ van khóa máy đồng thể hóa xylanh - pittông Điều quan trọng là phải xác định

đúng các thông số kỹ thuật quá trình đồng thể hóa Đối với máy đồng thé roto (máy nghiền cối xay) - đó là độ lớn khe hở giữa stato và rôto, số vòng quay cua stato va lưu lượng mỡ trong một đơn vị thời gian hoặc gradien tốc độ biến dạng; còn đối với

máy đồng thể nén xylanh - pittông - đó là khe hở giữa nấp van (nấm) đế chân van và

áp suất đầu vào và đầu ra của luồng mỡ từ máy đồng thể hóa Vấn đề nghiên cứu sự ảnh hưởng của đồng thể hoá tới tính chất MBT đang được tiếp tục

dJ Về thời điểm và phương pháp bổ sung các phụ gia

Như đã đề cập trong một số công trình công bố, các phụ gia chức năng khác nhau cần bổ sung vào MBT thường phat ở lượng gấp 2-4 lần so với cho vào DBT

Tuỳ thuộc vào phương pháp đưa phụ gia vào thành phần mỡ (trong quá trình hình

thành mỡ hoặc vào mỡ thành phẩm) có thể có các hình thức tương tác khác nhau của các chất HĐBM với các hợp phần của MBT như hấp phụ vật lý, hấp phụ hoá học, trợ

tan hoặc phản ứng hóa học trong khối mỡ v.v

Cùng một loại xà phòng liti làm đặc, với hàm lượng xà phòng khác nhau, hiệu quả tác dụng của phụ gia trong mỡ cũng khác nhau Do các phân tử phụ gia có thể tham

gia vào thành phần sợi chất làm đặc (hiện tượng trợ tan bề mặt hoặc thể tích) cũng

như do hiện tượng hấp phụ mà năng lượng liên kết của các phụ gia với môi trường khá cao Vì thế có thể thấy rằng nếu phụ gia được đưa vào mỡ xà phòng lii ở lượng nhỏ thì không tạo ra được hiệu quả tác dụng

Khác với dâu, công nghệ đưa phụ gia chống oxy hoá vào mỡ có thể ảnh hưởng đáng

kể tới hiệu quả tác dụng của nó trong mỡ Hiện nay không có một phương pháp nào duy nhất cho việc bổ sung phụ gia này vào MBT Các quá trình điều chế mỡ xà

phòng lii thường tốn nhiều thời gian và tiến hành ở nhiệt độ cao (quá 100°C) Trong

khi đó các chất ức chế oxy hoá thường dùng cho DBT, nếu dùng cho mỡ xà phòng Hữu thì không đủ độ bền nhiệt Do đó cho đến nay, việc lựa chọn loại phụ gia và thời

điểm bổ sung nó vào mỡ xà phòng liti vẫn cần phải được xem xét cho từng loại chế

độ công nghệ Ví dụ, phụ gia diphenylamin nếu đưa vào trong giai đoạn phân tán nhiệt tạo dịch chảy xà phòng liti trong đầu ở nhiệt độ cao 200 - 210°C là không hợp

lý, vì mới chỉ ở mức nhiệt độ cao hơn 150°C thôi thì phụ gia này đã bị biến tiêu tốn

đo tác dụng ức chế quá trình oxy hoá rồi và còn có thể bị giảm hoạt động của chính phụ gia này

Thêm vào đó, khác với DBT, do phụ gia không nhất thiết phải tan hoàn toàn trong

mỡ xà phòng liti (khung cấu trúc loại trừ được hiện tượng phụ gia bị lắng tách) nên

có ý kiến cho rằng việc bổ sung phụ gia chống oxy hoá vào mỡ xà phòng liti thành

phẩm (trong giai đoạn nghiền đồng thể hoá) là có hiệu quả hơn cả Theo tác giả này

thì ở thời điểm đó phụ gia không bị tác động xấu của nhiệt độ cao và có tác dụng chống oxy hoá sau này rất tốt Tuy nhiên cần lưu ý là phải hạn chế sự oxy hoá của dâu làm môi trường phân tán của mỡ trong quá trình hình thành cấu trúc, nên vẫn phải cho ít ra là một phần phụ gia này vào các thời điểm giai đoạn trước Đó là chưa

kể đến hiện tượng phụ gia phân bố không đều trong mỡ khi đưa nó vào mỡ thành

phẩm