nghiên cứu tổng hợp một số hợp chống ôxy hoá cho dầu nhờn và dầu bôi trơn động cơ, thuộc họ amin

Các loại HVI và VHVI được sản xuất từ cácparafin và qua các công đoạn làm sạch dùng dung môi và tách sáp.Dầu gốc khoáng do được tách chiết từ dầu thô cho nên thành phần hoá học rất đa d

LỜI MỞ ĐẦU

Việc nâng cao hiệu quả sử dụng dầu nhờn và dâù bôi trơn luôn là mối quantâm lớn của các nhà chuyên môn trong nhiều lĩnh vực có liên quan Để có đượchiệu quả cao nhất trong sử dụng các trang thiết bị kỹ thuật, các máy móc, công cụđòi hỏi phải có các loại dầu nhờn và dầu bôi trơn có chất lượng tốt, người sử dụngphải có phương pháp bôi trơn đúng và đảm bảo các yều kỹ thuật

Sử dụng đúng các loại dầu bôi trơn là tiền đề quan trọng cho việc nâng caotuổi thọ của các máy móc, thiết bị, giúp chúng ta phát huy được công suất hoạtđộng và các chi phí sản xuất khác

Để nâng cao hiệu quả sử dụng dầu nhờn và dầu bôi trơn, bên cạnh các giảipháp mang tính liên nghành thì việc kiểm tra đánh giá chất lượng của các loại dầu

sử dụng là một vấn đề có ý nghĩa to lớn Việc đánh giá đúng đắn và nhanh chóngchất lượng của các loại dầu, cũng như chiều hướng biến đổi chất lượng của dầutrong quá trình sử dụng là một vấn đề cấp thiết Đó là cơ sở cho việc áp dụng, cảitiến, các giải pháp phù hợp trong công nghệ sản xuất, bảo quản, tồn chứa, sử dụngdầu nhờn và dầu bôi trơn

Đối với tất cả các loại dầu đang sử dụng hiện nay, quá trình ôxy hoá cácthành phần của dầu luôn là nguyên nhân quan trọng gây biến chất và rút ngắn tuổithọ làm việc của dầu trong sử dụng Do vậy, việc tìm ra các chất chống ôxy hoácho dầu nhờn nói chung và dầu bôi trơn nói riêng là rất cần thiết

Mục đích đặt ra trong khuôn khổ luận văn này là: “Nghiên cứu tổng hợp một số hợp chống ôxy hoá cho dầu nhờn và dầu bôi trơn động cơ, thuộc họ amin” và nhằm làm sáng tỏ sự ảnh của một số nhóm thế đến tính kháng ôxy hoá

của amin đối với dầu nhờn nói chung và cũng như đối với dầu bôi trơn động cơ nóiriêng…

Phần 1 :Tổng quan Chương1:Dầu nhờn và dầu bôi trơn động cơ

I.Nguồn gốc và thành phần của dầu :

Dầu gốc là thành phần chính đảm nhận chức năng bôi trơn Chúng có nhiềuloại khác nhau, phổ biến nhất là các dầu gốc khoáng nhận được từ quá trình chếbiến dầu mỏ Trong một lĩnh vực sử dụng hẹp người ta còn dùng nhiều loại dầu gốcđộng thực vật Loại này phổ biến dùng nhất ở Mỹ và châu Âu

Trong dầu nhờn khoảng 80% là dầu gốc, 20% là phụ gia

1 Dầu gốc khoáng

Dầu khoáng được sản xuất từ dầu mỏ, với số nguyên tử các bon từ 20 đến 80bao gồm :

_ Alkan mạch thẳng và alkan mạch nhánh

_ Xyclo alkan đơn vòng và đa vòng có nhánh prafin

_ Các hợp chất thơm đơn vòng và đa vòng chứa nhánh akyl

_ Các hợp chất chứa vòng Naphten, vòng thơm và mạch nhánh alkyl trongmột phân tử

_ Các chất hữu cơ chứa dị nguyên tố S, N, O

Một số cấu trúc điển hình của dầu khoáng như sau:

(CH3)2CHCH2CH2 CH CH(CH3)2

CH2CH(CH3)2

iso - parafin

CH2CH3(H3C)2HC CH2CH(CH3)2 Xycloalkan

Có hai nhóm bao gồm: nhóm dầu chưng cất có độ nhớt từ 11÷150 cSt ở 400C

và nhóm dầu cặn có độ nhớt ở vào khoảng 140÷1200cSt ở 400C

Trong giao dịch buôn bán quốc tế, người ta thường dùng cách phân loại của

Mỹ Theo cách phân loại này: dầu chưng (ký hiệu là N) được phân loại theo độnhớt Saybolt Claiversal Seconds (SUS) ở 1000F Tương tự dầu cặn (ký hiệu là BS)được phân loại theo SUS ở 210 0F

Theo đó, dầu gốc là 150N là phân đoạn dầu chưng cất có độ nhớt là 150 SUS

ở 100 0F (29 cSt ở 400C) và 150 BS là phân đoạn dầu cặn có độ nhớt 150 SUS ở

2100F (30,6 cSt ở 1000C) Tiêu chuẩn ASTM D-2161 cung cấp bảng chuyển đổi độnhớt từ cSt sang SUS ở bất cứ nhiệt độ nào

b Theo chỉ số độ nhớt ( Viscosity Index - VI) người ta phân biệt các loại dầu gốc có:

_ Chỉ số độ nhớt cao( HVI ): VI > 85

_ Chỉ số độ nhớt trung bình ( MVI ): VI = 30÷85

_ Chỉ số độ nhớt thấp ( LVI ): VI < 30

Ngoài ra các loại dầu có VI > 140 được liệt vào loại có chỉ số độ nhớt rất cao(VHVI) Kiểu phân loại dầu gốc theo chỉ số độ nhớt còn bao hàm cả ý tưởng nêu rathành phần và phương thức sản xuất dầu gốc Các loại dầu (LVI) được sản xuất từcác phân đoạn Naphten, các loại dầu (MVI) từ các phân đoạn parafin (MVIP), từcác phân đoạn Naphten (MVIN) Các loại (HVI ) và (VHVI) được sản xuất từ cácparafin và qua các công đoạn làm sạch dùng dung môi và tách sáp.

Dầu gốc khoáng do được tách chiết từ dầu thô cho nên thành phần hoá học rất

đa dạng, không có phương pháp nào tách được những thành phần có tính chất bôitrơn tốt nhất ra khỏi hỗn hợp Vì vậy dầu gốc khoáng chỉ có các thành phần trungbình đại diện cho các thành phần chính trong dầu và chúng không cung cấp đủ cáctính năng bôi trơn thích hợp cho tất cả các loại động cơ, máy móc, thiết bị

Được điều chế từ các hợp chất phân tử thấp cho nên dầu tổng hợp có thể cungcấp các loại dầu bôi trơn theo ý muốn Dầu tổng hợp có thể có các tính chất của cácthành phần tốt nhất trong dầu khoáng, ngoài ra chúng có các tính chất riêng nhưkhông cháy, trộn lẫn với nước mà dầu khoáng không thể có

Ưu điểm cơ bản của dầu tổng hợp so với dầu khoáng là tính chất nhiệt nhớttốt, độ bền nhiệt và oxy hoá cực cao, và độ bay hơi thấp cho nên thường được sửdụng trong điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ cao và dải nhiệt độ rộng như dầumáy nén khí, dầu động cơ tốc độ cao, tua bin khí, dầu bánh răng công nghiệp

Dầu gốc tổng hợp bao gồm các hydrocacbon tổng hợp: Este hữu cơ,polyglycol mà tiêu biểu là poly alpha olefin (PAO), poly ankylen glycol (PAG),este polyol, dieste (DE), este phophat, vv…

Cấu trúc của các dầu tổng hợp điển hình:

(H2C CH CH2)n

CH3

poly alpha olefin

O)n Per flo alkyl polyeste

3 Dầu gốc thực vật:

Dầu gốc từ dầu thực vật đang được quan tâm và sử dụng ngày càng nhiều Hailoại đang được nghiên cứu nhiều nhất ở Tây Âu và Mỹ là dầu hướng dương, dầuaxit oleic và dầu hạt cải dầu axit eruxic Tuy vậy chỉ một số ít dầu thực vật có thểđược sử dụng do các yếu tố kỹ thuật và kinh tế

II Công nghệ sản xuất dầu gốc:

Phần lớn dầu gốc sản xuất từ dầu thô, việc tách các thành phần không mongmuốn trong sản xuất dầu gốc được thực hiện nhờ các quá trình lọc dầu sẽ cho phépsản xuất dầu gốc có chất lượng cao, ngay cả với phân đoạn dầu nhờn của dầu thôchưa thích hợp cho sản xuất dầu nhờn

Sơ đồ công nghệ chung để sản xuất dầu nhờn gốc từ dầu mỏ thường bao gồmcác công đoạn như sau:

Phần chiết

Sáp

D u c tầ ấtrung D u c t ầ ấ

Tuỳ theo yêu cầu đặt ra về mặt cấu trúc của các hydrocacbon (theo xuhướng có lợi), người ta có thể sử dụng các giải pháp công nghệ khác nhau như:reforming, cracking, alkyl hoá, đồng phân hoá, polyme hoá, hydro hoá,vv….

Công nghệ chung để sản xuất dầu nhờn gốc từ dầu mỏ bao gồm các côngđoạn chính:

+ Chưng cất chân không nguyên liệu cặn mazut

+ Chiết tách, trích ly bằng dung môi

+ Tách hydrocacbon rắn ( sáp hay petrolactum )

+ Làm sạch lần cuối bằng hydro

Qua qúa trình tách asphan bằng propan thường dùng để sản xuất dầu nhờn từnguyên liệu cặn gudron có độ nhớt cao cũng chính là quá trình tách, triết, trích lybằng dung môi

Để có được dầu nhờn ta hãy đi vào từng công đoạn sản xuất dầu nhờn cụ thể:

1 Chưng cất chân không:

Từ sơ đồ chung, ta thấy công đoạn trong sản xuất dầu nhờn gốc là chưng cấtchân không để tách lấy các phân đoạn riêng biệt dựa vào khoảng nhiệt độ sôi hay

độ nhớt Nguyên liệu của quá trình này là phần cặn của quá trình chưng cất khíquyển AD (gọi là mazut) Do đó mục đích của công đoạn này là điều chỉnh độ nhớt

và nhiệt độ chớp cháy của phân đoạn dầu gốc Phần cặn từ quá trình chưng cất khíquyển (còn gọi là cặn rộng) được đưa thẳng đến tháp chân không, tại đây phần cặnnày được tách thành các phân đoạn dầu bôi trơn khác nhau, và phần cặn chânkhông ( phần cặn hẹp )

Chưng cất chân không tạo ra các sản phẩm dầu bôi trơn có độ nhớt khác nhau.Phần nhẹ nhớt thu được ở phía trên của tháp phân đoạn và dầu nặng thu được từđáy tháp Tất cả dầu bôi trơn chưng cất phản ánh thành phần hoá học tổng quát củacác loại dầu mỏ đem sử dụng Kết quả cho thấy không phải tất cả các loại dầu mỏđều có thể thu được dầu gốc chất lượng cao từ bất cứ loại dầu mỏ nào, song giáthành sản phẩm cuối cùng cao Dầu thô tốt nhất cho việc sản xuất dầu gốc là dầu có

Đối với dầu bôi trơn chưng cất từ cùng một loại dầu mỏ, độ nhớt là hàm sốcủa khoảng nhiệt độ sôi và cũng là của phân tử lượng Độ nhớt là tham số quyếtđịnh, bởi vì trong trường hợp chưng cất chân không việc điều chỉnh nhiệt độ sôitương đối khó

Điểm chớp cháy của một phân đoạn chủ yếu phụ thuộc vào các cấu tử có nhiệt

độ cho dù hàm lượng có nhỏ chăng nữa Nó còn phụ thuộc vào hiệu quả phân tíchcủa tháp chưng cất và có thể cải thiện bằng cách chưng cất lôi cuốn theo hơi nướctrong các thiết bị phụ trợ:

Sơ đồ chưng cất chân không để sản xuất các công đoạn dầu nhờn

Cột cất chân không

Dầu gasoil

Dầu cọc sợi nhẹNguyên liệu Dầu cọc sợi nặng

( Cặn rộng )

Phân đoạn dầu nhờn nhẹ

Phân đoạn dầu nhờn nặng

Lò nung nguyên liệu

2 Quá trình chiết bằng dung môi.

Công đoạn chiết bằng dung môi là tách các cấu tử không mong muốn, trongcác phân đoạn dầu nhờn mà bằng chưng cất chân không chưa loại bỏ được hết Mục đích của công đoạn này nhằm cải thiện độ chống lão hoá và đặc tính nhớtnhiệt của dầu bôi trơn

Nguyên lý của quá trình tách bằng dung môi dựa vào tính chất hoà tan chọnlọc của dung môi được sử dụng

Việc lựa chọn dung môi phụ thuộc vào tính chọn lọc của nó tức là dựa vào khảnăng phân tách hai nhóm cấu tử:

_ Nhóm cấu tử hoà tan tốt vào trong dung môi tạo thành pha riêng gọi là phachiêt

_ Còn nhóm cấu tử không tan hay hoà tan ít vào dung môi gọi là raphinat.Dung môi phải rẻ, sẵn có và bền về hoá học, không gây phản ứng với các cấu tửnguyên liệu, không gây ăn mòn trong khi sử dụng

Có ba dung môi được sử dụng để chiết tách phần hyđrocacbon ra khỏi nguyênliệu dầu nhờn đó là:

_ Phenol, n – metyl-2-pyrolydon, furfuol

Sơ đồ chưng cất của quá trình tách chiết bằng dung môi:

Dung môi tuần hoàn

Sản phẩm rafinat

Phần chiết và dung môi Phần chiết

3 Quá trình khử asphan bằng propan trong phần cặn gudron:

Do trong gudron có chứa nhiều cấu tử không có lợi cho dầu gốc nên nếu đưatrực tiếp vào trích ly thì không cho phép đạt kết quả cao và chất lượng tốt, chính vìthế người ta thường tiến hành khử asphan trước Trong sản xuất dầu nhờn, phổ biếndùng propan lỏng để khử chất nhựa asphan trong phân đoạn gudron

Mục đích của quá trình này là đồng thời tách các hợp chất nhựa asphan, còncho phép tách cả các hợp chất thơm đa vòng Chính vì thế đã làm giảm độ nhớt, chỉ

số khúc xạ, độ cốc hoá và nhận được dầu nhờn nặng có độ nhớt lớn cho dầu gốc

Sơ đồ nguyên tắc chung của quá trình tách asphan bằng propan:

Cặn hẹp

Propan lỏng Dung dịch dầu tách asphan

Dung dịch asphan

4 Quá trình tách sáp:

Sáp dầu mỏ là một hỗn hợp parafin mạch thẳng và hydrocacbon khác có nhiệt

độ nóng chảy cao và hoà tan kém trong dầu ở nhiệt độ thấp Vì thế, chúng đượcphép có mặt trong dầu nhờn thành phẩm, ngoại trừ khi hàm lượng rất thấp hoặc cácloại dầu được sử dụng trong những điều kiện không phải ở nhiệt độ thấp Có haiquy trình chính dùng tách sáp là:

_ Quá trình tách sáp bằng phương pháp kết tinh

_ Quá trình tách sáp bằng hydrocracking chọn lọc

+ Quá trình tách sáp bằng phương pháp kết tinh:

Bằng phương pháp kết tinh có thể dễ dàng xử lý dầu chứa sáp thành dầu nhờnkhông chứa sáp, quá trình này dựa trên nguyên lý làm lạnh để kết tinh parafin rắnsau đó lọc hoặc tách ly tâm riêng phần rắn ra khỏi pha lỏng

Dung môi chính để sử dụng phương pháp này là: Xeton, propan và các dẫnxuất clo của hydrocacbon Do sáp cũng có thể hoà tan vào dung môi nên phải tiếnhành ở nhiệt độ thấp và phải chọn dung môi thích hợp có độ chọn lọc cao, có thểthu được phần lọc có độ nhớt thấp, ngay ở nhiệt độ kết tinh sáp

Một trong những quá trình tách parafin bằng xeton là sử dụng cách làm lạnhdầu sáp đột ngột bằng cách đưa thẳng dung môi rất lạnh vào và sau đó khuấy trộntích cực Các tinh thể sáp tạo thành từ phương pháp này lớn và quánh đặc hơn sovới phương pháp khác, do đó độ chọn lọc cao hơn và tách dầu triệt để hơn nên làmgiảm được chi phí tổng và chi phí vận hành, làm tăng hiệu suất tách dầu

+ Quá trình tách sáp bằng hydrocracking chọn lọc:

Quá trình này còn được gọi là quá trình tách parafin xúc tác, quá trìnhhydrocracking chọn lọc dùng để tách parafin từ dầu có hai loại:

Loại 1: Chỉ dùng một loại xúc tác nhằm hạ nhiệt độ đông đặc

Loại 2: Dùng hai loại xúc tác vừa để hạ nhiệt độ đông đặc, vừa để tăng độ bềnoxy hoá của sản phẩm

Để loại parafin tức là hạ nhiệt độ đông đặc, ở cả hai quy trình người ta dùngxúc tác là loại zeolit tổng hợp có tính chọn lọc hình học.

Sơ đồ công nghệ tách sáp dùng dung môi chọn lọc:

Dung môi rửa sạch

Nguyên liệu

Dung môi pha loãng

Làm sạch

Lọc chân không quay

Phần lọc lạnh

Sáp ướt

Dầu tách sáp Sáp mềm

Thi t b k tế ị ếtinh Thi t b l mế ị à

l nh b m tạ ề ặ

H th ng l mệ ố àmát

+ Ưu điểm chính của phương pháp này so với dùng phương pháp của dung môi thông thường là:

_ Hiệu suất dầu bôi trơn tăng

_ Không cần phải có công đoạn làm sạch bằng hydro

_ Vốn đầu tư thấp

_ Cho phép sản xuất dầu gốc có nhiệt độ đông đặc thấp từ những nguyên liệu

có hàm lượng parafin cao

5 Quá trình làm sạch bằng Hydro:

Quá trình tinh chế sản phẩm dầu đã tách sáp là quá trình cần thiết nhằm loại

bỏ các chất hoạt động về mặt hoá học, có ảnh hưởng đến độ màu của dầu gốc.Các hợp chấp Nitơ có ảnh hưởng rất mạnh đến màu sắc cũng như độ bền màucủa dầu gốc, vì thế phải loại bỏ chúng và sau đó chính là yêu cầu của quá trình tinhchế bằng Hydro Nguyên liệu tiếp xúc với Hydro trong điều kiện có xúc tác vànhiệt độ, áp suất cao Thông thường sử dụng nhiệt độ từ 300 đến 3700C, áp suất từ

40÷60atm (tương đương 4÷5Mpa) Đa số quá trình làm sạch bằng hydro thường

dùng xúc tác là Co, Mo Nguyên liệu dầu nhờn còn chứa các hợp chât của cácnguyên O, N, S được chuyển hoá thành nước, amôniăc và sunfua hydro ( H2S ).Các hydrocacbon thơm một phần bị hydro hoá thành naphten Tính chất của dầunhờn sau khi hydro hoá làm sạch được thay đổi như sau:

Làm giảm độ nhớt 0 – 2

Làm tăng chỉ số độ nhớt từ 0 – 2

Hạ thấp nhiệt độ đông đặc, 0C 0 – 2

Tăng độ sáng màu 1 – 2

Sơ đồ công nghệ hydro hoá làm sạch:

Chương 2: Các chỉ tiêu cơ bản của dầu nhờn

Dầu nhờn gốc dầu mỏ cấu tạo bởi các thành phần hydrocacbon và các dẫnxuất của chúng Trong qúa trình lưu chuyển sẽ chịu tác động lớn của môi trường, sẽlàm thay đổi tính chất của dầu nhờn Vì vậy người ta phải đánh giá chất lượng củadầu nhờn dựa trên những tính chất cơ bản sau:

Độ nhớt:

Là một tính chất quan trọng của dầu nhờn và là yếu tố trong việc tạo thànhmàng bôi trơn ở hai điều kiện bôi trơn thuỷ động và bôi trơn thuỷ động đàn hồi.Dầu bôi trơn phải có độ nhớt thích hợp với điều kiện vận hành máy móc, nó quyếtđịnh lượng tiêu hao nhiên liệu, khả năng tiết kiệm dầu và hoạt động của động cơ.Nếu độ nhớt lớn sẽ làm giảm sự mài mòn, nhưng sẽ làm giảm tốc độ của trục nênlàm tiêu hao nhiên liệu một cách vô ích Ngược lại, nếu dầu nhờn có độ nhớt nhỏ,

sẽ làm tăng masát gây mài mòn chi tiết và tăng lượng tiêu hao của dầu Vì vậy phảichọn độ nhớt phù hợp với từng động cơ và điều kiện làm việc của chúng

Thông thường các phương tiện có chế độ tải trọng nặng, tốc độ thấp thì sửdụng dầu bôi trơn có độ nhớt cao, còn phương tiện nhẹ, tốc độ cao thì sử dụng dầu

có độ nhớt thấp

Chỉ số độ nhớt:

Là chỉ tiêu quan trọng, đặc trưng cho mức thay đổi độ của độ nhớt theo nhiệt

độ Theo tiêu chuẩn ASTM – D 2270 đưa ra cách tính chỉ số độ nhớt của dầu bôitrơn và các sản phẩm tương tự từ giá trị độ nhớt động học của chúng ở 400C và

1000C Chỉ số độ nhớt của dầu bôi trơn là giá trị bằng số đánh giá sự thay đổi đánhgiá sự thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ dựa trên cơ sở so sánh không thay đổi tươngđối về độ nhớt của hai loại dầu chọn lọc chuyên dùng Hai loại dầu này khác nhaurất lớn về chỉ số độ nhớt Loại dầu có chỉ số độ nhớt thấp như các loại dầu naphten,loại dầu có chỉ số độ nhớt rất cao như các loại dầu parafin Đa số các loại dầu nhờn

có chỉ số độ nhớt cao vì nó ít thay đổi theo nhiệt độ

Trị số axit và kiềm:

Trị số axit và kiềm chính là trị số trung hoà được dùng để xác định độ axit và

độ kiềm của dầu bôi trơn, được biểu thị bằng lượng kiềm và axit chuẩn cần thiết đểtrung hoà 1 gam dầu nhờn

Trị số trung hoà là tên gọi chung cho trị số axit tổng (TAN) và trị số kiềm tổng(TBN)

Trị số axit là số miligam KOH cần thiết để trung hoà lượng axit có trong 1gam dầu mẫu để được xác định theo phương pháp ASTM – D664: “ phương phápchuẩn độ điện thế ”

Trị số kiềm là lượng axit đã được chuyển ra số miligam KOH tương ứng cầnthiết để trung hoà lượng kiềm có trong 1 gam mẫu dầu được xác định theo phươngpháp ASTM – D2896 bằng chuẩn độ điện thế với axit pecloric

Ngày nay, khi khoa học kỹ thuật phát triển nhiều loại phụ gia sử dụng nhằmnâng cao chất lượng của dầu nhờn, tuỳ thuộc vào thành phần của phụ gia mà dầu cótính kiềm hay axít Trong một số trường hợp các loại phụ gia có thể chứa axít yếu

và kiềm yếu khi hoà tan vào trong dầu, chúng không tác dụng với nhau, nhưng lạitác dụng với cả hai loại axít mạnh và kiềm mạnh, được dùng chuẩn độ cho cả hai trị

số axít và trị số kiềm Cũng có những phụ gia có khả năng phản ứng với kiềm trongquá trình trung hoà, làm sai lệch phép xác định trị số axít Do vậy, việc xác định trị

số trung hoà có thể ít có ý nghĩa đối với một số dầu chứa phụ gia

Nhiều phụ gia hiện nay, đang được sử dụng cho dầu động cơ, đặc biệt là phụgia tẩy rửa có chứa hợp chất kiềm nhằm trung hoà sản phẩm axít của quá trìnhcháy, lượng tiêu hao thành phần kiềm này là chỉ số về tuổi thọ sử dụng của dầu

Độ bền oxy hoá:

Đây là một chỉ tiêu đặc trưng và quan trọng của dầu nhờn, sự oxy hoá của dầunhờn phụ thuộc vào nhiệt độ, lượng oxy hoá chứa trong dầu và khả năng xúc táccủa kim loại Các sản phẩm do oxy hoá dầu sẽ sinh ra chất tạo cặn, axít, làm tăng

độ nhớt, làm tăng độ ăn mòn Do vậy khả năng chống oxy hoá cao là một nhu cầu

quan trọng đối với những loại dầu làm việc trong điều kiện có nước, nhiệt độ cao,

áp suất lớn, thời gian thay dầu lâu

Phương pháp ASTM – D943 xác định đặc trưng oxy hoá của các loại dầunhờn chứa chất ức chế là phương pháp sử dụng nhiều nhất, có thể áp dụng hầu hếtcho các loại dầu đặc biệt, loại có chứa phụ gia oxy hoá và dầu có lẫn nước

Màu sắc của dầu nhờn:

Sự khác nhau về màu sắc của dầu bôi trơn có nguồn gốc từ sự khác nhau vềdầu thô dùng chế biến ra nó, về khoảng nhiệt độ sôi, về phương pháp và mức độlàm sạch trong quá trình tinh luyện, về hàm lượng và bản chất của phụ gia vào cácdầu đó Màu dầu rất khác nhau, từ trong suốt đến sẫm màu hoặc đen kịt Sự sẫmmàu của dầu nhờn kèm theo sự thay đổi không lớn của trị số trung hoà và độ nhớt,

và thường là dấu hiệu của sự nhiễm bẩn các chất lạ Các tạp chất có màu có thể làmmàu dầu thay đổi rõ rệt, nhưng không làm ảnh hưởng đến các thuộc tính khác

7 Điểm đông đặc:

Đây là chỉ tiêu cho ta thấy được tính chất chảy ở nhiệt độ thấp, và xác địnhtính lưu động của dầu nhờn

Khi nhiệt độ giảm xuống thì độ nhớt của dầu tăng đột ngột, làm cho tính lưuđộng giảm Khi đạt tới nhiệt độ đông đặc lại hoặc không chảy được lâu dưới tácdụng của trọng lực

Điểm đông đặc cho biết giới hạn nhiệt độ thấp mà dầu nhờn có thể sử dụngđược Điểm đông đặc của dầu được xác định theo phương pháp ASTM- D97

8 Điểm chớp cháy bắt lửa:

Điểm chớp cháy của dầu được định nghĩa là nhiệt độ thấp nhất mà tại áp suấtkhí quyển (1atm hay 765mmHg) mẫu dầu được đun nóng bốc hơi và bắt lửa trongđiều kiện cụ thể của phương pháp thử (cốc hở hoặc cốc kín) Mẫu dầu sẽ chớp cháykhi ngọn lửa đưa vào và lan truyền tức thì khắp bề mặt của mẫu Như vậy điểm bắtcháy của dầu là nhiệt độ tại đó lượng hơi thoát ra từ bề mặt của dầu bắt cháy khi cóngọn lửa đưa vào Nhiệt độ thấp nhất mà ở đó mà mẫu dầu tiếp tục cháy được trong

5 giây được gọi là điểm bắt lửa Thường điểm bốc cháy cao hơn điểm bắt cháykhoảng 300C

Điểm chớp cháy và bắt lửa của dầu thay đổi theo độ nhớt Dầu có độ nhớt cao

sẽ có điểm chớp cháy và bắt lửa cao hơn Thông thường điểm chớp cháy và bắt lửaphụ thuộc loại dầu thô ban đầu Dầu naphten có điểm chớp cháy và bắt lửa thấphơn dầu parafin cùng độ nhớt Đối với các hợp chất tương tự nhau, thì điểm chớpcháy và bắt lửa tăng khi trọng lượng phân tử tăng

Dầu nhờn thường được xác định điểm bắt cháy cốc hở theo ASTM – D92 vàcốc kín theo ASTM- D93 Phương pháp này được sử dụng để phát hiện một lượngnhỏ các chất dễ bay hơi lẫn trong dầu

+ Các hợp chất parafin: Có điểm anilin cao nhất.

Điểm anilin được dùng để xác định hàm lượng Ar có trong hỗn hợp có trongthực tế Chỉ tiêu này cho ta biết khả năng hoà tan các chất hữu cơ với dầu, đặc biệtđiểm anilin cho biết độ chịu đựng của các vật liệu bịt kín với dầu

10 Ăn mòn đồng:

Nhiều loại dầu nhờn phải làm việc trong điều kiện tiếp xúc với đồng hoặc hợpkim đồng trong suốt thời gian làm việc Vì vậy, điều cần thiết là sản phẩm đókhông được ăn mòn đồng

Ăn mòn đồng được xác định theo phương pháp ASTM- D130 ở những nhiệt

độ sôi khác nhau trên 1000C và những khoảng thời gian khác nhau tuỳ thuộc vàotừng loại dầu sao cho thích hợp với điều kiện làm việc của dầu đó

11 Hàm lượng tro và tro sunfat:

Sự có mặt của kim loại tồn tại trong dầu ở dạng hợp chất cơ kim được pháthiện khi phân tích độ tro của dầu Tro là phần còn lại sau khi đốt cháy được tínhbằng phần trăm khối lượng các thành phần không thể cháy được trong nó sinh ra từphụ gia chứa kim loại, từ các hạt bẩn và mạt kim loại bị ăn mòn

Đối với các loại dầu không chứa phụ gia hoặc chứa phụ gia không tạo tro thìxác định hàm lượng tro theo phương pháp ASTM – D482 Trong đó thành phần tạotro có mặt thường là tạp chất hoặc do nhiễm bẩn Phương pháp này không áp dụngđược cho dầu có phụ gia, dầu chứa chì hoặc dầu động cơ phế thải Dầu có pha phụgia cần được xác định hàm lượng tro sunfat theo ASTM – D847

Hàm lượng tro sunfat dùng dể chỉ nồng độ phụ gia chứa kim loại trong dầumới Theo cách này, dầu mẫu được đốt cháy, cặn còn lại được làm nguội và xử lývới axit sunfuric được nung ở 7750C đến khối lượng không thay đổi Phương phápnày chỉ xác định hàm lượng tro sunfat thấp tới 0,05% đối với dầu chứa phụ gia vàkhông áp dụng cho dầu động cơ phế thải, dầu chứa chì và dầu không có phụ gia.Thông thường hàm lượng tro sunfat liên quan đến trị số kiềm của động cơ Nóichung hàm lượng tro sunfat lớn thì giá trị kiềm lớn và ngược lại

Đối với dầu động cơ, cặn cacbon không đặc trưng cho xu hướng tạo cặn củadầu do nó ảnh hưởng bởi phụ gia.

13 Hàm lượng lưu huỳnh:

Lưu huỳnh đã có thể có sẵn trong dầu khoáng, dầu gốc hay các loại phụ gia

Nó có thể ở dạng hoạt động hoá học hoặc dạng tương đối trơ ở dạng liên kết vớicác hợp chất hữu cơ Dạng lưu huỳnh hoạt động gây ăn mòn đặc biệt với đồng vàcác hợp chất của đồng Ngược lại, với hàm lượng nhỏ dạng trơ (ví dụ: RSH) lại cótác dụng tốt vì nó hấp thụ trên bề mặt vật liệu bôi trơn

Hậu quả không mong muốn của lưu huỳnh là gây ăn mòn, chẳng hạn như ănmòn đồng Tuy nhiên, do những hiệu ứng cực áp có lợi trong nhiều trường hợp lưuhuỳnh có mặt trong dầu bôi trơn ở dạng phụ gia thường kết hợp với các nguyên tốkhác như phụ gia chịu áp, chống mài mòn, chống oxy hoá, chống ăn mòn …

14 Hàm lượng cặn không tan:

Là lượng cặn không tan trong dung môi mạnh, thường là pentan và toluen(mạt kim loại, keo, nhựa, bụi, đất cát) Một số ở dạng keo nhựa không tan trongpentan mà tan trong toluen

Lượng cặn không tan trong toluen chỉ dùng khi lượng cặn không tan trongpentan lớn hơn 0,1% trọng lượng Lượng cặn không tan sẽ làm tăng độ đặc của dầutrong động cơ

15 Hàm lượng của nước:

Hàm lượng nước của dầu là lượng nước được tính bằng phần trăm theo trọnglượng thể tích hay phần triệu (ppm) Hàm lượng nước trong dầu bôi trơn không

những đẩy nhanh sự ăn mòn và sự ôxy hoá mà nó còn tạo nên nhũ tương Trongmột vài trường hợp, nước thuỷ phân các phụ gia tạo nên các bùn mền, xốp Có thểloại nước bằng các phương pháp như: ly tâm, lọc hay chưng cất chân không.

16 Sức căng bề mặt:

Sức căng bề mặt được định nghĩa là lực bên trong tác dụng lên bề mặt chấtlỏng do sức hút của các phân tử nằm dưới bề mặt chất lỏng

Sức căng bề mặt thường được xác định theo phương pháp ASTM – D971, đưa

ra cách đo sức căng bề mặt của dầu khoáng so với nước Theo phương pháp này,sức căng bề mặt được xác định bằng lực cần thiết để nhấc một vòng dây bạch kim

ra khỏi bề mặt chất lỏng của sức căng bề mặt lớn hơn, nghĩa là hướng lên từ mặtphân chia nước dầu

Việc xác định sức căng bề mặt của dầu mới có ý nghĩa so với việc dùng nó đểkiểm tra chất lượng của dầu Tuy nhiên, phương pháp này rất có ích trong việcđánh giá chất lượng của dầu đã sử dụng, đặc biệt là dầu tua bin và dầu biến thế cóchất ức chế oxy hoá và chống rỉ Thông qua sức căng bề mặt có thể dự đoán độbền oxy hoá của dầu

17 Chỉ số khúc xạ và tán sắc khúc xạ:

Chỉ số khúc xạ là tỷ số giữa tốc của sóng ánh sáng trong không khí so với tốc

độ của sóng ánh sáng trong dầu ở điều kiện nhất định

Tán sắc khúc xạ là hiệu số của hai chỉ số khúc xạ của một loại dầu khi dùnghai bước sóng ánh sáng khác nhau Cả hai chỉ số khúc xạ đều đo ở cùng một điềukiện nhiệt độ thông thường, để thuận lợi cho việc tính toán, giá trị hiệu số đo đượcnhân lên thêm 10000 lần

Chỉ số khúc xạ và tán sắc khúc xạ là những thuộc tính vật lý cơ bản của dầu.Chúng được dùng với những tính chất khác nhau để đánh giá chất lượng của dầukhoáng

Chương3: Các loại phụ gia cho dầu nhờn:

Dầu nhờn bôi trơn là sản phẩm được chế biến từ dầu gốc và phụ gia theonhưng tỷ lệ nhất định Chất lượng dầu phụ thuộc vào dầu gốc, phụ gia và quy trìnhchế biến dầu gốc

Phụ gia là những chất hữu cơ, cơ kim, vô cơ Để nâng cao tính chất thườngmỗi loại phụ gia được dùng ở nồng độ 0,01% ÷5% trọng lượng của dầu Tuy nhiênnhiều trường hợp, một số phụ gia đưa vào ở khoảng nồng độ dao động từ vài phầntriệu đến trên 10%

Các chất phụ gia khi cho vào các sản phẩm dầu mỏ đều có nguyên tắc chungvới hàm lượng nhỏ nhưng hiệu quả, không thay đổi các tính năng hoá lý của dầuban đầu Có thể loại trừ một vài tính năng cần thiết như phụ gia tăng nhớt, phụ giatẩy rửa Phải hoà tan các sản phẩm dầu mỏ bền vững, ít biến đổi về mặt hoá họctrong quá trình bảo quản và sử dụng Để tăng khả năng chống ăn mòn, người taphân tán một số loại kiềm vô cơ, cũng như một số muối vô cơ khác nhau như:NaOH, NaNO3, …

Dầu gốc ảnh hưởng đến phụ gia qua hai tính năng chính là: tính hoà tan vàtính tương hợp

Tính hoà tan: Là sự hình thành các chất phụ gia hoạt động bề mặt, phụ thuộcrất nhiều vào khả năng hấp thụ của chúng, trên bề mặt máy trong một khoảng thờigian và vị trí nhất định

Dầu gốc có tính hoà tan cao có thể giữ phụ gia ở dạng hoà tan mà không chophép chúng hấp thụ Ngược lại dầu gốc có tính hoà tan kém có thể bị phụ gia táchtrước khi hoàn thành chức năng nhất định

Phụ gia bao gồm các loại sau:

_ Phụ gia dùng ức chế quá trình oxy hoá

_ Phụ gia tăng chỉ số độ nhớt

_ Phụ gia tẩy rửa

_ Phụ gia phân tán

_ Phụ gia ức chế ăn mòn.

_ Phụ gia ức chế gỉ

_ Phụ gia chống mài mòn

_ Phụ gia biến tính giảm ma sát

_ Phụ gia hạ điểm đông đặc

_ Phụ gia kìm hãm quá trình oxy hoá dầu ở lớp mỏng trên bề mặt kim loại, đó

là các chất chịu nhiệt pha với tỷ lệ là từ 0,05%÷3% Chúng làm chậm quá trình oxy

hoá dầu ở lớp mỏng trên chi tiết động cơ, ở nhiệt độ tương đối cao ( 2000C ÷

3000C ), ngoài ra còn có tác dụng bảo vệ, chống gỉ cho ổ đỡ, các chất thơm nhiệtđược dùng là các hợp chất hữu cơ có chứa photpho, lưu huỳnh, kẽm

Cơ chế hoạt động của các phụ gia chống oxy hoá là ngắt mạch phản ứng dâychuyền của các hydrocacbon, thay thế gốc hoạt động bằng gốc của phụ gia ổn định.Tóm lại, phụ gia cho dầu bôi trơn là một hợp phần của công nghệ chất bôi trơnhiện đại, đặc biệt là đối với dầu động cơ, pha chế dầu động cơ là một công việc khókhăn, phức tạp,tốn kém, vv…