Nghiên cứu sản xuất và sử dụng dầu bôi trơn máy dệt kim cao cấp phục vụ ngành dệt may xuất khẩu

BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN HÓA HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
o0o



BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2010
Nghiên cứu sản xuất và sử dụng dầu bôi trơn máy
dệt kim cao cấp phục vụ ngành dệt may xuất khẩu





Chủ nhiệm đề tài
TS. LÊ KIM DIÊN









8338

Hà Nội 12/2010


BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN HÓA HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
o0o


BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2010
Nghiên cứu sản xuất và sử dụng dầu bôi trơn máy
dệt kim cao cấp phục vụ ngành dệt may xuất khẩu

Thực hiện theo Hợp đồng 63.10.RD/HĐ-KHCN ngày 25/02/2010
giữa Bộ Công Thương và Viện Hóa học công nghiệp Việt Nam

Chủ nhiệm đề tài
TS. LÊ KIM DIÊN

Thành viên tham gia:
ThS. Nguyễn Mạnh Dương
ThS. Nguyễn Thị Hà
ThS. Nguyễn Thị Phương Hoà
KS. Lê Minh Việt
KS. Nguyễn Công Bắc
KS. Phạm Văn Nam
KS. Nguyễn Văn Vượng
KS. Hà Thị Minh Huyền
Và các cộng sự khác

Hà Nội 12/2010


1
MỞ ĐẦU
Ngành Công nghiệp dệt may Việt Nam năm 2010 đã vượt lên dầu thô,
đạt doanh thu xuất khẩu cao nhất cả nước (tới 7 tỷ USD), trong đó sản
phẩm dệt kim chiếm tỷ lệ lớn nhất.
Ngành đã phải sử dụng dầu bôi trơn dầu máy dệt kim – một loại dầu
chuyên dụng có độ sạch cao, nhập ngoại, hàng năm tính ra lên tới 3.600
tấn/năm với giá trị nhập khẩu tính theo th
ời điểm hiện tại khoảng 160 tỷ
đồng (khoảng 8 triệu USD)
Nếu tạo ra và cung cấp được sản phẩm này trong nước thì có thể đem
lại hiệu quả kinh tế (lợi nhuận) đáng kể, khoảng 40 tỷ đồng
Do đó, Phòng Thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về Công nghệ Lọc,
Hóa dầu thuộc Viện Hóa học công nghiệp Việt Nam đã được Bộ Công
Th
ương giao nhiệm vụ tiến hành nghiên cứu và đã tạo ra được loại dầu này
đạt tính năng sử dụng tương đương sản phẩm nhập ngoại.
Đề tài đã thực hiện đầy đủ các nội dung nghiên cứu được giao và sản
phẩm dầu dệt kim của Đề tài đã được thử nghiệm đạt kết quả tốt tại một cơ
sở dệt may có uy tín.
Có thể nói
đây là một trong các đề tài nghiên cứu phát triển tạo ra sản
phẩm Khoa học công nghệ thiết thực và có tính khả thi trong triển khai sản
xuất trong tương lai gần.

2
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
MỤC LỤC 2
KÝ HIỆU VIẾT TẮT 5
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 7
1.1. Khái niệm và đặc điểm dầu dệt kim cao cấp 7
1.2. Tình hình nghiên cứu về dầu dệt kim cao cấp 8
1.3. Bản chất hóa học các thành phần dầu dệt kim cao cấp 11
1.3.1. Dầu gốc khoáng 11
1.3.2. Chất tạo nhũ và đặc trung HLB 13
1.3.2.1. Chất tạo nhũ 13
1.3.2.2. Hằng số cân bằng ưa dầu – ưa nước HLB của chất nhũ hoá 14
1.3.3. Các phụ gia chức năng 16
1.3.3.1. Phụ gia chống tạo bọt 16
1.3.3.2. Phụ gia diệt khuẩn 17
1.3.3.3. Phụ gia chống ăn mòn kim loại 17
1.3.3.4. Phụ gia cực áp (phụ gia chống kẹt xước) 17
1.4. Các chỉ tiêu đánh giá dầu dệt kim và nguyên lý tiến hành 18
1.4.1. Tỷ trọng 18
1.4.2. Đột nhớt động học 18
1.4.3. Độ ổn định cơ học 19
1.4.4. Tính chống tạo bọt 20
1.4.5. Tính ổn định nhũ 20
1.4.6. Tính bôi trơn, chống ăn mòn và khả năng làm mát 21
1.4.7. Chỉ số axit 21
1.4.8. Độ bền oxy hóa 22
1.4.9. Điểm aniline 23
1.4.10. Độ ăn mòn tấm đồng 23

1.4.11. Độ ăn mòn tấm gang 24

3
CHƯƠNG 2. PHẦN THỰC NGHIỆM 25
2.1. Nghiên cứu xác định thành phần dầu dệt kim và lựa chọn dầu gốc
làm nguyên liệu 25

2.2. Tổng hợp chất tạo nhũ không ion 26
2.2.1. Cơ sở hóa học các quá trình tổng hợp 26
2.2.2. Quá trình tổng hợp amit 29
2.2.2.1. Yêu cầu về nguyên liệu 29
2.2.2.2. Tiến hành quá trình tổng hợp amit 29
2.2.3. Các phương pháp đánh giá sản phẩm amit đã tổng hợp được 30
2.2.3.1. Phương pháp phổ hấp phụ hồng ngoại 30
2.2.3.2. Phương pháp phổ khối 31
2.3. Nghiên cứu sử dụng phụ gia tính năng 32
2.3.1. Lựa chọn phụ gia 32
2.3.2. Thực nghiệm khảo sát các phụ gia 32
2.3.2.1. Khảo sát sử dụng phụ gia chống oxy hoá 32
2.3.2.2. Khảo sát phụ gia ức chế ăn mòn kim loại 33
2.3.2.3. Khảo sát phụ gia chống tạo bọt 34
2.3.2.4. Khảo sát sử dụng phụ gia diệt khuẩn 34
2.4. Lập đơn dầu dệt kim và đánh giá tính chất dầu pha chế 35
2.4.1. Nguyên liệu 35
2.4.2. Các bước tiến hành 35
2.4.3. Đánh giá dầu thành phẩm 35
2.5. Sản xuất thử và thử nghiệm hiện trường 36
2.6. Đánh giá sơ bộ khả năng phân hủy sinh học sau sử dụng 37
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN 38
3.1. Kết quả đánh giá lựa chọn dầu gốc làm nguyên liệu 38

3.2. Kết quả tổng hợp chất tạo nhũ dạng amit 39
3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng phản ứng nghiên cứu xúc tác KOH tan trong
MEA 39


4
3.2.2. Kết quả phân tích sản phẩm amit 42
3.2.2.1. Phổ hồng ngoại 42
3.2.2.2. Phân tích sắc ký khí – khối phổ (GC-MS) 43
3.3. Kết quả nghiên cứu xác định thành phần tổ hợp chất nhũ hóa 45
3.3.1. Xác định HLB của sản phẩm amit 45
3.3.2. Xác định nồng độ tối ưu của chất nhũ hóa hỗn hợp (Ami /
TWEEN 80) 47

3.3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền nhũ 49
3.4. Kết quả đánh giá lựa chọn sử dụng các phụ gia tính năng 50
3.4.1. Kết quả đánh giá lựa chọn phụ gia chống oxy hoá 50
3.4.2. Kết quả đánh giá sử dụng phụ gia ức chế ăn mòn kim loại 52
3.4.3. Kết quả lựa chọn phụ gia chống tạo bọt 54
3.5. Kết quả sản xuất thử và thử nghiệm hiện trường 55
3.6. Kết quả đánh giá sơ bộ khả năng phân hủy sinh học sau sử dụng.56
3.7. Đề xuất sơ đồ dây chuyền sản xuất dầu dệt kim công nghiệp 57
3.8. Xây dựng Tiêu chuẩn sản phẩm và dự toán giá thành dầu dệt kim
DK-24 59

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO 63
PHỤ LỤC 67

5

KÝ HIỆU VIẾT TẮT

- MEA : Mono Etanol Amin
- GC : Phân tích sắc ký khí
- GC-MS : Phân tích sắc ký khí – khối phổ
- IR : Phân tích phổ hồng ngoại
- VI : Chỉ số độ nhớt
- Ami : Amit dầu thực vật
-
O/W : Dầu/nước
-
HĐBM : Hoạt động bề mặt
-
HLB : Hằng số cân bằng ưa dầu ưa nước
-
RHLB : Hằng số cân bằng ưa dầu ưa nước yêu cầu
-
ASTM : Hiệp hội thử nghiệm vật liệu Mỹ
-
GOST : Tiêu chuẩn quốc gia Liên Bang Nga
-
TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam
-
HPIP : Hydro Peoxit của Iso Propyl benzen

6
TÓM TẮT NHIỆM VỤ

- Khảo sát xác định thành phần dầu dệt kim cao cấp
- Đánh giá, lựa chọn dầu gốc khoáng tinh chế cao làm nguyên liệu cho

dầu thành phẩm
- Tổng hợp chất tạo nhũ không ion làm hợp phần của dầu thành phẩm
trên cơ sở amit hóa metyl este dầu thực vật Việt Nam
- Lựa chọn và tạo tổ hợp các phụ gia tính năng cần thiết
- Lập đơn pha chế
và đánh giá dầu dệt kim tạo ra trong Phòng thí
nghiệm của Viện Hóa học công nghiệp Việt Nam và Viện Dệt may
- Thử nghiệm hiện trường dầu thành phẩm đề tài trên máy dệt kim của
cơ sở dệt may Tín Thành
- Điều chỉnh đơn pha chế và lập sơ đồ công nghệ sản xuất dầu dệt kim
- Đề xuất hướng phát triển sản phẩm và khả năng thự
c hiện Dự án sản
xuất

7
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Khái niệm và đặc điểm dầu dệt kim cao cấp
Dầu bôi trơn máy dệt kim cao cấp (máy dệt kim tròn) được dùng để
bôi trơn dàn kim dệt đan tròn.
Đây là loại dầu chuyên dụng vì nó phải đáp ứng được hai yêu cầu cơ
bản:
- Bôi trơn dàn kim chuyển động nhanh khứ hồi trong nguyên công
dệt, đảm bảo không bị kẹt kim.
- Có tính rửa trôi bằng nước cao sau khi dầu bám vào vải dệt
để
làm sạch vải cho các nguyên công khác như nhuộm, hoàn thiện sản
phẩm,…đặc biệt không được để lại vết ố và biến màu vải thành phẩm.

Hình 1.1. Máy dệt kim tròn
Do đó các tính năng sử dụng phải đạt được là:

- Bôi trơn làm mát tốt để hạn chế mài mòn, tránh kẹt kim
- Giải tỏa nhanh nhiệt phát sinh trong máy dệt

8
- Không được tạo cặn trên bề mặt kim, do đó dầu phải có độ ổn
định nhiệt, độ ổn định kháng oxy hóa nhiệt cao và không chứa nhựa
- Độ nhớt của dầu phải ít biến đổi theo tốc độ kim (độ bền trượt
cắt) và điều kiện nhiệt độ môi trường (chỉ số nhiệt nhớt VI phải cao)
- Bảo vệ kim không bị ăn mòn hóa h
ọc
- Tương hợp với các chi tiết kim loại khác của dàn máy và của vải
dệt kim
- Dễ giũ sạch bằng nước (dễ tan trong nước) nhằm làm sạch vải dệt
thành phẩm
Từ đó có thể thấy đây là loại dầu bôi trơn dạng tạo nhũ thuận dầu
trong nước (oil in water O/W) sau khi sử dụng xong. Cho nên theo tài liệu
công bố dầu thường có thành phần như sau:
-
Dầu gốc khoáng hoặc dầu gốc tổng hợp làm chất nền bôi trơn
(Base Oil)
- Hệ chất tạo nhũ thuận dầu trong nước
- Các phụ gia tính năng khác như chất ức chế oxy hóa, ức chế ăn
mòn kim loại, hạn chế mài mòn kẹt xước, hạn chế tạo bọt,…
Tóm lại đây là loại dầu bôn trơn chuyên dụng không thể thay thế
bằng các dầu bôi tr
ơn máy công nghiệp hoặc dầu bôi trơn động cơ, dầu
bánh răng thông thường, kể cả dầu khác của ngành dệt may như dầu máy
khâu, dầu cọc sợi (Spindle Oil)
1.2. Tình hình nghiên cứu về dầu dệt kim cao cấp
Ở nước ngoài

Cho đến nay các công trình nghiên cứu về loại dầu này đi theo hai
hướng:
- Lựa chọn hệ dầu gốc làm dầu nền bôi trơn tiên tiến để vừa nâng
cao
độ bền làm việc song lại có khả năng phân hủy sinh học sau sử dụng
(khi thải ra ở dạng nhũ dầu trong quá trình giặt rửa vải thành phẩm).

9
Để đạt mục đích này người ta đang nghiên cứu sử dụng hệ dầu gốc
tổng hợp như các polyglycol và este photphat, cũng như xem xét khả năng
sử dụng một phần dầu thực vật tinh chế để làm hợp phần dầu gốc (dầu
hướng dương, dầu hạt cải, dầu đậu nành,…)
- Tạo ra tổ hợp hệ các chất tạo nhũ loạ
i mới để tăng tính tương hợp
với dầu gốc nhằm nâng cao độ ổn định pha của dầu dệt kim thành phẩm
như sử dụng các chất tạo nhũ (chất hoạt động bề mặt) không ion kết hợp
với các chất tạo nhũ anion truyền thống (xà phòng, sunphonat dầu mỏ,…)
Sử dụng một số phụ gia tính năng tiên tiến để nâng cao hiệu quả của
dầu, đồng thời hạn chế các chất độc hại thường dùng trong phụ gia chống
mài mòn và chống kẹt xước (chứa photpho và lưu huỳnh).
Tuy nhiên các tài liệu công bố không nhiều vì dầu dệt kim là sản phẩm
chuyên dụng của từng hãng do đó thành phần pha chế và bí quyết công
nghệ, nhất là các phụ gia hợp phần cần có.
Thực tế sử dụng các sản phẩm dầu dệt kim nhập ngoại hiệ
n nay cho
thấy dầu gốc nguyên liệu là dầu gốc khoáng thông thường (thế hệ I) nên độ
ổn định hóa học không cao và độ phân hủy sinh học sau sử dụng thấp
(thường chỉ đạt 15-20%) và của các chất tạo nhũ, phụ gia tổng hợp từ dầu
mỏ.
Các dầu dệt kim đang sử dụng ở Việt Nam có thể kể đến như sản

phẩm của Exxon – Mobile (Essotex HP 24), của hãng CPC Đ
ài Loan
(TPX-22), của Mobile (Velocite HP24,…) đều sử dụng dầu gốc khoáng
thông thường (sản xuất từ quá trình chưng cất chân không và tinh chế bằng
dung môi chọn lọc phần cặn hẹp dầu thô), do đó đều chứa hợp chất thơm
và naphtenic (vòng no) nên độ ổn định không cao.
Các phụ gia – chủ yếu là chất tạo nhũ (chất HĐBM) là sản phẩm của
các hãng phụ gia Lubrizol, KAO, Avtol, Akzonobel, Hitech,… cùng với
các chất làm phụ gia tính năng trong dầu d
ệt kim ngoại nhập thường là phụ
gia đóng gói, thậm chí ở dạng pha sẵn vào dầu gốc nên giá cả không hợp lí.

10
Nhìn chung dầu dệt kim tròn cao cấp thành phẩm của nước ngoài
còn khá đắt (thời điểm hiện tại khoảng 55.000VNĐ/lít), do đó hiệu quả
kinh tế sử dụng không cao.
Ngoài ra từ thực trạng sử dụng dầu dệt kim ở nước ta cho thấy độ ổn
định chống tách lớp trong tồn chứa, nhất là về mùa đông còn thấp. Điều đó
chứng tỏ sự tương h
ợp giữa gói phụ gia và dầu gốc bôi trơn nền chưa cao.
Ở trong nước
Nhóm tác giả thực hiện Đề tài này đã làm việc lâu năm trong lĩnh
vực vật liệu bôi trơn. Tác giả Chủ nhiệm đang hoạt động trong chuyên
ngành tổng hợp các chất hoạt động bề mặt thế hệ mới và các sản phẩm tạo
ra từ các hệ phụ gia có tính phân huỷ sinh học cải thiện do đượ
c tổng hợp
từ dầu mỡ động thực vật nhiệt đới.
Đã có một số công trình nghiên cứu về dầu mỡ bôi trơn phân huỷ
sinh học trên cơ sở sử dụng dầu thực vật Việt Nam. Đây là cơ sở tốt để phát
triển nghiên cứu áp dụng vào các sản phẩm cụ thể phục vụ công nghiệp và

kinh tế ở nước ta.
Tổ đề
tài có nhiều kinh nghiệm trong việc kết hợp hợp tác với các cơ
sở nghiên cứu triển khai các sản phẩm dầu mỡ tiên tiến của các nước thuộc
Liên Xô cũ, đặc biệt với Viện nghiên cứu chế biến dầu mỏ toàn Liên bang
Nga và Viện nghiên cứu thiết kế công nghệ dầu mỏ MASMA (Ucraina),
góp phần tạo ra mỡ bôi trơn, dầu thuỷ lực có sử dụng dầu thực vật Vi
ệt
Nam. Đồng thời Viện Hóa học công nghiệp Việt Nam có thế mạnh nghiên
cứu triển khai các sản phẩm đi từ dầu mỡ động thực vật như thuốc tuyển
nổi quặng, biodiesel, chất chống kết khối phân hóa học,… Từ đây đã có
nhiều nghiên cứu ứng dụng dầu thực vật làm nguyên liệu cho sản xuất sản
phẩm mới.
Trên cơ sở
đó cần phát triển các sản phẩm dầu mỡ thương phẩm
phục vụ công nghiệp có tính năng sử dụng và tính phân huỷ sinh học sau sử
dụng ở mức cao hơn. Do đó, với việc thực hiện đề tài này, đây sẽ là lần đầu

11
tiên ở Việt Nam nghiên cứu tạo ra loại dầu bôi trơn chuyên dụng trong lĩnh
vực công nghiệp dệt may.
1.3. Bản chất hóa học các thành phần dầu dệt kim cao cấp
Do dầu dệt kim cao cấp ngoài chức năng bôi trơn còn có một chức
năng thứ hai quan trọng là tan được trong nước ở dạng nhũ sau sử dụng để
làm sạch vải dệt nên cần thiết đề cập ở đ
ây hệ nhũ dầu trong nước mà các
công trình nghiên cứu không đề cập khi tổng hợp loại dầu này.
Dầu dệt kim còn được gọi là dầu hòa tan (Soluble Oil) vì thực chất
nó là dầu gốc có chứa chất nhũ hóa cho phép chúng có thể trộn lẫn với
nước. Muốn có hệ nhũ thuận đáp ứng đòi hỏi trên phải có sự tương hợp

giữa dầu gốc làm môi trường phân tán và chất tạo nhũ cùng phụ
gia chức
năng làm pha phân tán, hay chính xác đây là hệ đa phân tán.
Do đó cấn có đánh giá sử dụng các hợp phần của nó.
1.3.1. Dầu gốc khoáng
Phân loại dầu mỏ dựa vào bản chất hóa học, có nghĩa là dựa vào
thành phần hydrocacbon có trong dầu. Nếu trong dầu, họ hydrocacbon nào
chiếm phần chủ yếu thì dầu mỏ sẽ mang tên loại đó. Phân loại theo thành
phần hydrocacbon được thể hiện trong bảng 1. 1. Từ
đó ta thấy được sự
khác biệt nhất định trong các loại dầu gốc khoáng.
Bảng 1.
2. Đặc tính vật lý hóa học của các loại dầu khoáng khác nhau
Thành phần hóa học Tính chất
Dầu parafin Dầu napten Dầu aromat
Độ nhớt ở 40
0
C, mm
2
/s 40 40 36
Độ nhớt ở 100
0
C, mm
2
/s 6,2 5,0 4,0
Chỉ số độ nhớt 100 0 185
Tỉ trọng d
4
0,8628 0,9194 0,9826

12
Độ chớp cháy,
0
C 229 174 160
Điểm anilin,
0
C 107 73 17
Nhiệt độ đông đặc,
0
C -15 -30 -24
Phân tử lượng 440 330 246
Chỉ số khúc xạ 1,4755 1,5068 1,5503
Phân tích qua đất sét
% Hợp chất phân cực
%Hợp chất thơm
% Thành phần no

0,2
8,5
91,3

3,0
43
54

6,0
80
14
Loại nguyên tử cacbon
(Phân tích cấu trúc

nhóm)
% CA
% CN
% CP



2
32
66



19
37
44



41
36
23

Các parafin mạch thẳng, dài là loại sáp rắn nên hàm lượng của chúng
trong dầu bôi trơn phải giảm tới mức nhỏ nhất, đặc biệt đối với dầu bôi trơn
sử dụng ở nhiệt độ thấp (dầu parafin).
Mặt khác, đối với iso- parafin là thành phần rất tốt trong dầu bôi trơn
vì chúng có độ ổn định và tính nhiệt nhớt tốt. Mạch nhánh iso- parafin càng
dài thì đặc tính này càng thể hiện rõ rành hơn. Tương t
ự như vậy đối với

hydrocacbon vòng no và vòng thơm.
Số vòng ngưng tụ càng nhiều mà mạch nhánh parafin càng ngắn thì
tính chất nhiệt nhớt của hydrocacbon càng kém và càng không thích hợp để
làm dầu bôi trơn (dầu aromat).
Trong thực tế, dầu gốc khoáng là hỗn hợp của các phân tử đa vòng
có đính nhánh parafin, napten hoặc aromat tùy thuộc vào loại hyđrocacbon
nào chiếm ưu thế. Dầu aromat không được dùng làm dầu bôi trơn.

13
Việc lựa chọn dầu gốc để pha chế chất bôi trơn phụ thuộc vào độ
nhớt, mức độ tinh chế, độ ổn định nhiệt độ và khả năng tương hợp với các
chất phụ gia khác hoặc vật liệu mà dầu bôi trơn sẽ tiếp xúc trong quá trình
sử dụng.
Dầu với hàm lượng Izo-Parafin cao và hợp chất vòng thơm thấp sẽ
thích hợp hơn trong việ
c sử dụng để pha trộn dầu dệt kim vì chúng:
+ Có tính chống oxi hóa tốt hơn.
+ Có tính ổn định độ nhớt tốt hơn khi nhiệt độ thay đổi.
+ Ít gây hại cho da
+ Ít gây những sự cố làm biến dạng hoặc phá hủy chi tiết bằng cao su
của máy
+ Màu nhạt, tăng tính hấp dẫn cho sản phẩm.
Dầu phải có độ nhớt phù hợp và chỉ số nhiệt nhớt VI cao gia tăng
khả n
ăng bôi trơn và mang tải.
Trong bôi trơn kim dệt, dầu gốc phù hợp cho pha chế dầu nhũ có độ
nhớt ở 40
0
C nằm trong khoảng 7÷30 cSt để đảm bảo tính năng bôi trơn và
làm mát tốt. Ngoài ra còn cần phải có độ sạch cao, hầu như không chứa

hợp chất lưu huỳnh. Do đó cần xem xét khả năng dùng dầu gốc khoáng thế
hệ mới (dầu gốc nhóm III – Group III) là xu hướng sản xuất và sử dụng
hiện nay – còn được gọi là dầu gốc khoáng của thế kỷ 21.
1.3.2. Chất tạo nhũ và đặ
c trung HLB
1.3.2.1. Chất tạo nhũ
Chất tạo nhũ là những chất hoạt động bề mặt, thông thường có trọng
lượng phân tử nằm trong khoảng 200 ÷ 600. Trong phân tử chất hoạt động
bề mặt có hai nhóm với bản chất trái ngược nhau trong phân tử, nhóm dễ
tan trong nước (nhóm ái nước - hydrophile) và nhóm kia dễ tan trong dầu
(nhóm kỵ nước hay nhóm ái dầu - lipophile). Do đó khi có mặt chất hoạt

14
động bề mặt trong một hệ nhũ tương dầu/ nước, thì tại bề mặt phân chia
pha pha phân tử chất hoạt động bề mặt được sắp xếp theo một trình tự nhất
định: nhóm kỵ nước quay vào pha dầu, nhóm ưa nước quay vào pha nước.
Vì thế, các chất hoạt động bề mặt có tính chất hoạt động hấp thụ cao hơn so
với những chất không có nhóm kỵ nước. Sự h
ấp thụ đó làm cho pha dầu/
nước dường như liên kết lại với nhau, sự khác biệt giữa chúng ít đi, sức
căng bề mặt giữa chúng trở nên bé hơn. Sự giảm sức căng bề mặt bởi sự
hấp thụ của chất nhũ hóa là điều kiện cần của sự tồn tại nhũ tương.
1.3.2.2. Hằng số cân bằng ưa dầ
u – ưa nước HLB của chất nhũ hoá
* Định nghĩa HLB: HLB (Hydrophile Lipophile Balance): Là một
hàm số của của phần trăm trọng lượng nhóm ái nước của các chất HĐBM
không ion.
Cân bằng HLB là một trong những đặc tính quan trọng nhất của chất
nhũ hoá, biểu thị mối tương quan về ái lực hút chất nhũ hoá đồng thời giữa
pha nước và pha dầu, giá trị HLB thể hiện tỷ lệ

đặc tính này. Cân bằng này
được xác định bởi thành phần hóa học và khả năng bị ion hoá trong môi
trường nước của một chất tạo nhũ… Vì vậy, các phân tử có thể tan hay có
ái lực với pha dầu có giá trị HLB thấp, và các chất HĐBM có thể tan hay
có ái lực với pha nước có giá trị HLB cao. Các chất tạo nhũ có khả năng
ion hoá thì chỉ số HLB còn cao hơn nữa. Như vậy có thể thấy các tác nhân
nhũ hoá tạo nhũ t
ương nước trong dầu có trị số HLB trung bình, các phụ
gia tăng tính tan sẽ có trị số HLB cao nhất.
Giá trị HLB đối với phần lớn các chất tạo nhũ không ion có thể được
tính toán từ thành phần hoá học theo lý thuyết hoặc bằng các dữ liệu phân
tích theo các phương pháp thực nghiệm. Các tính toán từ thành phần hoá
học thường dẫn đến các sai số đáng kể bởi vì nhiều chất HĐBM được biết
ở d
ạng thương phẩm có tên gọi thường không phản ánh thành phần thực
chất của nó. Vì vậy, các số liệu thu được từ sự phân tích các chất tạo nhũ

15
mới là cơ sở tốt nhất cho việc xác định giá trị HLB. Điều này đặc biệt đúng
với các chất HĐBM không ion.
• Giá trị HLB yêu cầu (RHLB):
Trong các công trình nghiên cứu về các chất tạo nhũ và hệ nhũ
tương, Griffin cũng đưa ra khái niệm Giá trị HLB yêu cầu. Giá trị này có
nghĩa với mỗi một loại dầu, dùng làm pha dầu trong nhũ tương, chất tạo
nhũ được chọn cho nó c
ần phải có một giá trị HLB nhất định. Cũng như
vậy, pha dầu có thể sử dụng dầu khoáng hay dầu thực vật mà mỗi loại dầu
cần có một giá trị HLB của chất tạo nhũ thích hợp. Ví dụ, ta có RHLB của
nhũ tương lỏng dầu – nước của parafin là 10. Điều này có nghĩa là một chất
tạo nhũ hoặc một hỗn hợp chất tạ

o nhũ có giá trị HLB = 10 sẽ tạo được một
nhũ tương dầu nước của parafin bền hơn rất nhiều so với bất kỳ các nhũ
tương có chất tạo nhũ mang chỉ số HLB nào khác. Tuy nhiên, điều này
không có nghĩa rằng một hệ chẩt tạo nhũ có chỉ số HLB = 10 có khả năng
đáp ứng các đòi hỏi về chức năng và đặc tính của nhũ tươ
ng phải tạo ra.
Trong từng điều kiện cụ thể, ta có thể chọn lựa các hệ chất tạo nhũ có chỉ
số HLB = 10 để thoả mãn các đòi hỏi đặc biệt về chức năng mà sản phẩm
nhũ tương cần phải có.
Bảng 1.2. Chỉ số cần bằng HLB đối với một số pha dầu khác nhau
Chỉ số HLB cần thiết Pha dầu
Kiểu nhũ tương nghịch
Nước trong dầu (W/O)
Kiểu nhũ tương thuận
Dầu trong nước (O/W)
Dầu hoả 6-9 (12,5)
Dầu cọc sợi - 12-14(*)
Dầu máy - 10-13
Parafin lỏng 6-9 -
Dầu bông - 7,5


16
Các chất hoạt động bề mặt có tác dụng gây nhũ bao gồm:
- Các ankenyl sucxinimit
- Các muối sufonat
- Các axit béo và muối của axit béo
- Các este của axit béo
- Các polyankel glylcol
- Các phenol và phenol este

- Các etanol amin
- Các amin của dầu tallo
Thông thường trong nhũ tương, nồng độ cân bằng của các chất hoạt
động bề mặt phân cách dầu – nước cao hơn trong thể thích pha.
1.3.3. Các phụ gia chức năng
Các chất phụ gia thường được thêm vào trong dầu dệt kim gồm: phụ
gia chống tạo bọt, phụ gia chố
ng ăn mòn, phụ gia chống kẹt xước, phụ gia
diệt khuẩn, phụ gia chống oxi hóa……
1.3.3.1. Phụ gia chống tạo bọt
Sự tạo bọt gây ra nhiều phiền phức trong quá trình vận hành máy, để
giảm hoặc tránh sự tạo bọt người ta dung phụ gia chống tạo bọt.
Cơ chế của quá trình phá bọt là các phụ gia chống tạo bọt bám vào
các bọt khí làm giảm sức căng bề mặt của chúng. Các b
ọt khí nhỏ vì thế tụ
lại với nhau thành bọt khí lớn hơn, nổi lên bề mặt lớp bọt, vỡ ra làm thoát
khí ra ngoài. Khả năng chống lại sự tạo bọt của dầu dệt kim là khác nhau
tùy thuộc vào thành phần của chất lỏng gia công kim loại. Khả năng này có
thể khống chế được bằng cách bổ sung một lượng nhỏ chất chống tạo bọt
vào đơn pha chế d
ầu dệt kim.
Silicon lỏng, đặc biệt là polymetylsiloxan có cấu trúc phân tử là các
chất chống tạo bọt có hiệu quả nhất với nồng độ 1÷20ppm

17
1.3.3.2. Phụ gia diệt khuẩn
Được dùng để ngăn ngừa hoặc làm giảm sự phát triển của vi sinh vật
như vi khuẩn, nấm, mốc,… kéo dài tuổi thọ của dầu nhũ.
Các chất diệt khuẩn quan trọng thuộc các nhóm hợp chất sau:
- Phenol

- Hợp chất chứa clo
- Etanolamin
- Formaldehyt và các hợp chất giải phóng ra formaldehyt
- Hợp chất dạng morfin
Các chất chelat như là tetranatri etylendiamintetraxetat khi được bổ
sung vào hệ chứa phụ gia di
ệt khuẩn thích hợp có thể làm tăng hoạt tính
một cách đáng kể.
Có một điều quan trọng cần chú ý ở đây là nhiều phụ gia diệt khuẩn
dùng cho dầu nhũ bị giảm hoạt tính đi khá nhanh. Hơn nữa do thành phần
của dầu dệt kim quá khác nhau nên không có một phụ gia diệt khuẩn nào
có hiệu quả cho tất cả các loại dầu nhũ thuận.
Chú ý có nhiều phụ gia diệt khuẩ
n gây độc hại cho người.
1.3.3.3. Phụ gia chống ăn mòn kim loại
Phụ gia chống ăn mòn tạo thành lớp bảo vệ trên bề mặt kim loại,
ngăn cách sự tiếp xúc giữa các tác nhân ăn mòn như axit và một số chất
khác với kim loại nền. Màng bảo vệ cũng giảm tối thiếu tác dụng xúc tác
oxi hóa của các kim loại.
Các chất ức chế ăn mòn được sử dụng rộng rãi nhất: mu
ối của axit
cacboxylic, amit, amin, sulfonat.
1.3.3.4. Phụ gia cực áp (phụ gia chống kẹt xước)
Phụ gia này ngăn ngừa sự kẹt xước và hàn dính giữa các bề mặt kim
loại đang hoạt động dưới áp suất cực lớn.

18
Phụ gia cực áp tác dụng với bề mặt ma sát tạo các hợp chất mới
có ứng suất cắt thấp hơn kim loại gốc nên lớp phủ hình thành chịu trượt cắt
trước tiên và nhiều hơn.

Các phụ gia cực áp được sử dụng rộng rãi nhất là các loại dầu béo
được sulfua hoá, các este và hydrocacbon, như polybuten, hydrocacbon
được clo hoá, các hợp chất chứa lưu huỳnh – clo, các disunfua thơm và
mạnh thẳng (thường là dibenzyl disunfua, dibutyl disunfua, clobenzyl
disunfua), photphit hữ
u cơ, dầu béo photpho hoá và nhiều chất khác.
1.4. Các chỉ tiêu đánh giá dầu dệt kim và nguyên lý tiến hành
1.4.1. Tỷ trọng
Tỷ trọng liên quan đến độ nhớt và độ nén, có ý nghĩa trong việc vận
hành công cụ, xác định năng lượng dữ trữ trong quá trình tuần hoàn của
chất lỏng gia công. Ngòai ra còn có ý nghĩa quy đổi giữa khối lượng và thể
tích, thuận tiện cho quá trình tàng trữ, vận chuyển cũng như trao đổi mua
bán.
1.4.2. Đột nh
ớt động học
Độ nhớt động học là tỷ số giữa độ nhớt động lực và mật độ của chất
lỏng. Nó là số đo lực cản chảy của một chất lỏng dưới tác dụng của trọng
lực.
Nguyên tắc: Đo thời gian tính bằng giây của một thể tích chất lỏng chảy
qua mao quản của nhớt kế chuẩn d
ưới tác dụng của trọng lực ở nhiệt độ xác
định. Độ nhớt động học là tích số của thời gian chảy đo được và hằng số
hiệu chuẩn của nhớt kế. Hằng số của nhớt kế nhận được bằng cách chuẩn
trực tiếp với các chất chuẩn đã biết trước độ nhớt.
Tiến hành:
- Sử dụng nh
ớt kế kiểu pinkevic
- Chuẩn bị đồng hồ bấm giây và lắp dụng cụ

19

- Điều chỉnh nhiệt kế tiếp xúc để có nhiệt độ cần đo
- Chọn nhớt kế đã có hằng số C chuẩn, nhớt kế phải khô và sạch, có
miền làm việc bao trùm độ nhớt của dầu cần xác định, thời gian chảy
không ít hơn 200 giây.
Nạp mẫu sản phẩm với nhớt kế bằng cách hút hoặc đẩy để đưa mẫu
đến vị trí cao h
ơn vạch đo thời gian đầu tiên khoảng 5mm trong nhánh mao
quản của nhởt kế. Khi mẫu chảy tự do, đo thời gian chảy bằng giây từ vạch
thứ nhất đến vạch thứ 2.
Kết quả:
Độ nhớt động học được tính theo công thức:
ν = C. t/d
Trong đó:
ν – Độ nhớt động học, được tính bằng cST hay St
C – Hằng số nhớt kế, mm
2
/s2
d – Khối lượng riêng của chất lỏng
t – Thời gian chảy, giây
Tiến hành đo 2 lần, lấy kết quả trung bình, sai lệch không quá 1,2 ÷
2,5% so với kết quả trung bình.
Độ nhớt dầu nhũ phải hợp lý đảm bảo cho hệ thống máy gia công
hoạt động bình thường.
Trong thực tế, để đảm bảo cho hệ thống máy dệt kim hoạt động bình
thường thì độ nhớt của dầu nhũ phả
i nằm trong khoảng 5÷25cSt ở 50
o
C để
đảm bảo tính năng làm việc.
1.4.3. Độ ổn định cơ học

Độ ổn định cơ học (độ bền nhớt) là khả năng của dầu giữ được các
tính năng làm việc trong hệ thống máy dệt kim khi lực cơ học phá vỡ các
phân tử phụ gia trong lúc hệ thống hoạt động. Vì trong điều kiện làm việc

20
của hệ thống luôn có sự mài mòn rất lớn và áp suất cục bộ tại điểm gia
công rất cao do đó gây ra sự phá vỡ cấu trúc của dầu.
1.4.4. Tính chống tạo bọt
Tính chống tạo bọt thể hiện khả năng đẩy không khí của dầu nhũ mà
không gây tạo bọt. Trong quá trình vận hành khả năng tiếp xúc giữa dầu
nhũ với không khí là rất lớn nên thường chứa 8÷10% khí hòa tan. Do đ
ó
cần thiết phải cho thêm phụ gia chống tạo bọt để giảm bọt.
1.4.5. Tính ổn định nhũ
Là khả năng dầu tan tốt trong nước và tạo nhũ bền vững. Dầu nhũ
sau khi sử dụng được giũ sạch trong nước do đó phải tạo ra dung dịch nhũ
ổn định để đảm bảo tính năng hoạt động, vừa bôi trơn vừa làm mát. Tính
bền nhũ
được tăng cường nếu sử dụng phụ gia ổn định nhũ.
Nguyên tắc: Chất lỏng được pha loãng trong nước bằng thiết bị
khuấy trong thiết bị tiêu chuẩn sau khi ngừng khuấy xác định thời gian tách
chất lỏng.
Tiến hành thí nghiệm:
Tạo 8 mẫu thử, mỗi mẫu chứa lượng nước thích hợp. Điều chỉnh
nhiệt độ tới 20 ± 3
o
C trước khi thử. Khuấy đều thể tích nước bằng thiết bị
khuấy cơ sau đó cho từ từ mẫu vào. Khuấy thêm 2 phút khi giọt chất lỏng
cuối cùng được đưa vào. Giữ ổn định mẫu sau 24 giờ rồi kiểm tra sự tách
dầu. Mẫu nào có lượng dầu tách lớn hơn 1ml sau 24 giờ là không đạt.

Chú ý
: Khi tiến hành thử 8 mẫu, nếu sau 5 mẫu thử đạt thì kết luận
đạt yêu cầu.
Tỷ lệ pha Hóa
chất
5:1 10:1 15:1 20:1 25:1 30:1 50:1 80:1
H
2
O, ml 150 200 180 200 200 180 200 240
Cl, ml 30 20 12 10 8 6 4 3

21
1.4.6. Tính bôi trơn, chống ăn mòn và khả năng làm mát
Tính bôi trơn và khả năng làm mát là đặc tính quan trọng của dầu
nhũ sử dụng.
Bôi trơn để làm giảm ma sát, làm giảm năng lượng tiêu hao trong
quá trình gia công.
Làm mát tốt sẽ giảm nhiệt, phân tán nhiệt cục bộ tốt nhất.
Để tránh hiện tượng mài mòn trong gia công. Người ta pha vào dầu
nhũ các phụ gia chống mài mòn và nhờ đó tại nhiệt độ nhất định nó sẽ tạo
ra lớp màng bảo vệ trên bề mặt ma sát.
Dầu nhũ đáp ứng được các yêu cầu vận hành khác nhau là các dầu
nhũ đảm bảo bôi trơn bề mặt thép, không phá hủy các chi tiết bằng hợp kim
khác nhau.
Ăn mòn kim loại mầu thường do tác động của các axit hữu cơ tạo
thành khi dầu nhũ và một số phụ gia bị oxy hóa. Quá trình ăn mòn kim loại
màu sẽ tăng lên cùng với sự tăng nhiệt độ. Hợ
p kim của đồng và bạc đặc
biết rất nhạy cảm với sự ăn mòn này.
Tính chống ăn mòn chủa dầu nhũ được tăng lên khi pha vào dầu các

phụ gia chống ăn mòn và chống gỉ. Chúng sẽ tạo lên trên lớp bề mặt kim
loại lớp bảo vệ ngăn không cho kim loại tiếp xúc với axit hữu cơ và nước.
1.4.7. Chỉ số axit
Chỉ số axit là số mg KOH cần dùng để trung hoà h
ết lượng axit có
trong 1g mẫu dầu thực vật.
Nguyên tắc chuẩn độ: hoà tan phần mẫu thử trong một dung môi hỗn
hợp, sau đó chuẩn độ axit béo tự do với dung dịch KOH trong etanol.
Cách tiến hành:
Cân 3÷5g mẫu vào bình nón, thêm vào đố 500ml dung môi hỗn hợp
gồm hai pha este estylic và một phần etanol đã được trung hoà, lắc mạnh
cho tan đều. Trong trường hợp dầu không tan hết phải vừa lắc vừa đun nhẹ

22
trên bếp cách thuỷ rồi làm nguội đến nhiệt độ 20
o
C. Sau đó cho vào bình 5
giọt chỉ thị phenolphtalein (với dầu thầm màu, dùng thimolphtalein) và
chuẩn độ bằng KOH 0,1N đến khi xuất hiện màu hồng nhạt, bền trong 30
giây.
Kết quả:
Chỉ số axit được xác định theo công thức:
X = 56,1. V. C/ m
Trong đó:
V – Số ml dung dịch KOH 0,1N đã dùng để chuẩn độ
C – Nồng độ chính xác của dung dịch chuẩn KOH đã sư dụng,
mol/ml
m – Lượng mẫu thử, tính bằng gam
Mỗi mẫu
được xác định hai lần, kết quả cuối cùng là trung bình cộng

của hai lần thử. Chênh lệch giữa hai lần thử không lớn hơn 0,1mg đối dầu
chưa tinh chế và 0,06mg đối với dầu đã tinh chế.
Trị số axit dùng để đánh giá quá trình và mức độ oxy hóa của dầu
nhũ. Trị số axit không phải là chỉ tiêu đặc trưng của dầu nhũ vì nó không
đặc tả được đặc tính axit trong thành phần dầ
u nhũ bị oxy hóa.
1.4.8. Độ bền oxy hóa
Tính ổn định oxy hóa là đặc tính thể hiện tính ổn định của dầu với
oxy trong không khí.
Hầu hết các dầu nhũ khi tiếp xúc với không khí ở nhiệt độ cao đều
tác dụng với oxy và đều bị oxy hóa. Sản phẩm của oxy hóa không tan và
tạo thành cặn ở dạng màng hoặc gỉ, làm giảm thời gian hoạt động của dầu
nhũ và tăng tính ăn mòn.
Quá trình oxy hóa d
ầu nhũ trong hệ thống máy gia công bị ảnh
hưởng của nhiều yếu tố: nhiệt độ, khả năng tạo bọt, axit hữu cơ, mảnh kim
loại vụn do bị mài mòn và các chất bẩn khác.

23
Việc tăng cường độ ổn định oxy hóa cho dầu nhũ nhờ sử dụng dầu
gốc đã qua quá trình tinh luyện và sử dụng phụ gia chống oxy hóa.
1.4.9. Điểm aniline
Điểm aniline của dầu thể hiện tính tương hợp của cao su với chất dầu
nhũ.
Do dầu nhũ thường phải tiếp xúc với các vật làm kín dầu nên tính
tương hợp của dầu với vậ
t làm kín (thường là cao su) của hệ thống máy gia
công là một trong các tính chất quan trọng. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao
và khi tiếp xúc với các dung dịch làm việc các vật làm kín của hệ thống gia
công sẽ mất tính dẻo, trở nên cứng và giòn, khiến dầu nhũ sẽ bị rò rỉ qua

vật làm kín, ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống máy móc gia.
Loại dầu nhũ có điểm anilin cao phải nằm từ
khoảng 95÷100
o
C. Các
loại cao su khác có độ bền khác nhau khi tiếp xúc với dầu nhũ. Tuy nhiên
không nhất thiết phải cố tạo ra một loại dầu nhũ có thể tương hợp với mọi
loại cao su cũng như không nên cố tạo ra một loại cao su có khả năng tiếp
xúc với mọi loại dầu nhũ.
Trên cơ sở các nhận định đã nêu ở trên có thể thấy rõ tính cấp thiết
của các n
ội dung nghiên cứu cần đạt được của đề tài.
1.4.10. Độ ăn mòn tấm đồng
Phép thử ăn mòn tấm đồng nhằm xác định định tính độ ăn mòn của
dầu nhũ đối với các chi tiết được tạo từ đồng, và hợp kim của đồng.
Nguyên tắc: Một tấm đồng đã được đánh bóng, được ngâm trong một
khối lượng mẫu xác định và được gia nhiệ
t đến một nhiệt độ nhất định. Sau
một thời gian xác định, mẫu thử nghiệm được lấy ra, rửa sạch và so màu
với bảng màu chuẩn ASTM.
Tiến hành: