Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme compozit thân thiện môi trường trên cơ sở dầu thực vật epoxy hóa gia cường bằng hạt thạch anh và thủy tinh tái chế

..

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------Phạm Anh Tuấn

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU POLYME COMPOZIT
THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG TRÊN CƠ SỞ DẦU THỰC VẬT EPOXY
HÓA, GIA CƯỜNG BẰNG HẠT THẠCH ANH VÀ THỦY TINH TÁI CHẾ

Chuyên ngành : Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu phi kim
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU PHI KIM
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS VŨ MINH ĐỨC

Hà Nội - 2012


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 2012

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo, các cán bộ nghiên cứu thuộc Trung
tâm Nghiên cứu Vật liệu Polyme, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện
thuận lợi giúp tơi trong suốt q trình học tập và nghiên cứu tại Trung tâm.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới TS Vũ Minh Đức, người đã tận
tình hướng dẫn, chỉ bảo giúp đỡ tơi trong suốt q trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận
văn tốt nghiệp này.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến GS.TSKH Trần Vĩnh Diệu, PGS.TS
Phan Minh Ngọc đã giúp đỡ, định hướng và hỗ trợ cả về phương pháp nghiên cứu và kinh
nghiệm thực tế để áp dụng kết quả nghiên cứu của đề tài vào thực tiễn sản xuất nơi tôi làm

việc là Công ty cổ phần đá ốp lát cao cấp Vinaconex
Tôi xin cảm ơn Lãnh đạo Công ty và đồng nghiệp nơi tôi công tác đã giúp đỡ, hỗ trợ,
tạo điều kiện để tơi có thể thử nghiệm kết quả nghiên cứu trong phịng thí nghiệm và trên thực
tế sản xuất và đã có những thành cơng nhất định.
Dù đã hết sức cố gắng, song luận văn chắc chắn khơng thể tránh khỏi những thiếu sót
và hạn chế. Do vậy tôi mong tiếp tục nhận được sự chia sẻ và nhận xét góp ý của các thầy cơ
giáo, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp để tiếp tục hoàn thiện và đưa đề tài áp dụng
vào sản xuất đạt kết quả tốt nhất. Tôi xin chân thành cảm ơn.
Hà Nội, ngày 26 tháng 03 năm 2012
Tác giả

Phạm Anh Tuấn

2
Phạm Anh Tuấn

Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Phi kim


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 2012

MỤC LỤC

Trang phụ bìa ............................................................................................................................ 1 
Lời cảm ơn .................................................................................................................................. 2 
Lời cam đoan .............................................................................................................................. 6 
Danh mục ký hiệu, viết tắt .......................................................................................................... 7 
Danh mục hình vẽ, đồ thị ............................................................................................................ 8 
Danh mục bảng biểu ................................................................................................................. 10 
MỞ ĐẦU .................................................................................................................................. 11 

Chương 1 

TỔNG QUAN .................................................................................................. 13 

1.1 Một số loại dầu thực vật phổ biến....................................................................................... 13 
1.1.1 Dầu hạt cải ...................................................................................................................... 14 
1.1.2 Dầu đậu nành ................................................................................................................... 14 
1.1.3 Dầu hướng dương ............................................................................................................ 15 
1.1.4 Dầu cọ. ............................................................................................................................. 16 
1.1.5 Dầu lanh ........................................................................................................................... 17 
1.1.6 Một số axit quan trọng trong dầu thực vật ....................................................................... 18 
1.2 Dầu lanh epoxy hóa (Epoxy linseed oil-ELO).................................................................... 21 
1.2.1 Chiết xuất dầu lanh .......................................................................................................... 21 
1.2.2 Epoxy hóa dầu lanh.......................................................................................................... 24 
1.2.3 Phản ứng đóng rắn dầu lanh epoxy hóa ........................................................................... 26 
1.3 Chất gia cường thạch anh và thủy tinh tái chế .................................................................... 30 
1.3.1 Thạch anh (Quartz) .......................................................................................................... 30 
1.3.2 Thủy tinh tái chế .............................................................................................................. 35 
1.4 Vật liệu compozit trên cơ sở dầu thực vật epoxy hóa ......................................................... 37 
Chương 2 

THỰC NGHIỆM .............................................................................................. 41 

2.1 Nguyên liệu ......................................................................................................................... 41 
2.2 Các phương pháp xác định các tính chất quan trọng của ELO ........................................... 42 
2.2.1 Phương pháp xác định đương lượng nhóm epoxy. .......................................................... 42 

3
Phạm Anh Tuấn

Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Phi kim


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 2012

2.2.2 Phương pháp xác định tỷ trọng ........................................................................................ 43 
2.2.3 Phương pháp xác định cực đại tỏa nhiệt khi đóng rắn ..................................................... 43 
2.2.4 Phương pháp xác định độ nhớt ........................................................................................ 44 
2.3 Phương pháp chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở dầu lanh epoxy hóa, gia cường bằng
thạch anh và thủy tinh tái chế ................................................................................................... 44 
2.4 Các phương pháp xác định tính chất của vật liệu .............................................................. 46 
2.4.1 Phương pháp xác định độ hấp thụ nước........................................................................... 46 
2.4.2 Phương pháp xác định độ bền uốn ................................................................................... 47 
2.4.3 Phương pháp xác định độ mài mòn sâu ........................................................................... 48 
2.4.4 Phương pháp xác định độ cứng bề mặt ............................................................................ 49 
2.5 Một số phương pháp phân tích ........................................................................................... 50 
2.5.1 Phương pháp xác định hàm lượng phần gel..................................................................... 50 
2.5.2 Phương pháp xác định phân bố kích thước hạt ................................................................ 51 
2.5.3 Phương pháp quét nhiệt vi sai và nhiệt khối lượng (DSC-TGA) .................................... 52 
2.5.4 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) ........................................................................ 53 
Chương 3 

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................................... 54 

3.1 Lựa chọn hệ đóng rắn cho dầu lanh epoxy hóa .................................................................. 54 
3.1.1 Lựa chọn chất đóng rắn.................................................................................................... 54 
3.1.2 Lựa chọn chất xúc tác cho q trình đóng rắn ................................................................. 55 
3.1.3 Lựa chọn chất mở vịng anhydrit ..................................................................................... 56 
3.2 Phân tích nhiệt vi sai quét và nhiệt khối lượng (DSC-TGA) .............................................. 56 
3.3 Khảo sát q trình đóng rắn hệ ELO/MHHPA/NMI/PT1 .................................................. 58 

3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến q trình đóng rắn của hệ ELO/MHHPA/NMI/PT1 .. 58 
3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng chất đóng rắn MHHPA đến q trình đóng rắn ELO .. 61 
3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất xúc tác NMI đến q trình đóng rắn hệ
ELO/MHHPA ........................................................................................................................... 63 
3.3.4 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng polyol-PT1 đến q trình đóng rắn hệ ELO/MHHPA . 66 
3.4 Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit thân thiện môi trường trên cơ sở dầu lanh epoxy hóa,
gia cường bằng thạch anh và thủy tinh tái chế.......................................................................... 69 
3.4.1 Xác định đơn phối liệu tối ưu chế tạo vật liệu compozit thân thiện môi trường ............ 69 

4
Phạm Anh Tuấn

Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Phi kim


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 2012

3.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất liên kết đến tính chất của vật liệu .................. 72 
3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đóng rắn đến tính chất cơ học của vật liệu
compozit.................................................................................................................................... 75 
KẾT LUẬN............................................................................................................................... 80 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................ 81 

5
Phạm Anh Tuấn

Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Phi kim


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 2012

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những kết quả thực nghiệm được trình bày trong luận văn là
trung thực, do chính tơi thực hiện. Các kết quả nêu trong luận văn chưa từng được
công bố trong bất kỳ một cơng trình nào khác.

Tác giả

Phạm Anh Tuấn

6
Phạm Anh Tuấn

Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Phi kim


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 2012

DANH MỤC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT

STT

Tên

Viết tắt

1

Dầu lanh epoxy hóa (Epoxy Linseed Oil)

ELO

2

Anhydrit metylhexahydrophtalic

MHHPA

3

Polyol-PT1

PT1

4

1-metyl imidazol

NMI

5

polyme compozit

PC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

7
Phạm Anh Tuấn

Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Phi kim


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 2012

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Tên hình vẽ/đồ thị

N0
1.1

Một số hình ảnh về cây lanh

1.2

Công thức cấu tạo axit oleic

1.3

Công thức cấu tạo axit linoleic (cis, cis-9,12-octadecadienoic acid)

1.4

Công thức cấu tạo axit α - linolenic (cis,cis,cis-9,12,15-Octadecatrienoic acid)

1.5

Công thức cấu tạo của axit stearic

1.6

Công thức cấu tạo của axit palmitic

1.7

Sơ đồ quá trình chiết xuất và epoxy hóa dầu lanh

1.8

Sơ đồ quy trình ép cơ học

1.9

Sơ đồ chiết xuất bằng dung môi

1.10

Sơ đồ phản ứng epoxy hóa dầu thực vật

1.11

Cấu trúc dầu lanh trước và sau khi epoxy hóa

1.12
1.13
1.14

Cơ chế đóng rắn dầu lanh epoxy hóa sử dụng imidazol làm chất xúc tác, đóng rắn
bởi anhydrit
Cơ chế phản ứng đóng rắn dầu thực vật epoxy hóa bằng anhydrit khi có mặt amin
bậc 3 và nhóm –OH
Cơ chế phản ứng đóng rắn dầu lanh epoxy hóa bằng MHHPA khi có mặt chất
imidazol và hợp chất chứa nhóm –OH

1.15

Mơ hình cấu trúc của tinh hệ sáu phương và ba phương

1.16

Dạng tinh thể lý tưởng của thạch anh và các mặt của nó

1.17

Các trục đối xứng của tinh thể thạch anh

1.18

Các dạng tinh thể của thạch anh

2.1

Nhớt kế LVDV-E và Bình ổn nhiệt WBH14

2.2

Sơ đồ chế tạo vật liệu compozit

2.3

Máy khuấy trộn liệu và máy rung ép trong môi trường chân không

2.4

Máy đo độ bền uốn Flexi-1000 của hãng Gabbrielli,Ý

2.5

Máy đo độ mài mòn sâu Deep Unglazed của hãng Gabbrielli, Ý

8
Phạm Anh Tuấn

Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Phi kim

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 2012

2.6

Thiết bị đo độ cứng Barcol và dụng cụ đo độ cứng Mohs

2.7

Bộ Soxhlet trong phịng thí nghiệm

2.8

Máy xác định phân bố kích thước hạt bằng laze và bộ sàng rây

2.9

Máy DSC-TGA Model NETZSCH STA409 PC/PG

2.10

Máy SEM của hãng Jeol, Nhật Bản

3.1

Sự biến thiên nhiệt độ khi sử dụng các imidazol khác nhau đến q trình đóng rắn hệ
ELO/MHHPA

3.2

Giản đồ DSC-TGA của hệ ELO/MHHPA/NMI/PT1

3.3

Sự biến thiên nhiệt độ theo thời gian của phản ứng đóng rắn ELO

3.4

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến mức độ đóng rắn của ELO

3.5

Sự biến thiên của nhiệt độ theo thời gian của phản ứng đóng rắn ELO với hàm
lượng chất đóng rắn MHHPA khác nhau

3.6

Ảnh hưởng của hàm lượng chất MHHPA đến mức độ đóng rắn của ELO

3.7

Ảnh hưởng của hàm lượng NMI đến q trình đóng rắn hệ ELO/MHHPA

3.8

Ảnh hưởng hàm lượng NMI đến mức độ đóng rắn của hệ ELO/MHHPA

3.9

Sự biến thiên nhiệt độ theo thời gian của phản ứng đóng rắn ELO với hàm lượng

polyol –PT1 khác nhau

3.10

Ảnh hưởng của hàm lượng polyol-PT1 đến mức độ đóng rắn của hệ ELO/MHHPA

3.11

Ảnh SEM bề mặt phá hủy vật liệu PC khơng có và có 1,4% Glymo

9
Phạm Anh Tuấn

Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Phi kim


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 2012

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Tên bảng biểu

N0
1.1

Hàm lượng dầu và chỉ số Iot của một số loại dầu

1.2

Thành phần hoá học của dầu hạt cải

1.3

Thành phần hoá học của dầu đậu nành

1.4

Thành phần hoá học của dầu hướng dương

1.5

Thành phần hoá học của dầu cọ

1.6

Thành phần hóa học của dầu lanh

1.7

Một số tính chất cơ – lý –quang của thạch anh

1.8

Thành phần hóa học của thủy tinh tái chế

2.1

Bảng quy đổi chiều dài và thể tích mài mịn sâu

3.1

Tính chất của ELO sau đóng rắn từ một số anhydrit khác nhau

3.2

Một số đặc trưng của ELO sau đóng rắn ở các nhiệt độ phản ứng khác nhau

3.3

Một số đặc trưng của nhựa sau đóng rắn với các hàm lượng chất đóng rắn MHHPA
khác nhau

3.4

Một số đặc trưng của nhựa sau đóng rắn với các hàm lượng xúc tác NMI khác nhau

3.5

Ảnh hưởng của hàm lượng polyol-PT1 đến một số đặc trưng của nhựa sau đóng rắn

3.6

Kết quả sàng các dải hạt cốt liệu dùng để nghiên cứu

3.7

Đơn phối liệu tối ưu chế tạo mẫu compozit

3.8

Ảnh hưởng của hàm lượng glymo đến tính chất cơ lý của vật liệu

3.9

Một số tính chất của vật liệu đá ốp lát nhân tạo theo tiêu chuẩn EN15258:2008

3.10

Ảnh hưởng của nhiệt độ đóng rắn đến tính chất vật liệu compozit

3.11

Ảnh hưởng của thời gian đóng rắn đến tính chất vật liệu compozit

10
Phạm Anh Tuấn

Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Phi kim


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 2012

MỞ ĐẦU
Một trong những ứng dụng của loại vật liệu polyme compozit gia cường dạng hạt
là “đá hóa cương nhân tạo” hay “đá ốp lát nhân tạo” được sản xuất với số lượng rất lớn
và được sử dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống như: lát sàn, ốp tường, làm mặt bàn
bếp, quầy bar, bàn thu ngân… và đặc biệt được ưa chuộng tại các nước phát triển như:
Mỹ, Anh, Ý, Đức, Úc, Nhật…Theo đánh giá của giới chuyên môn, đây sẽ là loại vật
liệu ốp lát chủ yếu trong ngành xây dựng, trang trí nội thất, là loại vật liệu ốp lát của
hiện tại và tương lai, nó sẽ dần thay thế các loại vật liệu ốp lát truyền thống bởi sự vượt
trội cả về tính năng kỹ thuật và tính thẩm mỹ[52].

Tại Việt Nam, đá ốp lát nhân tạo, bản chất là vật liệu polyme compozit, trên cơ sở
nhựa nền hữu cơ, gia cường bằng thạch anh (đá quartz hoặc cát trắng silic, dạng bột và
hạt, kích thước từ 1µm đến 6mm), tạo hình trong điều kiện chân khơng và đóng rắn ở
nhiệt độ nâng cao đã được Bộ Khoa học & Cơng nghệ đánh giá thẩm định và được
Chính phủ công nhận là “sản phẩm công nghệ cao được khuyến khích phát triển” theo
quyết định 49/2010/QĐ-TTg của Thủ tướng chính phủ.
Tuy nhiên, đến thời điểm này, tất cả các nhà máy sản xuất đá nhân tạo trên thế
giới đều sử dụng nhựa nền là polyeste không no với vật liệu gia cường là thạch anh
hoặc granit, cũng có thể là cẩm thạch (marble). Loại sản phẩm này, tuy có nhiều ưu
điểm, song vẫn tồn tại một số hạn chế như:
- Styren trong nhựa polyeste thốt ra trong qúa trình sản xuất ảnh hưởng không
tốt đến sức khỏe người lao động nếu khơng có hệ thống hút và xử lý triệt để.
- Tồn dư lượng các chất benzen, toluen, etylbenzen, xylen và styren (gọi chung là
BTEXs) trong sản phẩm cuối cùng, gây ảnh hưởng đến sức khỏe người sử dụng.
- Nhựa nền có nguồn gốc từ nguyên liệu hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt,
không tái tạo và không thân thiện với môi trường
11
Phạm Anh Tuấn

Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Phi kim


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 2012

Trong bối cảnh trên, đề tài “Nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme compozit thân
thiện môi trường trên cơ sở dầu thực vật epoxy hóa, gia cường bằng thạch anh và
thủy tinh tái chế” được tiến hành với mục đích tìm được hệ nhựa nền và chế độ gia
công phù hợp để sản xuất loại đá nhân tạo sinh thái trên cơ sở các loại nguyên liệu có
khả năng tái tạo hoặc loại nguyên liệu tận dụng, tái chế, nhưng vẫn đảm bảo các yêu
cầu về mặt kỹ thuật của sản phẩm là “Vật liệu ốp lát đạt tiêu chuẩn châu Âu EN

15258:2008”
Đề tài không chỉ mang ý nghĩa về mặt khoa học mà cịn có ý nghĩa thực tiễn rất
lớn, góp phần nâng cao ý thức và trách nhiệm bảo vệ môi trường, phát triển vì mơi
trường bền vững của cả nhà sản xuất và người tiêu dùng, vấn đề đang trở nên cấp bách
khơng chỉ riêng ở Việt Nam mà tồn thế giới nói chung trước sự biến đổi khí hậu và
những tác hại đến môi trường sinh thái do hoạt động sản xuất công nghiệp gây ra.

12
Phạm Anh Tuấn

Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Phi kim


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 2012

Chương 1

TỔNG QUAN

1.1 Một số loại dầu thực vật phổ biến
Hiện nay, dầu thực vật là một nguồn nguyên liệu dồi dào được lấy từ hạt của
những cây như: dầu lanh, dầu đậu nành, dầu hạt cải, dầu hướng dương…[30].
Cách phân loại chất béo và dầu thực vật thông thường dựa theo chỉ số Iot (CI)
được phân ra làm ba loại: dầu khơ: Có CI>130; dầu bán khơ: Có CI= 90-130, dầu
khơng khơ: Có CI<90. Một số loại dầu thực vật phổ biến với chỉ số iot và hàm lượng
dầu được trình bày trong bảng 1.1 dưới đây[33;39;49].
Bảng1.1: Hàm lượng dầu và chỉ số Iot của một số loại dầu
Loại dầu

Khô

Bán khô

Không
khô

Tên dầu

Hàm lượng dầu

Chỉ số iot

Dầu chẩu

42-48

159-163

Dầu lanh

36-47

182-204

Dầu perila

36-51

181-200

Dầu hồ đào

65

142-162

Dầu cẩm chướng

40-60

131-143

Dầu đậu nành

14-25

114-137

Dầu hướng dương

27-35

119-114

Dầu ngô

-

111-131

Dầu bông

20-28

100-115

Dầu dừa

-

83-90

Dầu ve

48-60

82-88

-

76-85

Dầu oliu

13
Phạm Anh Tuấn

Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Phi kim

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 2012

Trong khuôn khổ luận văn này, chỉ trình bày một số loại dầu thực vật tiêu biểu,
đại diện cho ba nhóm dầu, trong đó có dầu lanh.
1.1.1 Dầu hạt cải
Cải là một trong những nhóm cây trồng hạt có dầu, thân cây mảnh, hoa màu vàng,
quả nhỏ, dài, có tên gọi là Canola hoặc Rapeseed thuộc họ cải dầu Brassica napus L
hoặc Brassica Rapavar có nguồn gốc xuất xứ từ Canada (Canadian oil low acid –
canola hoặc Rapeseed 00) để chỉ đây là một loại dầu có hàm lượng axit erucic rất thấp.
Hàm lượng dầu trong hạt cải chiếm ~ 43% ( 22,68 kg hạt cải cho 10 lít dầu), tỷ trọng d
= 0.9. Thành phần chính dầu hạt cải được trình bày trong bảng 1.2[4;13;43]
Bảng 1.2: Thành phần hoá học của dầu hạt cải
N0

Thành phần

Hàm lượng, %

Ghi chú

1

Axit oleic

61

Chất béo chưa bão hoà ω- 9

2

Axit linoleic

21

Chất béo chưa bão hoà ω- 6

3

Axit α- linoleic

11

Chất béo chưa bão hoà ω- 3

4

Chất béo

7

5

Axit palmitic

4

6

Axit stearic

2

7

Chất béo khơng bão
hồ khác

0,4

1.1.2 Dầu đậu nành
Đậu nành, hay đậu tương, là cây trồng thuộc họ cây đậu – Glycine willd ( gồm
hai nhóm: Glycine max (L.) Merr - đậu tương trồng và Glycine Soja Sieb & Zucc – đậu
tương tự nhiên) có nguồn gốc từ Đơng Á như Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc… từ
14
Phạm Anh Tuấn

Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Phi kim


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 2012

trên 5000 năm trước, sau đó được nhanh chóng lan rộng trên tồn thế giới vào đầu thế
kỷ 18. Thành phần hoá học của hạt đậu nành bao gồm: 40% là protein, 20% là dầu,
35% là carbohydrate (thuộc nhóm chất xơ bao gồm các loại polysasccharides,
cellulose, pectin và hemixenlulose), 5% là tro. Thành phần hóa học của dầu đậu nành
được trình bày trong bảng 1.3[7;11;12;26;42;50]
Bảng 1.3: Thành phần hoá học của dầu đậu nành
N0

Thành phần

Hàm lượng, %

Ghi chú

1

Axit α- linolenic

5-11

Axit béo chưa bão hoà ω- 3

2

Axit oleic

15-33

Axit béo chưa bão hoà ω- 9

3

Axit linoleic

45-56

Axit béo chưa bão hoà ω- 6

4

Axit palmitic

7-11

Axit béo bão hoà

5

Axit stearic

2-7

Axit béo bão hoà

6

Chất béo bão hoà

0,3-3

Axit béo bão hoà khác

1.1.3 Dầu hướng dương
Hướng dương (danh pháp khoa học: Helianthus annuus) là một loài thực vật chỉ
sống một năm thuộc họ Asteraceae với bông hoa lớn (inflorescence). Thân cây hướng
dương có thể cao tới 3 mét, với đường kính bơng hoa là 100cm.
Dầu hướng dương được chiết xuất từ hạt hướng dương, thường được sử dụng làm
dầu ăn. Dầu hướng dương có nhiều loại khác nhau với tỷ lệ axit béo không no khác
nhau. Dầu hướng dương cũng thường được chế biến thành Diesel sinh học do chi phí

sản xuất dầu hướng dương rẻ hơn dầu đậu nành và dầu ô-liu.
Thành phần chủ yếu của dầu hướng dương được trình bày trong bảng 1.4[10;25]

15
Phạm Anh Tuấn

Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Phi kim


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 2012

Bảng 1.4: Thành phần hóa học của dầu hướng dương
N0

Thành phần

Hàm lượng, %

1

Axit palmitic

4–9

2

Axit stearic

1–7

3

Axit oleic

14 – 10

4

Axit linoleic

48 – 74

Ghi chú

1.1.4 Dầu cọ
Cọ (danh pháp khoa học: Elaeis) có hai lồi thuộc họ Cau (Arecaceae). Chúng
được trồng với quy mô lớn trong nông nghiệp để sản xuất dầu cọ. Mỗi hecta cọ dầu,
được thu hoạch sẽ cho sản lượng hàng năm vào khoảng 10 tấn quả, từ đó có thể sản
xuất được 3 tấn dầu cọ từ vỏ quả và thu được khoảng 750 kg hạt, từ đây lại có thể sản
xuất ra 250 kg dầu cọ từ hạt có chất lượng cao và 500 kg bã hạt. Một vài giống thậm
chí cịn có năng suất cao hơn, điều này làm cho người ta nghĩ đến chúng như một loại
cây tiềm năng cho việc sản xuất dầu thực vật cần thiết để sản xuất các nguồn nguyên,
nhiên liệu khác. Thành phần chủ yếu của dầu cọ được trình bày trong bảng
1.5[7;9;16;28]
Bảng 1.5: Thành phần hóa học của dầu cọ
N0

Thành phần

Hàm lượng, %

Ghi chú

1

Axit palmitic

44,3

Axit béo bão hòa

2

Axit stearic

4,6

Axit béo bão hòa

3

Axit oleic

38,7

Axit béo chưa bão hịa, 1 nối đơi

4

Axit linoleic

10,5

Axit béo chưa bão hịa, nhiều nối đơi
16

Phạm Anh Tuấn

Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Phi kim


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 2012

1.1.5 Dầu lanh
Cây lanh (tên khoa học: Linum usitatissimum) là thuộc giống Linum – cây họ
lanh, xuất xứ từ vùng Địa Trung Hải tới vùng Trung Ấn Độ. Cây lanh là loại cây trồng
hàng năm, thân thẳng đứng cao tới 1,2 m, thân cây mảnh, lá màu xanh, dài 20-40 mm,
bản lá rộng 3mm. Hoa màu xanh nhạt, đường kính 25 mm, hoa có 5 cánh, quả dạng
trịn, có màng bao bọc, đường kính 5-9mm, chứa các hạt mầu nâu dài 4-7
mm[1;14;17;30]
1.1.5.1 Hạt lanh: Có hai màu chính: màu nâu ánh vàng và màu nâu. Hạt có chứa axit
béo omega-3. Hạt lanh màu vàng có chứa hàm lượng chất béo omega-3 thấp. Hạt cây
lanh sản xuất dầu thực vật được biết đến với tên thương mại Linseed oil[1;14;30]

a) Hoa cây lanh

b) Hạt lanh

c) Dầu lanh

Hình 1.1: Một số hình ảnh về cây lanh
1.1.5.2 Thành phần hóa học: Dầu lanh là một triglycerit, giống như các chất béo khác.
Đặc điểm để phân biệt với các axit béo là thành phần hợp thành của triglycerit, cấu trúc

17
Phạm Anh Tuấn

Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Phi kim


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 2012

bao gồm hàm lượng lớn của axit α-linolenic, ngồi ra cịn có các thành phần khác,
được trình bày trong bảng 1.6[14;17;30]
Bảng1.6: Thành phần hóa học của dầu lanh
N0

Thành phần

Hàm lượng, %

Ghi chú

1

Axit α-linolenic

35-60

Axit béo chưa bão hòa

2

Axit palmatic

~7

Axit béo bão hòa

3

Axit stearic

3.4 - 4.6

Axit béo bão hòa

4

Axit oleic

18 - 23

Axit béo chưa bão hòa

5

Axit linoleic

17-24

Axit béo chưa bão hòa

1.1.6 Một số axit quan trọng trong dầu thực vật
1.1.6.1 Axit oleic
Axit oleic là một axit béo khơng no (omega – 9, có 1 liên kết đơi) có cơng thức
phân tử C18H34O2, CH3(CH2)7CH = CH (CH2)7COOH, dạng không màu hoặc màu vàng
sáng, không mùi, d = 0,895, nhiệt độ chảy Tn/c= 13-140C, nhiệt độ sôi Ts = 3600C

hoặc
Hình 1.2: Cơng thức cấu tạo axit oleic
1.1.6.2 Axit Linoleic

18
Phạm Anh Tuấn

Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Phi kim


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 2012

Linoleic là một axit béo không no ( Omega -6), công thức phân tử C18H32O2, d =
0,9 g/mol, nhiệt độ chảy Tm = -50C, nhiệt độ sơi Ts= 3650C, hồ tan trong metanol,
khơng tan trong nước.

Hoặc

Hình 1.3: Cơng thức cấu tạo axit linoleic (cis, cis-9,12-octadecadienoic acid)
1.1.6.3 Axit α - linolenic
Axit α- linoleic là một axit béo khơng no ( Omega-3) với 3 nhóm liên kết đôi

liên hợp trong trong phân tử, tên gọi cis,cis,cis-9,12,15-Octadecatrienoic axit, công
thức phân tử C18H30O2.

Hoặc

19
Phạm Anh Tuấn

Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Phi kim


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 2012

Hình 1.4: Cơng thức cấu tạo axit α-linolenic (cis,cis,cis-9,12,15 - octadecatrienoic
acid)
1.1.6.4 Axit stearic
Axit stearic là axit béo bão hòa, mạch phân tử gồm 18 nguyên tử các bon, tên
quốc tế: Octadecanoic axit, công thức phân tử : C18H36O2, hoặc CH3(CH2)16COOH, d =
0,85, nhiệt độ chảy Tn/c = 69.60C, nhiệt độ sơi Ts= 3830C

Hoặc

Hình 1.5: Công thức cấu tạo của axit stearic
1.1.6.4 Axit palmitic
Axit palmitic (Danh pháp quốc tế: hexadecanoic acid) là một loại axit bão hịa
phổ biến nhất được tìm thấy trong động vật và thực vật, công thức phân tử:
CH3(CH2)14COOH, d = 0,85, nhiệt độ chảy Tn/c = 62.90C, nhiệt độ sôi Ts= 2150C

Hoặc

20
Phạm Anh Tuấn

Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Phi kim


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 2012

Hình 1.6: Cơng thức cấu tạo của axit palmitic
1.2 Dầu lanh epoxy hóa (Epoxy linseed oil-ELO)
1.2.1 Chiết xuất dầu lanh
Dầu lanh thu được từ hạt (35-45% thuộc nhóm dầu khơ) của cây lanh. Đây là một
trong những loại dầu quan trọng nhất trên thế giới: dầu thô thu được bằng phương pháp
ép cơ học hoặc chiết xuất bằng dung mơi. Dầu lanh thơ có màu hổ phách tối và có mùi
đặc trưng. Với phương pháp xử lý bằng hơi nước có thể loại bỏ được mùi và thu được
màu vàng tương tự như những loại dầu thực vật ngun chất.
Vì có chỉ số iot (165-210) và hàm lượng axit linolenic (35-60%) cao nên chúng
không được sử dụng làm dầu ăn, chủ yếu sử dụng để sản xuất sơn, vec-ni, vải sơn, vải
dầu và mực in [1;14;17;20;30]
Q trình chiết xuất dầu và epoxy hóa là một q trình quan trọng nhằm hóa dẻo
và ổn định loại nhựa này. Có thể mơ tả tồn bộ q trình này như hình 1.2[30;50]

Hình 1.7: Sơ đồ quá trình chiết xuất và epoxy hóa dầu lanh
1.2.1.1 Chiết xuất theo phương pháp ép cơ học
21
Phạm Anh Tuấn

Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Phi kim

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 2012

Sau khi hạt được làm sạch khỏi tạp chất lạ, vỏ và thân bằng phương pháp thổi
hoặc sàng, được đưa vào nghiền trong máy nghiền đứng (3-5 trục). Sau đó chuyển sang
nồi nấu hình trụ có các đĩa nằm ngang và các dao gạt quay quanh trục trên đĩa. Các hạt
đã nghiền được cho vào giá trên nồi nấu nhờ dao gạt đẩy chúng xuống các đĩa thấp
hơn. Nồi nấu có trang bị vỏ bọc đun nóng bằng hơi nước và một phần hơi nước được
cho vào trực tiếp để làm ẩm đến hàm ẩm yêu cầu, khi đến lỗ thoát ở đáy nồi nhiệt độ
của bột lanh đạt 88 -93.50C.
Trạng thái vật lý và hàm ẩm thích hợp là những yếu tố rất quan trọng quyết định
hiệu quả của quá trình chiết dưới áp suất. Ra khỏi nồi nấu, bột được chuyển sang thiết
bị chiết loại thủy lực hoặc loại trục quay nằm ngang (expeller).
Với loại thủy lực, bột phải được tạo thành miếng, sau đó bọc trong tấm được bện
bằng lơng lạc đà trước khi đặt giữa các đĩa của thiết bị ép thủy lực (mỗi thiết bị thường
có trên 20 đĩa). Khi tăng áp lực, lực nén tác dụng lên báng bột tăng, lúc đầu tăng chậm
sau đó đạt đến mức cực đại (khoảng 4000Pa). Thời gian ép 1 giờ. Dầu chảy qua bộ
phận lọc thô vào thùng lắng, bã bột được nghiền để làm thức ăn gia súc.
Thiết bị expeller khác thiết bị loại thủy lực là có vít xoắn hoặc thiết bị điều hòa
được ép dưới áp lực đáng kể qua thùng trịn (xi lanh) nhờ trục vít dầu được chảy qua lỗ
nhỏ được lọc và chảy vào thùng lắng, bột chứa khoảng 4% được tháo ra ở dạng miếng
vụn.
Nhiệt độ của dầu được tách ra bằng phương pháp trên từ 76.7 – 82.20C .Khi làm
lạnh trong thùng chứa, một vài hợp chất được tách ra (sterin, photphatic... ) ở dạng kết
tủa. Dầu này được bán ở dạng “dầu thơ, lọc hai lần” có thể dùng làm sơn, sản xuất
linoleum (vải sơn) và những ứng dụng khác.

22
Phạm Anh Tuấn

Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Phi kim

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 2012

Nguồn điện
Hạt thực vật

Trục phân phối
Dầu thơ thốt ra

Dầu thơ thốt ra

Nguồn điện

Hình1.8: Sơ đồ quy trình ép cơ học
1.2.1.2 Chiết xuất theo phương pháp dùng dung môi
Ưu điểm lớn nhất của phương pháp này là hiệu suất thu hồi dầu từ hạt rất cao
(khoảng 99% - 99,5 %). Ưu điểm nữa là nhân cơng lao động ít (hiện nay tất cả các nhà
máy đều dung thiết bị liên tục, được điều khiển tự động hoặc bán tự động).
Quá trình chiết được thực hiện theo phương pháp ngược dịng với dung mơi
nóng, hỗn hợp dung mơi và dầu sau đó được tách bằng cách cho bay hơi và chưng cất.
Dung mơi cịn lại được tách ra nhờ nhiệt độ và hơi nước trực tiếp. Dung mơi là hexan
hoặc tricloruaetylen. Tricloruaetylen ít cháy nổ hơn hexan.

23
Phạm Anh Tuấn

Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Phi kim

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 2012

Yêu cầu chung của dung môi: Giá thành rẻ, giới hạn sôi hẹp, ẩm nhiệt hóa hơi
thấp, khơng gây độc hại và khơng cháy nổ

a)

b)

Hình 1.9: Sơ đồ chiết xuất bằng dung mơi : a)Trong cơng nghiệp, b) Trong PTN
1.2.2 Epoxy hóa dầu lanh
Những thành phần chính của dầu lanh là các axit béo có một nối đơi, hai nối đơi
và các este của chúng có thể dễ dàng chuyển hóa thành dạng epoxy (oxirane) bởi q
trình epoxy hóa nhờ peraxit hữu cơ, hay axit hydro - peroxit hữu cơ[23;25]

24
Phạm Anh Tuấn

Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Phi kim


Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật 2012

Axit axetic (AA)

Hydro
peroxyt

Axit peroxyaxetic (axit peraxetic)

Peraxetic

Hình 1.10: Sơ đồ phản ứng epoxy hóa dầu thực vật

25
Phạm Anh Tuấn

Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Phi kim