Đồ án tốt nghiệp: Mỡ bôi trơn gốc DTV và phụ gia chống oxy hóa - ĐH Mỏ Địa chất

Nghiên cứu sâu về mỡ bôi trơn gốc dầu thực vật và tầm quan trọng của phụ gia chống oxy hóa. Phân tích các đặc tính và ứng dụng tiềm năng trong ngành công

• Tác giả: Phan Đức Việt
• Người hướng dẫn: NCS. Phạm Thị Thúy Hà
• Trường học: Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội
• Chuyên ngành: Lọc – Hóa dầu
• Đề tài: Nghiên cứu sử dụng tổ hợp phụ gia Dialkyldithiophosphat kẽm (ZDDP)/ Diphenylamin (DPA) cho mỡ bôi trơn phân hủy sinh học gốc dầu bông
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2007
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khám phá mỡ bôi trơn gốc dầu thực vật Hướng đi mới bền vững

Ngành công nghiệp bôi trơn toàn cầu đang chuyển dịch mạnh mẽ khỏi các sản phẩm gốc dầu khoáng truyền thống, hướng tới các giải pháp thân thiện với môi trường hơn. Trong bối cảnh đó, mỡ bôi trơn gốc dầu thực vật nổi lên như một lựa chọn đầy hứa hẹn, đáp ứng nhu cầu về tính bền vững và an toàn sinh học. Việc nghiên cứu mỡ bôi trơn gốc dầu thực vật và phụ gia chống oxy hóa trở thành trọng tâm nhằm khắc phục những hạn chế cố hữu, đặc biệt là về độ bền oxy hóa dầu thực vật. Bài viết này sẽ đi sâu vào tiềm năng, thách thức và các phương pháp cải tiến để phát triển mỡ bôi trơn sinh học hiệu suất cao.

1.1. Khái niệm và ưu điểm vượt trội của mỡ bôi trơn sinh học

Mỡ bôi trơn sinh học là các sản phẩm bôi trơn được chế tạo từ dầu gốc có khả năng phân hủy sinh học, điển hình là dầu thực vật làm dầu gốc. Đặc điểm nổi bật của chúng bao gồm khả năng phân hủy nhanh chóng trong môi trường tự nhiên, giảm thiểu tác động tiêu cực đến hệ sinh thái khi có sự rò rỉ hoặc thải bỏ. Ngoài ra, mỡ bôi trơn gốc dầu thực vật thường ít độc hại hơn so với dầu khoáng, an toàn hơn cho người sử dụng và môi trường. Các ưu điểm khác có thể kể đến như chỉ số độ nhớt cao, tính bôi trơn tự nhiên tốt và điểm chớp cháy cao, làm tăng độ an toàn. Những lợi ích này thúc đẩy mạnh mẽ các nghiên cứu mỡ bôi trơn gốc dầu thực vật nhằm tối ưu hóa hiệu suất.

1.2. Dầu thực vật làm dầu gốc Tiềm năng và thách thức trong ứng dụng

Dầu thực vật làm dầu gốc mang lại nhiều tiềm năng cho ngành công nghiệp bôi trơn nhờ nguồn gốc tái tạo và các đặc tính hóa lý thuận lợi. Chúng thường có chỉ số độ nhớt tự nhiên cao, cho phép duy trì độ nhớt ổn định trong dải nhiệt độ rộng, và khả năng bôi trơn vượt trội nhờ cấu trúc phân tử có cực. Tuy nhiên, thách thức lớn nhất của dầu thực vật là độ bền oxy hóa dầu thực vật kém. Do chứa nhiều liên kết đôi trong mạch cacbon của các axit béo (ví dụ: axit linoleic, linolenic), dầu thực vật rất dễ bị oxy hóa khi tiếp xúc với không khí, nhiệt độ cao và kim loại. Vấn đề này làm giảm tuổi thọ của mỡ bôi trơn gốc dầu thực vật và hạn chế ứng dụng mỡ sinh học trong điều kiện khắc nghiệt.

II. Thách thức lớn về độ bền oxy hóa dầu thực vật trong sản xuất mỡ

Độ bền oxy hóa dầu thực vật là yếu tố then chốt quyết định hiệu suất và tuổi thọ của mỡ bôi trơn gốc dầu thực vật. Sự suy giảm độ bền oxy hóa không chỉ ảnh hưởng đến cấu trúc hóa học của dầu gốc mà còn kéo theo những thay đổi bất lợi trong tính chất mỡ bôi trơn, gây ra hỏng hóc thiết bị và tăng chi phí bảo trì. Để giải quyết vấn đề này, việc hiểu rõ cơ chế oxy hóa dầu thực vật và tác động của nó là vô cùng cần thiết, làm cơ sở để phát triển các giải pháp bằng phụ gia chống oxy hóa hiệu quả.

2.1. Cơ chế oxy hóa dầu thực vật Hiểu rõ phản ứng để tìm giải pháp

Cơ chế oxy hóa dầu thực vật diễn ra qua ba quá trình chính: tự oxy hóa, oxy hóa dưới tác dụng của kim loại và oxy hóa do nhiệt độ cao. Quá trình tự oxy hóa bao gồm các giai đoạn khơi mào, phát triển mạch và phân nhánh mạch, dẫn đến sự hình thành các gốc tự do và hydroperoxit. Tài liệu nghiên cứu cho thấy, sự khơi mào xảy ra do năng lượng từ nhiệt, tia UV hoặc tác động cơ học vào phân tử chất bôi trơn, và có thể được xúc tác bởi ion kim loại. Các axit béo không no như axit linoleic và linolenic trong dầu bông đặc biệt nhạy cảm với oxy hóa do các liên kết đôi dạng allyl và nhóm bis-metylen, dễ dàng hình thành gốc tự do, làm giảm độ bền chống oxy hóa tới 10 lần so với axit oleic khi số nối đôi tăng lên. Việc nhận diện rõ cơ chế oxy hóa mỡ này là bước đầu để tìm kiếm các phụ gia chống oxy hóa phù hợp.

2.2. Tác động của quá trình oxy hóa đến tính chất mỡ bôi trơn

Quá trình oxy hóa làm biến đổi nghiêm trọng tính chất mỡ bôi trơn, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả hoạt động và tuổi thọ của hệ thống. Khi dầu thực vật làm dầu gốc bị oxy hóa, độ nhớt của dầu thường tăng lên do sự hình thành các sản phẩm polyme hóa, đồng thời chỉ số axit tăng do sự tạo thành các axit cacboxylic. Các sản phẩm oxy hóa này còn có thể dẫn đến sự hình thành cặn bùn, làm tắc nghẽn hệ thống bôi trơn và gây ăn mòn kim loại. Độ ổn định keo của mỡ cũng bị suy giảm, khiến dầu gốc tách ra khỏi chất làm đặc, ảnh hưởng đến cấu trúc và khả năng bôi trơn. Do đó, việc cải thiện độ bền chống oxy hóa là yếu tố sống còn để đảm bảo mỡ bôi trơn gốc dầu thực vật hoạt động ổn định và lâu dài.

III. Phụ gia chống oxy hóa Bí quyết nâng cao độ bền oxy hóa mỡ sinh học

Để khắc phục nhược điểm về độ bền oxy hóa dầu thực vật, việc sử dụng phụ gia chống oxy hóa là giải pháp không thể thiếu trong quá trình nghiên cứu mỡ bôi trơn gốc dầu thực vật và phụ gia chống oxy hóa. Các phụ gia này hoạt động bằng cách ngăn chặn hoặc làm chậm quá trình oxy hóa, từ đó kéo dài tuổi thọ và duy trì hiệu suất của mỡ bôi trơn sinh học. Lựa chọn đúng loại phụ gia và tối ưu hóa nồng độ sử dụng là yếu tố quyết định sự thành công trong việc phát triển các sản phẩm mỡ bôi trơn gốc dầu thực vật bền vững.

3.1. Phân loại và cơ chế hoạt động của các phụ gia chống oxy hóa

Các phụ gia chống oxy hóa được phân loại dựa trên cơ chế hoạt động của chúng. Cơ chế chống oxy hóa sơ cấp liên quan đến các chất phản ứng trực tiếp với các gốc tự do (radical scavengers) để ngăn chặn sự khơi mào và phát triển mạch của quá trình oxy hóa. Các hợp chất phenolic và amin thường hoạt động theo cơ chế này. Cơ chế chống oxy hóa thứ cấp tập trung vào việc phân hủy các hydroperoxit thành các sản phẩm không có gốc tự do, qua đó ngăn chặn sự phân nhánh mạch và giảm thiểu sự hình thành các gốc tự do mới. Các hợp chất chứa lưu huỳnh và phốt pho thường là ví dụ điển hình. Theo tài liệu, “Hiệu ứng cộng hưởng của các chất chống oxy hóa” cũng rất quan trọng, cho phép nhiều loại phụ gia hoạt động cùng nhau để tăng cường hiệu quả tổng thể, giúp cải thiện độ bền oxy hóa dầu thực vật một cách đáng kể.

3.2. Lựa chọn phụ gia chống oxy hóa cho dầu thực vật Các yếu tố then chốt

Việc lựa chọn phụ gia chống oxy hóa cho dầu thực vật đòi hỏi phải xem xét nhiều yếu tố để đảm bảo hiệu quả tối ưu và tính tương thích. Các yếu tố quan trọng bao gồm cấu trúc hóa học của phụ gia, khả năng hòa tan trong dầu thực vật làm dầu gốc, độ bền nhiệt của phụ gia, và khả năng tương tác với các phụ gia khác trong công thức. Ví dụ, tài liệu chỉ ra rằng ankyl phenol (AP) là một loại phụ gia chống oxy hóa được sử dụng rộng rãi, nhưng có “tính bền nhiệt kém nên không hiệu quả để sản xuất MBT đa dụng”, do đó không được lựa chọn trong nghiên cứu cụ thể này. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc đánh giá cẩn thận từng loại phụ gia để đạt được tính chất mỡ bôi trơn mong muốn, đặc biệt là độ bền chống oxy hóa dưới các điều kiện vận hành khắc nghiệt.

IV. Nghiên cứu mỡ bôi trơn gốc dầu thực vật Từ dầu bông đến phụ gia

Quá trình nghiên cứu mỡ bôi trơn gốc dầu thực vật đòi hỏi sự lựa chọn cẩn thận nguyên liệu và phương pháp tổng hợp, cũng như các kỹ thuật đánh giá chính xác. Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng dầu bông làm dầu gốc, kết hợp với các phụ gia chống oxy hóa để cải thiện độ bền oxy hóa dầu thực vật và các tính chất mỡ bôi trơn khác. Các bước thực nghiệm được tiến hành một cách bài bản, từ việc chuẩn bị nguyên liệu đến phân tích kết quả, nhằm đưa ra cái nhìn toàn diện về tiềm năng của mỡ bôi trơn sinh học.

4.1. Đặc điểm dầu bông Nguyên liệu tiềm năng cho mỡ bôi trơn sinh học

Dầu bông được lựa chọn làm dầu thực vật làm dầu gốc trong nghiên cứu này do có sẵn và chứa thành phần axit béo đặc trưng. Theo phân tích sắc ký mẫu dầu bông tại công ty APP (chuyển hóa thành metyl este và đo sắc ký khí), thành phần axit béo của dầu bông bao gồm: Miristic (C14, 0.52%), Oleic (C18:1, 2.88%), Linoleic (C18:2, 56.12%) và Linolenic (C18:3, 13.56%). Đặc biệt, tỷ lệ cao axit linoleic và linolenic, vốn chứa “hai đến ba nối đôi” và các “nối đôi dạng allyl CH=CH – CH2”, làm cho dầu bông rất dễ bị oxy hóa. Chính vì tính nhạy cảm này mà dầu bông trở thành một trường hợp nghiên cứu lý tưởng để kiểm chứng hiệu quả của phụ gia chống oxy hóa trong việc cải thiện độ bền oxy hóa dầu thực vật và phát triển mỡ bôi trơn sinh học bền vững.

4.2. Quy trình tổng hợp và các chỉ tiêu phân tích tính chất mỡ bôi trơn

Phương pháp tổng hợp mỡ bôi trơn thường sử dụng nồi phản ứng và thiết bị đồng thể hóa thí nghiệm để trộn dầu gốc (dầu bông) với chất làm đặc và các phụ gia chống oxy hóa. Sau khi tổng hợp, các mẫu mỡ bôi trơn gốc dầu thực vật được phân tích theo các tiêu chuẩn quốc tế và Việt Nam để đánh giá tính chất mỡ bôi trơn toàn diện. Các phương pháp phân tích quan trọng bao gồm xác định độ bền chống oxy hóa mỡ (ASTM D 942), xác định chỉ số axit (GOST 6707), độ xuyên kim (ASTM D – 217), nhiệt độ nhỏ giọt (ASTM D – 566), độ ổn định keo (GOST 7142), độ bền cơ học (ASTM D 1831), và tải trọng hàn dính (ASTM D 2783). Những phép thử này cung cấp dữ liệu định lượng để đánh giá hiệu quả của phụ gia chống oxy hóa và chất lượng tổng thể của mỡ bôi trơn sinh học.

V. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng mỡ bôi trơn sinh học cải tiến

Các kết quả từ nghiên cứu mỡ bôi trơn gốc dầu thực vật và phụ gia chống oxy hóa đã cung cấp những bằng chứng rõ ràng về khả năng cải thiện độ bền oxy hóa dầu thực vật và các tính chất mỡ bôi trơn khác. Việc thử nghiệm các phụ gia chống oxy hóa riêng biệt và kết hợp trên dầu bông cho thấy những tác động đáng kể, mở ra triển vọng rộng lớn cho ứng dụng mỡ sinh học trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau. Những phát hiện này không chỉ góp phần vào sự phát triển của mỡ bôi trơn gốc dầu thực vật mà còn thúc đẩy xu hướng bền vững trong ngành công nghiệp.

5.1. Hiệu quả của phụ gia chống oxy hóa lên độ bền oxy hóa dầu thực vật

Nghiên cứu đã khảo sát “Tác dụng của các phụ gia chống oxy hóa riêng biệt lên dầu bông” và “Tác dụng của tổ hợp gia chống oxy hóa lên dầu bông”. Kết quả cho thấy, việc bổ sung phụ gia chống oxy hóa đã cải thiện đáng kể độ bền oxy hóa dầu thực vật, cụ thể là dầu bông. Các phụ gia này đã làm chậm quá trình tạo thành gốc tự do và phân hủy hydroperoxit, kéo dài thời gian cảm ứng oxy hóa và giảm tốc độ hình thành các sản phẩm oxy hóa độc hại. Điều này chứng minh rằng, với lựa chọn phụ gia chống oxy hóa cho dầu thực vật phù hợp, nhược điểm chính của dầu thực vật làm dầu gốc có thể được khắc phục hiệu quả, giúp mỡ bôi trơn gốc dầu thực vật đạt được hiệu suất tương đương hoặc vượt trội so với các sản phẩm gốc dầu khoáng ở nhiều khía cạnh.

5.2. Tiềm năng ứng dụng của mỡ bôi trơn sinh học trong công nghiệp

Với những cải tiến về độ bền oxy hóa và các tính chất mỡ bôi trơn khác, mỡ bôi trơn sinh học từ dầu thực vật làm dầu gốc có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Các lĩnh vực như nông nghiệp, lâm nghiệp, hàng hải, thủy điện và các khu vực nhạy cảm về môi trường là những thị trường mục tiêu chính. Trong các ứng dụng này, khả năng phân hủy sinh học và ít độc hại của mỡ bôi trơn gốc dầu thực vật mang lại lợi thế cạnh tranh đáng kể. Hơn nữa, việc sử dụng mỡ bôi trơn sinh học còn giúp các doanh nghiệp đáp ứng các quy định môi trường ngày càng nghiêm ngặt và thể hiện trách nhiệm xã hội, góp phần vào sự phát triển bền vững của nền kinh tế.

VI. Tương lai của nghiên cứu mỡ bôi trơn gốc dầu thực vật và phát triển bền vững

Lĩnh vực nghiên cứu mỡ bôi trơn gốc dầu thực vật và phụ gia chống oxy hóa vẫn đang tiếp tục phát triển mạnh mẽ, hướng tới việc tạo ra các sản phẩm không chỉ thân thiện môi trường mà còn có hiệu suất vượt trội. Tương lai của mỡ bôi trơn sinh học phụ thuộc vào những đột phá trong công nghệ phụ gia chống oxy hóa và sự hiểu biết sâu sắc hơn về tương tác giữa dầu thực vật làm dầu gốc và các thành phần khác. Những nỗ lực này sẽ định hình một ngành công nghiệp bôi trơn bền vững hơn cho tương lai.

6.1. Những hướng nghiên cứu tiếp theo cho phụ gia chống oxy hóa

Các hướng nghiên cứu tiếp theo về phụ gia chống oxy hóa cho mỡ bôi trơn gốc dầu thực vật sẽ tập trung vào việc phát triển các hợp chất mới có nguồn gốc sinh học hoặc ít độc hại, đồng thời nâng cao hiệu quả hoạt động. Việc tìm kiếm các phụ gia chống oxy hóa cho dầu thực vật có khả năng tương tác cộng hưởng tốt hơn, ổn định ở nhiệt độ cao và kéo dài tuổi thọ cho mỡ bôi trơn sinh học là ưu tiên hàng đầu. Bên cạnh đó, các nghiên cứu về công nghệ nano cũng có thể mở ra những giải pháp mới, cho phép tích hợp các chất chống oxy hóa ở quy mô nhỏ hơn để tăng cường độ bền oxy hóa dầu thực vật mà không ảnh hưởng đến các tính chất mỡ bôi trơn khác.

6.2. Triển vọng thị trường của mỡ bôi trơn sinh học và chính sách hỗ trợ

Triển vọng thị trường cho mỡ bôi trơn sinh học là rất lớn, được thúc đẩy bởi nhận thức ngày càng cao về môi trường và các quy định pháp luật chặt chẽ hơn. Nhiều quốc gia đã ban hành các chính sách khuyến khích sử dụng sản phẩm thân thiện môi trường, tạo động lực cho sự phát triển của mỡ bôi trơn gốc dầu thực vật. Các khoản đầu tư vào nghiên cứu và phát triển sẽ tiếp tục giúp nâng cao hiệu suất và giảm chi phí sản xuất, đưa mỡ bôi trơn sinh học trở thành lựa chọn cạnh tranh hơn so với sản phẩm gốc dầu khoáng. Sự hợp tác giữa các viện nghiên cứu, doanh nghiệp và chính phủ sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc hiện thực hóa tiềm năng này.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Mỡ bôi trơn là sản phẩm chuyên dụng trong kỹ thuật công nghệ nhằm nâng cao hiệu quả vận hành, độ tin cậy và tuổi thọ của máy móc, thiết bị. Trên quy mô toàn cầu, lượng tiêu thụ vật liệu bôi trơn đạt khoảng 40 triệu tấn mỗi năm, trong đó mỡ bôi trơn chiếm khoảng 5%. Tại Việt Nam, nhu cầu tiêu thụ mỡ bôi trơn duy trì ở mức hàng chục nghìn tấn mỗi năm. Hơn 99% các loại mỡ bôi trơn thương phẩm trên thị trường hiện nay được sản xuất từ dầu gốc khoáng kết hợp với chất làm đặc xà phòng của các axit béo. Việc rò rỉ, rơi vãi và thải bỏ bừa bãi mỡ gốc khoáng sau quá trình sử dụng đã trở thành một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng do độ phân hủy sinh học của dầu khoáng rất thấp (chỉ khoảng 20%).

Trước yêu cầu cấp thiết về bảo vệ môi trường và sự cạn kiệt của tài nguyên dầu mỏ, việc nghiên cứu phát triển các sản phẩm bôi trơn có khả năng phân hủy sinh học cao từ este tổng hợp và dầu thực vật đang là xu hướng tất yếu. Dầu thực vật có ưu thế vượt trội về khả năng phân hủy sinh học (thường đạt trên 70% theo tiêu chuẩn ASTM D 5864 / OECD 301 B), có chỉ số độ nhớt tự nhiên cao, tính bôi trơn và chống ăn mòn tốt nhờ các liên kết este phân cực. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất cản trở việc ứng dụng dầu thực vật làm chất bôi trơn là độ bền chống oxy hóa kém. Sự hiện diện của các nối đôi không no (C=C) trong cấu trúc axit béo khiến dầu thực vật dễ bị trùng hợp, tăng độ nhớt, tạo cặn và axit hóa.

Tại Việt Nam, các nghiên cứu về mỡ bôi trơn sinh học trước đây chủ yếu tập trung vào dầu dừa, dầu sở, dầu lạc hoặc dầu hạt cao su. Dầu bông – một sản phẩm phụ của ngành công nghiệp chế biến bông, không có giá trị thương phẩm cao trong công nghệ thực phẩm do khó tinh chế – vẫn chưa được khảo sát một cách có hệ thống. Bên cạnh đó, việc biến tính hóa học dầu thực vật đòi hỏi quy trình phức tạp và làm tăng giá thành, do đó việc sử dụng trực tiếp dầu bông kết hợp với hệ phụ gia chống oxy hóa có hiệu ứng cộng hưởng là giải pháp kỹ thuật có tính thực tiễn cao.

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu sử dụng tổ hợp phụ gia Dialkyldithiophosphat kẽm (ZDDP)/ Diphenylamin (DPA) cho mỡ bôi trơn phân hủy sinh học gốc dầu bông" của tác giả Phan Đức Việt (ngành Lọc – Hóa dầu K47, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội, thực hiện tại Công ty Phát triển phụ gia và sản phẩm dầu mỏ APP) được tiến hành nhằm thực hiện 4 mục tiêu nghiên cứu cụ thể:

1. Khảo sát tác động chống oxy hóa của hai loại phụ gia ZDDP và DPA lên dầu bông và mỡ bôi trơn gốc dầu bông.
2. Lựa chọn tổ hợp phụ gia ZDDP/DPA thích hợp nhất làm phụ gia chống oxy hóa cho mỡ bôi trơn phân hủy sinh học gốc dầu bông.
3. Xem xét các tác động của phụ gia lên các tính chất hóa lý và tính chất sử dụng của mỡ.
4. Chế tạo mẫu mỡ bôi trơn chứa tổ hợp phụ gia tối ưu, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của mỡ bôi trơn đa dụng cấp NLGI 3.

• Đối tượng nghiên cứu: Dầu bông thương phẩm (Công ty Bông Miền Nam), chất làm đặc xà phòng liti (tổng hợp từ axit 12-hydroxystearic và liti hydroxyt), phụ gia chống oxy hóa ZDDP và DPA của hãng Lubrizol.
• Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát thực nghiệm công nghệ tổng hợp mỡ bôi trơn bằng phương pháp xà phòng hóa in situ, đo đạc các chỉ tiêu hóa lý, đánh giá độ bền oxy hóa của dầu gốc và mỡ thành phẩm theo các tiêu chuẩn GOST, ASTM, TCVN tại phòng thí nghiệm Công ty APP vào tháng 5 năm 2007.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình hóa học

• Bản chất hệ keo và đặc tính lưu biến của mỡ bôi trơn: Mỡ bôi trơn là một hệ đa phân tán keo gồm môi trường phân tán (dầu gốc chiếm 65–95%), pha phân tán (chất làm đặc chiếm 5–35%) và phụ gia chức năng (0–10%). Về mặt lưu biến, mỡ thể hiện tính chất vật liệu rắn đàn hồi ở tải trọng nhỏ và chuyển sang trạng thái biến dạng dẻo/chảy lỏng khi ứng suất trượt vượt qua giới hạn chảy.
• Cơ chế phân hủy sinh học: Dầu thực vật bị vi sinh vật phân hủy chuyển hóa thành $CO_2$ và $H_2O$. Tiêu chuẩn đánh giá phân hủy sinh học hoàn toàn (ASTM D 5864, OECD 301 B) quy định mức đạt yêu cầu khi chất bôi trơn chuyển hóa tối thiểu 60% thành $CO_2$ trong 28 ngày.
• Cơ chế tự oxy hóa của dầu thực vật và dầu khoáng: Diễn ra qua chuỗi phản ứng gốc tự do gồm 4 giai đoạn: khơi mào sinh gốc tự do $R^\bullet$, phát triển mạch tạo gốc peoxyt $ROO^\bullet$ và hydropeoxyt $ROOH$, phân nhánh mạch phân tách $ROOH$ thành các gốc hoạt động $RO^\bullet, HO^\bullet$, và cắt mạch/tắt gốc tạo hợp chất polyme cặn. Đối với dầu thực vật, các liên kết đôi dạng allyl ($-CH=CH-CH_2-$) và đặc biệt là nhóm bis-metylen giữa hai nối đôi rất kém bền, dễ bị tách hydro tạo gốc tự do.
• Cơ chế tác dụng của phụ gia chống oxy hóa:
  • Phụ gia sơ cấp (Primary antioxidants - DPA): Hoạt động theo cơ chế bắt gốc tự do chuỗi ($ROO^\bullet, RO^\bullet$), nhường nguyên tử hydro để biến các gốc hoạt động thành phân tử bền, làm đứt chuỗi phản ứng tự oxy hóa.
  • Phụ gia thứ cấp (Secondary antioxidants - ZDDP): Đóng vai trò phân hủy hydropeoxyt ($ROOH$) thành các hợp chất rượu không hoạt động, ngăn chặn giai đoạn phân nhánh mạch.
  • Hiệu ứng cộng hưởng (Synergistic effect): Khi kết hợp amin thơm (DPA) và ZDDP hoặc phenol thế, các chất cho proton hỗ trợ tái sinh gốc aminyl, kéo dài chu kỳ làm việc của hệ phụ gia so với khi dùng đơn lẻ.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm công nghệ hóa dầu, kết hợp phân tích hóa lý và đo lường tiêu chuẩn:

• Phương pháp tổng hợp: Xà phòng hóa in situ axit béo bậc cao (axit 12-hydroxystearic) với dung dịch kiềm LiOH trong nền dầu bông, gia nhiệt đẳng nhiệt, tách nước, nâng nhiệt tạo khối chảy đồng thể, làm nguội nhanh bằng dầu lạnh và đồng hóa cơ học bằng máy cán ba trục.
• Phương pháp phân tích công cụ và hóa lý nguyên liệu:
  • Xác định thành phần axit béo bằng sắc ký khí (GC) theo chuẩn ASTM D 1983 (chuyển hóa triglyxerit thành metyl este - FAME).
  • Độ nhớt động học và chỉ số độ nhớt (VI): ASTM D 445 và ASTM D 2270.
  • Tỷ trọng: ASTM D 1298 / ASTM D 1217; Nhiệt độ đông đặc: ASTM D 97; Điểm chớp cháy cốc hở: ASTM D 92.
  • Chỉ số axit, xà phòng hóa, iot: TCVN 2639-78, TCVN 6126:1996, TCVN 6122.
• Phương pháp đánh giá độ bền oxy hóa:
  • Đối với dầu: Tiêu chuẩn GOST 981-75 (nhiệt độ 120 °C, thời gian 14 giờ, thổi dòng oxy 200 ml/phút, xúc tác cuộn dây đồng, xác định axit bay hơi, axit tan trong dầu, độ nhớt và cặn không tan trong n-pentan/clorofom).
  • Đối với mỡ: Tiêu chuẩn ASTM D 942 (oxy hóa trong bom áp suất ở 99 °C, áp suất oxy ban đầu 110 psi, đo độ sụt áp theo thời gian).
• Phương pháp đánh giá tính chất cơ lý và sử dụng của mỡ:
  • Độ xuyên kim sau khi nhào 60 lần: ASTM D 217 (phân cấp độ cứng NLGI).
  • Nhiệt độ nhỏ giọt: ASTM D 566.
  • Độ ổn định keo (tách dầu): GOST 7142.
  • Độ bền cơ học: ASTM D 1831 (thiết bị Shell Roll, lăn trong 2 giờ).
  • Khả năng chịu tải cực áp (tải trọng hàn dính): ASTM D 2783 trên máy bốn bi.

---

Nội dung chính theo từng chương

Phần I – Tổng quan lý thuyết

Phần này hệ thống hóa các kiến thức cơ sở về mỡ bôi trơn, dầu thực vật và cơ chế chống oxy hóa:

• Cấu trúc và phân loại mỡ: Mỡ bôi trơn có cấu trúc khung mạng không gian 3 chiều tạo bởi các sợi xà phòng liên kết giữ dầu gốc bằng lực Van der Waals. Tác giả tổng hợp bảng so sánh tính chất của các loại mỡ theo chất làm đặc:

Loại chất làm đặc	Nhiệt độ nhỏ giọt (°C)	Nhiệt độ làm việc cực đại (°C)	Độ chịu nước	Độ ổn định cơ học	Độ bền oxy hóa	Khả năng chống gỉ
Mỡ gốc Canxi đơn	96 – 104	79	Tốt	Kém – trung bình	Khá – tốt	Tốt
Mỡ gốc Canxi phức	230 – 250	177	Tốt	Tốt	Tốt	Tốt
Mỡ gốc Natri đơn	110 – 177	120	Kém	Kém	Khá – tốt	Tốt
Mỡ gốc Lithi đơn	177 – 204	130	Tốt	Khá	Khá	Khá
Mỡ gốc Lithi phức	260	180	Tốt	Rất tốt	Tốt	Tốt
Mỡ gốc Polyurea	243	180	Rất tốt	Tốt	Tốt	Tốt
Mỡ gốc Đất sét	260+	180	Rất tốt	Khá – tốt	Tốt	Khá

• Phân loại độ đặc theo thang NLGI:

Cấp NLGI	Độ xuyên kim ở 25 °C (0,1 mm)	Trạng thái vật lý
000	445 – 475	Nửa lỏng
00	400 – 430	Nửa lỏng
0	355 – 385	Nửa lỏng
1	310 – 340	Mềm
2	265 – 295	Dạng kem
3	220 – 250	Hơi cứng
4	175 – 205	Hơi cứng
5	130 – 160	Hơi cứng
6	85 – 115	Cứng

• Đặc trưng dầu thực vật: Cung cấp các thông số so sánh giữa dầu khoáng và dầu thực vật. Dầu thực vật có chỉ số độ nhớt cao (lên tới 200 so với 90–120 của dầu khoáng), tải trọng hàn dính tốt hơn (1600–1800 N so với 1300–1500 N của dầu khoáng), khả năng phân hủy sinh học cao (>70%), nhưng độ bền oxy hóa và độ bền thủy phân kém hơn.

Phần II – Thực nghiệm

Phần này mô tả toàn bộ nguyên liệu, hóa chất, thiết bị và quy trình công nghệ chế tạo mẫu:

• Thông số nguyên liệu sử dụng:

  • Axit 12-hydroxystearic: Xuất xứ Ả Rập, chỉ số xà phòng hóa 185 mgKOH/g, chỉ số axit 177 mgKOH/g, chỉ số iot 3 $gI_2/100g$, chỉ số hydroxyl 161 mgKOH/g.
  • Liti hydroxyt: Dạng monohydrat thương phẩm (Trung Quốc), hàm lượng LiOH 55,6%, $H_2O$ 44,3%, $Li_2CO_3$ 0,1%.
  • Dầu bông thí nghiệm: Tỷ trọng $d_{15}^{15} = 0,924$, chỉ số xà phòng hóa 204 mgKOH/g, chỉ số iot 110 $gI_2/100g$, điểm chớp cháy 300 °C, điểm đông đặc 1,5 °C, độ nhớt ở 40 °C là 36 cSt, ở 100 °C là 8 cSt, chỉ số độ nhớt 158.
  • Phụ gia Lubrizol:
    • ZDDP: Độ nhớt ở 40 °C là 320 cSt, ở 100 °C là 14 cSt; tỷ trọng 1,18 kg/l; thành phần: 9,5% P, 20% S, 10% Zn.
    • DPA (mạch ankyl $C_8-C_9$): Độ nhớt ở 40 °C là 260 cSt, ở 100 °C là 11 cSt; điểm chớp cháy cốc hở > 170 °C; tỷ trọng 0,96 kg/l; thành phần 3,9% N.

• Đơn pha chế cho một mẻ mỡ gốc dầu bông:

STT	Nguyên liệu	Khối lượng (g)
1	Axit 12-hydroxystearic	100,00
2	Liti hydroxyt	14,43
3	Dầu bông phản ứng	442,20
4	Dầu bông làm nguội	206,50

• Chu trình công nghệ tổng hợp mỡ:
  1. Nạp axit 12-hydroxystearic và dầu phản ứng vào nồi dung tích 1 lít, gia nhiệt lên 70–75 °C và bật cánh khuấy.
  2. Hòa tan LiOH thành dung dịch 10%, đun nóng đến 80 °C rồi nạp từ từ vào nồi phản ứng.
  3. Duy trì xà phòng hóa ở 100–105 °C trong 2 giờ.
  4. Nâng nhiệt lên 105–110 °C trong 30 phút để đuổi nước hoàn toàn.
  5. Gia nhiệt lên 195–205 °C, giữ tại 205 °C trong 7 phút để khối mỡ chảy trong suốt hoàn toàn.
  6. Cắt gia nhiệt, nạp dầu làm nguội để hạ nhiệt độ nhanh, duy trì khuấy đến 90 °C (phụ gia ZDDP/DPA được nạp ở khoảng nhiệt độ 100–110 °C).
  7. Làm mát và đưa mỡ qua máy đồng thể hóa 3 trục (khe hở 0,3 mm, tốc độ 90 vòng/phút) thực hiện nghiền 3 lần.

Phần III – Kết quả và thảo luận

• Phân tích thành phần axit béo của dầu bông nguyên liệu: Kết quả phân tích sắc ký khí (GC) tại phòng thí nghiệm APP xác định hàm lượng các axit béo trong mẫu dầu bông:

Axit béo	Ký hiệu mạch	Số nối đôi	Hàm lượng (%)
Axit Miristic	C14:0	0	0,52
Axit Oleic	C18:1	1	2,88
Axit Linoleic	C18:2	2 (chứa nối đôi allyl)	56,12
Axit Linolenic	C18:3	3 (chứa nhóm bis-metylen)	13,56

Dữ liệu chỉ ra dầu bông có hàm lượng axit béo không no cao (axit linoleic chiếm 56,12% và linolenic chiếm 13,56%), khẳng định tính cấp thiết phải sử dụng phụ gia chống oxy hóa nhằm ức chế sự phá hủy cấu trúc của dầu và mỡ.

• Khảo sát tác dụng của phụ gia ZDDP và DPA:
  • Đánh giá khả năng ức chế oxy hóa đơn lẻ của từng phụ gia trên dầu bông theo GOST 981-75.
  • Khảo sát các tỷ lệ phối trộn tổ hợp phụ gia ZDDP/DPA nhằm tìm điểm cộng hưởng tối ưu để giảm thiểu lượng axit bay hơi, axit tan và sự tạo cặn.
  • Thử nghiệm độ bền chống oxy hóa của mẫu mỡ bôi trơn trong bom oxy theo ASTM D 942, ghi nhận độ giảm áp suất qua các mốc thời gian.
  • Đánh giá tổng thể các chỉ tiêu kỹ thuật của mỡ bôi trơn thành phẩm chứa tổ hợp phụ gia lựa chọn, đối chiếu với tiêu chuẩn mỡ đa dụng cấp NLGI 3.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

• Xác định được thành phần hóa học chi tiết của dầu bông thương phẩm Việt Nam với hàm lượng axit béo không no cao (axit linoleic 56,12%, axit linolenic 13,56%), giải thích rõ nguyên nhân dầu bông có độ nhớt và chỉ số độ nhớt thuận lợi (VI = 158) nhưng kém bền oxy hóa.
• Xây dựng thành công quy trình công nghệ xà phòng hóa in situ tổng hợp mỡ bôi trơn gốc liti từ dầu bông chưa qua biến tính hóa học ở quy mô phòng thí nghiệm (nhiệt độ xà phòng hóa 100–105 °C trong 2 giờ, nhiệt độ chảy hoàn toàn 205 °C trong 7 phút, nghiền 3 lần qua máy cán 3 trục khe hở 0,3 mm).
• Chứng minh hiệu quả chống oxy hóa của hệ phụ gia kết hợp giữa chất bắt gốc tự do (DPA) và chất phân hủy hydropeoxyt (ZDDP), tạo hiệu ứng cộng hưởng làm tăng độ bền oxy hóa của dầu bông và mỡ dầu bông vượt trội so với khi dùng đơn lẻ.
• Chế tạo thành công mẫu mỡ bôi trơn phân hủy sinh học gốc dầu bông đạt các chỉ tiêu chất lượng của mỡ bôi trơn đa dụng cấp NLGI 3 (độ xuyên kim nằm trong dải 220–250 đơn vị 0,1 mm, nhiệt độ nhỏ giọt > 180 °C, độ ổn định keo và độ bền cơ học cao).

Đóng góp của đề tài

• Là một trong những công trình nghiên cứu ứng dụng trực tiếp dầu bông phế phụ phẩm công nghiệp làm môi trường phân tán cho mỡ bôi trơn phân hủy sinh học tại Việt Nam mà không cần qua khâu biến tính hóa học đắt tiền.
• Đưa ra giải pháp sử dụng hệ phụ gia tổ hợp ZDDP/DPA giải quyết triệt để điểm yếu kém bền oxy hóa của dầu thực vật, đồng thời tận dụng nguồn N, P, S từ phụ gia để hỗ trợ khả năng phân hủy sinh học của sản phẩm khi phát thải ra môi trường.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế:

  • Nghiên cứu mới dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm (mẻ phản ứng 1 lít / ~760 g mỡ), chưa khảo sát động học và hiện tượng truyền nhiệt, truyền khối trên thiết bị phản ứng dung tích lớn.
  • Chưa tiến hành thử nghiệm đo trực tiếp tỷ lệ phân hủy sinh học thực tế của mẫu mỡ thành phẩm theo các tiêu chuẩn sinh học chuyên biệt (ASTM D 5864 hoặc OECD 301 B) mà mới dựa trên cơ sở lý thuyết về khả năng phân hủy của dầu thực vật và thành phần phụ gia.
  • Chưa khảo sát ảnh hưởng của việc lưu trữ mẫu mỡ dài ngày trong điều kiện độ ẩm và nhiệt độ môi trường tự nhiên đối với độ bền thủy phân.

• Hướng nghiên cứu tiếp:

  • Thử nghiệm mở rộng quy mô sản xuất (pilot) và đánh giá độ ổn định của mỡ bôi trơn trên các cụm chi tiết máy móc công nghiệp thực tế.
  • Kiểm tra định lượng khả năng phân hủy sinh học và độc tính sinh thái của mỡ thành phẩm theo phương pháp đo khí $CO_2$ thoát ra trong 28 ngày.
  • Nghiên cứu bổ sung các phụ gia ức chế gỉ và phụ gia thụ động hóa bề mặt kim loại không độc hại để hoàn thiện đơn pha chế mỡ bôi trơn sinh học đa năng.

---

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án có giá trị tham khảo chuyên môn cao đối với:

• Sinh viên, học viên cao học ngành Công nghệ Lọc – Hóa dầu, Hóa học, Kỹ thuật Hóa học: Tham khảo quy trình thực nghiệm tổng hợp mỡ bôi trơn xà phòng liti, kỹ thuật pha chế và phương pháp đánh giá hệ keo bôi trơn.
• Kỹ sư nghiên cứu và phát triển (R&D) tại các nhà máy dầu mỡ nhờn, viện nghiên cứu phụ gia dầu mỏ: Ứng dụng quy trình đánh giá độ bền oxy hóa theo GOST 981-75 và ASTM D 942, cũng như cơ chế phối trộn tổ hợp phụ gia cộng hưởng ZDDP/DPA để nâng cao phẩm cấp dầu thực vật kỹ thuật.
• Các đề tài nghiên cứu về sản phẩm xanh, vật liệu thân thiện môi trường: Cung cấp số liệu hóa lý chuẩn xác về dầu bông và các dòng dầu thực vật dùng làm nguyên liệu bôi trơn thay thế dầu gốc khoáng.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đề tài lại lựa chọn dầu bông chưa biến tính làm dầu gốc thay vì các loại dầu thực vật khác?

Dầu bông là sản phẩm phụ của ngành công nghiệp chế biến sợi bông, có trữ lượng dồi dào nhưng khó tinh chế thành dầu ăn thực phẩm nên không cạnh tranh với an ninh lương thực. Việc sử dụng trực tiếp dầu bông không qua biến tính hóa học giúp giảm thiểu các công đoạn phản ứng phức tạp, từ đó hạ giá thành sản xuất mỡ bôi trơn phân hủy sinh học.

2. Thành phần axit béo nào trong dầu bông ảnh hưởng lớn nhất đến độ bền oxy hóa của mỡ?

Kết quả sắc ký khí (GC) chỉ ra dầu bông chứa tới 56,12% axit linoleic (2 nối đôi dạng allyl) và 13,56% axit linolenic (3 nối đôi có nhóm bis-metylen). Các nhóm allyl và bis-metylen này rất kém bền hóa học, có năng lượng hoạt hóa thấp, dễ bị đứt liên kết tạo gốc tự do và thúc đẩy quá trình tự oxy hóa nhanh gấp nhiều lần so với axit oleic.

3. Đơn pha chế chuẩn để tổng hợp một mẻ mỡ bôi trơn trong đồ án gồm những thành phần nào?

Đơn pha chế chuẩn gồm: 100,00 g Axit 12-hydroxystearic; 14,43 g Liti hydroxyt monohydrat ($LiOH.H_2O$); 442,20 g Dầu bông phản ứng; 206,50 g Dầu bông làm nguội (tổng khối lượng dầu bông là 648,70 g) cùng lượng phụ gia chống oxy hóa ZDDP và DPA thích hợp được nạp ở 100–110 °C.

4. Cơ chế cộng hưởng giữa hai phụ gia ZDDP và DPA diễn ra như thế nào?

DPA là phụ gia chống oxy hóa sơ cấp, đóng vai trò bẫy và ngắt các gốc tự do peoxyt ($ROO^\bullet$) trong giai đoạn phát triển mạch. ZDDP là phụ gia thứ cấp, có chức năng phân hủy các hydropeoxyt ($ROOH$) thành rượu không hoạt động để chặn đứng giai đoạn phân nhánh mạch. Khi kết hợp, hai cơ chế này bổ trợ lẫn nhau, làm chậm quá trình suy giảm phẩm chất của dầu và kéo dài thời gian làm việc của hệ bôi trơn.

5. Thiết bị và thông số đồng thể hóa mỡ sau khi nấu trong nghiên cứu được quy định ra sao?

Khối mỡ sau khi nấu và làm nguội được xử lý đồng thể hóa trên máy cán mỡ 3 trục thí nghiệm với khe hở giữa các trục là 0,3 mm và tốc độ quay 90 vòng/phút. Mỡ được cho qua thiết bị cán nghiền đồng thể 3 lần nhằm dàn đều mạng lưới sợi xà phòng liti trong dầu gốc, đảm bảo độ mịn, độ đồng nhất và độ ổn định cơ học của mỡ.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Phan Đức Việt đã giải quyết thành công bài toán tận dụng dầu bông – một phế phụ phẩm công nghiệp dồi dào – để chế tạo mỡ bôi trơn phân hủy sinh học thân thiện với môi trường. Bằng việc kết hợp hiệu quả tổ hợp phụ gia chống oxy hóa ZDDP/DPA, nghiên cứu đã khắc phục triệt để nhược điểm kém bền oxy hóa của dầu thực vật tự nhiên mà không cần qua quy trình biến tính phức tạp. Sản phẩm mỡ bôi trơn xà phòng liti thu được đáp ứng đầy đủ các chỉ tiêu kỹ thuật khắt khe của mỡ bôi trơn đa dụng cấp NLGI 3, mở ra hướng ứng dụng thực tiễn có giá trị kinh tế và kỹ thuật cao trong ngành công nghiệp sản xuất chất bôi trơn sinh học tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Mỡ bôi trơn (MBT) nói chung cũng như các vật liệu bôi trơn nói riêng có ý nghĩa rất quan trọng trong đời sống, chúng có tác dụng nâng cao hiệu quả sử dụng, độ tin cậy và tuổi thọ của các máy móc, động cơ … Hàng năm thế giới tiêu thụ khoảng 40 triệu tấn vật liệu bôi trơn, trong đó mỡ bôi trơn chỉ chiếm khoảng 5 % nhưng là sản phẩm không thể thay thế trong kỹ thuật công nghệ. Riêng ở Việt Nam hiện nay, mỗi năm tiêu thụ khoảng 20. Trong số các MBT hiện nay, loại mỡ sản xuất từ nguyên liệu dầu khoáng và xà phòng của các axit béo chiếm tới hơn 99 %. Các vật liệu bôi trơn đã qua sử dụng bị thải vào môi trường một cách bừa bãi cũng như bị rơi vãi, rò rỉ là nguồn chủ yếu gây ô nhiễm.

Mặc dù chưa được thống kê đầy đủ nhưng lượng chất bôi trơn tích tụ trong môi trường chắc chắn gây ra tác hại rất lớn. Hiện nay khi các yêu cầu an toàn môi trường ngày càng tăng, việc tạo ra các sản phẩm bôi trơn có khả năng phân hủy sinh học cao thay thế cho các sản phẩm bôi trơn gốc dầu khoáng truyền thống ngày càng trở nên cấp thiết. Các sản phẩm này thường đi từ este tổng hợp và đặc biệt từ dầu thực vật (DTV), vốn có khả năng phân hủy sinh học tốt hơn nhiều dầu khoáng thông thường. Hơn nữa DTV còn là nguồn nguyên liệu tái tạo được trong khi tài nguyên dầu mỏ ngày càng cạn kiệt.

Hiện nay trên thế giới có khá nhiều công trình nghiên cứu việc ứng dụng DTV làm nguyên liệu sản xuất MBT trong khi ở nước ta đây là một lĩnh vực rất mới mẻ. Có rất ít các công trình nghiên cứu về sử dụng phụ gia cho MBT gốc DTV, còn trong lĩnh vực dầu gốc thì vẫn chưa được đầu tư nghiên cứu một cách hệ thống. Các đối tượng khảo sát chính của các công trình trên chủ yếu tập trung vào dầu dừa, dầu sở, dầu lạc, dầu hạt cao su … Phan Đức Việt -5- Lọc – Hóa dầu K 47 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP trong khi dầu bông, một sản phẩm phụ của ngành công nghiệp bông, không có giá trị dùng trong công nghệ thực phẩm chưa được nghiên cứu nhiều. Một nhược điểm lớn của DTV so với dầu khoáng khi sử dụng làm nguyên liệu bôi trơn là độ bền chống oxy hóa.

Độ bền chống oxy hóa kém của DTV đòi hỏi phải có những nghiên cứu kỹ lưỡng về việc sử dụng các phụ gia chống oxy hóa. Từ các mục đích và yêu cầu trên, đồ án “Nghiên cứu sử dụng tổ hợp phụ gia Dialkyldithiophosphat kẽm (ZDDP)/ Diphenylamin (DPA) cho mỡ bôi trơn phân hủy sinh học gốc dầu bông” đã được thực hiện với các mục tiêu như sau: - Khảo sát tác động chống oxy hóa của hai loại phụ gia ZDDP và DPA lên dầu bông và MBT gốc dầu bông. - Lựa chọn tổ hợp ZDDP/ DPA thích hợp nhất làm phụ gia chống oxy hóa cho MBT phân hủy sinh học gốc dầu bông. - Xem xét các tác động của phụ gia lên tính chất mỡ.

- Chế tạo mỡ với tổ hợp phụ gia lựa chọn đạt các yêu cầu kỹ thuật của MBT đa dụng cấp NLGI 3. PHẦN I – TỔNG QUAN LÝ THUYẾT Phan Đức Việt -6- Lọc – Hóa dầu K 47 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1. Khái quát về MBT 1. Khái niệm về MBT [4, 5, 8] MBT là các chất bôi trơn dạng bán rắn với thành phần chủ yếu là một chất lỏng (môi trường phân tán) trộn với một chất làm đặc (pha phân tán), ngoài ra còn chứa một số thành phần khác (phụ gia) nhằm cải thiện hoặc thay đổi một số tính chất riêng biệt.

Xét về bản chất hóa keo, MBT là một hệ đa phân tán keo gồm ít nhất hai thành phần: pha phân tán và môi trường phân tán. Xét về đặc tính lưu biến MBT là loại vật liệu bôi trơn thể hiện tính chất vật liệu rắn khi chịu tác động của tải trọng nhỏ trong điều kiện nhiệt độ thường và bắt đầu bị biến dạng dẻo, thể hiện tính chất vật liệu lỏng khi tải trọng đạt tới giá trị tới hạn, khi không còn chịu lực tác động thì lại phục hồi tính chất vật liệu rắn. Thành phần [1, 8, 11] MBT chứa từ 65 đến 95 % dầu gốc, từ 5 đến 35 % chất làm đặc và từ 0 đến 10 % phụ gia. Pha phân tán (chất làm đặc) Pha phân tán giữ vững thể keo và hạn chế sự linh động của môi trường phân tán.

Rất nhiều tính chất của MBT được xác định dựa vào pha phân tán. Nếu chất làm đặc chịu nhiệt, mỡ có thể làm việc ở nhiệt độ cao. Nếu chất làm đặc không bị ảnh hưởng bởi nước, mỡ cũng sẽ có tính chất như vậy.1 mô tả các tính chất của mỡ tương ứng với các chất làm đặc khác nhau. Phan Đức Việt -7- Lọc – Hóa dầu K 47 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bảng 1.1 Các tính chất của mỡ tương ứng với các chất làm đặc khác nhau Mì h÷u c¬ & mì Mì xµ phßng ®¬n vµ phøc v« c¬ §Æc tÝnh Mì gèc Mì gèc xµ phßng Mì gèc Nh«m Mì gèc Canxi Polyur Mì ®Êt Natri Lithi ª sÐt §¬n Phøc §¬n §¬n Phøc §¬n Phøc NhiÖt ®é nhá 96 - 230 - 110 260 96 - 104 177 - 204 260 243 260+ giät, C 104 250 NhiÖt ®é lµm 79 177 120 80 177 130 180 180 180 viÖc lín nhÊt, C §é chÞu níc Tèt– Võa RÊt Võa (bÒn thñy Tèt KÐm Tèt Tèt Tèt rÊt tèt ph¶i tèt ph¶i ph©n) Võa §é æn ®Þnh c¬ KÐm– KÐm Tèt TB Kh¸ Kh¸ tèt RÊt tèt Tèt ph¶i– häc (lµm viÖc) TB kh¸ §é æn ®Þnh Tèt– Tèt Kh¸–tèt TB Kh¸ TB kh¸ Tèt Tèt Tèt chèng «xy hãa rÊt tèt Kh¶ n¨ng Tèt Tèt Tèt Kh¸ Kh¸ Kh¸ Tèt Kh¸ tèt Kh¸ chèng gØ Phan Đức Việt -8- Lọc – Hóa dầu K 47 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kh¶ n¨ng b¬m KÐm TB kh¸ TB kÐm Tèt TB kh¸ Tèt Tèt Tèt Tèt §é æn ®Þnh RÊt Tèt Tèt TB kh¸ TB kÐm Tèt RÊt tèt RÊt tèt RÊt tèt keo tèt Tèt Xu híng ph¸t §ang (hµng §ang Kh«ng Kh«ng Gi¶m Gi¶m Gi¶m Gi¶m triÓn t¨ng ®Çu t¨ng nhiÒu hiÖn nay) Phan Đức Việt -9- Lọc – Hóa dầu K 47 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Các chất làm đặc có thể được phân làm hai nhóm chính: chất làm đặc xà phòng – muối của axit béo bậc cao với các kim loại (Li, Ca, Ba, Na, Zn …) và không phải xà phòng (vô cơ, hữu cơ, hydrocacbon) trong đó chất làm đặc xà phòng đặc biệt là xà phòng liti từ axit 12 – hydroxystearic được sử dụng rộng rãi hơn cả.

Môi trường phân tán (dầu gốc) Dầu gốc là thành phần chủ yếu đảm nhiệm chức năng bôi trơn, vì thế phẩm chất của mỡ phụ thuộc rất nhiều vào phẩm chất của dầu gốc hợp phần. Dầu gốc có thể là dầu gốc khoáng, dầu gốc tổng hợp hay dầu gốc động thực vật. Dầu gốc khoáng là môi trường phân tán chủ yếu để sản xuất mỡ bôi trơn hiện nay do giá thành thấp và tạo ra được mỡ phù hợp với phần lớn các ứng dụng trong công nghiệp. Trong các loại dầu gốc dầu naphten được ưa chuộng dùng để chế tạo mỡ bôi trơn hơn cả.

Khi mỡ bôi trơn cần làm việc ở các điều kiện khắc nghiệt người ta thường sử dụng môi trường phân tán là dầu tổng hợp với các tính chất hơn hẳn so với dầu khoáng (tính chất nhớt nhiệt, tính chất nhiệt độ thấp tốt, độ bền nhiệt, độ bền chống oxy hóa cao, khoảng nhiệt độ làm việc rộng). Dầu tổng hợp bao gồm các hydrocacbon tổng hợp, các dieste, polyalphaolefin (PAOs), silicon … DTV được sử dụng làm môi trường phân tán nhằm đáp ứng các đòi hỏi về an toàn môi trường đang ngày càng trở nên cấp thiết. Các dầu thực vật có thể được biến tính để khắc phục nhược điểm trước khi sử dụng làm dầu gốc. Phụ gia Phan Đức Việt - 10 - Lọc – Hóa dầu K 47 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Dầu gốc thường không đáp ứng được yêu cầu làm việc của MBT nếu không có mặt các phụ gia.

Chính vì thế phụ gia được cho vào mỡ nhằm tăng các tính chất vốn có hoặc tạo ra các tính năng mới. Việc pha chế phụ gia vào mỡ cần được khảo sát kỹ lưỡng để hạn chế những hiệu ứng phụ không mong muốn, đảm bảo hiệu quả của phụ gia mà không phá hỏng cấu trúc mỡ do việc cho quá nhiều phụ gia gây ra. Các loại phụ gia thường được cho vào mỡ nhiều nhất là: - Phụ gia chống oxy hóa (phenyl – naphthylamin, di – tert – butyl – para – cresol, ZDDP …) - Phụ gia ức chế gỉ (các sunfonat kim loại như natri, bari, nhôm, các phenolat kim loại …) - Phụ gia cực áp (dibenzyl disunfit, di – n – octyl photphit …) - Phụ gia bám dính (polyisobutylen, ethylen–propylen copolyme …) - Phụ gia thụ động hóa bề mặt kim loại (Các phức hữu cơ chứa nitơ hoặc lưu huỳnh, các dẫn xuất của 2, 5 – dimecapto – 1, 3, 4 – thiadiazon …) 1. Cấu trúc mỡ [5, 17] Mỡ có cấu trúc mạng được tạo bởi các hạt rắn của chất làm đặc, dầu được giữ lại trong mạng lưới này nhờ lực tương tác Van der Waals.

Mỡ nhờn gốc xà phòng có cấu trúc dạng sợi, đối với từng loại mỡ nhờn kích thước, hình dạng, sự phân bố và định hướng không gian của các sợi xà phòng rất khác nhau; chúng có thể có dạng dải băng, dạng lá, dạng đũa, dạng kim … Hình 1.1 là ảnh chụp cấu trúc mỡ dầu khoáng (a) và mỡ dầu đậu tương (b). Phan Đức Việt - 11 - Lọc – Hóa dầu K 47 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (a) Mỡ dầu khoáng (b) Mỡ dầu đậu tương Hình 1. Ảnh chụp cấu trúc mỡ 1. Tính chất [8,11] Có thể chia các tính chất của mỡ nhờn thành hai nhóm: tính chất hóa lý và tính chất sử dụng.

Độ đặc của mỡ Độ đặc của mỡ được đặc trưng bởi độ xuyên kim – độ sâu của một côn kim loại tiêu chuẩn lún vào mỡ (tính bằng mm/ 10) ở một điều kiện tiêu chuẩn về khối lượng, thời gian và nhiệt độ. Độ xuyên kim được xác định theo ASTM D 217 hay ASTM D 1403. Độ xuyên kim được phân loại bởi viện dầu mỡ quốc gia Hoa Kỳ (NLGI) như bảng 1. Nhiệt độ nhỏ giọt Nhiệt độ nhỏ giọt được xác định theo ASTM D 566 (với mỡ có nhiệt độ nhỏ giọt không vượt quá 288oC) hoặc D 2265 (với mỡ có nhiệt độ nhỏ giọt lớn hơn 288oC) là nhiệt độ tại đó giọt mỡ lỏng đầu tiên nhỏ ra khỏi cốc dưới các điều kiện tiêu chuẩn.