Nghiên Cứu Tổ Hợp Chất Tạo Nhũ Pha Chế Chất Lỏng Gia Công Kim Loại

Tìm hiểu về tổ hợp hất tạo nhũ trong pha chế chất lỏng và gia công kim loại hệ nhũ thuận, ứng dụng và lợi ích trong ngành công nghiệp.

• Tác giả: Nguyễn Mạnh Dương
• Người hướng dẫn: TS. Lê Kim Diên
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Hóa Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Tổ Hợp Chất Tạo Nhũ Trong Chất Lỏng Gia Công Kim Loại
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2009
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. PHẦN 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Sơ lược về quá trình gia công kim loại
• 1.2. Chất lỏng gia công kim loại
• 1.2.1. Định nghĩa
• 1.2.2. Phân loại chất lỏng gia công kim loại
• 1.2.3. Nhũ cắt gọt kim loại
• 1.2.4. Các thành phần của dầu nhũ cắt gọt kim loại
• 1.2.4.1. Dầu gốc khoáng
• 1.2.4.2. Chất tạo nhũ
• 1.2.4.3. Phụ gia tính năng
• 1.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền, sự ổn định của nhũ tương
• 3. PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Chất Tạo Nhũ Cho Chất Lỏng Gia Công

Nghiên cứu về chất tạo nhũ trong chất lỏng gia công kim loại ngày càng trở nên quan trọng do nhu cầu sử dụng rộng rãi và sự cần thiết phải cải thiện hiệu suất gia công. Tổng sản lượng tiêu thụ chất lỏng gia công kim loại trên thế giới ước tính khoảng 2 triệu kilo lít. Các nước châu Mỹ tiêu thụ nhiều nhất, chiếm khoảng 36% tổng sản lượng. Ở Việt Nam, sản phẩm này được cung cấp từ nhập khẩu và sản xuất trong nước. Chất lượng sản phẩm trong nước chưa ổn định, giá thành nhập khẩu cao. Do đó, nghiên cứu và sản xuất sản phẩm chất lượng cao, giá cả hợp lý là rất cần thiết. Thêm vào đó, việc sử dụng các nguồn năng lượng và sản phẩm thân thiện với môi trường đang được khuyến khích. Việc nghiên cứu sử dụng dầu thực vật biến tính trong chất lỏng gia công kim loại có ý nghĩa quan trọng trong việc chủ động nguồn nguyên liệu, hạ giá thành sản phẩm và tăng tính thân thiện với môi trường.

1.1. Khái Niệm và Phân Loại Chất Lỏng Gia Công Kim Loại

Chất lỏng gia công kim loại (CLGCL) là chất lỏng được sử dụng để bôi trơn và làm mát trong quá trình gia công kim loại. CLGCL được phân loại thành ba loại chính: gốc dầu khoáng, gốc nước (dầu nhũ), và tổng hợp. Dầu gốc khoáng chứa phụ gia chống kẹt xước. Chất lỏng gốc nước bao gồm dung dịch polyme và phụ gia đặc biệt. Chất lỏng tổng hợp chứa este phốt phát và polyglycol. Dầu nhũ cắt gọt được sử dụng rộng rãi nhất trên thực tế. Dầu nhũ có thể hoà tan với nước mang lại sự làm mát và bôi trơn cần thiết cho gia công cắt gọt kim loại.

1.2. Vai Trò Của Chất Tạo Nhũ Trong Dầu Cắt Gọt Kim Loại

Chất tạo nhũ đóng vai trò then chốt trong việc tạo thành nhũ tương ổn định giữa dầu và nước trong dầu cắt gọt kim loại. Chúng là những chất hoạt động bề mặt, có trọng lượng phân tử khoảng 200-600. Phân tử có hai nhóm với bản chất trái ngược nhau: nhóm dễ tan trong nước (ái nước) và nhóm dễ tan trong dầu (kỵ nước). Tại bề mặt phân chia pha, phân tử chất tạo nhũ sắp xếp theo trình tự nhất định: nhóm kỵ nước quay vào pha dầu, nhóm ưa nước quay vào pha nước. Sự hấp phụ này làm cho pha dầu/nước liên kết lại với nhau, giảm sức căng bề mặt.

II. Vấn Đề Thách Thức Nghiên Cứu Chất Tạo Nhũ Hiện Nay

Mặc dù có nhiều loại chất tạo nhũ khác nhau, việc lựa chọn và phối trộn để tạo ra một hệ nhũ ổn định, hiệu quả và thân thiện với môi trường vẫn là một thách thức lớn. Các yếu tố như độ bền nhũ tương, khả năng chống ăn mòn, tính bôi trơn và đặc biệt là độ độc tính cần được xem xét kỹ lưỡng. Thêm vào đó, các tiêu chuẩn về chất lỏng gia công kim loại ngày càng khắt khe hơn, đòi hỏi các nhà nghiên cứu phải liên tục cải tiến và phát triển các loại chất tạo nhũ mới. Các nghiên cứu hiện nay tập trung vào việc tìm kiếm các chất tạo nhũ từ nguồn gốc tự nhiên, có khả năng phân hủy sinh học và ít gây ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động.

2.1. Ảnh Hưởng Của Thành Phần Dầu Gốc Đến Tính Chất Nhũ Tương

Thành phần của dầu gốc có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của nhũ tương. Dầu gốc khoáng có hàm lượng parafin cao và hợp chất vòng thơm thấp sẽ thích hợp hơn trong việc sử dụng để pha trộn dầu cắt gọt. Chúng có tính chống oxy hoá tự nhiên tốt hơn. Tính ổn định độ nhớt tốt hơn khi nhiệt độ thay đổi. Ít gây hại cho da. Ít gây những sự cố làm phòng hoặc phá huỷ chi tiết bằng cao su xung quanh máy công cụ. Màu nhạt tăng tính hấp dẫn của sản phẩm.

2.2. Độ Bền Nhũ Tương Và Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Độ Ổn Định

Độ bền nhũ tương là yếu tố quan trọng quyết định hiệu quả của chất lỏng gia công kim loại. Độ bền nhũ tương bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như: thành phần dầu gốc, loại chất tạo nhũ, tỷ lệ pha trộn, nhiệt độ và các chất ô nhiễm. Các chất hoạt tính bề mặt hỗn hợp cũng ảnh hưởng đến lực căng bề mặt của dung dịch. Tính hấp phụ của mặt phân cách cũng ảnh hưởng đến độ ổn định. Khả năng hấp thụ cao của mặt phân cách hiếm khi bắt gặp, ngoại trừ trường hợp các chất cao phân tử.

III. Phương Pháp Tạo Tổ Hợp Chất Tạo Nhũ Hiệu Quả Cao Nhất

Việc tạo ra một tổ hợp chất tạo nhũ hiệu quả đòi hỏi sự kết hợp của nhiều yếu tố, bao gồm lựa chọn các chất hoạt động bề mặt phù hợp, tối ưu hóa tỷ lệ pha trộn và kiểm soát các điều kiện tổng hợp. Các phương pháp phổ biến bao gồm sử dụng các chất hoạt động bề mặt ion và không ion, điều chỉnh HLB (Hydrophilic-Lipophilic Balance) để đạt được độ ổn định nhũ tương tối ưu, và sử dụng các phụ gia để cải thiện tính năng của chất lỏng gia công kim loại. Ngoài ra, việc nghiên cứu thành phần axit béo cũng quan trọng trong quá trình tổng hợp.

3.1. Lựa Chọn Chất Hoạt Động Bề Mặt Ion Và Không Ion Phù Hợp

Chất hoạt động bề mặt ion (anionic, cationic) và không ion đều có vai trò quan trọng trong việc tạo nhũ. Chất hoạt động bề mặt ion thường tạo ra nhũ tương ổn định hơn, nhưng cũng có thể gây ăn mòn. Chất hoạt động bề mặt không ion ít gây ăn mòn hơn và có khả năng tương thích tốt với nhiều loại dầu gốc. Việc lựa chọn loại chất hoạt động bề mặt phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng.

3.2. Tối Ưu Hóa Tỷ Lệ Pha Trộn Để Đạt Độ Ổn Định Nhũ Tương Tối Ưu

Tỷ lệ pha trộn giữa các thành phần trong tổ hợp chất tạo nhũ có ảnh hưởng lớn đến độ ổn định của nhũ tương. Cần phải tiến hành các thí nghiệm để xác định tỷ lệ tối ưu, đảm bảo nhũ tương không bị tách lớp hoặc vón cục trong quá trình sử dụng. Việc xác định HLB của sản phẩm amit và nồng độ tối ưu của chất nhũ hóa hỗn hợp (Ami/TWEEN80) rất quan trọng.

IV. Nghiên Cứu Ứng Dụng Thực Tế Kết Quả Đáng Chú Ý

Nghiên cứu về tổ hợp chất tạo nhũ đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực gia công kim loại, từ cắt gọt, mài đến cán và ép. Kết quả cho thấy việc sử dụng các tổ hợp chất tạo nhũ được thiết kế tối ưu có thể cải thiện đáng kể hiệu suất gia công, giảm mài mòn dụng cụ, nâng cao chất lượng bề mặt và kéo dài tuổi thọ của chất lỏng gia công kim loại. Các nghiên cứu gần đây cũng tập trung vào việc đánh giá ảnh hưởng của chất tạo nhũ đến bề mặt gia công và tuổi thọ dao cắt.

4.1. Cải Thiện Hiệu Suất Gia Công Với Chất Tạo Nhũ Tổng Hợp

Chất tạo nhũ tổng hợp thường có tính năng vượt trội so với các loại chất tạo nhũ truyền thống, đặc biệt là trong các ứng dụng gia công khó khăn. Chúng có khả năng chịu nhiệt cao, chống ăn mòn tốt và ít gây tạo bọt. Việc sử dụng chất tạo nhũ tổng hợp có thể giúp tăng tốc độ gia công, giảm thời gian ngừng máy và nâng cao năng suất.

4.2. Giảm Ăn Mòn Và Tăng Tuổi Thọ Dao Cắt Nhờ Chất Tạo Nhũ

Việc lựa chọn chất tạo nhũ phù hợp có thể giúp giảm đáng kể sự ăn mòn của dụng cụ và chi tiết gia công. Chất tạo nhũ có chứa các 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 và kim loại nền. Điều này giúp kéo dài tuổi thọ của dao cắt và giảm chi phí bảo trì.

V. Kết Luận Hướng Phát Triển Chất Tạo Nhũ Tương Lai

Nghiên cứu về chất tạo nhũ trong chất lỏng gia công kim loại vẫn là một lĩnh vực đầy tiềm năng và cần được đầu tư phát triển. Các hướng nghiên cứu chính trong tương lai bao gồm tìm kiếm các nguồn nguyên liệu mới, phát triển các phương pháp tổng hợp tiên tiến, và tối ưu hóa các công thức chất tạo nhũ để đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao của ngành công nghiệp gia công kim loại. Việc phát triển chất lỏng gia công thân thiện môi trường cũng là một ưu tiên hàng đầu.

5.1. Phát Triển Chất Tạo Nhũ Thân Thiện Môi Trường An Toàn

Xu hướng phát triển chất tạo nhũ trong tương lai là hướng tới các sản phẩm thân thiện với môi trường và an toàn cho người sử dụng. Điều này đòi hỏi việc sử dụng các nguyên liệu có nguồn gốc tự nhiên, có khả năng phân hủy sinh học và không gây độc hại. Các nghiên cứu cần tập trung vào việc giảm độc tính của chất lỏng gia công và cải thiện quy trình xử lý chất thải.

5.2. Ứng Dụng Công Nghệ Nano Trong Chất Tạo Nhũ Cắt Gọt Kim Loại

Công nghệ nano hứa hẹn mang lại những đột phá trong lĩnh vực chất tạo nhũ. Các hạt nano có thể được sử dụng để cải thiện tính bôi trơn, tăng khả năng truyền nhiệt và giảm ma sát trong quá trình gia công. Việc ứng dụng công nghệ nano có thể giúp nâng cao hiệu suất và chất lượng gia công, đồng thời giảm thiểu tác động đến môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hiện nay, chất lỏng gia công kim loại đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp chế tạo, với tổng sản lượng tiêu thụ toàn cầu ước tính khoảng 2 triệu kilo lít. Trong đó, châu Mỹ chiếm khoảng 36%, châu Á 30%, châu Âu 28%, còn lại là các khu vực khác. Ở Việt Nam, chất lỏng gia công kim loại chủ yếu được nhập khẩu với giá thành cao hoặc sản xuất trong nước nhưng chất lượng chưa ổn định. Do đó, nghiên cứu tạo lập tổ hợp chất tạo nhũ pha chế chất lỏng gia công kim loại hệ nhũ thuận nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm giá thành và tăng tính thân thiện với môi trường là rất cần thiết.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào việc biến tính dầu thực vật để tạo ra chất tạo nhũ phù hợp, từ đó pha chế dầu nhũ cắt gọt kim loại có tính năng làm việc tốt, ổn định và thân thiện môi trường. Phạm vi nghiên cứu thực hiện trong giai đoạn 2007-2009 tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam. Nghiên cứu có ý nghĩa lớn trong việc chủ động nguồn nguyên liệu, giảm chi phí sản xuất và góp phần bảo vệ môi trường trong ngành gia công kim loại.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết nhũ tương và chất hoạt động bề mặt: Chất tạo nhũ có cấu trúc phân tử gồm nhóm ưa nước và nhóm kỵ nước, giúp giảm sức căng bề mặt giữa pha dầu và pha nước, tạo sự ổn định cho nhũ tương. Giá trị HLB (Hydrophile-Lipophile Balance) được sử dụng để đánh giá cân bằng ưa nước-ưa dầu của chất tạo nhũ, từ đó lựa chọn chất tạo nhũ phù hợp với loại dầu gốc.
• Mô hình phản ứng amit hóa: Phản ứng giữa metyl este dầu thực vật và monoetanol amin (MEA) trong môi trường kiềm tạo thành amit, chất tạo nhũ không ion có khả năng ổn định nhũ tương dầu trong nước.
• Các khái niệm chính: Độ nhớt, độ ổn định cơ học, tính chống tạo bọt, tính chống ăn mòn, trị số axit, điểm chớp cháy, điểm đông đặc, và các chỉ tiêu đánh giá chất lượng dầu nhũ cắt gọt kim loại.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Nghiên cứu sử dụng dầu khoáng biến thế làm dầu gốc, các loại dầu thực vật phổ biến trong nước như dầu sở, dầu lạc, dầu dừa để biến tính thành chất tạo nhũ. Dữ liệu thu thập từ các phân tích hóa lý, phổ hồng ngoại, phổ khối, và các phép thử tiêu chuẩn như TCVN, ASTM.
• Phương pháp phân tích: Phân tích thành phần axit béo bằng phương pháp hóa học, xác định trị số axit, độ nhớt động học, độ bền oxy hóa, độ bền nhũ, độ ăn mòn tấm đồng và tấm gang. Phổ hồng ngoại và phổ khối được sử dụng để xác định cấu trúc sản phẩm amit.
• Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu kéo dài từ 2007 đến 2009, bao gồm khảo sát nguyên liệu, tổng hợp chất tạo nhũ, điều chế dầu nhũ cắt gọt kim loại và đánh giá tính năng sản phẩm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Lựa chọn dầu gốc khoáng: Dầu biến thế có độ nhớt ở 40˚C khoảng 10,1 cSt, tỷ trọng 0,900-0,915 g/ml, chỉ số độ nhớt 28-52, nhiệt độ chớp cháy 160-201˚C là phù hợp nhất cho pha chế dầu nhũ cắt gọt kim loại. Dầu gốc chứa parafin với chỉ số HLB cần thiết khoảng 10-11, dầu chứa naphten cần HLB khoảng 12 để tạo nhũ ổn định.

2. Tính chất hóa lý của dầu thực vật: Dầu sở có độ bền oxy hóa cao nhất với thời gian theo ASTM D525 đạt 850 phút, dầu dừa 700 phút, dầu thầu dầu 600 phút, trong khi dầu hạt cao su chỉ đạt 75 phút. Thành phần axit béo ảnh hưởng lớn đến độ bền oxy hóa, dầu sở giàu axit oleic (86%) bền hơn dầu lạc và hạt cao su chứa nhiều axit linoleic và linolenic dễ oxy hóa.

3. Phản ứng tổng hợp amit: Nồng độ xúc tác KOH ảnh hưởng mạnh đến tốc độ phản ứng, với độ chuyển hóa đạt 85% khi nồng độ xúc tác khoảng 0,07 mol/mol dầu. Thời gian phản ứng tối ưu là 8-10 giờ ở nhiệt độ 95˚C, tỷ lệ mol dầu/MEA là 1/2. Phương pháp hòa tan KOH trong MEA cho hiệu quả cao hơn so với hòa tan trong methanol.

4. Độ bền nhũ và tính năng dầu nhũ: Dầu nhũ cắt gọt kim loại điều chế từ dầu biến thế và chất tạo nhũ amit dầu thực vật kết hợp với Tween-80 có độ bền nhũ cao, không tách lớp sau 24 giờ, độ nhớt động học trong khoảng 5-25 cSt ở 50˚C, pH dung dịch làm việc từ 8,5-9,0 đảm bảo tính ổn định và chống ăn mòn tốt.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc sử dụng dầu biến thế làm dầu gốc kết hợp với chất tạo nhũ amit biến tính từ dầu thực vật là giải pháp hiệu quả để tạo ra dầu nhũ cắt gọt kim loại có tính năng vượt trội. Độ bền oxy hóa cao của dầu thực vật giàu axit oleic giúp tăng tuổi thọ sản phẩm, đồng thời giảm thiểu tác động môi trường so với dầu khoáng truyền thống. Phản ứng amit hóa được tối ưu về xúc tác và thời gian giúp nâng cao hiệu suất sản xuất.

So sánh với các nghiên cứu trong ngành, việc xác định giá trị HLB và lựa chọn tổ hợp chất tạo nhũ phù hợp là yếu tố quyết định độ ổn định nhũ tương. Việc kết hợp Tween-80 làm chất đồng tạo nhũ không ion giúp tăng cường tính ổn định và khả năng phân tán của nhũ tương. Các chỉ tiêu như độ nhớt, độ bền nhũ, tính chống tạo bọt và chống ăn mòn đều đạt hoặc vượt tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa nồng độ xúc tác và độ chuyển hóa phản ứng, bảng so sánh tính chất hóa lý của các loại dầu thực vật, và biểu đồ độ bền nhũ theo tỷ lệ pha dầu nhũ trong nước.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa quy trình tổng hợp amit: Áp dụng nồng độ xúc tác KOH khoảng 0,05-0,07 mol/mol dầu và duy trì nhiệt độ phản ứng 95˚C trong 8-10 giờ để đạt hiệu suất cao nhất, giảm chi phí sản xuất và tăng chất lượng sản phẩm.

2. Sử dụng dầu biến thế làm dầu gốc: Khuyến khích sử dụng dầu biến thế có độ nhớt 10,1 cSt ở 40˚C làm dầu gốc trong pha chế dầu nhũ cắt gọt kim loại nhằm đảm bảo tính năng bôi trơn và làm mát hiệu quả.

3. Phát triển chất tạo nhũ từ dầu thực vật: Khuyến khích nghiên cứu và ứng dụng các loại dầu thực vật giàu axit oleic như dầu sở để biến tính thành chất tạo nhũ, góp phần giảm phụ thuộc vào dầu khoáng và tăng tính thân thiện môi trường.

4. Kiểm soát chất lượng sản phẩm: Thiết lập hệ thống kiểm tra các chỉ tiêu như độ nhớt, độ bền nhũ, trị số axit, độ ăn mòn tấm đồng và tấm gang định kỳ nhằm đảm bảo sản phẩm luôn đạt tiêu chuẩn kỹ thuật trong quá trình sản xuất và sử dụng.

5. Thời gian thực hiện: Các giải pháp trên nên được triển khai trong vòng 1-2 năm, với sự phối hợp giữa các viện nghiên cứu, doanh nghiệp sản xuất và cơ quan quản lý để nhanh chóng đưa sản phẩm ra thị trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Hóa học: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về tổng hợp chất tạo nhũ và pha chế dầu nhũ cắt gọt kim loại, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển sản phẩm mới.

2. Doanh nghiệp sản xuất dầu nhũ cắt gọt kim loại: Tham khảo để cải tiến quy trình sản xuất, lựa chọn nguyên liệu phù hợp, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí.

3. Chuyên gia kỹ thuật trong ngành gia công kim loại: Hiểu rõ tính năng và vai trò của chất lỏng gia công kim loại, từ đó lựa chọn và sử dụng sản phẩm phù hợp nhằm tăng hiệu quả gia công và bảo vệ thiết bị.

4. Cơ quan quản lý và phát triển công nghiệp: Sử dụng luận văn làm cơ sở khoa học để xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển sản phẩm thân thiện môi trường, thúc đẩy ngành công nghiệp hóa chất trong nước.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần biến tính dầu thực vật để làm chất tạo nhũ?
   Dầu thực vật nguyên chất chứa nhiều este triglycerit không ổn định và không có tính nhũ hóa tốt. Biến tính qua phản ứng amit hóa giúp chuyển đổi thành các hợp chất có nhóm chức amin, tăng khả năng tạo nhũ và ổn định nhũ tương trong dầu nhũ cắt gọt kim loại.

2. Giá trị HLB ảnh hưởng thế nào đến độ ổn định nhũ tương?
   Giá trị HLB thể hiện cân bằng ưa nước và ưa dầu của chất tạo nhũ. Chất tạo nhũ có HLB phù hợp với loại dầu gốc sẽ tạo ra nhũ tương bền vững hơn, giảm hiện tượng tách lớp và tăng hiệu quả làm mát, bôi trơn.

3. Phản ứng amit hóa được thực hiện như thế nào?
   Phản ứng amit hóa là phản ứng giữa metyl este dầu thực vật và monoetanol amin trong môi trường kiềm, được tiến hành ở nhiệt độ khoảng 95˚C với xúc tác KOH, tạo thành amit và metanol. Quá trình này được kiểm soát để đạt độ chuyển hóa cao và sản phẩm chất lượng.

4. Làm thế nào để đánh giá độ bền nhũ của dầu nhũ cắt gọt?
   Độ bền nhũ được đánh giá bằng phương pháp pha loãng dầu nhũ trong nước, khuấy đều và quan sát thời gian tách lớp dầu. Mẫu đạt yêu cầu khi lượng dầu tách ra sau 24 giờ không vượt quá 1 ml, đảm bảo tính ổn định trong quá trình sử dụng.

5. Tại sao cần sử dụng phụ gia chống tạo bọt trong dầu nhũ?
   Quá trình gia công kim loại tạo ra nhiều bọt khí do tiếp xúc với không khí và khuấy trộn. Bọt khí làm giảm hiệu quả làm mát và bôi trơn, gây hư hại thiết bị. Phụ gia chống tạo bọt giúp giảm bọt, tăng hiệu quả vận hành và tuổi thọ máy móc.

Kết luận

• Đã xác định được dầu biến thế là dầu gốc phù hợp nhất cho pha chế dầu nhũ cắt gọt kim loại với độ nhớt 10,1 cSt và chỉ số HLB thích hợp.
• Biến tính dầu thực vật giàu axit oleic như dầu sở qua phản ứng amit hóa tạo ra chất tạo nhũ không ion có khả năng ổn định nhũ tương cao.
• Phản ứng amit hóa tối ưu với xúc tác KOH ở nồng độ 0,05-0,07 mol/mol dầu, nhiệt độ 95˚C, thời gian 8-10 giờ cho độ chuyển hóa trên 80%.
• Dầu nhũ cắt gọt kim loại điều chế đạt các chỉ tiêu kỹ thuật về độ nhớt, độ bền nhũ, tính chống ăn mòn và chống tạo bọt, phù hợp sử dụng trong gia công kim loại.
• Khuyến nghị triển khai ứng dụng quy trình sản xuất và kiểm soát chất lượng trong 1-2 năm tới, đồng thời mở rộng nghiên cứu các loại dầu thực vật khác để đa dạng hóa nguồn nguyên liệu.

Hãy bắt đầu áp dụng các giải pháp nghiên cứu để nâng cao chất lượng dầu nhũ cắt gọt kim loại, góp phần phát triển ngành công nghiệp gia công kim loại bền vững và thân thiện môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Hiện nay trên thế giới, việc sử dụng chất lỏng gia công kim loại ngày càng trở nên phổ biến. Tổng sản lượng tiêu thụ trên thế giới hiện nay ước tính khoảng 2 triệu kilo lít. Các nước châu Mỹ là nơi tiêu thụ nhiều nhất, chiếm khoảng 36% tổng sản lượng của thế giới. Tiếp theo là châu Á chiếm khoảng 30%, các nước châu Âu 28%, còn lại là các nước châu Phi, Úc.

Ở Việt Nam các sản phẩm chất lỏng gia công kim loại được cung cấp từ hai nguồn chính là nhập khẩu với giá bán cao từ nước ngoài và từ các cơ sở sản xuất trong nước có chất lượng không ổn định. Chính vì vậy việc nghiên cứu và sản xuất được sản phẩm có chất lượng đảm bảo, giá cả hợp lý là rất cần thiết. Mặt khác vấn đề sử dụng các dạng năng lượng cũng như các sản phẩm có nguồn gốc thực vật, thân thiện với môi trường đang được khuyến khích hơn bao giờ hết. Do đó việc nghiên cứu sử dụng khả năng biến tính dầu thực vật trong chất lỏng gia công kim loại có một ý nghĩa quan trọng trong việc chủ động nguồn nguyên liệu, hạ giá thành sản phẩm và tăng khả năng thân thiện với môi trường.

Trong khuôn khổ đề tài chúng tôi nghiên cứu tạo lập tổ hợp chất tạo nhũ pha chế chất lỏng gia công kim loại hệ nhũ thuận, góp phần vào việc tăng hiệu quả trong sản xuất kinh doanh và bảo vệ môi trường. Phan Đình Minh 4 Lọc hóa dầu K47 Đồ án tốt nghiệp Trường ĐH Mỏ - Địa Chất PHẦN 1 : TỔNG QUAN 1. Sơ lược về quá trình gia công kim loại Mục đích của quá trình gia công kim loại là tạo ra một hình dạng mới cho kim loại. Việc tạo hình dạng mới bằng quá trình gia công kim loại luôn kèm theo sự tiếp xúc giữa hai vật rắn với nhau, đó là dụng cụ gia công và vật gia công.

Sự tiếp xúc này gắn với sự biến dạng dẻo của kim loại trong quá trình biến hình kim loại, hoặc tạo ra hình dạng mới bằng cách cắt gọt theo ý muốn. Các quá trình biến hình kim loại như: cán, đùn, vuốt,… với các nguyên công thường được tiến hành ở điều kiện nhiệt độ môi trường và nhiệt độ cao, có thể được xếp vào dạng gia công nguội hoặc gia công nóng. Các quá trình gia công nóng thường gồm các quá trình làm biến dạng cả khối vật liệu, còn được gọi là các quá trình gia công loại một. Các quá trình gia công loại hai bao gồm các nguyên công nguội.

Thông thường trong gia công kim loại, hệ số ma sát càng thấp thì mức độ tiêu hao lực và công suất càng giảm. Tuy nhiên hệ số ma sát trong các quá trình này không được quá cao cũng như không quá thấp. Chẳng hạn trong nguyên công Cán, hệ số ma sát giữa trục lăn và phôi cán thấp sẽ làm giảm tiêu hao năng lượng, giảm nhiệt độ sinh ra, giảm mài mòn trục lăn. Tuy nhiên, nếu ma sát quá thấp lại gây hiện tượng trượt mà có thể làm hỏng bề mặt phôi cán và ảnh hưởng xấu đến quá trình biến hình.

Trong quá trình cắt gọt kim loại: kim loại ở ngay trước mũi dao bị nén ở áp suất cực kỳ lớn. Sự nén này sinh ra nhiệt độ cao đủ để gây biến dạng dẻo tại vùng cắt. Phan Đình Minh 5 Lọc hóa dầu K47 Đồ án tốt nghiệp Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Hình 1. Mô phỏng quá trình gia công kim loại Quá trình cắt bao gồm hai phân đoạn: - Sự tạo phoi từ phôi nhờ dụng cụ cắt - Sự chuyển động của phoi dọc theo bề mặt dụng cụ cắt Cả hai việc này dẫn đến việc phát sinh nhiệt độ cao tại dụng cụ cắt và chi tiết gia công.

Như trên hình vẽ (hình 1.1) thì nhiệt độ cao được sinh ra ở đầu dụng cụ cắt gọt. Tuy nhiên nhiệt độ cao này không chỉ tập trung ở đầu dao cắt mà phân bố dọc theo bề mặt dao, nơi có sự tiếp xúc và xảy ra ma sát giữa dao cắt và phôi. Khoảng 15% nhiệt phát sinh trong quá trình cắt gọt truyền qua dụng cụ cắt, phần còn lại được phân bố ở chi tiết gia công và phoi. Nhiệt độ cao phát sinh trong quá trình cắt gọt chỉ đem lại một lợi ích duy nhất là làm cho quá trình cắt gọt kim loại được dễ dàng hơn, còn nhược điểm của chúng thì rất nhiều, bao gồm: - Giảm tuổi thọ dao cắt - Chất lượng bề mặt gia công kém - Giảm tốc độ cắt gọt - Tăng sự mài mòn dao cắt Tóm lại, các quá trình gia công kim loại luôn kèm theo má sát lớn, nhiệt độ phát sinh cao, và sự mài mài dụng cụ gia công.

Nhược điểm trên có thể khắc phục, giảm bớt bằng cách sử dụng chất lỏng gia công kim loại. Phan Đình Minh 6 Lọc hóa dầu K47 Đồ án tốt nghiệp Trường ĐH Mỏ - Địa Chất 1. Chất lỏng gia công kim loại 1. Định nghĩa Chất lỏng gia công kim loại là chất lỏng dùng để bôi trơn và làm mát trong quá trình gia công kim loại.

Phân loại chất lỏng gia công kim loại[1,2] Trong quá trình gia công kim loại, tùy thuộc vào điều kiện làm việc của từng quá trình gia công cụ thể, các chất lỏng gia công kim loại được chia thành một số dạng chính như sau: - Chất lỏng gia công gốc dầu khoáng gồm dầu khoáng và một số phụ gia đặc biệt như phụ gia chống kẹt xước, cực áp… - Chất lỏng gia công gốc nước: dầu nhũ cắt gọt kim loại, dung dịch nước của các polyme và các phụ gia đặc biệt - Chất lỏng gia công tổng hợp bao gồm các hợp chất hữu cơ tổng hợp như este phốt phát, polyglycol, polyxyloxan… Trong tất cả các loại chất lỏng gia công kim loại trên thì dầu nhũ cắt gọt kim loại được sử dụng rộng rãi nhất trên thực tế. Nhũ cắt gọt kim loại[1,2] Dầu có thể hoà tan với nước mang lại sự làm mát và bôi trơn cần thiết cho gia công cắt gọt kim loại. Trước đây, các loại dầu này nói chung được xem là “các dầu hoà tan” và chúng về cơ bản là dầu khoáng có chứa chất nhũ hoá cho phép chúng trộn chung với nước. Ngày nay, dầu có thể hoà tan được trong nước được chia làm ba nhóm cơ bản: - Soluble oil: chứa 50 ÷ 85% dầu khoáng với chất nhũ hoá.

Chúng tạo thành các nhũ tương màu sữa lớn. - Chất tổng hợp: Chúng hoàn toàn không có dầu khoáng và tạo thành các dung dịch trong suốt với nước. Phan Đình Minh 7 Lọc hóa dầu K47 Đồ án tốt nghiệp Trường ĐH Mỏ - Địa Chất - Chất bán tổng hợp: Chứa 5 ÷ 50% dầu khoáng với các chất nhũ hoá, tuy nhiên dầu pha là loại dầu pha nước. Chúng tạo thành nhũ vi mô.

Các chất bán tổng hợp là dầu cắt gọt tuyệt hảo. Các thành phần của dầu nhũ cắt gọt kim loại[1,2] Dầu nhũ cắt gọt kim loại bao gồm dầu gốc khoáng, hệ chất tạo nhũ và các phụ gia tính năng khác. Dầu gốc khoáng[1,2] Dầu gốc khoáng được sản xuất bằng phương pháp chưng cất chân không, phần cặn chưng cất khí quyển dầu thô (dầu mỏ). Phân loại dầu mỏ dựa vào bản chất hoá học có nghĩa là dựa vào thành phần của các loại 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 qua bảng 1.1 Đặc tính vật lý hóa học của các loại dầu khoáng khác nhau Tính chất Thành phần hóa học Dầu Dầu parafin Dầu aromat naphten Độ nhớt ở 400C, mm2/s 40 40 36 Độ nhớt ở 1000C, mm2/s 6,2 5,0 4,0 Chỉ số độ nhớt 100 0 185 Tỉ trọng d 20 4 0,8628 0,9194 0,9826 Nhiệt độ chớp cháy,0 C 229 174 160 Điểm anilin, 0C 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 0,2 3,0 6,0 %Hợp chất thơm 8,5 43 80 %Thành phần no 91,3 54 14 Loại nguyên tử cacbon (Phân tích cấu trúc nhóm) %CA 2 19 41 %CN 32 37 36 %CP 66 44 23 Phan Đình Minh 8 Lọc hóa dầu K47 Đồ án tốt nghiệp Trường ĐH Mỏ - Địa Chất 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. 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 ràng hơn.

Tương tự 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. Trong thực tế, dầu gốc khoáng là hỗn hợp của các phân tử đa vòng có đính nhánh parafin, naphten hoặc aromat tuỳ thuộc vào loại hydrocacbon nào chiếm ưu thế. Dầu aromat không được dùng làm dầu bôi trơn.

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 parafin cao và hợp chất vòng thơm thấp sẽ thích hợp hơn trong việc sử dụng để pha trộn dầu cắt gọt vì chúng: + Có tính chống oxy hoá tự nhiên 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 phòng hoặc phá huỷ chi tiết bằng cao su xung quanh máy công cụ.

+ Màu nhạt tăng tính hấp dẫn của sản phẩm. Dầu có độ nhớt cao sẽ gia tăng khả năng bôi trơn và chịu tải, tuy nhiên nó có khuynh hướng làm kết dính với mạt kim loại nhiều hơn và có vấn đề dầu bị kéo ra ngoài. Phan Đình Minh 9 Lọc hóa dầu K47 Đồ án tốt nghiệp Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Dầu có độ nhớt thấp có thể làm thoát phoi nhanh, nhiều hơn ở vùng cắt, dụng cụ cắt. Việc này đặc biệt trong khoan lỗ sâu và gia công chuốt.

Chúng có thể tiến sâu và làm ướt bề mặt kim loại nhanh hơn, và có thể mang phụ gia vào vùng cắt nhanh hơn. Để dầu nhũ gia công kim loại hoạt động tốt, dầu gốc khoáng phải có độ nhớt phù hợp, không quá cao cũng không quá thấp.