LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, chúng ta đang sống trong thời đại khoa học và công nghệ. Nền công nghiệp hiện đại đã và đang xâm nhập vào mọi khía cạnh trên thế giới và xu hƣớng quốc tế hóa nên đời sống kinh tế cũng ngày càng phát triển mạnh mẽ. Sự phát triển ấy đòi hỏi phải có sự bền vững. Để có sự phát triển bền vững thì môi trƣờng cũng phải bền vững theo chiều hƣớng tốt.
Tuy nhiên, thực trạng trong nƣớc cũng nhƣ trên thế giới cho thấy, vấn đề bức xúc của xã hội hiện nay vẫn là vấn đề ô nhiễm môi trƣờng. Theo báo cáo về thị trƣờng dầu nhờn vào năm 2013, nhu cầu về dầu nhờn trên toàn cầu vào năm 2013 đạt mức 53,5 triệu tấn. Trong đó, nhu cầu về dầu động cơ, dầu công nghiệp, dầu hàng hải và mỡ bôi trơn lần lƣợt là 70%,21%,5% và 4%. Công dụng chủ yếu của dầu nhờn là giảm ma sát, giảm mài mòn, chống ăn mòn kim loại, làm mát, làm sạch, làm kín,… và đƣợc ứng dụng chủ yếu trong công nghiệp, động cơ, hàng hải,…Phần lớn những loại dầu nhờn này là dầu gốc khoáng và có nguồn gốc từ dầu mỏ [2].
Trong quá trình sử dụng, một lƣợng lớn dầu nhờn bị phát tán vào môi trƣờng do bay hơi, rò rỉ hoặc tràn ra. Những loại dầu nhờn này có hại đối với một trƣờng và khả năng phân hủy sinh học kém. Một trong những vấn đề quan tâm nhất là lƣợng mất mát khi phát tán vào đất, nƣớc, không khí nó sẽ làm nguy hại đến động, thực vật, đặc biệt là sức khỏe của con ngƣời. Trong khi đó, vấn đề bảo vệ môi trƣờng đang là vấn đề quan tâm hàng đầu của toàn cầu, đã thúc đẩy nhiều nghiên cứu tạo ra sản phẩm dầu nhờn thay thế có khả năng tái tạo và phân hủy sinh học cao, không độc.
Dầu nhờn sinh học chính là một trong những sản phẩm mới có khả năng thay thế và tái tạo cũng đang đƣợc nghiên cứu ngày một nhiều hơn. Dầu thực vật đƣợc sử dụng làm dầu nhờn sinh học đang đƣợc nhiều nƣớc trên thế giới đẩy mạnh nghiên cứu và sản xuất. Hiện nay, nếu so với dầu nhờn gốc khoáng thì giá của dầu nhờn sinh học cao hơn nhiều. Đó là một trong những trở ngại về mặt thƣơng mại hóa.
Việc sử dụng nguồn nguyên liệu giá rẻ nhƣ dầu ăn phế thải hoặc dầu không ăn đƣợc sẽ giúp cho dầu nhờn sinh học cạnh tranh đƣợc với dầu nhờn gốc 2 khoáng. Ngoài ra, với việc sử dụng một lƣợng lớn nguồn dầu ăn đƣợc sẽ gây ra sự cạnh tranh với nguồn nguyên liệu dành cho công nghiệp thực phẩm. Việt Nam là một trong những quốc gia nhiệt đới trồng cao su lớn trên thế giới. Nhựa tiết ra từ cây cao su đƣợc xuất khẩu ra nƣớc ngoài, còn hạt cao su thì chƣa đƣợc sử dụng nhiều.
Dầu hạt cao su là loại dầu không ăn đƣợc do có lẫn một số chất độc, có độ nhớt cao. Dầu có tính oxi hóa cao do trong thành phần có chứa lƣợng lớn các axit béo không bão hòa và hàm lƣợng các axit béo tự do (FFA) của dầu ở vào khoảng 17%, tức chỉ số axit khoảng 34 mg KOH/g dầu [1]. Hiện nay, dầu hạt cao su chỉ là một phê phẩm. Do vậy sử dụng dầu hạt cao su làm nguyên liệu cho việc sản xuất dầu nhờn sinh học sẽ giảm đáng kể lƣợng dầu nhờn gốc khoáng và góp phần bảo vệ môi trƣờng, trở thành sản phẩm mới có khả năng thay thế và tái tạo.
Đã có một số nghiên cứu về dầu nhờn sinh học từ dầu hạt cao su ở một số nƣớc nhƣ Malaysia, Indonesia chủ yếu bằng phƣơng pháp transester/ester hóa với các rƣợu đa chức [3, 4]. Kết quả cho thấy dầu nhờn sinh học có tính chất phù hợp với một số loại dầu nhờn và nó có thể thay thế hoặc phối trộn với dầu nhờn gốc khoáng hoặc dầu nhờn gốc sinh học. Hiện tại, các nghiên cứu về tổng hợp dầu nhờn sinh học từ dầu hạt cao su chƣa đƣợc nghiên cứu sâu rộng trong và ngoài nƣớc. Do đó, luận văn tập trung vào “Nghiên cứu tổng hợp dầu nhờn sinh học từ dầu hạt cao su bằng phƣơng pháp polymer hóa”.
Nghiên cứu này không những giúp giải quyết vấn đề về môi trƣờng mà còn góp phần vào việc tìm ra các sản phẩm mới, thân thiện với môi trƣờng và tạo thêm giá trị kinh tế cho hạt cao su.1 Giới thiệu chung Cách đây 100 năm, thậm chí con ngƣời vẫn chƣa có khái niệm về dầu nhờn. Tất cả các loại máy móc lúc bấy giờ đều đƣợc bôi trơn bằng dầu mỡ lợn và sau đó dùng dầu ôliu. Khi dầu ôliu khan hiếm thì ngƣời ta chuyển sang sử dụng các loại dầu thảo mộc khác. Khi ngành chế biến dầu mỏ ra đời, sản phẩm chủ yếu tại các nhà máy chế biến dầu mỏ là dầu hỏa, phần còn lại là mazut chiếm 70 – 90 % không đƣợc sử dụng và coi nhƣ bỏ đi.
Nhƣng khi ngành công nghiệp dầu mỏ phát triển thì lƣợng cặn mazut càng ngày càng lớn, buộc con ngƣời phải nghiên cứu để sử dụng nó vào mục đích có lợi. Lúc đầu ngƣời ta lấy cặn dầu mỏ pha thêm vào dầu thảo mộc hoặc mỡ lợn với tỉ lệ thấp để tạo ra dầu bôi trơn, nhƣng chỉ ít lâu sau ngƣời ta đã biết dùng cặn dầu mỏ để chế tạo ra dầu nhờn. Dầu nhờn có tầm quan trọng rất lớn trong việc bôi trơn các chi tiết chuyển động, giảm ma sát, giảm mài mòn và ăn mòn các chi tiết máy, tẩy sạch bề mặt, tránh tạo thành các lớp cặn bùn, tản nhiệt, làm mát và làm khít các bộ phận cần làm kín… Trong số các chức năng kể trên thì chức năng bôi trơn là chức năng quan trọng nhất của dầu nhờn. Bôi trơn là biện pháp làm giảm ma sát đến mức thấp nhất, bằng cách tạo ra giữa bề mặt ma sát một lớp chất đƣợc gọi là chất bôi trơn.
Chất bôi trơn có thể ở dạng lỏng (dầu nhờn) hay dạng đặc (mỡ), hay ở dạng rắn,… Trong số đó, chiếm đa phần là dạng lỏng, dạng đặc chiếm dạng thứ hai, còn chất bôi trơn dạng rắn thƣờng chiếm rất ít và chỉ áp dụng trong một vài trƣờng hợp riêng biệt nhƣ bôi trơn ổ trục có nhiệt độ rất cao hoặc trong chân không, những nơi này không thể dùng dầu hay mỡ bôi trơn đƣợc. Chính vì thế dầu nhờn là vật liệu bôi trơn chủ yếu trong công nghiệp và trong kỹ thuật hiện nay [5]. 4 Tại Việt Nam, trong năm 2012, sản lƣợng tiêu thụ của dầu nhờn (bao gồm mỡ bôi trơn) ƣớc đạt 310. Trong đó, sản lƣợng dầu nhờn cho ngành vận tải đạt 79%, 19% cho dầu nhờn công nghiệp và 2% mỡ bôi trơn các loại.
Khoảng 80% đƣợc sản xuất trong nƣớc với sự hiện diện của nhiều nhãn hiệu dầu nhờn nổi tiếng nhƣ: AP Oil (Singapore), Saigon Petro, SHELL, BP-Castrol, Total, Chevron,. còn lại 20% đƣợc nhập khẩu với một số loại dầu mỡ đặc biệt hay bởi các nhãn hiệu dầu nhờn độc lập nhƣ: AP Oil (Singapore), GS (Hàn Quốc), Valvoline (Mỹ, đƣợc sản xuất tại Singapore), BlackGold (Singapore) [6]. Năm 2014, thị trƣờng trong nƣớc có thêm sự xuất hiện của hai nhà máy JX Nippon và Idemitsu tại phía Bắc. Công suất của nhà máy của JX Nippon Oil & Energy là 40.000 tấn/năm và Idemitsu là 15.
Tổng cộng, khi cả hai nhà máy trên đi vào hoạt động thì năng lực sản xuất, pha chế dầu nhờn nội địa sẽ ở mức 345.000 tấn sản phẩm/năm [7]. Năm 2014, giá trị nhập khẩu các sản phẩm dầu khí (không kể xăng, gas) khoảng 1 tỷ USD, bao gồm các sản phẩm dầu nhờn, phụ gia, dầu gốc và nhựa đƣờng. Về tiêu thụ, ƣớc tính sản lƣợng tiêu thụ dầu nhờn và mỡ bôi trơn năm 2014 của Việt Nam vào khoảng 370.000 tấn sản phẩm. Với hơn 90 triệu dân và đang ở trong giai đoạn đầu của quá trình công nghiệp hóa, thị trƣờng dầu nhờn Việt Nam vẫn còn rất nhiều tiềm năng để phát triển [8].
Tuy nhiên, vấn đề môi trƣờng cần phải chú ý vì dầu mỏ và sản phẩm dầu nhờn có nguồn gốc từ dầu mỏ khi thải vào môi trƣờng gây ảnh hƣởng vô cùng nghiêm trọng và góp phần không nhỏ vào sự ô nhiễm. Chính vì thế, dầu nhờn sinh học hiện nay đang đƣợc nghiên cứu ngày một nhiều hơn để có thể trở thành là một trong những sản phẩm mới có khả năng thay thế dầu nhờn gốc khoáng, dễ phân hủy sinh học và ít gây ô nhiễm môi trƣờng.2 Tổng quan về dầu nhờn I.1 Khái niệm về dầu nhờn Dầu nhờn là loại dầu dùng để bôi trơn cho các động cơ. Dầu nhờn là hỗn hợp bao gồm dầu gốc và một số phụ gia, hay ngƣời ta thƣờng gọi là dầu nhờn thƣơng phẩm. Theo định nghĩa kỹ thuật, dầu nhờn là sản phẩm cho phép hoặc làm dễ dàng cho sự chuyển động giữa hai chi tiết cơ khí.
Phụ gia thêm vào với mục đích là giúp cho dầu nhờn thƣơng phẩm có đƣợc những tính chất phù hợp với chỉ tiêu đề ra mà dầu gốc không có đƣợc [9].2 Công dụng của dầu nhờn Dầu nhờn có rất nhiều công dụng. Trong đó, có một số công dụng quan trọng nhất đƣợc trình bày đƣới đây [10].1 Dầu nhờn làm giảm ma sát Trong tất cả các công dụng của dầu nhờn thì công dụng quan trọng nhất là bôi trơn các bề mặt có chuyển động trƣợt giữa các chi tiết, làm giảm ma sát. Do đó, giảm đƣợc sự mài mòn trong động cơ, tăng hiệu suất có ích của toàn động cơ, tức tăng tính hiệu quả kinh tế cho hoạt động của động cơ.2 Dầu nhờn làm giảm mài mòn Công dụng chính của dầu nhờn là làm giảm ma sát, tăng hiệu suất sử dụng công, đồng thời nó còn tác dụng ngăn chặn tối đa sự mài mòn xảy ra ở những nơi có những chuyển động tƣơng đối giữa các bề mặt chịu tải trọng lớn chuyển động với vận tốc nhỏ, thì trong trƣờng hợp này màng dầu bôi trơn dễ bị phá hủy nên yêu cầu trong dầu bôi trơn phải có những phụ gia chống mài mòn. Khi đó ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao dầu vẫn có khả năng tạo thành trên các chi tiết kim loại một màng chất bảo vệ bền vững, chúng sẽ trƣợt theo nhau mà không gây hiện tƣợng mài các bề mặt kim loại.3 Dầu nhờn chống ăn mòn kim loại Khi bề mặt các chi tiết chịu ma sát có một màng dầu bôi trơn thì màng dầu này sẽ có tác dụng chống rỉ sét cho các máy móc trong thời gian hoạt động, nhất là ở những bộ phận ẩm ƣớt.
