BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN HÓA HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM o0o BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2010 Nghiên cứu sản xuất và sử dụng dầu bôi trơn máy dệt kim cao cấp phục vụ ngành dệt may xuất khẩu Chủ nhiệm đề tài TS. LÊ KIM DIÊN 8338 Hà Nội 12/2010 BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN HÓA HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM o0o BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2010 Nghiên cứu sản xuất và sử dụng dầu bôi trơn máy dệt kim cao cấp phục vụ ngành dệt may xuất khẩu Thực hiện theo Hợp đồng 63.10.RD/HĐ-KHCN ngày 25/02/2010 giữa Bộ Công Thương và Viện Hóa học công nghiệp Việt Nam Chủ nhiệm đề tài TS. LÊ KIM DIÊN Thành viên tham gia: ThS. Nguyễn Mạnh Dương ThS. Nguyễn Thị Hà ThS. Nguyễn Thị Phương Hoà KS. Lê Minh Việt KS. Nguyễn Công Bắc KS. Phạm Văn Nam KS. Nguyễn Văn Vượng KS. Hà Thị Minh Huyền Và các cộng sự khác Hà Nội 12/2010 1 MỞ ĐẦU Ngành Công nghiệp dệt may Việt Nam năm 2010 đã vượt lên dầu thô, đạt doanh thu xuất khẩu cao nhất cả nước (tới 7 tỷ USD), trong đó sản phẩm dệt kim chiếm tỷ lệ lớn nhất. Ngành đã phải sử dụng dầu bôi trơn dầu máy dệt kim – một loại dầu chuyên dụng có độ sạch cao, nhập ngoại, hàng năm tính ra lên tới 3.600 tấn/năm với giá trị nhập khẩu tính theo th ời điểm hiện tại khoảng 160 tỷ đồng (khoảng 8 triệu USD) Nếu tạo ra và cung cấp được sản phẩm này trong nước thì có thể đem lại hiệu quả kinh tế (lợi nhuận) đáng kể, khoảng 40 tỷ đồng Do đó, Phòng Thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về Công nghệ Lọc, Hóa dầu thuộc Viện Hóa học công nghiệp Việt Nam đã được Bộ Công Th ương giao nhiệm vụ tiến hành nghiên cứu và đã tạo ra được loại dầu này đạt tính năng sử dụng tương đương sản phẩm nhập ngoại. Đề tài đã thực hiện đầy đủ các nội dung nghiên cứu được giao và sản phẩm dầu dệt kim của Đề tài đã được thử nghiệm đạt kết quả tốt tại một cơ sở dệt may có uy tín. Có thể nói đây là một trong các đề tài nghiên cứu phát triển tạo ra sản phẩm Khoa học công nghệ thiết thực và có tính khả thi trong triển khai sản xuất trong tương lai gần. 2 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 MỤC LỤC 2 KÝ HIỆU VIẾT TẮT 5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 7 1.1. Khái niệm và đặc điểm dầu dệt kim cao cấp 7 1.2. Tình hình nghiên cứu về dầu dệt kim cao cấp 8 1.3. Bản chất hóa học các thành phần dầu dệt kim cao cấp 11 1.3.1. Dầu gốc khoáng 11 1.3.2. Chất tạo nhũ và đặc trung HLB 13 1.3.2.1. Chất tạo nhũ 13 1.3.2.2. Hằng số cân bằng ưa dầu – ưa nước HLB của chất nhũ hoá 14 1.3.3. Các phụ gia chức năng 16 1.3.3.1. Phụ gia chống tạo bọt 16 1.3.3.2. Phụ gia diệt khuẩn 17 1.3.3.3. Phụ gia chống ăn mòn kim loại 17 1.3.3.4. Phụ gia cực áp (phụ gia chống kẹt xước) 17 1.4. Các chỉ tiêu đánh giá dầu dệt kim và nguyên lý tiến hành 18 1.4.1. Tỷ trọng 18 1.4.2. Đột nhớt động học 18 1.4.3. Độ ổn định cơ học 19 1.4.4. Tính chống tạo bọt 20 1.4.5. Tính ổn định nhũ 20 1.4.6. Tính bôi trơn, chống ăn mòn và khả năng làm mát 21 1.4.7. Chỉ số axit 21 1.4.8. Độ bền oxy hóa 22 1.4.9. Điểm aniline 23 1.4.10. Độ ăn mòn tấm đồng 23 1.4.11. Độ ăn mòn tấm gang 24 3 CHƯƠNG 2. PHẦN THỰC NGHIỆM 25 2.1. Nghiên cứu xác định thành phần dầu dệt kim và lựa chọn dầu gốc làm nguyên liệu 25 2.2. Tổng hợp chất tạo nhũ không ion 26 2.2.1. Cơ sở hóa học các quá trình tổng hợp 26 2.2.2. Quá trình tổng hợp amit 29 2.2.2.1. Yêu cầu về nguyên liệu 29 2.2.2.2. Tiến hành quá trình tổng hợp amit 29 2.2.3. Các phương pháp đánh giá sản phẩm amit đã tổng hợp được 30 2.2.3.1. Phương pháp phổ hấp phụ hồng ngoại 30 2.2.3.2. Phương pháp phổ khối 31 2.3. Nghiên cứu sử dụng phụ gia tính năng 32 2.3.1. Lựa chọn phụ gia 32 2.3.2. Thực nghiệm khảo sát các phụ gia 32 2.3.2.1. Khảo sát sử dụng phụ gia chống oxy hoá 32 2.3.2.2. Khảo sát phụ gia ức chế ăn mòn kim loại 33 2.3.2.3. Khảo sát phụ gia chống tạo bọt 34 2.3.2.4. Khảo sát sử dụng phụ gia diệt khuẩn 34 2.4. Lập đơn dầu dệt kim và đánh giá tính chất dầu pha chế 35 2.4.1. Nguyên liệu 35 2.4.2. Các bước tiến hành 35 2.4.3. Đánh giá dầu thành phẩm 35 2.5. Sản xuất thử và thử nghiệm hiện trường 36 2.6. Đánh giá sơ bộ khả năng phân hủy sinh học sau sử dụng 37 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN 38 3.1. Kết quả đánh giá lựa chọn dầu gốc làm nguyên liệu 38 3.2. Kết quả tổng hợp chất tạo nhũ dạng amit 39 3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng phản ứng nghiên cứu xúc tác KOH tan trong MEA 39 4 3.2.2. Kết quả phân tích sản phẩm amit 42 3.2.2.1. Phổ hồng ngoại 42 3.2.2.2. Phân tích sắc ký khí – khối phổ (GC-MS) 43 3.3. Kết quả nghiên cứu xác định thành phần tổ hợp chất nhũ hóa 45 3.3.1. Xác định HLB của sản phẩm amit 45 3.3.2. Xác định nồng độ tối ưu của chất nhũ hóa hỗn hợp (Ami / TWEEN 80) 47 3.3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền nhũ 49 3.4. Kết quả đánh giá lựa chọn sử dụng các phụ gia tính năng 50 3.4.1. Kết quả đánh giá lựa chọn phụ gia chống oxy hoá 50 3.4.2. Kết quả đánh giá sử dụng phụ gia ức chế ăn mòn kim loại 52 3.4.3. Kết quả lựa chọn phụ gia chống tạo bọt 54 3.5. Kết quả sản xuất thử và thử nghiệm hiện trường 55 3.6. Kết quả đánh giá sơ bộ khả năng phân hủy sinh học sau sử dụng.56 3.7. Đề xuất sơ đồ dây chuyền sản xuất dầu dệt kim công nghiệp 57 3.8. Xây dựng Tiêu chuẩn sản phẩm và dự toán giá thành dầu dệt kim DK-24 59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 67 5 KÝ HIỆU VIẾT TẮT - MEA : Mono Etanol Amin - GC : Phân tích sắc ký khí - GC-MS : Phân tích sắc ký khí – khối phổ - IR : Phân tích phổ hồng ngoại - VI : Chỉ số độ nhớt - Ami : Amit dầu thực vật - O/W : Dầu/nước - HĐBM : Hoạt động bề mặt - HLB : Hằng số cân bằng ưa dầu ưa nước - RHLB : Hằng số cân bằng ưa dầu ưa nước yêu cầu - ASTM : Hiệp hội thử nghiệm vật liệu Mỹ - GOST : Tiêu chuẩn quốc gia Liên Bang Nga - TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam - HPIP : Hydro Peoxit của Iso Propyl benzen 6 TÓM TẮT NHIỆM VỤ - Khảo sát xác định thành phần dầu dệt kim cao cấp - Đánh giá, lựa chọn dầu gốc khoáng tinh chế cao làm nguyên liệu cho dầu thành phẩm - Tổng hợp chất tạo nhũ không ion làm hợp phần của dầu thành phẩm trên cơ sở amit hóa metyl este dầu thực vật Việt Nam - Lựa chọn và tạo tổ hợp các phụ gia tính năng cần thiết - Lập đơn pha chế và đánh giá dầu dệt kim tạo ra trong Phòng thí nghiệm của Viện Hóa học công nghiệp Việt Nam và Viện Dệt may - Thử nghiệm hiện trường dầu thành phẩm đề tài trên máy dệt kim của cơ sở dệt may Tín Thành - Điều chỉnh đơn pha chế và lập sơ đồ công nghệ sản xuất dầu dệt kim - Đề xuất hướng phát triển sản phẩm và khả năng thự c hiện Dự án sản xuất 7 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Khái niệm và đặc điểm dầu dệt kim cao cấp Dầu bôi trơn máy dệt kim cao cấp (máy dệt kim tròn) được dùng để bôi trơn dàn kim dệt đan tròn. Đây là loại dầu chuyên dụng vì nó phải đáp ứng được hai yêu cầu cơ bản: - Bôi trơn dàn kim chuyển động nhanh khứ hồi trong nguyên công dệt, đảm bảo không bị kẹt kim. - Có tính rửa trôi bằng nước cao sau khi dầu bám vào vải dệt để làm sạch vải cho các nguyên công khác như nhuộm, hoàn thiện sản phẩm,…đặc biệt không được để lại vết ố và biến màu vải thành phẩm. Hình 1.1. Máy dệt kim tròn Do đó các tính năng sử dụng phải đạt được là: - Bôi trơn làm mát tốt để hạn chế mài mòn, tránh kẹt kim - Giải tỏa nhanh nhiệt phát sinh trong máy dệt 8 - Không được tạo cặn trên bề mặt kim, do đó dầu phải có độ ổn định nhiệt, độ ổn định kháng oxy hóa nhiệt cao và không chứa nhựa - Độ nhớt của dầu phải ít biến đổi theo tốc độ kim (độ bền trượt cắt) và điều kiện nhiệt độ môi trường (chỉ số nhiệt nhớt VI phải cao) - Bảo vệ kim không bị ăn mòn hóa h ọc - Tương hợp với các chi tiết kim loại khác của dàn máy và của vải dệt kim - Dễ giũ sạch bằng nước (dễ tan trong nước) nhằm làm sạch vải dệt thành phẩm Từ đó có thể thấy đây là loại dầu bôi trơn dạng tạo nhũ thuận dầu trong nước (oil in water O/W) sau khi sử dụng xong. Cho nên theo tài liệu công bố dầu thường có thành phần như sau: - Dầu gốc khoáng hoặc dầu gốc tổng hợp làm chất nền bôi trơn (Base Oil) - Hệ chất tạo nhũ thuận dầu trong nước - Các phụ gia tính năng khác như chất ức chế oxy hóa, ức chế ăn mòn kim loại, hạn chế mài mòn kẹt xước, hạn chế tạo bọt,… Tóm lại đây là loại dầu bôn trơn chuyên dụng không thể thay thế bằng các dầu bôi tr ơn máy công nghiệp hoặc dầu bôi trơn động cơ, dầu bánh răng thông thường, kể cả dầu khác của ngành dệt may như dầu máy khâu, dầu cọc sợi (Spindle Oil) 1.2. Tình hình nghiên cứu về dầu dệt kim cao cấp Ở nước ngoài Cho đến nay các công trình nghiên cứu về loại dầu này đi theo hai hướng: - Lựa chọn hệ dầu gốc làm dầu nền bôi trơn tiên tiến để vừa nâng cao độ bền làm việc song lại có khả năng phân hủy sinh học sau sử dụng (khi thải ra ở dạng nhũ dầu trong quá trình giặt rửa vải thành phẩm). [...]... phát triển các sản phẩm dầu mỡ thương phẩm phục vụ công nghiệp có tính năng sử dụng và tính phân huỷ sinh học sau sử dụng ở mức cao hơn Do đó, với việc thực hiện đề tài này, đây sẽ là lần đầu 10 tiên ở Việt Nam nghiên cứu tạo ra loại dầu bôi trơn chuyên dụng trong lĩnh vực công nghiệp dệt may 1.3 Bản chất hóa học các thành phần dầu dệt kim cao cấp Do dầu dệt kim cao cấp ngoài chức năng bôi trơn còn có... trên cơ sở sử dụng dầu thực vật Việt Nam Đây là cơ sở tốt để phát triển nghiên cứu áp dụng vào các sản phẩm cụ thể phục vụ công nghiệp và kinh tế ở nước ta Tổ đề tài có nhiều kinh nghiệm trong việc kết hợp hợp tác với các cơ sở nghiên cứu triển khai các sản phẩm dầu mỡ tiên tiến của các nước thuộc Liên Xô cũ, đặc biệt với Viện nghiên cứu chế biến dầu mỏ toàn Liên bang Nga và Viện nghiên cứu thiết kế... đích này người ta đang nghiên cứu sử dụng hệ dầu gốc tổng hợp như các polyglycol và este photphat, cũng như xem xét khả năng sử dụng một phần dầu thực vật tinh chế để làm hợp phần dầu gốc (dầu hướng dương, dầu hạt cải, dầu đậu nành,…) - Tạo ra tổ hợp hệ các chất tạo nhũ loại mới để tăng tính tương hợp với dầu gốc nhằm nâng cao độ ổn định pha của dầu dệt kim thành phẩm như sử dụng các chất tạo nhũ (chất... pha sẵn vào dầu gốc nên giá cả không hợp lí 9 Nhìn chung dầu dệt kim tròn cao cấp thành phẩm của nước ngoài còn khá đắt (thời điểm hiện tại khoảng 55.000VNĐ/lít), do đó hiệu quả kinh tế sử dụng không cao Ngoài ra từ thực trạng sử dụng dầu dệt kim ở nước ta cho thấy độ ổn định chống tách lớp trong tồn chứa, nhất là về mùa đông còn thấp Điều đó chứng tỏ sự tương hợp giữa gói phụ gia và dầu gốc bôi trơn. .. thiết kế công nghệ dầu mỏ MASMA (Ucraina), góp phần tạo ra mỡ bôi trơn, dầu thuỷ lực có sử dụng dầu thực vật Việt Nam Đồng thời Viện Hóa học công nghiệp Việt Nam có thế mạnh nghiên cứu triển khai các sản phẩm đi từ dầu mỡ động thực vật như thuốc tuyển nổi quặng, biodiesel, chất chống kết khối phân hóa học,… Từ đây đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng dầu thực vật làm nguyên liệu cho sản xuất sản phẩm mới Trên... gia hợp phần cần có Thực tế sử dụng các sản phẩm dầu dệt kim nhập ngoại hiện nay cho thấy dầu gốc nguyên liệu là dầu gốc khoáng thông thường (thế hệ I) nên độ ổn định hóa học không cao và độ phân hủy sinh học sau sử dụng thấp (thường chỉ đạt 15-20%) và của các chất tạo nhũ, phụ gia tổng hợp từ dầu mỏ Các dầu dệt kim đang sử dụng ở Việt Nam có thể kể đến như sản phẩm của Exxon – Mobile (Essotex HP 24),... cho sản phẩm Dầu phải có độ nhớt phù hợp và chỉ số nhiệt nhớt VI cao gia tăng khả năng bôi trơn và mang tải Trong bôi trơn kim dệt, dầu gốc phù hợp cho pha chế dầu nhũ có độ nhớt ở 400C nằm trong khoảng 7÷30 cSt để đảm bảo tính năng bôi trơn và làm mát tốt Ngoài ra còn cần phải có độ sạch cao, hầu như không chứa hợp chất lưu huỳnh Do đó cần xem xét khả năng dùng dầu gốc khoáng thế hệ mới (dầu gốc nhóm... hữu cơ, mảnh kim loại vụn do bị mài mòn và các chất bẩn khác 22 Việc tăng cường độ ổn định oxy hóa cho dầu nhũ nhờ sử dụng dầu gốc đã qua quá trình tinh luyện và sử dụng phụ gia chống oxy hóa 1.4.9 Điểm aniline Điểm aniline của dầu thể hiện tính tương hợp của cao su với chất dầu nhũ Do dầu nhũ thường phải tiếp xúc với các vật làm kín dầu nên tính tương hợp của dầu với vật làm kín (thường là cao su) của... mảnh khối phổ 2.3 Nghiên cứu sử dụng phụ gia tính năng 2.3.1 Lựa chọn phụ gia Nhóm đề tài sử dụng các phụ gia loại tan trong dầu để nghiên cứu 2.3.2 Thực nghiệm khảo sát các phụ gia 2.3.2.1 Khảo sát sử dụng phụ gia chống oxy hoá Trong thực tế, do nhiệt độ làm việc của dầu ở mức vừa phải, người ta sử dụng các chất ức chế oxy hoá cho dầu dệt kim là các dẫn xuất của phenol, dẫn xuất của amin, axit antranilic,... mà dầu bôi trơn sẽ tiếp xúc trong quá trình sử dụng Dầu với hàm lượng Izo-Parafin cao và hợp chất vòng thơm thấp sẽ thích hợp hơn trong việc sử dụng để pha trộn dầu dệt kim vì chúng: + Có tính chống oxi hóa tốt hơn + Có tính ổn định độ nhớt tốt hơn khi nhiệt độ thay đổi + Ít gây hại cho da + Ít gây những sự cố làm biến dạng hoặc phá hủy chi tiết bằng cao su của máy + Màu nhạt, tăng tính hấp dẫn cho sản . CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2010 Nghiên cứu sản xuất và sử dụng dầu bôi trơn máy dệt kim cao cấp phục vụ ngành dệt may xuất khẩu Chủ nhiệm đề tài TS. LÊ KIM DIÊN . NAM o0o BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2010 Nghiên cứu sản xuất và sử dụng dầu bôi trơn máy dệt kim cao cấp phục vụ ngành dệt may xuất khẩu Thực hiện theo Hợp đồng 63.10.RD/HĐ-KHCN. phát triển sản phẩm và khả năng thự c hiện Dự án sản xuất 7 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Khái niệm và đặc điểm dầu dệt kim cao cấp Dầu bôi trơn máy dệt kim cao cấp (máy dệt kim tròn)