ایران

اپوکسیداسیون روغن سویا توسط کاتالیست ناهمگن سیلیکا سولفوریک اسید

احمد نعلبندي*+، علی اصغر خلیلی
تهران، پژوهشگاه صنعت نفت، پژوهشکده توسعه فناوريهاي شیمیایی، پلیمري و پتروشیمی، صندوق پستی 137 ـ 14665

چکیده: واکنش اپوکسیداسیون درجاي روغن سویا براي اولین بار توسط کاتالیست ناهمگن سیلیکا سولفوریک اسید، از مواد اولیه استیک اسید، هیدروژن پراکسید و در بازه دمایی°C 75-30 صورت گرفت. با تغییر نسبت مولی روغن سویا ،استیک اسید و هیدروژن پراکسید، و نیز دماي واکنش و درصد کاتالیست شرایط بهینه براي دستیابی به بیشترین درصد گروه اپوکسی در فراورده روغن سویاي اپوکسید شده بهدست آمد. بیشترین مقدار درصد اپوکسی در فراورده حدود 6% بود که در شرایط بهینه واکنش شامل نسبت مولی روغن سویا، استیک اسید و هیدروژن پراکسید، 5:1/1:0/1 در دماي °C60 در حضور 5% کاتالیست بهدست آمد. همچنین کاتالیست ناهمگن بهکار رفته براي اپوکسیداسیون روغن سویا در مقایسه با سایر کاتالیستهاي ناهمگن مایع از سادگی کاربرد برخوردار بوده و داراي برتريهاي گوناگونی شامل ارزانی، فعالیت شیمیایی زیاد، بی خطر بودن ،سادگی در کاربرد، و سازگاري با محیط زیست می باشد. افزون بر آن بهسادگی از مخلوط واکنش جدا شده و قابل بازیابی و کاربرد دوباره است.

واژههاي کلیدي: روغن سویا، هیدروژن پراکسید، اپوکسیداسیون ،کاتالیست ناهمگن، سیلیکا سولفوریک اسید.

KEY WORDS: Soybean oil, Hydrogen peroxide, Epoxidation, Heterogeneous catalyst, Silica
sulfuric acid.
مقدمه
روغن هاي گیاهی بخشی از یک خانواده بزرگ از ترکیبهاي همچنین چربیهاي به دست آمده از جانوران دریایی از استر اسیدهاي شیمیایی هستند که چربی یا لیپید نامیده میشوند. قسمت عمده چربی چرب با زنجیرهاي بلند تا 24 اتم کربن تشکیل شده است.
از تري گلیسیریدها تشکیل یافته است که استرهاي گلیسیرین از آنجایی که کسر جرمی اسیدهاي چرب در چربی ها بیشتر از مقدار اسیدهاي چرب می باشند. لیپیدها بهصورت گسترده در طبیعت حضور دارند گلیسیرین موجود در آنها می باشد (90 درصد اسید چرب در برابر
و آنها را میتوان از منابع گیاهی، حیوانی و جانوران دریایی تهیه کرد.
چربیهاي به دست آمده از منابع گوناگون در طی سالیانه گذشته بهعنوان ماده غذایی، سوخت و روان کننده و نیز بهعنوان ماده اولیه براي تهیه برخی مواد شیمیایی دیگر مصرف میشدند. ساختار شیمیایی لیپیدها پیچیده می باشد، گرچه ساختار یک نوع تري گلیسرید را میتوان طبق شکل 1 نشان داد [1].
بسیاري از چربی هاي گیاهی و حیوانی از استر اسید هاي 10 درصد گلیسیرین)، بنابراین بیشتر خواص فیزیکی و شیمیایی چربیها از اسیدهاي چرب موجود در آنها ناشی شده است [1].
چربیها به طور معمول به دو دسته خوراکی و غیرخوراکی تقسیم بندي میشوند. براي نمونه روغنهایی مانند سویا، آفتابگردان و کلزا خوراکی هستند درحالی که روغن پنبه دانه، کرچک و نخل مصارف صنعتی داشته و براي خوردن مصرف نمیشوند [2]. اسیدهاي چرب به دست آمده از روغنهاي گیاهی غیرخوراکی و مشتقهاي
-39623228575

چرب با زنجیرهاي بلندتر از 12 اتم کربن تشکیل یافتهاند. به دست آمده از آنها به طور عمده در فرمولاسیون پوششهاي سطح،
+E-mail: [email protected] عهده دار مکاتبات *

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران احمد نعلبندي و علی اصغر خلیلی

شکل 1- ساختار ملکولی تري گلیسیرید

پلاستیکها، مواد پاك کنندهها (دي ترجنتها) و روان کنندهها مصرف میشوند [1].
-364454855441

منظور از اپوکسیداسیون روغنهاي گیاهی مانند سویا، باز کردن پیوندهاي دوگانه (غیر اشباع) موجود در تري گلسیریدهاي آن و افزودن یک اتم اکسیژن در محل هر یک از پیوندهاي دو گانه باز شده در ملکول می باشد. در این واکنش شیمیایی حلقههاي اکسیران که به گروه اپوکسید نیز معروف هستند در محل پیوندهاي دوگانه در ملکول روغن تشکیل میشوند. فراوردههاي اپوکسید شده روغن هاي گیاهی بهدلیل کاربردشان بهعنوان افزودنی در برخی صنایع و امکان تهیه فراوردههاي متنوع از آنها (بهعنوان ماده حد واسط) از توجه خاصی، بهویژه در کشورهاي بدون سوختهاي فسیلی برخوردار می باشند. براي نمونه میزان تولید جهانی روغن اپوکسی در سال 1993 میلادي بالغ بر 000, 200 تن بوده است [3]. اپوکسیداسیون، قطبیت و پایداري ملکول روغن را بالا برده و همچنین سازگاري آن را با پلیمرهاي قطبی مانند PVC و اپوکسی افزایش می دهد. براي مثال روغن سویا اپوکسید شده را بهدلیل داشتن تأثیرهاي پایدارکنندگی گرمایی(1) در فرمولاسیون برخی پلاستیکها مانند PVC مصرف مینمایند [4،1]. همچنین از آن بهعنوان نرمکننده (پلاستی سایزر) و انعطاف دهنده در برخی مواد پلیمري دیگر مانند رزینهاي اپوکسی که کاربردشان در تولید پوششهاي سطح و چسبهاي دوجزیی میباشد ، استفاده میشود. افزون بر آن ،از این ماده بهعنوان بازدارنده خوردگی ناشی از کلر در فرمولاسیون ترکیباتی مانند آلاکلر و بوتاکلر که اتم کلر در ساختار شیمیایی آنها حضور دارد، استفاده میشود.
(2) in situ
همچنین، روغن هاي گیاهی اپوکسید شده را میتوان براي تهیه پلی الها که ماده اولیه در تولید پلی یورتان میباشند بهکار برد. این نوع پلی ال ها با دي ایزوسیاناتهاي مانند دي فنیل متان دي ایزوسیانات و یا تولوئن دي ایزوسیانات پلی یورتانهاي منعطف تولید میکنند که می توان از آن ها در صنایع فومسازي و ساخت قطعههاي لاستیکی استفاده نمود. پلی یورتانهاي یاد شده پلیمر زیستی محسوب میشوند، زیرا یکی از مواد اولیه آنها از روغنهاي گیاهی تهیه شدهاند. کاربرد دیگر روغن هاي گیاهی اپوکسید شده، مصرف آنها بهعنوان ماده روان کننده با مقاومت گرمایی بالا میباشد [5].
چندین روش براي تولید اپوکسیدها (فراورده اپوکسیداسیون) از روغن هاي گیاهی، اسیدهاي چرب و استرهاي متیل اسیدهاي چرب وجود دارد. روش اپوکسیداسیون یک مرحلهاي با پراکسی اسیدهاي درجا تولید شده(2) از مواد اولیه اسیدهاي کربوکسیلیک مانند فرمیک و استیک و نیز هیدروژن پراکسید در حضور یک کاتالیست اسیدي مایع از نظر سادگی فرایند، ایمنی کارکنان و بازده فراورده بهتر از روشهاي دیگر بوده و به همین دلیل بهطور گسترده در مقیاس صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد [10-4].
واکنش هاي اصلی در اپوکسیداسیون درجا روغنهاي گیاهی با استفاده از مواد اولیه استیک اسید و هیدروژن پراکسید در حضور یک کاتالیست اسیدي به این صورت هستند که، نخست پراستیک اسید طی یک واکنش تحریکپذیر در pH اسیدي تولید شده، سپس این ماده واسط با پیوندهاي دوگانه روغن واکنش نموده و گروه اکسیران در ملکول روغن تولید میکنند (واکنش هاي a و b، شکل2). همزمان استیک اسید نیز در این مرحله بهعنوان فراوردهي جانبی تولید میشود. بهاین ترتیب واکنش هاي a و b بارها تکرار میشوند تا مقدار مورد نیاز فراوردهي روغن اپوکسید شده بهدست آید [11].
به موازات واکنشهاي دلخواه a و b واکنشهاي جانبی ناخواستهاي نیز در pH اسیدي صورت می گیرند که باعث باز شدن حلقه اکسیران روغن میشوند (واکنشهاي c تا g، شکل 3).
براي دستیابی به بازده تولید بالا از فراورده روغن اپوکسید شده ،لازم است این واکنشهاي جانبی کمینه شوند. واکنشهاي ناخواسته در فرآیند اپوکسیداسیون روغن هاي گیاهی عبارتند از:
کلیه واکنش هاي جانبی در شکل 3 در pH اسیدي تسریع میشوند و بهاین منظور پس از خاتمه واکنش اپوکسیداسیون و
(1) Heat stabilizer

-9143601731

شکل

2
ـ

گیاهی

هاي
روغن

درجا

اپوکسیداسیون

در

هاي

واکنش

اصلی
.



قیمت: تومان

دسته بندی : شیمی و مهندسی شیمی

دیدگاهتان را بنویسید