روغن های گیاهی اصلاح شده؛ مواد بسپاری آینده
مقدمه
در سالهای اخیر بسپارهای حاصل از منابع تجدیدپذیر، توجهات بسیاری را به خود معطوف کرده است. از این رو، توسعه و تولید روغن های گیاهی برای استفاده در بسپارها از جمله اهداف راهبردی صنعت شیمی و بسپار است. زیرا روغن های گیاهی علاوه بر تجدیدپذیری و زیست تخریبپذیری، غیر سمی بوده و برای محیط زیست و همچنین سلامتی بشر مضر نمی باشند. این ویژگیهای منحصر بفرد سبب شده تا محصولات بسپاری به دست آمده از روغن های گیاهی برای استفاده در مواردی از قبیل تولید پوشرنگ ها، پوشش ها، چسبها و نانوچندسازه ها مورد بهرهبرداری قرار گیرند. هدف این مقاله، معرفی روغنهای گیاهی مورد استفاده در صنعت و کاربردهای آنها و معرفی پیشرفتها و توسعه انجام شده در این زمینه است.
سبزیجات و یا روغنهای گیاهی، منابع تجدیدپذیری هستند که میتوان از آنها به عنوان مواد اولیه قابل اعتماد جهت رسیدن به محصولاتی با ساختار و کاربردهای متنوع استفاده نمود. دسترسی آسان و هزینه کم سبب شده تا روغنهای گیاهی، موادی جذاب برای صنعت پلاستیک باشند.
امروزه به دلیل ماهیت تجدیدپذیر روغنهای گیاهی و مشتقات آنها و همچنین در دسترس بودن و قیمت اقتصادی، این مواد مورد توجه دانشمندان و محققان شیمی و بسپار قرار گرفتهاند. در سالهای اخیر، تقاضا برای روغن های گیاهی و استفاده از آنها بهعنوان منابع جایگزین برای تولید افزودنیهای مورد استفاده در تولید بسپارها، پوششهای بسپاری، چسب و نانوچندسازهها افزایش داشته است. بزرگترین منبع تامین این روغنها، گیاهانی نظیر سویا، ذرت، دانه کتان، پنبه دانه و یا بادام زمینی هستند. البته منابع دیگری مانند خرما، زیتون و نارگیل نیز برای تولید روغن گیاهی مورد استفاده قرار میگیرند.
جزء اصلی تشکیل دهنده تمامی روغنهای گیاهی، تریگلیسیرید میباشد. حدود 90 تا 95 درصد از وزن تریگلیسیرید را اسیدهای چرب تشکیل میدهند و برای هر روغن گیاهی میزان مشخصی از اسیدهای چرب وجود دارد که مشخصه آن روغن به حساب می آید (شکل 1 (A)).
ساختار برخی از اسیدهای چرب که به کرات مورد مطالعه قرار گرفته اند در شکل 1 (B) آورده شده است. درصد اسیدهای چرب موجود در برخی روغنها در جدول 1 آورده شده است.
[EasyDNNGallery|19552|Width|200|Height|200|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]
شکل 1: A) ساختار تریگلیسیرید و B) ساختار اسیدهای چرب: a) اولئیک اسید، b) لینولئیک اسید، c) لینونیک اسید، d) ئوروسیک اسید، e) دیسینولئیک اسید، f) ورنولیک اسید و g) 10-آندسنوئیک اسید
جدول 1: درصد اسیدهای چرب موجود در روغنها (x:y ، x نشاندهنده تعداد اتمها در طول زنجیر و y نشاندهنده تعداد پیوندهای غیراشباع).
[EasyDNNGallery|19553|Width|200|Height|200|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]
روغنهای گیاهی با شاخص گرانروی زیاد، اجزاء فرار کم و نقطه اشتعال زیاد در تولید روانکنندهها، افزودنیهای بسپار، تولید پوششها و رزینها استفاده میشوند. بهعنوان مثال روغنهای گیاهی اپوکسید شده نه تنها باعث بهبود پایداری روغن میشوند بلکه موجب افزایش واکنشپذیری برای ایجاد اتصالات شیمیایی با زنجیرهای بسپار میشوند. برای مثال روغن ورنونیا (vernonia) همراه با سایر روغنهای گیاهی اپوکسید شده بهعنوان نرمکننده و پایدارکننده و همچنین اصلاحکننده واکنشی (چقرمهکننده) در رزینهای اپوکسی مورد استفاده قرار میگیرد.
بهطور کلی، امروزه محققان قادر به اصلاح شیمیایی و تبدیل تریگلیسیرید به گروههای عاملی واکنشگر از طریق فرایندهایی نظیر اپوکسید کردن، جابجایی(metathesis) پیوندهای دوگانه، اکریلدار کردن با مالئیک انیدرید و یا ترااستری شدن (استریفیکاسیون) هستند. به دلیل وجود گروههای عاملی اپوکسی روی ساختار روغنهای گیاهی اپوکسید شده و نسبت زیاد گروه عاملی اکسیران در این روغنها، میتوان از آنها بهعنوان عامل پخت در سامانههای اپوکسی پایه زیستی استفاده کرد. همچنین روغنهای گیاهی در نرمکنندههای پلیوینیل کلرید (PVC) و همچنین در پایدارکنندهها و روانکنندهها برای تولید پلی اُل ها و پیش بسپارهای بهکار رفته در تولید پوششهای سطح و اسفنجهای پلی یورتانی استفاده میشوند. همچنین این روغنهای گیاهی را میتوان به عنوان بهبوددهنده فرایند تولید پوششهای کف و اصلاح کننده بسپارهای گرماسخت و همچنین تهیه بسپارهای جدید مورد استفاده قرار داد.
اگرچه حدود 80 درصد روغنهای گیاهی در مواد غذایی استفاده میشوند، ولی در این بین صنعت نیز سهم مهمی از آن دارد. از روغنهای تریگلیسیرید بهطور گسترده برای تولید جوهرها، پوششها، نرم کننده ها و روانکننده ها استفاده میشود. در بسپارها نیز میتوان از این مواد بهعنوان عوامل چقرمه کننده استفاده کرد. Barrett و همکارانش، در یک کار مشترک از روغنهای گیاهی برای تولید شبکههای بسپاری در هم رونده (IPN) بر پایه روغن استفاده کردند. Querishi و همکارانش نیز شبکه بسپاری در همرونده از نوع پلیاستایرن و لاستیک بر پایه روغن بذرک اپوکسید شده تهیه نمودند.
در شکل 2 چرخه عمر بسپارها بر پایه روغنهای گیاهی نشان داده شده است. همانطور که مشخص است این روغنها بهعنوان اصلاحکننده شیمیایی و با هدف افزایش واکنش پذیری در تهیه بسپارها و فرایندهای بسپارش، مورد استفاده قرار میگیرند. با مصرف بسپارها و تبدیل آنها به زباله و ضایعات، این مواد پس از تخریب و جذب، به عنوان زیست توده ها (biomass) مورد بازیافت قرار میگیرند و دوباره در چرخه تولید استفاده میشوند.
روغن سویای اکریلاتدار شده به طور گستردهای در تهیه پوششهای سطح نظیر EBECRYL 860 (UCB Chemical Company) مورد استفاده قرار میگیرد. روغن سویای اپوکسید شده و روغن بذرک اپوکسید شده نیز به عنوان نرم کننده و پایدارکننده در PVC جایگزین مناسبی برای فتالاتها هستند. در سال گذشته تولید روغن بزرک از 331 میلیون تن به 457 میلیون تن رسید. به گفته وزارت کشاورزی ایالات متحده، روغن سویا بیش از نیمی از تولید روغن حاصل از دانههای روغنی را به خود اختصاص داده و این محصول بیشتر در برزیل، آرژانتین و ایالات متحده کشت میشود. دانه روغنی کلزا در اتحادیه اروپا، کانادا و چین، دانه روغنی پنبه دانه در چین و هند و دانه روغنی آفتابگردان نیز در اوکراین، اتحادیه اروپا و روسیه کشت میشوند.
(ادامه دارد …)
متن کامل این مقاله را در شماره 180ام ماهنامه بسپار که در شهریورماه منتشر شده است بخوانید.
در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های 02177523553 و 02177533158 داخلی 3 سرکارخانم ارشاد تماس بگیرید. امکان اشتراک آنلاین بر روی صفحه اصلی همین سایت وجود دارد.
