مقالات

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 ۹۰ تا ۹۵ 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 ۱ (A)).



 ساختار برخی از اسیدهای چرب که به کرات مورد مطالعه قرار گرفته ­اند در شکل ۱ (B) آورده شده است. درصد اسیدهای چرب موجود در برخی روغن­ها در جدول ۱ آورده شده است.

[EasyDNNGallery|19552|Width|200|Height|200|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

شکل ۱: 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) ۱۰-آندسنوئیک اسید

 

جدول ۱: 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 ۸۰ 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 ۲ 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 ۳۳۱ میلیون تن به ۴۵۷ 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 ۱۸۰ام ماهنامه بسپار که در شهریورماه منتشر شده است بخوانید. 

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکارخانم ارشاد تماس بگیرید. امکان اشتراک آنلاین بر روی صفحه اصلی همین سایت وجود دارد.

نمایش بیشتر

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا