روغن های گیاهی اصلاح شده؛ مواد بسپاری آینده

بسپار– در سال ­های اخیر بسپارهای حاصل از منابع تجدیدپذیر، توجهات بسیاری را به خود معطوف کرده است. از این­رو، توسعه و تولید روغن­های گیاهی برای استفاده در بسپارها از جمله اهداف راهبردی صنعت شیمی و بسپار است. زیرا روغن­ های گیاهی علاوه بر تجدیدپذیری و زیست تخریب­ پذیری، غیر سمی بوده و برای محیط زیست و هم­چنین سلامتی بشر مضر نمی­ باشند. این ویژگی­ های منحصر بفرد سبب شده تا محصولات بسپاری به ­دست آمده از روغن­ های گیاهی برای استفاده در مواردی از قبیل تولید پوشرنگ­ ها، پوشش­ها، چسب­ها و نانوچندسازه ­ها مورد بهره­ برداری قرار گیرند. هدف این مقاله، معرفی روغن­ های 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 گرفته ­اند. در سال­های اخیر، تقاضا برای روغن­های گیاهی و استفاده از آن­ها به­ عنوان منابع جایگزین برای تولید افزودنی­ های مورد استفاده در تولید بسپارها، پوشش­ های بسپاری، چسب و نانوچندسازه­ ها افزایش داشته است. بزرگ­ترین منبع تامین این روغن­ ها، 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، تری­ گلیسیرید می ­باشد. حدود 90 تا 95 درصد از وزن تری­ گلیسیرید 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|19354|Width|600|Height|600|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|19355|Width|600|Height|600|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 روان­کننده­ ها، افزودنی ­های بسپار، تولید پوشش­ ها و رزین­ها استفاده می­شوند. به ­عنوان مثال روغن ­های 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 (چقرمه­ کننده) در رزین­های اپوکسی مورد استفاده قرار می­گیرد.

به ­طور کلی، امروزه محققان قادر به اصلاح شیمیایی و تبدیل تری­گلیسیرید به گروه­ های 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 روغن­ های گیاهی اپوکسید شده و نسبت زیاد گروه عاملی اکسیران در این روغن­ ها، می­توان از آن­ها به ­عنوان عامل پخت در سامانه­ های اپوکسی پایه زیستی استفاده کرد. هم­چنین روغن­های گیاهی در نرم­کننده­های پلی­وینیل کلرید (PVC) و هم­چنین در پایدارکننده­ها و روان­کننده ­ها برای تولید پلی اُل ­ها و پیش بسپارهای به ­کار رفته در تولید پوشش­های سطح و اسفنج­ های پلی­ یورتانی استفاده می­شوند. هم­چنین این روغن­های گیاهی را می­توان به­عنوان بهبوددهنده فرایند تولید پوش ش­های 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، نرم­کننده­ 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 روغن­ های گیاهی برای تولید شبکه­ های بسپاری در هم رونده (IPN) بر پایه روغن استفاده کردند. Querishi و همکارانش نیز شبکه بسپاری در هم­رونده از نوع پلی­ استایرن 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 واکنش­پذیری در تهیه بسپارها و فرایندهای بسپارش، مورد استفاده قرار می­گیرند.

[EasyDNNGallery|19356|Width|600|Height|600|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

 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.

(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