Исследование применения различных систем для окисления подсолнечного масла

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Исследование применения различных систем для окисления подсолнечного масла

Протопопов А.В.

Аннотация

Приведены данные по составу отходов масло-экстракционного производства. Исследован процесс окисления и полимеризации подсолнечного масла. Проведены серии опытов процесса окисления в химическом реакторе. Продукты проведенных исследований позволят получать композиционные материалы различного назначения: поверхностно-активных (-ые) веществ (-а), эмульгаторов (-ы), смягчающих веществ и смазочных материалов из опасных отходов маслоэкстракционного производства.

Ключевые слова: масло, оксидирование масла, полимеризация масла.

STUDY OF DIFFERENT SYSTEMS APPLICATION FOR SUNFLOWER OIL OXIDATION

Abstract

The article contains data on the composition of waste of oil extraction production. The process of oxidation and polymerization of sunflower oil is considered. A series of experiments of the oxidation process in a chemical reactor is carried out. The products of the research allow obtaining composite materials for various purposes, surfactants, emulsifiers, emollients and lubricants from hazardous waste oil extraction production.

Keywords: oil, oil oxidation, oil polymerization.

Использование смазочных материалов, которые основаны на растительных маслах, быстро растет из-за их биоразлагаемости, низкой экотоксичности и отличных трибологических свойствах. Биологически активные вещества имеют более низкий коэффициент трения, улучшенные характеристики износа, более высокий индекс вязкости и более низкий летучесть и вспышки, чем масла на минеральной основе. Полимеризованные растительные масла нашли во многие промышленные применения, такие как чернила, полимеры и гидравлические жидкости [1, С. 45].

Биополимеры теперь можно использовать в качестве естественных, устойчивых альтернатив традиционным нефтехимическим производным, таких как фенолформальдегид, эпоксидная смола, ненасыщенная полиэфирная смола, полиуретан, фенольная смола, и изоцианатная смола, получаемых при изготовлении композитных материалов и покрытий. Вопросы, связанные со здоровьем, строгие природоохранные политики, поиск экономичных и альтернативных материалов, квотирование для технических приложений возобновили необходимость получения термореактивных полимеров из растительных масел и смены производства от нефтехимических полимеров. Биополимеры набирают огромный интерес и глобальное признание, связанное с обычными синтетическими полимерами. Эти биосодержащие полимеры являются возобновляемыми, биоразлагаемыми и экологически безопасными [2, С. 47].

Примерами биосодержащих полимеров являются термореактивные полимеры из семян растений, таких как соевое масло, подсолнечное масло, масло ореха кешью, рапсовое масло и льняное масло. Существуют также термопластичные аналоги, такие как полимолочной кислоты сополимеры из кукурузного масла, полигидроксибутилата поли-капролактона и так далее [3, С. 116].

Биологические материалы являются привлекательными альтернативами нефтепродуктам в связи с возрастанием экологических проблем и зависимости от нефти [1, С. 49]. Интерес к био-основанным материалам возрос в результате роста цен на сырую нефть. Для того, чтобы конкурировать с нефтепродуктами, необходима модификация растительного масла. Использование растительных масел является ведущей альтернативой для замены нефтепродуктов, но и имеет свои недостатки, которые необходимо принимать во внимание при разработке смазочных материалов, таких как моторные масла, гидравлические жидкости, обрабатывающие жидкости, трансмиссионные масла [4, С. 125]. Недостатки растительных масел могут быть смягчены путем химической модификации и надлежащего выбора добавок. Растительные масла имеют такие преимущества, как отличные смазывающие свойства и вязкостные свойства, показанные в исследованиях Трибологической группы в Университете штата Пенсильвания. Они исследовали использование растительных масел в качестве моторных масел [5, С. 21], [6, С. 28], гидравлических жидкостей [7, С. 22] и как улучшить некоторые из слабых мест растительных масел, таких как, например, устойчивость к окислению [2, С. 48].

Представленная работа посвящена изучению процессов окисления и полимеризации подсолнечного масла.

Окисление масел сопровождается повышением содержания различных функциональных групп в молекуле жирных кислот, в том числе и карбоксильных, возрастанием кислотного числа и числа омыления масла.

Эпоксидные соединения образуются в результате взаимодействия пероксидных радикалов по двойным связям:

Промежуточные эпоксидированные соединения подвергаются дальнейшим превращениям, в результате в реакционной массе проходят реакции переэтерификации и полимеризации.

В процессе окисления масла претерпевают изменения в структуре и строении триглицеридов, способствующее для последующего пленкообразования [8, С. 147].

В ходе работы были проведены исследования по изучению состава отхода отбельных земель и способов модификации подсолнечного масла содержащегося в них, с целью получения практически востребованных композиционных материалов, поверхностно-активных веществ, эмульгаторов, смягчающих веществ и смазочных материалов.

В таблице 1 приведены условия использованных окислительных систем и полученные результаты.

Таблица 1 - Значение йодного числа подсолнечного масла (ПМ) при различных способах окисления

Как показывают полученные данные, можно отметить, что лучше всего процесс окисления проходит в системе «ПМ - КОН - С2Н5ОН-Н2О2».

Анализ ИК-спектров (Рис. 1), полученных продуктов окисления масла, что окислительный агент - Н2О2 взаимодействует с жирными кислотами подсолнечного масла с образованием эпоксидного цикла, которые в последствии распадаются с образованием двойной связи. Приведенные данные свидетельствуют о проходящем процессе разложения триглицеридов жирных кислот и последующем их окислении.

Рис. 1 - ИК-спектры подсолнечного масла и продуктов его окисления

Известные способы окисления предполагают использование окислителей, как например кислород или озон, с проведением процесса при высоких температурах, для достижения высоких степеней окисления. Нами рассмотрен процесс окисления оксидом кальция и пероксида водорода при 700С, с дальнейшей полимеризацией в диапазоне температур 150 0С, 165 0С, 180 0С, при непрерывном механическом перемешивании в течение трех часов. Йодное число полученных продуктов полимеризованного подсолнечного масла определяли по методу Кауфмана, (таблица 2).

Таблица 2 - Йодное число полимеризованного масла

Полученные данные, показывают, что процесс полимеризации лучше всего проходит при 180 0С. Продукт стал вязкотекучим и приобрел коричневую окраску.

Рис. 2 - ИК-спектры исходного и модифицированного масла

Анализ ИК-спектров (Рис. 2), полученных продуктов окисления масла, показал, что окислительный агент взаимодействует с жирными кислотами подсолнечного масла с образованием эпоксидного цикла, которые в последствии распадаются с образованием двойной связи. Также, в ходе процесса наблюдается гидролиз тирглицеридов жирных кислот с образованием новых соединений жирных кислот растительного масла.

Полученные продукты модифицированного растительного масла показали хорошую совместимость с древесиной. Из полученных продуктов были приготовлены растворы в ацетоне и этилацетате, как наиболее распространенных растворителях. При нанесении таких растворов на древесину наблюдается ее пропитка модифицированным маслом после испарения растворителя. При этом, для продуктов с высоким значением йодного числа наблюдается пленкообразование.

Растительные масла и другие липиды образуют важный возобновляемый источник новых материалов. Модифицированные масла триацилглицерина могут быть использованы для получения полимеров с важными функциональными свойствами. Полученные полимеризованные масла, после удаления растворителя, характеризуются высокой вязкостью и по консистенции представляют собой пастообразный продукт. Такие окисленные масла можно применять как лубрикаторы и смазочные материалы, а также они представляют интерес как пластификаторы для полимерных композитов и как компоненты для получения сополимеров.

Биологические масла являются прекрасным источником возобновляемых материалов для самых разных применений. Это перспективная область растет из-за экологических и экономических проблем [9, С. 185]. [10, С. 230].

Список литературы

Erhan S. Vegetable oils as lubricants, hydraulic fluids, and inks / S. Erhan In: Shahidi F, editor. Bailey's Industrial Oil and Fats Products: Industrial and Nonedible Products from Oils and Fats. - Indianapolis: John Wiley & Sons; 2005

Castro W. A Study of the Oxidation and Wear Properties of Vegetable Oils: Soybean Oil Without Additives. / W. Castro, J. M. Perez, S. Z. Erhan and others. // Journal AOCS. - 2006. - P. 47-52

Mark M. Vegetable Oils in Paint and Coatings. / M. Mark, K. Sandefur. In: Erhan S, editor. Industrial Uses of Vegetable Oil. - AOCS Press; 2005.

Whitby D. Market share of bio-lubricants in Europe and USA. / D. Whitby - 2004; - P. 125-129. окисление подсолнечное масло

Asadauskas S. Oxidative degradation of fluids based on synthetic and natural esters. Doctor of Philosophy Dissertation / S. Asadauskas. The Pennsylvania State University; - 1997.

Cheenkachorn K. A study of structural effects on oxidative stability of soybean oils / K. Cheenkachorn PhD Thesis. - 2003.

Erhan S. Statue of Liberty Goes Green With Soy-Based Elevator Fluid [Internet]. / S. Erhan. // Agricultural Research, - 2004, - Vol. 10, p. 22, Available from: http://www.ars.usda.gov/is/AR/archive/oct04/soy1004.pdf (accessed: 15.11.2018).

Holser R. Synthesis of Surfactants from Vegetable Oils Feedstocks. / R. Holser, S. Erhan, editor. Industrial Uses of Vegetable Oils. - AOCS Press; - 2005.

Rhoades W. F. Heat Polymerization of Safflower Oil / W. F. Rhoades, A. J. Da Valle // The journal of the american oil chemists' society, Pacific Paint and Varnish , Berkeley, California. - 1951. - № 11. - P. 185-196

Gamage P. K. Epoxidation of some vegetable oils and their hydrolysed products with peroxyformic acid - optimized to industrial scale / P. K. Gamage, M. O`Brien, L. Karunanayake // J. Natn. Sct. Foundation Sri Lanka. - 2009. -Vol. 37. - № 4. - Р. 229?240.

Размещено на Allbest.ru