مقاله بررسی روشهای تولید استرهای اسیدچرب پلی اتیلن گلیکول وتهیه پلی اتیلن گلیکول دی استئارات

word قابل ویرایش
15 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
12700 تومان
127,000 ریال – خرید و دانلود

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

بررسی روشهای تولید استرهای اسیدچرب پلی اتیلن گلیکول وتهیه پلی اتیلن گلیکول دی استئارات
چکیده :
استرهای اسیدچرب پلی اتیلن گلیکول ترکیباتی غیر سمی میباشند که به عنوان امولسیفایرهای غیر یونی به کار میروند.این ترکیبات در صنایع مختلفی نظیر نساجی ،کاغذ سازی ،فلز کاری ،بهداشتی و شوینده به عنوان امولسیفایر دارای کاربرد وسیعی میباشند.استرهای پلی اتیلن گلیکول با وزن ملکولی پائین محلول در روغن بوده و برای سیستمهای غیرمائی به کار میروند و استرهای با وزن ملکولی بالا محلول در آب میباشند و دارای کاریرد در سیستمهای مائی میباشند.در این مقاله ،ضمن بررسی روشهای مختلف تولید استرهای پلی اتیلن گلیکول و بیان کاربردهای این مواد،به شرح روش تولیدپلی اتیلن گلیکول دی استئارات پرداخته وپس از بیان آزمایشات انجام شده ،به بحث و نتیجه گیری میپردازیم .
واژهای کلیدی :پلی اتیلن گلیکول –استرپلی اتیلن گلیکول – استریفیکاسیون -پلی اتیلن گلیکول دی استئارات

١-مقدمه
استرهای پلی اتیلن گلیکول ترکیباتی غیر سمی و بدون ایجاد حساسیت میباشند که به عنوان امولسیفایر های غیریونی در فرمولاسیون انواع امولسیونها ،به عنوان افزایش دهنده ویسکوزیته ،عامل مات کننده ،پخش کننده و مرطوب کننده دارای کاربرد وسیعی میباشند.استرهای پلی اتیلن گلیکول عمدتا به عنوان یک ماده غلیظ کننده موثر برای فرمولاسیون شوینده ها خصوصا درفرمولاسیون سیستمهای ملایم نظیرشامپوی مخصوص کودکان ،فومهای حمام وژلهای مخصوص بدن به کار میرود.همچنین از این ماده به عنوان امولاسیفایرو ماده دیسپرس کننده درترکیبات بهداشتی ،دارویی ،فلزکاری وبه عنوان یک روان کننده در صنایع نساجی استفاده میشود.
٢- روشهای تولید استرهای اسیدچرب پلی اتیلن گلیکول :
روشهای شناخته شده برای تهیه استرهای اسیدچرب پلی اکسی اتیلن عبارتند از :
– استریفیکاسیون اسیدهای چرب با اتیلن اکسید
– استریفیکاسیون اسیدهای چرب باپلی اتیلن گلیکول
-واکنش انیدرید اسیدچرب باپلی اتیلن گلیکول
-واکنش فتی اسید کلراید باپلی اتیلن گلیکول
-واکنش نمک فلزی اسیدچرب باپلی اتیلن گلیکول
– تبادل استری پلی اتیلن گلیکول با استراسیدچرب
از بین روشهای ذکر شده روش استریفیکاسیون اسیدچرب با اتیلن اکسیدوروش استریفیکاسیون اسیدچرب باپلی اتیلن گلیکول با توجه به قیمت پایین مواد اولیه و ساده بودن فرآیند از لحاظ تجاری از اهمیت زیادتری برخوردار هستند.
شکل (١ )روشهای تولید استرهای PEG را نشان میدهد.[ ٢, ٣]

شکل (١)- روشهای تولید استرهای اسید چرب پلی اتیلن گلیکول
٢-١- واکنش اسیدچرب با اتیلن اکسید:
همانطور که در ابتدا بیان گردید واکنش اسیدچرب با اتیلن اکسیدیکی از روشهای تولید استرهای پلی اتیلن گلیکول است . که به جزئیات بیشتر این روش تولید می پردازیم .
واکنش اسیدچرب با اتیلن اکسید در حضور یک کاتالیست قلیایی بطور صنعتی برای تولید استرهای اسیدچرب پلی اکسی اتیلن مورد استفاده قرار می گیرد. اکسی اتیلاسیون اسیدهای چرب با کاتالیست قلیایی همراه باواکنش ترانس استریفیکاسیون (تبادل استری ) است .[ ۴]

مکانیزیم اکسی اتیلاسیون اسیدهای چرب شامل تابع زیر ازواکنشها برای مرحله آغازی است [٢۵و ٢۶].

قدرت بازی یون الکولات که بیشتر ازیون کربوکسیلات است باعث واکنش انتخابی اتیلن اکسید با اسیدچرب می شود تا درنهایت اتوکسیلاسیون کامل گردد سپس واکنش سریع و بدون نظم یون الکولات با اتیلن اکسید شروع می گردد.

یکی از دلایل صحت مکانیزیم اتوکسیلاسیون با کاتالیست بازی اختلاف سرعت واکنش یون کربوکسیلات ویون الکولات با اتیلن اکسید است که اختلاف بین قدرت بازی آنیونهارا نشان می دهد.
نمودار (١) اختلاف سرعت اکسی اتیلاسیون اسید استئاریک را در دو مرحله نشان می دهد نقطه انحناء نشان دهنده پایان مصرف اسیدچرب آزاد بوسیله واکنش است .[ ۵]

نمودار (١) اکسی اتیلاسیون اسید استئاریک در دومرحله
محصول مخلوطی از مونواسترپلی اتیلن گلیکول ،پلی اتیلن گلیکول دی استروپلی اتیلن گلیکول مشابه با نتیجه استریفیکاسیون مستقیم پلی اتیلن گلیکول با اسیدچرب بدست می آید.
انجام واکنش استریفیکاسیون دلیلی برای یافته های زیر است :
– اتیلن اکسید با اتیلن گلیکول دی لورات با استفاده از کاتالیست قلیائی واکنش نمی دهد اما با اتیلن گلیکول مونولورات تا تشکیل دی استرو اتیلن گلیکول در شرایط آزمایش یکسان واکنش می دهد [ ۶].
– اتیلن اکسید بایک مخلوط اکی مولار اتیلن گلیکول دی لورات و اتیلن گلیکول تشکیل یک مخلوط اتیلن گلیکول ، اتیلن گلیکول مونولورات واتیلن گلیکول دی لورات می دهد [ ٧].
ازآنجائیکه میانگین طول زنجیرپلی اکسی اتیلن از تمام سه جزء مخلوط یعنی پلی اتیلن گلیکول آزاد، مونواسترو دی استر اساسا”یکسان هستند این ترانس استریفیکاسیون سریع است [٨، ۴، ٧] . ترکیب این سه جزء از لحاظ تئوری به نسبت مول ١:٢:١ می باشدوثابت تعادل ۴ می باشد که ثابت تعادل به صورت زیر بیان می شود.[ ٧ ،٨]

واکنش اتیلن اکسیدو اسیدچرب ، کاتالیست بازی را می توان به دو مرحله تقسیم بندی نمود. مرحله آغازی شامل یک واکنش آهسته اسیدچرب با اتیلن اکسید تا تشکیل مونواستر اتیلن گلیکول است . در مرحله دوم بعد از اضافه کردن تقریبی یک مول اتیلن اکسید سرعت واکنش افزایش می یابدو معادله ترانس استریفیکاسیون به صورت سریع ثبت شده است . بنابراین بعد از مرحله آغازی نسبت مولی مونواستر، دی استروپلی اتیلن گلیکول با افزایش مول اتیلن اکسیدواکنش داده به یک مقدارثابت نزدیک می شود [۶و ٧].
در مقایسه اکسی اتیلاسیون الکل هاوفنلها کاتالیستهای قلیایی مورد استفاده برای اکسی اتیلاسیون اسیدهای چرب هیدروکسیدهای قلیایی ،آلکولاتهای قلیایی وفلزهای قلیایی هستند [٧ ، ٩]
علاوه برکربناتهای قلیایی ، نمکهای قلیایی اسیدهای کربوکسیلیک باوزن ملکولی پایین نیز به عنوان کاتالیست اکسی اتیلاسیون اسیدهای چرب گزارش شده اند [١١, ١٠, ۵] .
استفاده از هالیدهای آمونیوم و مشتقات آن به عنوان کاتالیست اکسی اتیلاسیون اسیدهای چرب جهت پیشرفت درصد مونواستر در متون پتنت پیشنهاد شده است . [ ١٢]
براساس قوانین حاکم بر جرم و سینتیک ،فشار اتیلن اکسیدو دمای اکسی اتیلاسیون بر سرعت واکنش اتیلن اکسیدو اسیدچرب موثر است . این تاثیر مشابه این دو عامل براکسی اتیلاسیون الکلهاوفنلها است .
٢-٢- استریفیکاسیون اسیدهای چرب باپلی اتیلن گلیکول :
پلی اکسی اتیلن استر اسیدهای چرب را می توان با استریفیکاسیون اسیدهای چرب باپلی اتیلن گلیکول که بصورت تجاری با وزن ملکولی های متفاوت در دسترس می باشند تهیه نمود.
واکنش اسیدهای چرب باپلی اتیلن گلیکول تا تشکیل استروآب برگشت پذیر است معادلات زیر این اثررا نشان می دهد.

ازآنجائیکه پلی اتیلن گلیکول دارای دو گروه هیدروکسیل جهت واکنش با اسیدکربوکسیلیک است دی استر اسیدچرب نیز چنانچه در معادله بالا نشان داده شده ، تشکیل می گردد. نسبت اجزاء مونواسترو دی استر در معادله مخلوط بستگی به نسبت واکنشگرها دارد. در نسبت مولی مساوی اسیدچرب وپلی اتیلن گلیکول نتیجه مخلوطی است که مونواستر غالب است و شبیه به زمانی است که واکنش از کاتالیست بازی اتیلن اکسیدو اسیدچرب بدست می آید [ ١٣].
نسبت مولی بالاتر اسیدچرب به پلی اتیلن گلیکول ، باعث تشکیل دی استر با غلظت بالاتر می شود. در تهیه مونواستر عموما” مقدار اضافی پلی اتیلن گلیکول برای واکنش با اسیدچرب ، جهت اطمینان از تبدیل بالا مورد استفاده قرار می گیرد. چنانچه در معادلات بالا بیان شد استریفیکاسیون پلی اتیلن گلیکول با اسیدهای چرب برگشت پذیر است و در نتیجه واکنش هرگز تکمیل نمی گردد. در اغلب فرآیندهای تجاری چنانچه واکنش به سمت کامل شدن نزدیک شود معادله بوسیله یکی از محصولات شکل یافته نظیرآب تغییرپیدا می کند. با حذف سریع آب واکنش برگشتی که هیدرولیز استر به اسیدچرب وپلی اتیلن گلیکول است انجام نمی شود.آب حاصل از استریفیکاسیون اغلب بوسیله یکی از چندروش زیر خارج می گردد :
– تشکیل آزئوتروپ با حلالهای (immiscible –water ) نظیر بنزن ، تولوئن ،زایلن ، تتراکلرید کربن و هگزان .
– تشکیل آزئوتروپ با حلالهای (miscible –water )و بازیابی بعدی آزئوتروپ با مواد خشک کننده نظیر کلسیم کلراید ، کاربید کلسیم .
– استریفیکاسیون تحت خلاء.
– استفاده از گازهای بی اثر نظیر نیتروژن یا دی اکسیدکربن جهت خروج رطوبت و کمک به اختلاط بیشتر مخلوط واکنش [١۴،١۵].
استریفیکاسیون پلی اتیلن گلیکول با اسیدهای چرب معمولا” در دمای ١٠٠ تا C° ٢۵٠ در حضور کاتالیست یا بدون کاتالیست صورت می گیرد. درقیاس با استریفیکاسیون های دیگر سرعت استریفیکاسیون بازیاد شدن دمـای واکـنش افـزایش می یابد. هر چنـد انتخـاب دمـای واکـنش بسـتگی بـه نقطـه جـوش وپایـداری حرارتـی ترکیبـات در مخلـوط واکـنش دارد.
استریفیکاسیون اسیدهای چرب باپلی اتیلن گلیکول ممکن است در غیاب یک کاتالیست انجام شود که نبود کاتالیست عمومـا” احتیاج به دمای بالاوزمان عمل طولانی دارد.[١۴،١۶،١٧]
برای کاهش زمان واکنش برخی از کاتالیستها جهت افزایش سرعت واکنش استریفیکاسیون گزارش شده اند اسیدسولفوریک اغلب درواحدهای استریفیکاسیون به عنوان کاتالیست مورد استفاده قرار می گیرد [١٨،١٩،٢٠،٢١]
اسیدسولفونیکهای آلی بنزن ، ارتوتولوئن ، نفتالین که موثرتر از اسیدسولفوریک هستندو عمل کربونیزه کردن
(carbonizing action)را ندارند بطور عمده به عنوان کاتالیست استفاده می شوند [٢٣ ، ٢٢ ، ۵]رزینهای تبادل یونی نوع پلی استیرن – سولفونیک اسید بطور موثر به عنوان کاتالیست جهت بالا بردن میزان مونواستر مورد استفاده قرار می گیرد [٢٣ ،٢۴]
به علاوه برای رنگ بهتر محصولات ، استفاده ازرزین تبادل یونی به عنوان کاتالیست نتایج بهتری از استفاده از کاتالیستهای اسیدی دارد.پس از انجام واکنش با کاتالیست رزین تبادل یون می توان کاتالیست را خارج نمودو احتیاجی به خنثی سازی محصول نیز نمی باشد. همچنین می توان کاتالیست را بدون تغییر بازیابی نمودو این عمل درفرآیند بسترثابت امکان پذیر است .
استفاده از هیدروژن کلراید به عنوان کاتالیست عموما” محدود به کاربرد در تهیه آزمایشگاهی استرها داردزیرا درفرآیند صنعتی ایجاد خوردگی می نماید [٢١ ، ٢۵]
استفاده ازپودرفلزات همچون روی ،قلع یاآهن و نمکهای آنها نیز گزارش شده که می تواند نتایج مفیدی همچون روشن شدن رنگ محصول را به دنبال داشته باشد [٢١،٢۶،٢٧].
معمولا” استریفیکاسیون به همراه رنگبری ورفع بوی محصول می باشد. تماس محصول با هوا می تواند سبب ایجاد بوورنگ ناخواسته گردد. استریفیکاسیون اسیدچرب باپلی اتیلن گلیکول بوسیله اندیس صابونی و اندیس هیدروکسیل در مخلوط واکنش کنترل می شود. هر دوواکنش غیرپیوسته و مداوم بطور تجاری جهت استریفیکاسیون پلی اتیلن گلیکول با اسیدچرب به کار می رود. هرچندفرآیند غیرمداوم براساس ترکیبی ازراکتورو ستون تقطیر بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.
٣-پلی اتیلن گلیکول دی استئارات :
پلی اتیلن گلیکول دی استئارات عمدتا به عنوان یک ماده غلیظ کننده موثر برای فرمولاسیون شوینده ها خصوصا در فرمولاسیون سیستمهای ملایم نظیرشامپوی مخصوص کودکان ،فومهای حمام وژلهای مخصوص بدن به کار میرود.همچنین از این ماده به عنوان امولاسیفایرو ماده دیسپرس کننده درترکیبات بهداشتی ،دارویی ،فلزکاری وبه عنوان یک روان کتتده در صنایع نساجی استفاده میشود.
٣-١ -تولیدپلی اتیلن گلیکول دی استئارات :
همانطور که اشاره شد جهت تهیه پلی اتیلن گلیکول دی استئارات روشهای مختلفی وجود دارد لیکن واکنش بین اتیلن اکسیدو اسید استئاریک و همچنین استریفیکاسیون اسید استئاریک وپلی اتیلن گلیکول ازروشهای متداول تهیه این ماده میباشد.گروه پژوهشی طراحی فرآیندهای شیمیایی با توجه به تجربه چندین ساله درزمینه ایجاد دانش فنی مواد اولیه صنایع شوینده وواکنشهای استریفیکاسیون به بررسی روشهای تهیه استر های پلی اتیلن گلیکول پرداخته و تهیه پلی اتیلن گلیکول دی استئارات را با استفاده ازفرآیند استریفیکاسیون مورد توجه قرار داده است .
جهت واکنش استریفیکاسیون پلی اتیلن گلیکول و اسید چرب ، کاتالیستهای مختلفی پیشنهاد شده است که مهمترین آنها،اکسیدهای فلزی نظیر اکسیدروی ،دی اکسید تیتانیوم ،صابون پتاس ،اتیل استر،سدیم گلیسروفسفات ،رزینهای تبادل یونی ،کلرید هیدروژن گازی ،اسیدفسفریک ،اسید سولفوریک وپاراتولوئن سولفونیک اسید میباشند.در این مقاله به بررسی استفاده از دونوع کاتالیست اسید سولفوریک وپاراتولوئن سولفونیک اسید که دارای کاربرد صنعتی میباشند،میپردازیم .

 

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 15 صفحه
127,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد