بهترین روش سنتز پلی ال، استفاده از التراسونیک

در نوشتارهای قبل، در مورد نحوۀ کارکرد التراسونیک هموژنایزر توضیح دادیم، و برخی از کاربردهای آن را شرح دادیم. در این مقاله قصد داریم در مورد سنتز پلی ال (پلی یول) با استفاد از دستگاههای التراسونیک هموژنایزر صحبت کنیم و شرح دهیم که استفاده از التراسونیک، یکی از بهترین روش های تولید پلی ال است که سرعت سنتز را به طرز چشمگیری افزایش می دهد، مصرف انرژی را کاهش می دهد و با استفاده از آن می توان پلی ال های زیستی تولید کرد.

پلی یول و کاربردهای آن:

پلی ال به عنوان یک پلیمر پرکاربرد در صنایع مختلف کاربرد دارد. برخی از کاربردهای پلی یول در صنایع مختلف عبارتند از:

• افزایش دوام و پایداری: پلی‌ال‌ها می‌توانند به مواد شوینده و صابون‌ها دوام بیشتر و پایداری بالاتری ببخشند و طول عمر محصول را افزایش دهند. این ویژگی‌ها می‌توانند در محیط رطوبتی یا در استفاده بلندمدت به پایداری محصول کمک کنند.
• حفظ رطوبت پوست: افزودن پلی‌ال به ترکیبات صابون می‌تواند باعث حفظ رطوبت پوست شود و از خشکی و خارش جلوگیری کند.
• افزایش تاثیر شستشو: پلی ال ها باعث افزایش تاثیر شستشو و از بین بردن آلودگی‌ها و روغن‌های موجود بر روی سطح پوست می‌شوند.
• افزایش تشکیل حباب: در مواد شوینده و صابون، پلی‌ال‌ها می‌توانند به عنوان یک عامل پخش کننده حباب در محصولات تاثیرگذار باشند و پایداری حباب ها را افزایش دهند.
• تنظیم ویسکوزیته: پلی‌ال‌ها می‌توانند به تنظیم ویسکوزیته و تغییر در رفتار رئولوژیکی محصولات کمک کنند.
• تاثیر روی رنگ و بوی محصول: افزودن پلی‌ال‌ها ممکن است به کنترل بوی محصول و یا تاثیر بر رنگ آن کمک کند.

پلی‌ال زیستی:

پلی‌ال زیستی در واقع پلی‌الی است که از ترکیبات نفتی حاصل نشده و معمولا با استفاده از روغن های گیاهی تولید شده است. پلی‌ال‌های زیستی به عنوان یک جایگزین سبز و پایدار برای پلی‌ال‌های نفتی در بسیاری از صنایع و کاربردها توصیه می‌شوند. برخی از کاربردهای اصلی پلی‌ال‌های زیستی عبارتند از:

• پلیمرهای زیستی: پلی‌ال‌های زیستی می‌توانند به عنوان مواد اصلی برای تولید پلیمرهای زیستی استفاده شوند. این پلیمرها معمولاً از گیاهانی مانند سویا، ذرت، کلزا و... به دست می‌آیند.
• لوسیون‌ها و کرم‌های ابریشمی: پلی‌ال‌های زیستی می‌توانند در تولید لوسیون‌ها و کرم‌های ابریشمی که بر روی پوست استفاده می‌شوند، به عنوان جایگزین مناسبی برای مواد شیمیایی معمولی و نفتی عمل کنند.
• مواد شوینده و صابون‌ها: استفاده از پلی‌ال‌های زیستی در تولید مواد شوینده و صابون‌ها می‌تواند به کاهش وابستگی به مواد شیمیایی نفتی و تأمین مواد اولیه از منابع قابل تجدید کمک کند.
• لاستیک‌ها و مواد پوشش دهنده: در برخی از صنایع لاستیکی و تولید مواد پوشش دهنده، پلی‌ال‌های زیستی به عنوان مواد اولیه مورد استفاده قرار می‌گیرند.
• تولید کاغذ: پلی‌ال‌های زیستی می‌توانند در تولید کاغذ و محصولات کاغذی جایگزینی سبزتر برای مواد نفتی معمولی باشند.
• مواد خوراکی و بسته‌بندی: در صنعت بسته‌بندی و تولید مواد خوراکی، پلی‌ال‌های زیستی به عنوان یک گزینه سبز و فعال در کاهش آثار منفی بر محیط زیست استفاده می‌شوند.

این تنها چند نمونه از کاربردهای متعددی هستند که پلی‌یول‌های زیستی می‌توانند در آن‌ها به کار روند. توسعه فناوری‌ها و نگرش به ساختارهای پایدارتر در صنایع مختلف می‌تواند منجر به افزایش استفاده از پلی‌یول‌های زیستی شود.

سنتز پلی‌یول (پلی ال) با استفاده از جابه‌جایی استری به کمک التراسونیک:

پلی‌ال‌ها به عنوان استرهای ترکیبی عمدتاً از طریق ترانس‌استریفیکیشن یا جابجایی استری در تری‌گلیسریدها از روغن‌های گیاهی یا چربی‌های حیوانی تولید می‌شوند. این پلی‌ال‌ها مواد اولیه برای تولید پلی‌یورتان‌ها، بیو-روغن‌ها و سایر مواد شیمیایی هستند. اولتراسونیک برای دستیابی به واکنش‌های ترانس‌استریفیکیشن با استفاده از نیروهای برش شدید و انرژی حرارتی استفاده می‌شود. اولتراسونیک و اثرات سونوشیمیایی آن انرژی واکنش را فراهم کرده و به غلبه بر محدودیت‌های انتقال جرم کمک می‌کند. سونیکیشن یا اعمال امواج التراسونیک به ماده، به طور قابل توجهی سرعت، میزان خروجی و بازدهی ترانس‌استریفیکیشن را بهبود می‌بخشد.

جابه‌جایی استری به کمک التراسونیک:

واکنش‌های ترانس‌استریفیکیشن یکی از مهمترین مسیرهای سنتزی هستند و به عنوان یک تکنیک موثر برای تبدیل روغن‌های گیاهی به محصولات جایگزین نفت گسترش یافته‌اند. سونو-سنتز (یا سنتز سونوشیمیایی، که یک فرآیند سنتز شیمیایی با استفاده از اولتراسونیک با عملکرد بالا است) به خاطر اثرات مفید خود بر ترانس‌استریفیکیشن و سایر فرآیندهای شیمیایی مشهور است. از مزایای ترانس‌استریفیکیشن با استفاده از اولتراسونیک می توان به موارد زیر اشاره کرد:

•  تسریع واکنش
• واکنش کامل‌تر
• کاتالیست کمتر
• محصولات جانبی ناخواسته کمتر
• بهره‌وری انرژی بالا
• سازگاری بیشتر با محیط زیست

سنتز پلی ال پایدار از روغن‌های گیاهی با استفاده از اولتراسونیک:

اسیدهای چرب مشتق شده از گیاهان، یعنی روغن‌های گیاهی، به عنوان یک ماده خام و تجدیدپذیر به وفور در دسترس هستند و می‌توانند برای تهیه پلی ال‌ها و پلی‌یورتان‌های مبتنی بر بیومواد مورد استفاده قرار گیرند. استفاده از اولتراسونیک اثرات سونوشیمیایی مطلوبی ایجاد می‌کند که واکنش کاتالیتیک ترانس‌استریفیکیشن را به طرز چشم‌گیری شتاب می‌بخشد. علاوه بر این، سونیکیشن باعث افزایش بهره‌وری پلیول‌های سنتزشده می‌شود چرا که انرژی ترکیبی شدید ایجاد شده توسط کاویتاسیون صوتی بر محدودیت‌های انتقال جرم غلبه می‌کند. واکنش‌های ترانس‌استریفیکیشن اولتراسونیک به خوبی با الکل و کاتالیست کمتر نسبت به واکنش‌های ترانس‌استریفیکیشن سنتی اجرا می‌شوند که باعث افزایش بهره‌وری کلی توسط اولتراسونیک می‌شود.

سنتز اولتراسونیک یک روانکار زیستی بر پایه پنتا‌اریتریتول:

همانطور که تیم تحقیقاتی آروموگام نشان داده است، استر پنتااریتریتول می‌تواند به صورت کارآمد از روغن کلزا به‌وسیله یک فرآیند سونوشیمیایی دو مرحله‌ای سنتز گردد. در مرحله اول ترانس استریفیکیشن تحت تأثیر فرآیند اعمال التراسونیک، واکنش روغن کلزا با متانول به تولید متیل استر منجر می شود. در مرحله دوم ترانس استریفیکیشن، متیل استر با زیالن و یک کاتالیست واکنش می‌دهد و استر پنتااریتریتول تولید می شود. پژوهشگران بر روی بهینه‌سازی پارامترهای فرآیند اولتراسونیک تمرکز کرده‌اند تا بهره‌وری و بهره‌وری کلی ترکیب پنتااریتریتول را تحت فرآیند اولتراسونیک افزایش دهند. 81.4% افزایش خروجی استر پنتااریتریتول با پالس اولتراسونیک 15 ثانیه‌ای، دامنه اولتراسونیک 60%، غلظت 1.5 درصد و دمای واکنش 100 درجه سانتیگراد حاصل شد. برای کنترل کیفیت، استر پنتااریتریتول سنتز شده به‌وسیله اولتراسونیک با روغن کمپرسور سینتتیک مقایسه شد. در نتیجه، این مطالعه نشان می‌دهد که فرآیند ترانس استریفیکیشن متوالی تحت تأثیر سونوشیمیایی یک روش کارآمد برای جایگزینی فرآیند ترانس استریفیکیشن متداول در سنتز روانکارهای زیستی مبتنی بر استر پنتااریتریتول است. مزایای اصلی این فرآیند ترانس استریفیکیشن اولتراسونیک ، افزایش بهره‌وری استر پنتااریتریتول، کاهش زمان و دمای هستند.

استال استرهای مشتق شده از پنتانال به روش سنتز التراسونیک:

استال استرهای مشتق‌شده از پنتانال به‌وسیله روش سونوشیمیایی توسط تیم تحقیقاتی کورنیاوان با استفاده از اصول شیمی سبز سنتز شده‌اند. سونیکیشن برای بهبود دو مرحله شیمیایی استفاده شد:

 استر‌ی‌شدن اسید 10،9-د‌ی‌هیدروکسی‌اکتادکانوئیک

استالی کردن الکیل 10،9-دیهیدروکسی‌اکتادکانوئات

برای تولید استرهای آلکیل 9،10- دی‌هیدروکسی استئارات، دو گام مورد نیاز است و خروجی‌های  67-85٪ به دست آمد. برای ارزیابی کارایی، روش التراسونیک با روش متداول تقطیر مقایسه شد. علاوه بر این، کاتالیزورهای اسید همگن و جامد، به عنوان مثال اسید سولفوریک (H2SO4)، بنتونیت طبیعی و H-بنتونیت، برای تعیین تأثیر و کارایی کاتالیزورهای مختلف استفاده شدند. مشخص شد که در استرسازی التراسونیک با کاتالیزور اسیدی توسط H-بنتونیت، محصولات با بهره تا 70٪ بالاتر و به لحاظ زمان واکنشی، سه برابر کمتر از روش تقطیر انجام می‌گردد، که بهبودی بسیار قابل توجه است. گام نهایی استال‌سازی با n-پنتانال در حضور H-بنتونیت با استفاده از فناوری فراصوت، سه ترکیب دی‌اکسولان مشتق از پنتانال را با بهره‌های 69–85٪ تولید کرد، که بالاتر از روش معمول بود. روش تقطیر نیاز به زمان واکنش بیشتری نسبت به روش فراصوت داشت، چرا که سنتز التراسونیک تنها 10-30 دقیقه زمان می‌طلبد. علاوه بر زمان واکنش به شدت کوتاه‌تر تحت فناوری التراسونیک، مقدار خروجی قابل توجهی از هر استر با استفاده از روش اولتراسونیک به دست آمد.

پژوهشگران همچنین محاسبه کردند که انرژی مورد نیاز واکنش التراسونیک تقریباً 62 برابر کمتر از روش رایج است. این امر هزینه‌ها را کاهش می‌دهد و دوستدار محیط زیست است. بررسی ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی هر محصول نشان داد که متیل 8-(2-بوتیل-5-اکتیل-1،3-دی‌اکسولان-4-یل)اکتانوات یک روانکار زیستی(بایولوبریکانت) جدید با توانمندی‌های جایگزینی برای روغن‌های رایج است.

ترنس‌استریفیکیشن استر پنتا‌ اریتریتول با استفاده از التراسونیک:

استرهای پنتا اریتریتول از روغن‌های گیاهی مانند روغن آفتابگردان، روغن کتان و روغن جاتروفا قابل حصول است. تیم تحقیقاتی Hashem امکان ساخت روانکارهای پایه زیستی توسط دو مرحله ترانس استریفیکیشن ترتیبی با استفاده از مواد اولیه‌های گیاهی را نشان داد. آنها قابلیت سنجش ساخت لوبریکانت‌های پایه زیستی با استفاده از روغن‌های آفتابگردان، کتان، و جاتروفا را نشان دادند. در مرحله اول، روغن‌ها به استرهای متیل متناظر تبدیل شدند. در فرآیند دوم، استرهای متیل به استرهای پنتااریتریتول با استفاده از واکنش پنتااریتریتول تبدیل شدند که در شماتیک زیر نشان داده شده است. (ارجاع: Hashem و همکاران، 2013)

تأثیرات قابل ملاحظه فرآوری التراسونیک بر ترانس‌استریفیکیشن از نظر علمی اثبات شده و از دهه‌ها پیش در صنعت به ‌صورت گسترده استفاده می‌شود. نمونه برجسته‌ترین اثر اولتراسونیک بر ترانس‌استریفیکیشن تبدیل روغن‌ها و چربی‌ها به استرهای متیل اسید چرب (FAME) است که با نام بایودیزل شناخته می‌شود.

با ما در تماس باشید!

تیم آواپرداز با تکیه بر تجربه و دانش چندین ساله در زمینۀ طراحی و تولید دستگاه های التراسونیک، آمادۀ پاسخ به سوالات شما در راستای افزایش تولید و بهبود کیفیت محصولات شماست. در آواپرداز، این امکان وجود دارد که پیش از خرید محصولات، با ما مشورت کنید و در صورت نیاز، آزمایش هایی برای اطمینان از کارکرد دستگاه ها با کمک یکدیگر انجام دهیم. ویژگی بارز دستگاه های التراسونیک این است که به صورت خطی مقیاس پذیر هستند. به  این معنی که می توانید با خرید یک دستگاه آزمایشگاهی، آزمایشهای لازم را انجام دهید و پارامترهای مورد نیاز را بهینه کنید، سپس با تهیۀ دستگاه با توان بالاتر، همان نتایج در مقیاس بزرگتر حاصل خواهند شد. با ما تماس بگیرید!