طی سالهای اخیر، دست یابی به اهداف پایداری برای فعالان صنعت پوشش از اهمیت و توجه ویژهای برخوردار بوده است. یکی از راههای رسیدن به اهداف مذکور در این صنعت، استفاده از مواد اولیه زیستپایه۱ در تولید رزینهای صنعتی است. استفاده از مواد زیستپایه در پوششها سابقه طولانی دارد؛ شلاک۲، رزینی که از ترشحات حشره لاک۳ بدست میآید و پلییورتانهای اولیه بر پایه روغن کرچک از جمله موارد قابل ذکر هستند. با این وجود مهمترین عامل محدودکننده برای استفاده از این محصولات طبیعی، اغلب عملکرد آنها بوده است. با افزایش تقاضا برای عملکرد بالاتر در پوششها، راهحلهای مهندسی شده بر اساس موادی که معمولا از محصولات پتروشیمی تولید میشوند مورد توسعه قرار گرفته است. در حال حاضر، بدلیل افزایش تقاضا برای محصولات به اصطلاح سبزتر۴ صنعت به دنبال منابع مواد اولیه پایدار است که عملکرد مناسبی در برابر محصولات پتروشیمی داشته باشند.
استفاده از اسیدهای دیکربوکسیلیک در کاربردهای پوششی، به ویژه در تولید رزینهای پلیاستر از طریق پلیمر شدن تراکمی شامل پلیاستر پلیالهای مورد استفاده برای پوششهای پلییورتانی، متداول است. پلیاستر پلیالهای آلیفاتیک معمولاً برپایه اسید آدیپیک حاصل از فرایندهای پتروشیمی -که تحت فشارهای زیستمحیطی به دلیل پتانسیل انتشار NOx قرار دارد- تولید میشوند. در حال حاضر اسید آدیپیک زیستپایه به طور تجاری در دسترس نیست، اما جایگزینهایی مانند اسید آزلائیک۵ -یک دیاسید ۹ کربنه- که از منابع زیستی بدست میآید وجود دارد و میتواند عملکردی معادل یا حتی بهبود یافته با مزیت پایداری بیشتر ارائه دهد.
خصوصیات فیزیکی اسیدهای دیکربوکسیلیک بستگی به طول زنجیره کربنی آنها دارد و تعداد کربن فرد یا زوج نیز روی مشخصههای فیزیکی اثرگذار است؛ بعنوان مثال، اسیدهای دیکربوکسیلیک با تعداد زوج کربن دارای نقطه ذوب بالاتر و نقطه جوش پایینتری نسبت به اسیدهایی با تعداد فرد کربن هستند. این تفاوتها همچنین بر حلالیت آنها در آب نیز تأثیر میگذارد.
در کاربردهای پوششی، اسید آزلائیک بدلیل طول زنجیره کربنی بلندتر نسبت به اسید آدیپیک، زنجیره آبگریزتری ایجاد کرده و پلیاسترهای تولید شده برپایه این اسید عملکرد بهتری در پوششهای پلییورتانی نسبت به پلیاسترهای بر پایه اسید آدیپیک دارند.
۱. منبع اسید آزلائیک و تولید پلیالهای مشتق شده از اسید آزلائیک
اسید آزلائیک از طریق فرآیند ازونولیز۶ اسید اولئیک تولید میشود. فناوری ازونولیز یک فرآیند تجاری بزرگ مقیاس و شناخته شده است که در دهه ۱۹۵۰ توسط شرکت امری اولئوکمیکالز۷ برای تولید اسید آزلائیک و اسید پلارگونیک۸ توسعه یافت.
فرآیند تولید اسید آزلائیک با استفاده از روغنهای طبیعی آغاز میشود که به گلیسرین و مخلوطی از اسیدهای چرب حاصل از آن تجزیه میشوند. سپس اسیدهای چرب اشباع (مثل اسید استئاریک۹) و غیراشباع (مثل اسید اولئیک۱۰) از یکدیگر جدا و تصفیه میشوند. اسید اولئیک پس از تصفیه با ازن واکنش داده و از طریق ازونولیز به اسید آزلائیک تبدیل میشود. در این فرآیند، پیوند غیراشباع بین موقعیتهای C9 و C10 در اسید اولئیک باز شده و گروههای اسیدی در هر دو طرف محل پیوند تشکیل میشود.
محصول بدست آمده در انتهای فرایند، مخلوطی از اسیدهای مونو و دی کربوکسیلیک است که در مراحل بعدی جداسازی و تصفیه میگردد. اسید آزلائیک تولید شده از فرآیند ازونولیز سپس با واکنش با دیالها، گلیسرین یا الکلهای با عملکرد بالا، از طریق استریفیکاسیون به پلیال تبدیل میشود.
۲. پلیالهای آزلات و آدیپات؛ ساختار پلیال و خصوصیات فیزیکی
یکی از رایجترین ساختارهای پلیاستر پلیال برپایه اسیدهای آلیفاتیک، پلیال دیاتیلن گلایکول آدیپات (محصول واکنش دیاتیلن گلیکول و اسید آدیپیک) است. پلیالهای اتیلنگلایکول آدیپات نیز موجودند اما چون این مواد معمولاً در دمای اتاق جامد هستند در مقایسه با انواع برپایه دیاتیلن گلایکول کمتر استفاده میشوند.مطالعه بیشتر: فنولیک یورتانهای اکسیدشونده
جدول ۲: فرمولاسیون مدل جهت مقایسه خواص فیزیکی پوشش
ماده اولیه | مقدار (درصد وزنی) |
پلیال اصلی | ۷۲-۹۷ |
توسعهدهنده زنجیر یا کراسلینککننده | ۰-۲۵ |
سرفکتانت | ۱.۵ |
بهبوددهنده چسبندگی | ۱.۰ |
کاتالیست | ۰.۱ |
بررسی حلالیت در آب و یا بعبارت دیگر میزان آبگریزی در پلیاستر پلیالهای آلیفاتیک -از طریق افزودن مقدار اندک آب به پلیال و ثبت تغییرات ظاهری- نشان میدهد که تفاوت بسیاری بین پلیاستر پلیالهای برپایه آدیپات و آزلات وجود دارد. این مسأله با توجه به تفاوت ساختار شیمیایی این دو ترکیب قابل توضیح است.
جدول ۳: حلالیت آب در پلیاستر پلیالهای آلیفاتیک
ساختار شیمیایی پلیال | جرم مولکولی (دالتون) | حلالیت آب (درصد وزنی) |
اتیلنگلایکول آزلات | ۱۰۰۰ | ۰.۲ |
اتیلنگلایکول آزلات | ۲۲۰۰ | ۰.۲ |
اتیلنگلایکول آزلات | ۳۲۰ | ۰.۳ |
گلیسیرین آزلات | ۴۱۰ | ۰.۳ |
اتیلنگلایکول آدیپات | ۱۰۰۰ | ۰.۸ |
دیاتیلنگلایکول آدیپات | ۱۰۰۰ | ۱۱.۶ |
دیاتیلنگلایکول آدیپات | ۲۰۰۰ | ۷.۹ |
۳. جمع بندی
در پاسخ به تقاضا برای پلیالهای با عملکرد بالا و زیستپایه در سیستمهای پوششی، خانواده جدیدی از پلیاستر پلیالهای مبتنی بر اسید آزلائیک بصورت تجاری توسعه پیدا کرده است. بررسیهای انجام شده روی پلیالهای زیستپایه اتیلنگلایکول آزلات در مقایسه با انواع برپایه اسیدهای آلیفاتیک پتروشیمی همچون اتیلنگلایکول آدیپات، نشان میدهد که این مواد دارای سازگاری بهتر با حلالهای مختلف و ویسکوزیته کمتری بوده و فیلمهای پلییورتان تهیه شده از این مواد مقاومت شیمیایی برابر یا حتی بهتر، براقیت بالا و مقاومت چسبندگی۱۳ بالایی را ارائه میدهند. با توجه به نتایج بدست آمده فرمولسازان پوششهای امروزی میتوانند از شیمی پلیالهای آزلات زیستپایه برای دستیابی به اهداف پایداری و عملکرد استفاده کنند.Biobased raw materials
Shellac
Lac bug
Greener products
Azelaic acid
- Ozonolysis
- Emery Oleochemicals
- Pelargonic acid
- Stearic acid
- Oleic acid
- Azelate Polyol
- Pseudoplastic or Shear-thinning
- Pull-off strength
۴. مراجع
- Mark Anater, Eric Geiger, PCI Magazine, May 2017
بدون دیدگاه