بررسی یک استر فنولی جدید به عنوان افزودنی آنتی‌اکسیدان در روغن‌های دیزلی، بیودیزل و مخلوط دیزلی Study of a novel phenolic-ester as antioxidant additive in lube, biodiesel and blended diesel
- نوع فایل : کتاب
- زبان : فارسی
- ناشر : الزویر Elsevier
- چاپ و سال / کشور: 2016
توضیحات
رشته های مرتبط: شیمی، شیمی تجزیه، شیمی آلی و شیمی محیط زیست
مقدمه جدا از خواص مطلوب دیگر مانند ضریب ویسکوزیته بالا، پاکیزگی، روان‌سازی، نقطه پایین بریدن و خوردگی، و غیره، یک ویژگی مهم روان‌سازها، پایداری بالای اکسیداسیون آن است، زیرا آن عامل اصلی فرسودگی روان¬ساز است که منجر به تیره شدن، تشکیل لجن، از دست دادن روانکاری، و غیره می‌گردد. قرار گرفتن در معرض گرما و هوا، به مقدار زیادی تخریب جزء روغنی را افزایش می‌دهد. بنابراین حتی امروزه وقتی تکنولوژی‌های روغن روان کننده پایه سنتزی با عملکرد بالا در دسترس باشد حداقل یک آنتی‌اکسیدان در هر فرمولاسیون روان کننده برای افزایش مشخصات کارایی اضافه می‌شود. به‌طورکلی بیودیزل توسط واکنش تبادل استری روغن‌های گیاهی (تری گلیسیرید) با متانول به دست می‌آید. اگر این تری گلیسیرید دارای جزء چربی غیراشباع باشد، پایداری اکسایشی بیودیزل کاهش پیدا می‌کند. اگرچه این ویژگی از پایداری اکسایشی کم، بیودیزل را زیست تجزیه‌پذیر می‌سازد، اما عمر مفید را محدود می‌کند. بنابراین پایداری اکسایشی بالا، به دلیل دیدگاه‌های کیفیتی یک موضوع مهم برای بیودیزلی است که با افزودن یک آنتی‌اکسیدان خوب به دست می‌آید. در حال حاضر، کلاس‌های متعددی از آنتی‌اکسیدان‌ها برای روان‌سازها و سوخت‌های مختلف مانند ترکیبات گوگرد و فسفر، ترکیبات بور، آمین‌های آروماتیک، فنول¬ها و ترکیبات آلی فلزی در دسترس هستند. فنول¬ها با موانع استری یک گروه مهم از آنتی‌اکسیدان‌ها هستند که از سال‌های ۱۹۶۰ به‌طور گسترده‌ای برای روان‌سازها، گریس‌ها و بیودیزل استفاده می‌شود؛ مانند BHT (هیدروکسی تولوئن بوتیله)، BHA (هیدروکسی آنیزول بوتیله) و TBHQ (ترشیو بوتیل هیدروکینون). بازده اکسایشی بالای anti-36 ، سمیت کم و عدم وجود رنگ ناخواسته در ترکیب، برخی از مزایای مهم مرتبط با این آنتی‌اکسیدان‌ها هستند، اما فراریت کم و تقریباً غیرقابل انعطاف بودن آن‌ها، محدودیت‌های اصلی هستند که منجر به تبخیر آن‌ها در شرایط عملیاتی می‌شود. روند اخیر در توسعه آنتی‌اکسیدان‌ها، طراحی آنتی‌اکسیدان با وزن مولکولی بالا و درنتیجه فراریت کم با ماهیت قابل پراکندگی و سمیت کم به‌منظور عملکرد در شرایط اکسیداسیون در دمای بالا می‌باشند. بررسی‌های اخیر برخی از مزایای استفاده از ترکیبات فنولی با مانع را نشان می‌دهد که دارای وزن مولکولی بالا هستند مانند تتراکیس ]۳-(۳،۳-ترشیو-بوتیل-۴-هیدروکسی فنیل) پروپیونیل اکسی متیل[ متان است که به‌طور گسترده‌ای به‌عنوان آنتی‌اکسیدان تجاری شناخته می‌شود از طریق واکنش تبادل استری بین متیل –(۳-۵-دی ترشیو بوتیل-۴- هیدروکسی فنیل) و پتنا اریتریول سنتز می‌شود. استر ترکیبی با فراریت کم از دی پنتا اریل اریتریول با ۳-(۵،۳- ترشیو بوتیل-۴- هیدروکسی فنیل) پروپیونیک اسید و ایزو استئاریک اسید سنتز شد. وقتی‌که این ماده توسط RBOT (تست اکسیداسیون بمب چرخنده) به‌عنوان افزودنی آنتی‌اکسیدان در استر سنتزی مورد ارزیابی قرار گرفت، توانایی بالای آنتی‌اکسیدانی را از خود نشان داد. همچنین مخلوطی از پنتا اریتریول با اسید اولئیک، اسید گالیک و ۵،۳-دی ترشیو-بوتیل-۴-هیدروکسی بنزوئیک اسید به‌عنوان افزودنی چند عامله با فعالیت آنتی‌اکسیدانی در N- بوتیل پالمیتات/ استئارات (یک مایع مرجع) ارزیابی گردید. ۵،۳،۱-تریس(۵،۳-ترشیو بوتیل-۴- هیدروکسی بنزیل)-۵،۳،۱-تیازین-۶،۴،۲-(۱H،۳H، ۵H)-تری ان به‌عنوان افزودنی اولیه آنتی‌اکسیدان همراه با سایر آنتی‌اکسیدان¬های ثانویه در فرمولاسیون روان‌ساز مورد استفاده قرار گرفت. برخی از ترکیبات فنولی با استرهای شاخه‌دار شده با گروه آلکیل با مانع و وزن مولکولی بالا مثل اکتیل-۵،۳-دی ترشیو بوتیل-۴-هیدروکسی هیدروکسینامات،۵،۳،۱-تری متیل-۶-۴-۲-تریس(۵،۳-دی ترشیو بوتیل-۴-هیدروکسی بنزیل) بنزن و بنزن-پروپیونیک اسید،۵،۳-بیس (۱،۱-دی متیل اتیل)-۴-هیدروکسی-، C7-9 برای روغن‌های موتور و کاربردهای صنعتی روان‌سازها شناخته شده‌اند. به‌منظور کاهش فراریت قابل چشم‌پوشی مربوط به افزایش محتوای ماده آروماتیک، در این مقاله ما یک استر فنولی با مانع و وزن مولکولی بالا Bz–۴–tBz را از واکنش بین ۵،۴،۲،۱-بنزن تترا کربوکسیلیک اسید و ۵،۳-دی ترشیو- بوتیل-۴- هیدروکسی بنزیل الکل را سنتز کردیم و از مقایسه با BHT و BHA کارکردهای استر را معرفی کردیم. Bz-4-tBz با آنالیز CHN، FT-IR، NMR و TG و غیره شناسایی شد. ارزیابی عملکرد افزودنی سنتز شده به عنوان آنتی اکسیدان با استفاده از آزمون اکسیداسیون بمب چرخنده (RBOT) در پلی¬ال (مایع مرجع پایه روان‌ساز) انجام شد و آزمون Rancimat برای ارزیابی فعالیت آنتی‌اکسیدانی در بیودیزل B100 (Bz-4-tBz)و دیزل مخلوط شده با بیودیزل (B20) به کار گرفته شد.
مقدمه جدا از خواص مطلوب دیگر مانند ضریب ویسکوزیته بالا، پاکیزگی، روان‌سازی، نقطه پایین بریدن و خوردگی، و غیره، یک ویژگی مهم روان‌سازها، پایداری بالای اکسیداسیون آن است، زیرا آن عامل اصلی فرسودگی روان¬ساز است که منجر به تیره شدن، تشکیل لجن، از دست دادن روانکاری، و غیره می‌گردد. قرار گرفتن در معرض گرما و هوا، به مقدار زیادی تخریب جزء روغنی را افزایش می‌دهد. بنابراین حتی امروزه وقتی تکنولوژی‌های روغن روان کننده پایه سنتزی با عملکرد بالا در دسترس باشد حداقل یک آنتی‌اکسیدان در هر فرمولاسیون روان کننده برای افزایش مشخصات کارایی اضافه می‌شود. به‌طورکلی بیودیزل توسط واکنش تبادل استری روغن‌های گیاهی (تری گلیسیرید) با متانول به دست می‌آید. اگر این تری گلیسیرید دارای جزء چربی غیراشباع باشد، پایداری اکسایشی بیودیزل کاهش پیدا می‌کند. اگرچه این ویژگی از پایداری اکسایشی کم، بیودیزل را زیست تجزیه‌پذیر می‌سازد، اما عمر مفید را محدود می‌کند. بنابراین پایداری اکسایشی بالا، به دلیل دیدگاه‌های کیفیتی یک موضوع مهم برای بیودیزلی است که با افزودن یک آنتی‌اکسیدان خوب به دست می‌آید. در حال حاضر، کلاس‌های متعددی از آنتی‌اکسیدان‌ها برای روان‌سازها و سوخت‌های مختلف مانند ترکیبات گوگرد و فسفر، ترکیبات بور، آمین‌های آروماتیک، فنول¬ها و ترکیبات آلی فلزی در دسترس هستند. فنول¬ها با موانع استری یک گروه مهم از آنتی‌اکسیدان‌ها هستند که از سال‌های ۱۹۶۰ به‌طور گسترده‌ای برای روان‌سازها، گریس‌ها و بیودیزل استفاده می‌شود؛ مانند BHT (هیدروکسی تولوئن بوتیله)، BHA (هیدروکسی آنیزول بوتیله) و TBHQ (ترشیو بوتیل هیدروکینون). بازده اکسایشی بالای anti-36 ، سمیت کم و عدم وجود رنگ ناخواسته در ترکیب، برخی از مزایای مهم مرتبط با این آنتی‌اکسیدان‌ها هستند، اما فراریت کم و تقریباً غیرقابل انعطاف بودن آن‌ها، محدودیت‌های اصلی هستند که منجر به تبخیر آن‌ها در شرایط عملیاتی می‌شود. روند اخیر در توسعه آنتی‌اکسیدان‌ها، طراحی آنتی‌اکسیدان با وزن مولکولی بالا و درنتیجه فراریت کم با ماهیت قابل پراکندگی و سمیت کم به‌منظور عملکرد در شرایط اکسیداسیون در دمای بالا می‌باشند. بررسی‌های اخیر برخی از مزایای استفاده از ترکیبات فنولی با مانع را نشان می‌دهد که دارای وزن مولکولی بالا هستند مانند تتراکیس ]۳-(۳،۳-ترشیو-بوتیل-۴-هیدروکسی فنیل) پروپیونیل اکسی متیل[ متان است که به‌طور گسترده‌ای به‌عنوان آنتی‌اکسیدان تجاری شناخته می‌شود از طریق واکنش تبادل استری بین متیل –(۳-۵-دی ترشیو بوتیل-۴- هیدروکسی فنیل) و پتنا اریتریول سنتز می‌شود. استر ترکیبی با فراریت کم از دی پنتا اریل اریتریول با ۳-(۵،۳- ترشیو بوتیل-۴- هیدروکسی فنیل) پروپیونیک اسید و ایزو استئاریک اسید سنتز شد. وقتی‌که این ماده توسط RBOT (تست اکسیداسیون بمب چرخنده) به‌عنوان افزودنی آنتی‌اکسیدان در استر سنتزی مورد ارزیابی قرار گرفت، توانایی بالای آنتی‌اکسیدانی را از خود نشان داد. همچنین مخلوطی از پنتا اریتریول با اسید اولئیک، اسید گالیک و ۵،۳-دی ترشیو-بوتیل-۴-هیدروکسی بنزوئیک اسید به‌عنوان افزودنی چند عامله با فعالیت آنتی‌اکسیدانی در N- بوتیل پالمیتات/ استئارات (یک مایع مرجع) ارزیابی گردید. ۵،۳،۱-تریس(۵،۳-ترشیو بوتیل-۴- هیدروکسی بنزیل)-۵،۳،۱-تیازین-۶،۴،۲-(۱H،۳H، ۵H)-تری ان به‌عنوان افزودنی اولیه آنتی‌اکسیدان همراه با سایر آنتی‌اکسیدان¬های ثانویه در فرمولاسیون روان‌ساز مورد استفاده قرار گرفت. برخی از ترکیبات فنولی با استرهای شاخه‌دار شده با گروه آلکیل با مانع و وزن مولکولی بالا مثل اکتیل-۵،۳-دی ترشیو بوتیل-۴-هیدروکسی هیدروکسینامات،۵،۳،۱-تری متیل-۶-۴-۲-تریس(۵،۳-دی ترشیو بوتیل-۴-هیدروکسی بنزیل) بنزن و بنزن-پروپیونیک اسید،۵،۳-بیس (۱،۱-دی متیل اتیل)-۴-هیدروکسی-، C7-9 برای روغن‌های موتور و کاربردهای صنعتی روان‌سازها شناخته شده‌اند. به‌منظور کاهش فراریت قابل چشم‌پوشی مربوط به افزایش محتوای ماده آروماتیک، در این مقاله ما یک استر فنولی با مانع و وزن مولکولی بالا Bz–۴–tBz را از واکنش بین ۵،۴،۲،۱-بنزن تترا کربوکسیلیک اسید و ۵،۳-دی ترشیو- بوتیل-۴- هیدروکسی بنزیل الکل را سنتز کردیم و از مقایسه با BHT و BHA کارکردهای استر را معرفی کردیم. Bz-4-tBz با آنالیز CHN، FT-IR، NMR و TG و غیره شناسایی شد. ارزیابی عملکرد افزودنی سنتز شده به عنوان آنتی اکسیدان با استفاده از آزمون اکسیداسیون بمب چرخنده (RBOT) در پلی¬ال (مایع مرجع پایه روان‌ساز) انجام شد و آزمون Rancimat برای ارزیابی فعالیت آنتی‌اکسیدانی در بیودیزل B100 (Bz-4-tBz)و دیزل مخلوط شده با بیودیزل (B20) به کار گرفته شد.
Description
Apart from the other desirable properties like high viscosity index, cleanliness, lubricity, low pour point and corrosion, etc, an important characteristic for lubricants is the high oxidation stability since it is considered as principle cause of the lubricant aging leading to the blackening, formation of sludge, loss of lubrication, etc [1]. Exposure to heat and air greatly accelerates the lube degradation [2]. So even today when the high performance synthetic lubricant base oil technologies are available, at least one antioxidant is added in every lubricant formulation for enhancing performance characteristics [3]. Biodiesel is obtained generally by the transesterification reaction of vegetable oils (triglycerides) with the methanol [4]. If this triglyceride has the unsaturated fatty component, it leads the low oxidative stability of the biodiesel [5]. Although this property of low oxidative stability makes the biodiesel biodegradable but this limits its shelf life. So high oxidative stability it is a matter of great concern for biodiesel too for the sake of quality standpoints which is generally achieved by addition of a good antioxidant [6]. By now numerous classes of antioxidants are available for lubricants and fuels e.g., sulphur and phosphorus compounds, boron compounds, aromatic amines, hindered phenols and organometallic compounds. Sterically hindered phenols are important class of antioxidants being extensively used for lubricants, greases and biodiesel since 1960s e.g., BHT (butylated hydroxytoluene), BHA (butylated hydroxyanisole) and TBHQ (tert-butylhydroquinone). High anti- oxidative efficiency, low toxicity and no unwanted colour contribution to the blend are some important advantages associated with these antioxidants, but their low volatility and 38 somewhat difficult dispersiblity are the main limitations leading to their evaporation in the operating conditions [3]. The recent trend in the development of the antioxidants is to design the antioxidants with high molecular weight so low volatility with easy dispersible nature and low toxicity in order to function under high-temperature oxidation conditions. Recent literature indicates some advantages to synthesize the hindered phenolic compounds having high molecular weight too e.g., tetrakis [3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxy phenyl)propionyl oxymethyl] methane is a widely known commercial antioxidant additive which is synthesized by the transesterification reaction between methyl-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxy phenyl)propionate ester and pentaerythritol [7,8]. A mixed ester of dipentaerythritol with 3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionic acid and isostearic acid was synthesized which was found to have the low volatility. When evaluated as antioxidant additive in synthetic
