رروغنهای گیاهی
طول زنجیره و وجود پیوندهای دوگانه در بخش هیدروکربنی ساختار روغن های گیاهی در ویژگیهای آن تاثیرگذار است، هر چه طول زنجیره هیدروکربنی بیشتر باشد، نقطه ذوب بالاتر میرود، همچنین اسیدهای چرب اشباع حالت جامد دارند، با توجه به اینکه یک روانکار باید در محدوههای دمایی مختلف کارایی مناسبی داشته باشد، لذا این دسته از روغنهای گیاهی نمیتوانند به عنوان روانکار استفاده شوند.
خصوصیات روغنهای گیاهی
گرانروی
یکی از مهمترین ویژگیهای هر روانکار، گرانروی در دماهای کارکرد میباشد. ساختار شیمیایی روغن های گیاهی به گونه ایست که این ترکیبات هم به حالت جامد و هم مایع میباشند. لذا این دسته از مواد، محدوده وسیعی از گرانروی را در دماهای مختلف پوشش میدهند. به دلیل قطبی بودن ساختار شیمیایی این ترکیبات، شاخص گرانروی روغن پایه های گیاهی بسیار بالاتر از روغنهای پایه معدنی است و در مقابل تغییرات دمایی گرانروی آنها تغییرات کمتری دارند.
زیست تخریب پذیر بودن
همانطور که اشاره شد بسیاری از کشورهای پیشرفته قوانین سختگیرانهای در مورد روانکارها تصویب نمودهاند که به موجب آنها استفاده از روانکارهایی با منشا طبیعی شتاب گرفته است. مهمترین عامل در این خصوص میزان تجزیه روانکار در محیط زیست است. جدول زیر میزان زیست تخریب پذیری انواع روغن پایهها را نشان میدهد.
آزمون زیست تخریب پذیری
در این آزمون روغن را به همراه میزان مشخصی از باکتریها در مدت 28 شبانه روز در دمای مشخصی نگهداری مینمایند. در این مدت درصد مصرف اکسیژن سنجیده میشود تا میزان تخریب انجام شده توسط باکتریها مشخص شود. در این آزمون بیشتر روغنهای گیاهی تا حدود 70% تخریب می شوند که رقم بسیار بالایی در مقایسه با میزان تخریب روغن های معدنی است، زیرا روغنهای معدنی حدود 15% الی 35% تخریب شده اند.
پایداری در برابر حرارت و اکسیداسیون
پایداری این نوع روغنها در برابر حرارت اندک بوده و در کاربردهایی که دمای کارکرد کمتر از 120 درجه سانتیگراد باشد، مورد استفاده قرار میگیرند. همچنین نقطه ریزش این ترکیبات نسبت به سایر روغن پایه ها بالاتر است لذا استفاده از آنها در دماهای پایین توصیه نمی شود.
پایداری در برابر اکسیداسیون این نوع روغن ها به اسید چرب موجود در ساختار آنها مربوط است، ترکیبات دارای پیوند دوگانه، پایداری در برابر اکسیداسیون بسیار ضعیفتری نسبت به ترکیبات دارای پیوند ساده دارند، اما در مجموع، روغن های گیاهی نسبت به روغن های معدنی و سنتزی پایداری کمتری در برابر اکسیداسیون دارند. نمودار زیر مقایسه پایداری در برابر اکسیداسیون روغن های گیاهی مختلف را نشان می دهد. با استفاده از بهبود ژنتیکی دانه های سویا، پایداری در برابر اکسیداسیون این روغن از 7 ساعت به 192 ساعت افزایش یافته است.
با توجه به اینکه تغییر در ساختار شیمیایی می تواند پایداری در برابر اکسیداسیون را افزایش دهد، تلاشهای فراوانی در خصوص اصلاح ژنتیکی گیاهانی مانند سویا انجام گرفته تا بتواند این نقص روغن های گیاهی را از بین ببرد.
فراریت
در گرانروی یکسان، روغنهای گیاهی نسبت به روغن پایههای معدنی فراریت کمتری دارند. در صورتیکه این نوع روغن ها به طور مناسبی استفاده شوند، این ویژگی سبب می شود کاهش مقدار روانکار در اثر تبخیر، بسیار اندک شود.
روانکاری مرزی
این دسته از روغن ها به دلیل قطبیت ذاتی خود، با فلزات ایجاد یک پیوند شیمیایی می نمایند که در نهایت منجر به انجام بهینه روانکاری مرزی می شود.
معایب
پایداری حرارتی و مقاومت اکسیداسیون ضعیف
روغن های گیاهی در حالت طبیعی پایداری در برابر اکسیداسیون ضعیفی دارند و در اثر گرما اکسید و پلیمره میشوند به نحوی که حالت صمغ مانندی به خود میگیرند. روش های شیمیایی مانند استفاده از آنتی اکسیدانها با وجود اینکه تاثیر مثبتی در بهبود پایداری در برابر اکسیداسیون دارد ولی باعث افزایش قیمت نهایی می گردد. همچنین ایجاد تغییرات در ساختار شیمیایی، با هیدروژناسیون و تغییر محل قرارگیری گروههای عاملی انجام میگیرد. هیدروژناسیون کامل باعث جامد شدن اسیدهای چرب میشود. هیدروژناسیون بهینه با توجه به میزان سیالیت و نقطه ریزش مورد نیاز تعیین می شود. با توجه به پیشرفتهای انجام شده، روغنهای ذرت، کانولا، آفتابگردان و سویا به روغن پایه های زیست تخریبپذیر متداولی برای تولید روانکارها و گریسها تبدیل شده اند.
نقطه ریزش بالا
اضافه نمودن ترکیبات کاهنده نقطه ریزش مناسب و یا مخلوط نمودن این روغن با روغن پایه هایی که نقطه ریزش پایینی دارند می تواند این مشکل را تا حد زیادی حل نماید.
قیمت بالاتر
قیمت این دسته از روغن پایهها در مقایسه با روغن پایه های معدنی بالاتر است. این عامل در بازارهایی که اهمیت مسائل اقتصادی بیش از نگرانی های زیست محیطی است، تاثیر بسیار زیادی در کاهش میزان استفاده از این روغن پایه ها دارد.
کاربردها
با توجه به افزایش نگرانی ها در مورد حفظ محیط زیست، در حال حاضر از استرهای ساخته شده از روغن هسته خرما، نارگیل یا روغنهای حیوانی در تهیه روغنهای دنده، هیدرولیک و روغن های فلز کاری استفاده می شود. برخلاف تصور اولیه، تجارت این دسته از روانکارها تجارت کوچکی نیست، به عنوان مثال شرکتهای Emerly Oleochemical و ECO Green در کشورهای متعدد بازار بسیار خوبی را ایجاد نموده اند.
مونواسترهای حاصل از روغن های گیاهی به عنوان افزایش دهنده میزان چرب کنندگی روانکار در روغن های نورد استفاده می شود. سوربیتول که از دانه های سماق کوهی بدست می آید به عنوان ماده امولسیون کننده در روغن حل شونده استفاده می شود.
تولید پلی ال استرها
ماده اولیه تولید پلی ال استرها، اسیدهای چرب شش تا هجده کربنه می باشد. این اسیدهای چرب به راحتی از روغن کرچک، پالم و نارگیل به دست می آیند، این مواد با الکل های پنج تا سیزده کربنه ترکیب شده و پلی ال استرها ساخته می شوند. پلی ال استرهای تهیه شده از لحاظ شاخص گرانروی و نقطه ریزش ویژگی های بهتری نسبت به روغن پایه های معدنی دارند. این ترکیبات کاربرد بسیار وسیعی در تولید روانکارهای مختلف دارند، مثلا به عنوان کمک حلال در روغن پایه های سنتزی PAO به کار می روند. حدود 15% در فرمولاسیون نهایی روغن موتورهای سنتزی از نوع PAO را پلی ال استرهایی مانند دی اکتیل سباسات و دی ایزو دسیل آدیپات تشکیل می دهند.
بررسی ویژگی ها و کاربردهای برخی از روغن های گیاهی معروف
به طور بسیار گسترده ای در صنایع مختلف از جمله روانکارها، رنگ، محصولات آرایشی و بهداشتی و... استفاده می شود و به دلیل استفاده فراوان این محصول، به طور جداگانه برخی ویژگی های آن بررسی می شود. در مقایسه با بسیاری از روغن های گیاهی، روغن کرچک سیالیت در سرمای بهتری دارد و در دمای بالاتر نیز پایداری در برابر اکسیداسیون مناسبی دارد. یکی از ویژگی های این روغن این است که لاستیک های طبیعی را در خود حل نمیکند. این روغن در تولید روانکارهای هیدرولیک، افزودنی های سوخت و بسیاری از روانکارهای زیست تخریبپذیر استفاده می شود. محققان برزیلی در سال 2012 موفق به تولید روغن موتوری شدند که از کرچک در آن استفاده می شود و علاوه بر زیست تخریبپذیر بودن، ویژگی های مناسب یک روغن موتور را دارا می باشد.
روغن کلزا
این روغن در قرن 19 به عنوان روانکار در توربین های بخار کاربرد داشته است. همچنین در روانکارهایی که در حین استفاده وارد محیط زیست می شوند نیز کاربرد وسیعی دارند. برخی کشورها مثل اتریش، اجازه استفاده از روانکارهای معدنی را در روانکارهای دنده زنجیر چرخ ممنوع کرده است. تولید روانکارهای هیدرولیک، روغن دنده تراکتور، روغن های فلز کاری، روانکارهای مورد استفاده در صنایع غذایی نیز از مواردی است که روغن کلزا به عنوان روغن پایه در آنها استفاده می شود.
روغن سویا
برای مثال جهت بررسی روغن های مورد استفاده در تجهیزات کشاورزی، ارزیابی های گسترده ای بر روی 37 ماشین کشاورزی انجام گرفت که در آنها از روغن های هیدرولیک ساخته شده با روغن سویا استفاده شده بود تا میزان کارایی آنها سنجیده شود. ارزیابی شامل تست گرانروی و مقادیر عدد اسیدی کل و عدد بازی کل بود. این بررسی ها نشان داد روغن هیدرولیک ساخته شده با روغن سویا مناسب استفاده در تجهیزات کشاورزی است. همچنین سمیت اندک و زیست تخریبپذیر بودن این روغن ها در طول ارزیابی گزارش شد. علاوه براین به دلیل شاخص گرانروی بالا در روغن های اره برقی نیز از این ماده استفاده می شود. به تازگی با انجام تغییرات ژنتیکی میزان اولئیک اسید از حدود 22 به 77 درصد رسانده شده است که این تغییرات باعث تولید نسل جدیدی از روغنهای سویا شده که پایداری در برابر حرارت و اکسیداسیون آن افزایش یافته به طوریکه برای تولید روغن موتور نیز مناسب است.
نتیجه گیری
موارد زیادی وجود دارد که نشان می دهد عزمی جدی در استفاده از این نوع روغن پایه ها وجود دارد، کشورهای توسعه یافته در تلاش هستند گونه های اصلاح شده از گیاهان را تولید نمایند که ویژگی های منفی این دسته از روانکارها را به حداقل برساند و با استفاده از این نوع روانکارها مشکلات زیست محیطی ناشی از روانکارهای دیگر را به حداقل رسانند.
این موارد نشان دهنده آن است که مطمئنا در دهه های آینده پیشرفتهای بسیار زیادی در خصوص استفاده از روانکارهای زست تخریبپذیر را شاهد خواهیم بود.
