Ympäristöystävällisten voiteluaineiden ja pehmittimien valmistus biopohjaisista raaka-aineista

The literature survey introduces lubricants and plasticizers and reviews the literature of the raw materials and manufacture of bio-based lubricants and plasticizers. A lubricant reduces friction and wear between two moving surfaces. Viscosity, viscosity-index, total acid number and total base number are important lubricant properties. Plasticizers increase flexibility of a rigid material, reduce glass transition temperature and change mechanical properties. Plasticizer properties are usually measured from blends of plasticizer and PVC. Mineral-based lubricants and phthalate ester plasticizers are harmful for health and environment. Vegetable oils such as soybean oil, palm oil, rapeseed oil, tall oil fatty acids and castor oil are potential bio based raw materials for alternative, environmentally friendly products. Lubricants and plasticizers are made from vegetable oils for example by transesterification or epoxidation reactions. The dominant fatty acids in vegetable oils are oleic acid, linoleic acid and palmitic acid and they usually exist in triacylglycerol form. Unsaturated fatty acids such as oleic and linoleic acid can be oxidized to shorter carboxylic acids. Pelargonic and azelaic acid are the main oxidation products of oleic acid. Pelargonic, caproic and azelaic acid are the main oxidation products of linoleic acid. Complex esters of oxidation products and neopentyl polyois such as NPG, TMP and PE are potential products in lubricant and plasticizer applications. In the experimental part the process for making complex esters was first tested and optimized by using commercial fatty acids as model mixtures. The oxidation mixtures of oleic and iinoieic acid were used as received. The best catalyst for the reaction was p-TsOH. The best method for neutralizing the free fatty acids from the mixture was using triethylamine as neutralizing agent followed by washing with water. Viscosities of the products could be controlled by changing the amount of azelaic acid. The viscosity indexes of the products were excellent but the total acid numbers were high.Kirjallinen osa käsittelee voiteluaineita ja pehmittimiä yleisesti sekä biopohjaisten voiteluaineiden ja pehmittimien raaka-aineita ja valmistusta. Voiteluaineiden tärkein tehtävä on poistaa kitkaa kahden liikkuvan kappaleen väliltä. Niiden tärkeimpiä tutkittavia ominaisuuksia ovat viskositeetti, viskositeetti-indeksi ja happoluku. Pehmittimet alentavat lasiutumislämpötilaa ja muuttavat mekaanisia ominaisuuksia. Pehmittimen vaikutusta muovin ominaisuuksiin mitataan tyypillisesti pehmittimen ja PVC: n seoksesta. Mineraalipohjaiset voiteluaineet ja ftalaattipohjaiset pehmittimet ovat yleisimmin käytettyjä, mutta ne ovat haitallisia ihmiselle ja ympäristölle. Korvaavia tuotteita voidaan valmistaa kasviöljyistä, kuten soijaöljystä tai palmuöljystä. Kasviöljyistä voidaan valmistaa voiteluaineita ja pehmittimiä esimerkiksi epoksidonti- ja vaihtoesteröintireaktioilla. Kasviöljyissä rasvahapot esiintyvät yleensä triasyyliglyserolimuodossa, ja yleisimpiä rasvahappoja ovat öljyhappo, linolihappo ja palmitiinihappo. Tyydyttymättömiä rasvahappoja, kuten öljyhappoa ja linolihappoa voidaan pilkkoa lyhyemmiksi rasvahapoiksi hapetusreaktiolla. Öljyhapon pääasialliset hapetustuotteet ovat pelargonihappo ja atselaiinihappo, ja linolihapon pääasialliset hapetustuotteet ovat pelargonihappo, kapronihappo ja atselaiinihappo. Hapetustuotteista voidaan valmistaa kompleksiestereitä neopentyylirakenteisten polyolien, kuten NPG:n, PE:n tai TMP:n kanssa. Kokeellisessa osassa valmistettiin kompleksiestereitä kaupallisista rasvahapoista ja hapetusseoksista, ja tutkittiin lopputuotteiden soveltuvuutta voiteluaineiksi ja pehmittimiksi. Reaktioissa ideaalinen katalyytti oli p-TSOH ja paras vapaiden happojen neutralointimenetelmä oli trietyyliamiinin lisääminen. Menetelmällä voidaan valmistaa öljyjä, joiden viskositeetit saadaan laajalle alueelle atselaiinihapon määrää vaihtelemalla. Tämä mahdollistaa lopputuotteiden käytön monissa erilaisissa sovelluksissa. Valmistettujen öljyjen viskositeetti-indeksit olivat erinomaisia, mutta happoluvut olivat korkeita