초음파 에스테르 교환 반응을 통한 폴리올 합성

폴리올은 주로 식물성 오일 또는 동물성 지방으로부터 트리글리세라이드의 에스테르 교환을 통해 생산되는 합성 에스테르입니다. 이 폴리올은 폴리우레탄, 바이오 윤활제 및 기타 세미칼의 생산을위한 원료입니다. 초음파는 강렬한 전단력과 열 에너지를 적용하여 에스테르 교환 반응을 향상시키는 데 사용됩니다. 초음파와 그 sonochemical 효과는 반응 에너지를 공급하고 질량 전달 한계를 극복하는 데 도움이됩니다. 따라서 초음파 처리는 에스테르 교환 속도, 수율 및 전반적인 효율성을 크게 향상시킵니다.

초음파 보조 에스테르 교환

에스테르 교환 반응은 가장 중요한 합성 경로 중 하나이며 식물성 기름을 석유 제품 대체물로 전환하기위한 효과적인 기술로 널리 사용됩니다. 소노 합성 (또한 고성능 초음파를 통해 촉진되는 화학 합성인 sonochemical 합성)은 에스테르 교환 및 기타 화학 공정에 유익한 효과로 잘 알려져 있습니다.

초음파 에스테르 교환 반응의 장점

  • 신속한 변환
  • 더 완전한 반응
  • 덜 촉매
  • 원치 않는 부산물 감소
  • 에너지 효율
  • 녹색 화학

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초음파는 에스테르 교환 반응을 개선하여 예를 들어 더 높은 메틸 에스테르 및 폴리올을 제공하는 것으로 알려져 있습니다. Hielscher 초음파는 높은 처리량을위한 산업용 초음파 프로브 및 반응기를 제조합니다.

sonochemically 강화 된 인라인 에스테르 교환을 위해 16,000 와트 (4x 4000 와트 프로브)의 초음파 반응기.

초음파를 이용한 식물성 오일의 지속 가능한 폴리올 합성

식물 유래 지방산, 즉 식물성 오일은 널리 이용 가능하고 재생 가능한 원료이며 바이오 기반 폴리올 및 폴리우레탄의 제조에 사용될 수 있습니다. 파워 초음파의 적용은 에스테르 교환 반응의 촉매 반응을 상당히 가속화시키는 유리한 sonochemical 효과를 만듭니다. 또한, 초음파 처리는 음향 캐비테이션의 강렬한 혼합 에너지가 질량 전달 제한을 극복함에 따라 합성 된 폴리올의 수율을 향상시킵니다. 초음파 에스테르 교환 반응은 기존의 에스테르 교환 반응과 같이 저급 알코올 및 촉매로 효율적으로 실행되는 것으로 잘 알려져 있습니다. 이것은 초음파 처리에 의한 전반적인 효율성 향상으로 이어집니다.

펜타에리트리톨 에스테르계 바이오윤활제의 초음파 합성

초음파 UP400St, 식물성 기름을 펜타 에리트리톨 에스테르로 에스테르 교환 반응시키는 데 사용되었습니다.펜타에리트리톨 에스테르는 Arumugam의 연구팀에 의해 입증된 바와 같이 두 단계의 sonochemical 과정을 통해 유채 기름으로부터 효율적으로 합성될 수 있다. 최적화 연구에서 연구자들은 Hielscher 초음파 UP400St (왼쪽 그림 참조)를 사용했습니다. 첫 번째 sonochemically 촉진 에스테르 교환에서, 유채 기름은 메틸 에스테르에 메탄올과 반응한다. 두 번째 에스테르 교환 단계에서, 메틸 에스테르는 펜타에리트리톨 에스테르에 대한 크실렌 및 촉매와 반응한다. 연구원은 초음파 하에서 펜타 에리트리톨 에스테르 합성의 수율과 전반적인 효율성을 향상시키기 위해 초음파 공정 매개 변수의 최적화에 중점을 두었습니다. 펜타에리트리톨 에스테르의 81.4%의 향상된 수율은 15초의 초음파 펄스, 60초의 초음파 진폭, 1.5wt%의 촉매 농도, 및 100°C의 반응 온도로 달성되었다. 품질 관리를 위해, sonochemically 합성 된 펜타 에리트리톨 에스테르를 합성 등급 압축기 오일과 비교했습니다. 결론적으로, 이 연구는 초음파로 촉진된 연속적인 에스테르 교환 과정이 펜타에리트리톨 에스테르계 바이오윤활제의 합성을 위한 종래의 연속적인 에스테르 교환 공정을 대체하는 효율적인 방법임을 시사한다. 초음파 에스테르 교환 공정의 주요 장점은 펜타 에리트리톨 에스테르의 수율 증가, 반응 시간 단축 및 현저하게 낮은 반응 온도입니다. (Arumugam et al., 2019 참조)

유채 오일의 두 단계 에스테르 교환을 펜타에리트리톨 테트라스테아레이트와 같은 폴리올 에스테르로 초음파적으로 강화시켰다.

유채 기름을 펜타에리트리톨 에스테르에 대한 초음파적으로 강화된 두 단계 에스테르 교환.
(Arumugam et al., 2019에서 적응)

초음파 합성을 통한 펜타날 유래 아세탈 에스테르

Kurniawan의 연구팀은 녹색 화학의 원리를 사용하는 sonochemical 방법을 통해 세 개의 펜타날 유래 아세탈 에스테르를 합성했습니다. 초음파 처리는 두 가지 화학 단계를 촉진하는 데 사용되었습니다.

  1. 9,10-디하이드록시옥타데칸산의 에스테르화
  2. 알킬 9,10-디하이드록시옥타데카노에이트의 비탈분해

알킬 9,10-디히드록시스테아레이트의 에스테르를 제조하기 위해서는 두 단계가 필요하며 67-85%의 수율이 얻어졌다. 효율 평가를 위해, sonochemical 방법을 종래의 환류 기술과 비교하였다. 또한, 균질하고 단단한 산 촉매, 즉 황산 (H2SO4), 천연 벤토나이트 및 H-벤토나이트가 다양한 촉매의 영향과 효율을 결정하기 위해 사용되었습니다. H-벤토나이트에 의해 촉매된 산의 소노케미컬 에스테르화는 환류법보다 3배 짧은 반응 시간에서 최대 70%의 수율로 생성물을 생성한다는 것이 발견되었으며, 이는 주목할 만하다. 초음파를 사용하여 H-벤토나이트의 존재하에 n-pentanal을 사용한 최종 아세탈화 단계는 기존의 방법보다 높은 69-85 %의 수율로 세 개의 펜타날 유래 디옥솔란 유도체를 제공했습니다. 환류법은 초음파 합성이 10-30min 밖에 걸리지 않았기 때문에 sonochemical 방법보다 더 긴 반응 시간이 필요했습니다. 초음파 처리 하에서 상당히 짧은 반응 시간에 추가로, 각 에스테르의 현저한 수율은 sonochemical 방법을 사용하여 얻어졌다.
연구원은 또한 sonochemical 반응의 에너지 요구 사항이 기존 방법보다 약 62 배 낮다고 계산했습니다. 이를 통해 비용을 절감하고 환경 친화적입니다.
각 제품의 물리 화학적 특성을 조사한 결과, 메틸 8-(2-부틸-5-옥틸-1,3-디옥솔란-4-일)옥타노에이트는 일반적인 윤활제를 대체하는 기능을 가진 잠재적인 신규한 생윤활제임을 밝혀냈다. (Kurniawan et al., 2021 참조)

화학 합성을위한 초음파 반응기, 예 : 에스테르 교환, 에스테르 화 또는 아세틸화 공정.

초음파 반응기 4x 2000 와트 프로브 (8kW) 초음파 화학 공정.

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초음파를 이용한 펜타에리트릴 에스테르의 에스테르 교환

펜타에리트릴 에스테르는 해바라기, 아마씨, 및 자트로파 오일과 같은 식물성 오일로부터 수득될 수 있다. Hashem의 연구팀은 두 개의 에스테르 교환 단계를 포함하는 연속적인 염기 촉매 에스테르 교환 반응을 통해 바이오 기반 윤활유의 합성을 시연했습니다. 그들은 해바라기, 아마씨 및 자트로파 오일을 사용하여 합성의 타당성을 입증했습니다. 첫 번째 단계에서, 오일은 상응하는 메틸 에스테르로 전환되었다. 두 번째 공정에서, 메틸 에스테르는 하기 반응식에 나타낸 바와 같이 펜타에리트리톨의 작용에 의해 펜타에리트리톨 에스테르로 전환되었다: (Hashem et al., 2013 참조)

식물성 오일을 메틸 에스테르로 에스테르 교환 한 후, 메틸 에스테르는 상기 반응식에 나타낸 바와 같이 펜타 에리트리톨의 작용에 의해 펜타 에리스릴 에스테르로 전환됩니다.
(Hashem et al., 2013 참조)

에스테르 교환 반응에 대한 초음파의 현저한 반응 향상 효과는 과학적으로 입증되었으며 이미 수십 년 동안 산업적으로 채택되었습니다. 초음파 개선 된 tranesterification에 대한 가장 두드러진 예는 오일과 지방을 바이오 디젤로 알려진 지방산 메틸 에스테르 (FAME)로 전환하는 것입니다.
바이오 디젤로 (폐기물) 오일과 지방의 초음파 보조 에스테르 교환 반응에 대해 자세히 읽어보십시오!

에스테르 교환 및 기타 화학 합성을위한 초음파 프로브 및 반응기

Hielscher Ultrasonics UIP1500hd는 배치 및 인라인 초음파 처리에 사용되는 강력한 초음파 균질 기입니다.Hielscher 초음파는 sonochemical 반응을위한 정교한 고성능 초음파 발생기와 관련하여 귀하의 전문가입니다. Hielscher는 프로브(sonotrodes), 반응기 및 플로우 셀과 같은 고출력 초음파 장치 및 액세서리를 모든 크기로 설계, 제조 및 배포하고 화학 실험실뿐만 아니라 산업 규모의 화학 생산 시설을 공급합니다. 소형 실험실 초음파 장치부터 산업용 초음파 프로브 및 반응기에 이르기까지 Hielscher는 공정에 이상적인 초음파 시스템을 갖추고 있습니다. sono-catalysis 및 sono-synthesis와 같은 응용 분야에서 오랜 경험을 쌓은 우리의 잘 훈련 된 직원이 귀하의 요구 사항에 가장 적합한 설정을 권장합니다.
Hielscher 초음파는 모든 Hielscher 산업용 초음파 장치가 연속 작동 (24/7)에서 매우 높은 진폭을 제공 할 수 있기 때문에 매우 견고하고 강렬한 초음파를 제공 할 수있는 고성능 초음파 시스템을 제조합니다. 견고한 초음파 시스템은 유지 보수가 거의 필요하지 않으며 실행되도록 제작되었습니다. 따라서 Hielscher 초음파 장비는 까다로운 조건에서 중장비 응용 분야에 신뢰할 수 있습니다. 고온 또는 매우 가혹한 화학 물질을위한 특수 sonotrodes도 사용할 수 있습니다.
최고 품질 – 독일에서 설계 및 제작: 모든 장비는 독일 본사에서 설계 및 제조됩니다. 고객에게 배송되기 전에 모든 초음파 장치는 전체 부하에서 신중하게 테스트됩니다. 우리는 고객 만족을 위해 노력하고 우리의 생산은 최고 품질의 보증 (예 : ISO 인증)을 충족하기 위해 구성되어 있습니다.

아래 표는 초음파 장비의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다.

일괄 볼륨 유량 권장 장치
1 ~ 500mL 10 ~ 200mL / min UP100H
10 ~ 2000mL 20 ~ 400 mL / min UP200Ht, UP400St
0.1 ~ 20L 0.2 ~ 4L / min UIP2000hdT
10 ~ 100L 2 ~ 10L / min UIP4000hdT
N.A. 10 ~ 100L / min UIP16000
N.A. 더 큰 의 클러스터 UIP16000

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아래 양식을 사용하여 sonochemical 합성, 초음파 프로세서 및 가격에 대한 추가 정보를 요청하십시오. 우리는 당신과 당신의 과정을 토론하고 당신에게 당신의 요구 사항을 충족시키는 초음파 시스템을 제공하게되어 기쁩니다!









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초음파 고전기 균질화는 실험실, 벤치 탑, 파일럿 및 산업 처리에 사용됩니다.

Hielscher 초음파는 실험실, 파일럿 및 산업 규모의 응용 프로그램, 분산, 에멀화 및 추출을 위한 고성능 초음파 균질화를 제조합니다.



문학 / 참고 문헌

알만한 가치가있는 사실

폴리올 합성 경로

천연 오일 폴리올 (약어 NOPs) 또는 바이오 폴리올은 식물성 오일에서 파생 된 폴리올입니다. 바이오폴리올을 합성하기 위해 몇 가지 다른 화학 경로를 사용할 수 있습니다. 바이오 폴리올은 주로 폴리 우레탄 생산을위한 원료로 사용되지만 윤활제, 엘라스토머, 접착제, 인공 가죽 및 코팅과 같은 다른 제품의 생산에도 사용됩니다.
식물성 오일로부터의 폴리올 합성과 관련하여 에폭시화, 트랜스아미드화 및 에스테르 교환과 같은 다양한 반응 방법이 이용가능하다. 예를 들어, 유채 오일계 폴리올은 디에틸렌 글리콜을 사용하여 지방산 사슬 및 전체 개방 옥시란 고리에서의 이중 결합의 부분 에폭시화에 의해 합성될 수 있다. 식물성 트리글리세라이드의 에스테르 결합의 트랜스아미드화 및 에스테르 교환은 각각 디에탄올아민 및 트리에탄올아민을 사용하여 실행될 수 있다.


고성능 초음파! Hielscher의 제품 범위는 벤치 탑 유닛을 통해 소형 실험실 초음파 처리기에서 풀 산업 초음파 시스템에 이르기까지 전체 스펙트럼을 다룹니다.

Hielscher 초음파는 고성능 초음파 균질화기를 제조합니다. 산업 규모.