انواع استر ها
انواع استر ها
1- چربي ها يا روغن هاي طبيعي
مانند دانه هاي كولزا ، روغن آفتابگردان ، روغن نارگيل ، روغن نخل ، روغن زيتون ، روغن سويا ، روغن خرما ، پيه
2- استر هاي مشتث شده از روغن ها
o استر هاي اولئات و استئارات
o استر هاي ديمرات و ايزو استئارات
o استر هاي پلي ال
3- استر هاي مشتق شده از نفت
o دي استر ها
o استر هاي آروماتيكي ( فتالات ها و تري مليتات ها )
o استر هاي پلي ال ( اسيد هاي چرب با زنجيره كوتاه )
چربي هاي روغن هاي طبيعي
چربي با روغن طبيعي شامل سه مولكول اسيد چرب و يك مولكول گليسرول مي باشد.
فرمول شيميايي گليسرول :
فرمول شيميايي چربي :
تركيب اسيد چرب روغن ها يا چربي هاي طبيعي با توجه به طول زنجير و غير اشباع بودن آن متغير است. اسيد هاي چرب يك ظرفيتي بوده بطوري كه فقط شامل عناصر كربن ، هيدروژن ، و اكسيژن مي باشند. در اين تركيبات يك راديكال الكيل به گروه كربوكسيل مي چسبد. اسيد هاي چرب اشباع داراي فرمول عمومي مي باشند. از تركيبات كرچك ايم سري مي توان اسيد متانوئيك و اتانوئيك و همچنين از تركيبات بزرگ اين سري اسيد پالميتيك و استئاريك را نام برد. سري هاي غير اشباع اسيد هاي چرب را مي توان بصورت زير تفسيم بندي نمود:
• سري اسيد اولئيك
داري فرمول عمومي و شامل يك پيوند دوگانه مي باشند. اسيد اكرليك يا پروپيونيك ( CH2=CH-COOH ) كوچكترين عضو اين سري مي باشد.
• سري اسيد لينوئيك
داراي فرمول عمومي و شامل دو پيوند دوگانه مي باشند.
• سري اسيد لينولنيك
داراي فرمول عمومي و شامل سه پيوند دوگانه مي باشند. اسيد هاي چرب طبيعي با سه و چهار پيوند دوگانه و حتي بيشتر نيز موجود مي باشند. در اسيد هاي چرب طبيعي گروه هاي هيدروكسيل و حلقوي نيز مشاهده شده است جداول (8) و (9). اعضاي كوچك هر گروه مايعاتي محلول در آب مي باشمد. با افزايش تعداد اتم هاي كربن موجود در مولكول ، نقطه ذوب و جوش اسيد چرب افزايش پيدا كرده و حلاليت آن در آب و همچنين فراريت آن كم خواهد شد. اسيد هاي چرب بزرگ بصورت جامدات نا محلول در آب ، و محلول در حلال هاي آلي مي باشند. اسيد هاي چرب با گليسرول عمدتاً بصورت گليسريد ( منو ، دي ، و تري گليسريد ) در مي آيند.
جدول 8- انواع اسيد هاي چرب موجود در روغن هاي طبيعي و چربي ها
جدول 9- تركيب اسيد هاي چرب موجود در روغن هاي طبيعي و چربي ها
الكلهاي تشكيل دهنده استرها
· مونو اول ها : از ( C1 تا C22 ) بصورت خطي و شاخه دار
· دي اول ها :
o ( پلي ) اتيلن گليكول
o پر.پيلين گليكول ( MPG )
o نئوپنتيل گليكول ( NPG )
· تري اول ها: گليسرول ، تري متيل پروپان ( TMP )
· پلي اول ها: ( دي ) پنتاترشي تريتول ؛ پلي گليسرول ، سوربيتول
كميت هاي ساختاري استر
1- ويسكوزيته
ويسكوزيته اغلب مواد مورد استفاده به عنوان پايه سيالات حفاري سنتزي ، بجز الفين ها ، بيشتر از گازوئيل و روغن هاي معدني هستند ، جدول (10) . ويسكوزيته بالاي ايم مواد پايه ، مقدار بارتي را كه مي تواند به گل اضافه شود محدود كرده و لذا ئزن گل نيز محذوذ مي شود. اين امر ممكن است در كاربرد مواد پايه سيالات حفاري سنتزي با ويسكوزيته بالا در چاه هايي كه نياز به گل سنگين دارند محدوديت ايجاد نمايد. همانگونه كه در جدول (10) مشاهده مي گردد سيالات حفاري سنتزي ، عاري از تركيبات آروماتيك بوده و ايجاد آلودگي محيط زيست ندارند. در صورتي كه سيالات پايه روغني بخاطر داشتن آروماتيك بالا شديداً آلوده كننده يوده و مشكلات زيست محيطي دارند.
ويسكوزيته معمولاً تابع وزن مولكولي و تعداد شاخه هاي استر مي باشد. با افزايش جرم مولكولي و تعدار شاخه هاي مولكول ، ويسكوزيته نيز افزايش مي يابد. افزايش ويسكوزيته استر هاي تري مليايت با جرم مولكولي بسيار شديد است. در صورتي كه افزايش ويسكوزيته استر هاي خطي اشباع و غير اشباع با جرم مولكولي كم مي باشد. براي استر هاي شاخه دار اين افزايش مابين اين دو حالت را دارد.
جدول 10- درصد آروماتيك موجود در انواع گل هاي حفاري
2- نقطه ريزش
نقطه ريزش استر ها تابع پارامتر هاي زير مي باشد:
1- اشباع يا غير اشباع بودن مولكول
2- طول زنجير مولكولي
3- شاخه دار بودن مولكول
4- تقارن مولكول
معمولاً با افزايش تعداد كربن هاي بخش اسيد چرب استر ، نقطه ريزش آن بصورت خطي افزايش پيدا مي كند. برخي خواص مربوط به روغن هاي طبيعي و استر هاي آنها بعنوان بيو ديزل در جدول (12) مقايسه شده است. نقطه ريزش تعدادي از استر ها مطابق چهار گروه بالا در جدول (11) خلاصه شده است.
جدول 11- نقطه ريزش استر هاي مختلف بر اساس ساختمان مولكولي
جدول 12- مقايسه خواص فيزيكي استر ها و روغن هاي مربوطه
3- نقطه فلش
نقطه فلش براي استر نيز تابعي اساسي از وزن مولكولي است. جدول (13) نقطه فلش تعدادي از استر ها را نشان مي دهد.
جدول 13- نقطه فلش تعدادي از استر ها
4- پايداري هيدروليتيكي ( تجزيه در مجاورت آب )
استر ها در محيط هاي قليايي و خنثي هيدروليز شده و واكنش دز جهت توليد اسيد چرب و الكل پيش خواهد رفت. پايداري هيدروليتيكي تابع عوامل زير مي باشد:
o اسديته محلول
o قليايي بودن محلول
o كاتاليست موجود در محلول
o ميزان آب موجود
5- پايداري در مقابل اكسيداسيون
معمولاً استر هاي داراي بند هاي دوگانه در مقابل اكسيداسيون ضعيف مي باشند. با افزايش تعداد پيوند هاي دوگانه اين ضعف بيشتر خواهد شد. همچنين تعداد شاخه هاي مولكول نيز تاثير زيادي در اين امر دارد. عموماً اكسيداسيون تابع عوامل زير مي باشد:
o طول زنجير مولكول
o تعداد پيوند هاي دوگانه مولكول
o تعداد شاخه هاي مولكول
6- زيست تجزيه پذيري
o وزن مولكولي
با افزايش وزن مولكولي استر زيست محيط تجزيه پذيري آن كمتر خواهد شد.
o شاحه دار بودن استر
با افزايش تعداد شاخه هاي يك استر تجزيه پذيري آن نيز كمتر خواهد شد.
o تعداد گروه هاي استري
هيدروليز گروه هاي استري به تخريب يريع مولكول استر كمك مي كند.
7- قابليت تجديد پذيري
استر هاي مشتق شده از منابع گياهي و حيواني بعلت جايگزيني طبيعي مناسب مي باشند در حالي كه استر هاي بدست آمده از مشتقات پتروشيمي ، ذغال سنگ ، نفت خام و يا گاز ، بعلت عدم جايگزيني طبيعي و عدم خلوص لازم از تركيباتي مانند آروماتيكها براي سيال هاي حفاري مناسب نمي باشند.
جمع بندي
در حفاري دريايي به جاي استفاده از گل هاي پايه روغني ( گازوئيل ) مي باسيت از گل هاي پايه سنتزي مانند استر ها و ايزومر هاي الفين ها استفاده كرد. گل هاي پايه سنتزي بدليل صرفه اقتصادي براي حفاري چاه ها در خشكي نيز استفاده مي شود.
استر ها از نظر قابليت زيست تجزيه پذيري داراي اولويت بوده ولي به لحاظ عملياتي ايزومر هاي الفين ها ترجيح داده مي شوند. در عمل معمولاً مخلوطي از استر ها و الفين ها با درصد مساوي بعنوان پايه گل حفاري مورد استفاده قرار مي گيرند.
گل هاي پايه استري در شرايط دما بالا ، فشار بالا و محيط هاي قليايي ناپايدار بوده و هيدروليز مي گردند.
بهترين منبع براي تهيه استر ها استفاده از اسيد هاي چرب روغنهاي طبيعي مانند روغن نخل ، روغن كانولا ، روغن سويا و غيره مي باشد. از طريق واكنش هاي اسيد چرب با يك الكل مناسب استر ها تهيه مي شوند.