RT Dissertation/Thesis
T1 Development of new thickening and/or gelling agents of vegetable oils from different lignocellusic fractions chemically modified through epoxidation
T1 Desarrollo de nuevos agentes espesantesy/o gelificantes de aceites vegetales apartir de diferentes fraccioneslignocelulósicas modificadas químicamentemediante epoxidación
A1 Cortés Triviño, Esperanza
A2 Universidad de Huelva. Departamento de Ingeniería Química, Química Física y Ciencias de los Materiales
K1 Lubricantes
K1 Reología
AB During the last decades, the world is really concerned about the pollutionand the negative effects that most chemicals and/or end-used products are causingon the environment, especially those derived from crude oil. In this sense, thelubricant industry has also become more sensitive to the needs of the environmentand it is fostering the replacement of non-renewable raw materials by otherscoming from natural resources. The first objective of this tendency was thesubstitution of mineral oils by other more eco-friendly lubricating base oils, byusing vegetable oils or some derivatives, whose properties make them promisingcandidates to be employed as biodegradable lubricants. However, regardinglubricating grease formulations, these are generally composed of non-naturalthickeners, like metallic soaps and poliureas, with the subsequent impact on thebiodegradable characteristics of the final product. In this sense, in order to producecompletely renewable and biodegradable lubricating grease formulations, there isan open research field aiming to find new bio-thickeners based on naturalresources, whose characteristics provide suitable properties to the final biolubricatinggrease. With this aim, this work claims to develop biodegradable gellikedispersions constituted by a vegetable oil (castor oil) and chemically modifiedlignocellulosic materials able to act as efficient thickeners in these formulations tobe applied as lubricating greases. Lignocellulosic materials such as lignin, which is considered a residualfraction of cellulose pulping and bioethanol production, with a great globalmanufacture; and cellulose pulp, composed of cellulose, hemicellulose and lignin,and constituting a renewable, abundant and inexpensive raw material for manyapplications, have been selected as biopolymers to replace the metallic soapstraditionally employed as thickeners in lubricating greases. For this purpose, thesebiopolymers have been chemically modified by using epoxy compounds, such asepichlorohydrin and glycidyl ether derivatives, by varying both the nature of theepoxide and the proportions used in the epoxidation reaction, and afterwardsdispersing them into castor oil, in order to obtain physically stable chemical gels.With the aim of assessing the extent of the biopolymers epoxidation and theproperties of resulting biolubricating greases, different characterization techniqueshave been used. Thus, epoxy index determination, infrared spectroscopy,thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry tests were carriedout to verify the chemical modification of biopolymers. Moreover, oleogels werefully characterized from a rheological and tribological point of view, also studyingthe microstructure of some of them.In general, a higher epoxy index, i.e. a higher epoxidation degree of thelignocellulosic materials studied, improves the compatibility with castor oil andfavours the physical stability of the resulting oleogels, as a consequent of thechemical cross-linking produced between the free epoxy groups and the hydroxylgroups of castor oil. These chemical interactions are also responsible for the finalproperties of these oleogels. Thus, more suitable rheological properties areobtained for their use as bio-lubricating greases when the lignin or cellulose pulphave a high epoxy index. The degree of modification of these lignocellulosicmaterials can be controlled by varying the conditions of the epoxidation reaction(temperature, time and proportion of reagents). On the other hand, the use ofaromatic epoxides as modifying agents provides, in general, more convenientrheological and tribological properties compared to their aliphatic counterparts, forthe same epoxidation degree of the lignocellulosic material, due to a higher level of cross-linking achieved in the three-dimensional network of chemical oleogels. Inthis way, the rheological behaviour of most oleogels developed was very similar tothat found in traditional lubricating greases. On the other hand, the formulationsthickened with epoxidized cellulose pulp show excellent thermal stability, withoutsignificant changes in rheological properties up to 150 ºC. In addition, both frictionand wear, evaluated in a tribological contact, were reduced by introducing the biothickenersconsisting of epoxidized lignocellulosic material in the formulations, incomparison to the castor oil as the sole lubricant. Overall, it may be concluded thatall formulations synthetized from completely renewable materials, showed suitableproperties to be proposed as promising alternatives to conventional lubricatinggreases.
AB Durante las últimas décadas, se ha desarrollado una mayor concienciaciónsobre la contaminación y los efectos negativos que los diferentes productosquímicos y/o de uso final ejercen sobre el medioambiente, especialmente aquellosque proceden del petróleo. En este sentido, la industria de los lubricantes haaumentado también su sensibilidad sobre el impacto de estos materiales en elmedioambiente y está intentando reemplazar el uso de materias primas norenovables por aquellas procedentes de fuentes renovables. El primer objetivo deesta iniciativa fue la sustitución de los aceites minerales por otras bases lubricantesamigables con el medioambiente, tales como aceites vegetales, o derivados deellos, cuyas propiedades los convierte en candidatos prometedores como baseslubricantes biodegradables. Sin embargo, en relación con las formulaciones degrasas lubricantes, éstas, además, contienen generalmente espesantes no naturales,tales como jabones metálicos y poliureas, cuyo uso implica una reducción de lascaracterísticas biodegradables del producto final. De esta forma, y con objeto deproducir formulaciones de grasas lubricantes completamente biodegradables yrenovables, existe un campo abierto hacía la búsqueda de bio-espesantes basadosen productos renovables cuyas características proporcionen las propiedadesadecuadas al producto final. Con este objetivo, en este trabajo se pretendedesarrollar dispersiones tipo gel biodegradables constituidas por un aceite vegetal(aceite de ricino) y materiales lignocelulósicos químicamente modificados queactúen como espesantes para su aplicación como grasas lubricantes.De este modo, materiales lignocelulósicos como la lignina, la cual estáconsiderada un subproducto residual en la fabricación de la pasta de papel yproducción de bioetanol, con una gran producción a nivel global; y la pasta decelulosa, compuesta por celulosa, hemicelulosa y lignina y que representa unamateria prima renovable, abundante y asequible para muchas aplicaciones, han sidoseleccionadas como biopolímeros para reemplazar los espesantes basados enjabones metálicos tradicionalmente empleados en grasas lubricantes. Con este propósito, se modificaron químicamente estos biopolímeros usando compuestosepoxídicos, tales como epiclorhidrina y derivados del glicidil éter, variando tanto lanaturaleza del epóxido como la proporción utilizada en la reacción de epoxidación,y después se dispersaron en aceite de ricino con objeto de obtener geles químicosfísicamente estables. Con el fin de evaluar el grado de modificación de losdiferentes materiales lignocelulósicos y las propiedades de las grasas biolubricantes,se aplicaron diferentes técnicas de caracterización. Así, se realizaronensayos de determinación del índice de epóxido, espectroscopía infrarroja, análisistermogravimétrico y calorimetría diferencial de barrido para verificar lamodificación química de los biopolímeros. Además, se realizó una ampliacaracterización reológica y tribológica de los oleogeles obtenidos, estudiandotambién la microestructura de algunos de ellos.En general, un mayor índice de epóxido, es decir un mayor grado deepoxidación de los materiales lignocelulósicos estudiados, mejoran lacompatibilidad con el aceite de ricino y favorecen la estabilidad física de losoleogeles resultantes, como consecuencia del entrecruzamiento químico producidoentre los grupos epóxidos libres y los grupos hidroxilos del aceite de ricino. Estasinteracciones químicas son, por otra parte, las responsables de las propiedadesfinales de estos oleogeles. Así, se obtienen propiedades reológicas más adecuadaspara su uso como grasa bio-lubricante cuando la lignina o la pasta de celulosaposeen un alto índice de epóxido. El grado de modificación de estos materialeslignocelulósicos puede controlarse variando las condiciones de la reacción deepoxidación (temperatura, tiempo y proporción de reactivos). Por otra parte, el usode epóxidos aromáticos como agentes modificadores permite obtener, en general,propiedades reológicas y tribológicas más adecuadas en relación a las obtenidasutilizando epóxidos alifáticos, para el mismo grado de epoxidación del materiallignocelulósico, debido a un mayor nivel de entrecruzamiento en la redtridimensional de los oleogeles químicos. De este modo, el comportamientoreológico de una gran parte de los oleogeles desarrollados fue muy similar al de lasgrasas lubricantes tradicionales. Por otro lado, las formulaciones espesadas con pasta de celulosa epoxidada muestran una excelente estabilidad térmica, sincambios significativos en las propiedades reológicas hasta 150 ºC. Además, tanto lafricción como el desgaste, evaluados en un contacto tribológico, disminuyeron alintroducir los bio-espesantes consistentes en material lignocelulósico epoxidado enlas formulaciones, en comparación con el uso de aceite de ricino como únicolubricante. Como principal resultado de esta investigación, puede concluirse quetodas las formulaciones estudiadas y sintetizadas con compuestos procedentes derecursos completamente renovables, presentan propiedades adecuadas para serpropuestas como alternativas prometedoras a las grasas lubricantes convencionales.
PB Universidad de Huelva
YR 2019
FD 2019
LK http://hdl.handle.net/10272/16602
UL http://hdl.handle.net/10272/16602
LA eng
DS Repositorio Institucional de la Universidad de Huelva
RD 31 may 2026