Пластмассы, полимерные и
синтетические материалы,
каучуки, резино-технические изделия,
шины и их производство
Сиренко
Г.А., Мидак Л.Я., Кузышин О.В.
Прикарпатский
национальный университет имени В. Стефаника
ул. Шевченко, 57, Ивано-Франковск,
76025, Украина
Растительные
масла как смазочные материалы для металлических поверхностей: ИК-спектральный
анализ рапсового масла
Исследовали химическую структуру рапсового,
оливкового, подсолнечного и кукурузного масел. ИК-спектры рапсового,
оливкового, подсолнечного и кукурузного масел получены на ИК-спектрометре
VECTOR-22 фирмы «BRUKER» в диапазоне волновых чисел 360-4500 см-1
(длина волны λ=27,8-2,2 мкм соответственно) с использованием призмы (таблетки)
KBr. Развертку спектра за волновыми числами λ-1 =ν΄
осуществляли на диаграмме в пределах 210 мм в диапазоне 360-1700 см-1
и 225 мм в диапазоне 360-4500 см-1. Волновые числа определялись с
помощью компьютерной программы Get Data. Ошибка при определении ν΄ составила Δν΄=±1см-1 в диапазоне ν΄=360-1700
см-1 и Δν΄=±1,5см-1 в диапазоне ν΄=1700-4500
см-1. Выход частоты полосы или определенного участка спектра за
пределы ν΄±2Δν΄ расценивали как сдвиг полосы и сужение
или расширение участка спектра. Ошибка при определении интенсивности поглощения
не превышала 0,25 %. Основа количественного анализа ИК-спектров – закон
Ламберта-Бэра: 
, где А – поглощение (безразмерная величина), о.е.;
коэффициент поглощения; J0– интенсивность падающего инфракрасного
излучения (или интенсивность облучения, которое прошло через кювету сравнения);
J см-1 интенсивность инфракрасного излучения, которое прошло через
образец. Для введения в результат исследований поправок на частичное
рассеивание инфракрасного излучения и перекрытия соседних пиков поглощения за
методикой строили базовую линию и оценивали J0, как интенсивность пропускания относительно базовой
линии.
При расшифровке спектров химический состав рапсового масла за предельными и непредельными
жирными кислотами: предельные жирные
кислоты: 2-4 % пальмитиновая; ~1% стеариновая, бегеновая и лигноцериновая;
~0,5% миристиновая и арахиновая; непредельные жирные кислоты: 15-60 % олеиновая; 5-60% эруковая;
15-20 % линолевая; 7-9 % линоленовая и 2-7 % гадолеиновая.
Исходное рапсовое масло характеризуется низким содержанием эруковой кислоты. В жирах масла, кроме 95-97 %
глицеридов, присутствуют воски, свободные жирные кислоты, спирты, мыла,
фосфатиды, витамины, красители, липохромы, токоферолы, что, безусловно,
повлияло на ИК-спектры исходного рапсового масла и его химические модификации.
Проведенный ИК-спектральный анализ рапсового, оливкового,
подсолнечного, кукурузного масел подтвердил их химический состав. Полосы за
интенсивностью А разделили на 4 группы: А<0,2 слабой интенсивности (сл.);
0,2≤А<0,4 средней интенсивности (ср.); 0,4≤А<0,8 сильной
интенсивности (с.); А≥0,8 сверхсильной интенсивности (сс.).
Обнаружено 14 пиков средней, сильной и
сверхсильной интенсивностей (кроме одного пика при волновом числе ν=1712
см-1 с интенсивностью А=0,42 для рапсового масла), которые характерны для рапсового, оливкового, подсолнечного, кукурузного
масел при 723 см-1 (А=0,23-0,41о.е.); 1097-1100 см-1
(А=0,31-0,59 о.е.); 1120-1121 см-1 (А=0,34-0,61 о.е.); 1162-1165 см-1
(А=0,63-1,06о.е.); 1239-1241 см-1 (А=0,36-0,60 о.е.); 1275-1276 см-1
(А=0,26-0,43о.е.); 1378см-1 (А=0,24-0,44о.е.); 1398-1403см-1
(А=0,15-0,25 о.е.); 1417-1419 см-1 (А=0,22-0,30 о.е.); 1466-1467 см-1
(А=0,47-0,74 о.е.); 1746см-1 (А=1,05-1,74 о.е.); 2854-2855см-1
(А=1,33-1,56 о.е.); 2924-2926см-1 (А=2,03-2,04 о.е.); 3006-3009см-1
(А=0,37-0,64 о.е.). При этом, как правило, при определенном волновом числе
растет интенсивность пика в ряду масел от рапсового к оливковому, подсолнечному
и кукурузному. В исходном рапсовом масле наблюдаются такие характеристические
полосы: 1) А<0,2: 463, 582, 620, 1400, 1654, 2680, 2729, 3469, 4258 и 4335
см-1.
2) 0,2≤А<0,4: 723, 1098, 1120, 1241, 1378,
1419 и 3008 см-1; 3) 0,4≤А<0,8: 1165, 1466 и 1712 см-1;
4) А≥0,8: 1746, 2854 и 2825 см-1.
В ИК-спектрах исходного рапсового масла полоса
на участке 3469 см-1 указывает на возможную внутримолекулярную
водородную связь, а интенсивные полосы на участке 3008, 2925 и 2854 см-1
подтверждают наличие сильных внутренних молекулярных водородных связей, даже
присутствие хелатных образований (слабая полоса в области 1654см-1
указывает на образование хелатных соединений и водородных связей). Полоса на
участке 1746 см-1 указывает на присутствие нормальных насыщенных эстеров,
возможно α-дикетоноэтеров, а полоса на участке 1712 см-1
указывает на наличие насыщенных алифатических кислот (насыщенных одноосновных
жирных кислот, которые не содержат электрофильных заместителей с разветвленными
цепями). Полосы на участке «отпечатков пальцев», характерные для деформационных
колебаний СОО- (1466, 1419, 1400 и 1378 см-1), подтверждают наличие эстеров
(1165, 1120 и 1098см-1) и соответствуют деформационным колебаниям
С-Н (723, 620 и 463 см-1). Полоса на участке 1241 см-1,
возможно указывает на образование эпоксигруппы, что соответствует началу
процесса окисления рапсового масла, однако эта полоса средней интенсивности, а
подтверждений этих данных на других участках спектра не найдено.
Сравнение ИК-спектров чистой олеиновой кислоты
и рапсового, оливкового, подсолнечного и кукурузного масел показало, что в
спектрах существует 11 одинаковых полос на
участках: 723 см-1, интенсивность которых возрастает в 1,5-2,7 раза
в ряду рапсовое–оливковое–подсолнечное–кукурузное масло сравнительно с чистой
олеиновой кислотой; 1097-1100 см-1, интенсивность которых возрастает
в 9,4-17,9 раза в соответствующем ряду; 1120-1125 см-1,
интенсивность которых возрастает в 10,8-19,6 раза в соответствующем ряду;
1239-1250 см-1, интенсивность которых возрастает в 1,2-2,0 раза в
соответствующем ряду; 1378-1380 см-1, интенсивность которых возрастает
в 3,0-5,3 раза в соответствующем ряду; 1417-1419 см-1, интенсивность
уменьшается в 1,5-1,1 раза в соответствующем ряду; 1463-1467 см-1,
интенсивность которых возрастает в 1,3-2,0 раза в соответствующем ряду;
2667-2685 см-1, интенсивность которых уменьшается в 5,6-4,3 раза в
соответствующем ряду; 2844-2855 см-1, интенсивность которых возрастает
в 1,3-1,6 раза в соответствующем ряду; 2917-2926 см-1, интенсивность
которых возрастает в 1,1-1,2 раза в соответствующем ряду; 3005-3009 см-1,
интенсивность которых изменяется от 0,7 до 1,2 раза в соответствующем ряду. Таким
образом, растительные масла (рапсовое, оливковое, подсолнечное кукурузное) в
исходном виде за химическим составом пригодные для использования в качестве
дисперсионной среды для смазочных материалов и химической модификации для добавок к жидким и пластичным маслам.