A novel process for the production of castor oil by direct solvent extraction

This research was undertaken to: develop a process for the direct solvent extraction of castor oil seeds. A literature survey confirmed the desirability of establishing such a process with emphasis on the decortication, size, reduction, detoxification-deallergenization, and solvent·extraction operations. A novel process was developed for the dehulling of castor seeds which consists of pressurizing the beans and then suddenly releasing the pressure to vaccum. The degree of dehulling varied according to the pressure applied and the size of the beans. Some of the batches were difficult-to-hull, and this phenomenon was investigated using the scanning electron microscope and by thickness and compressive strength measurements. The other variables studied to lesser degrees included residence time, moisture, content, and temperature.The method was successfully extended to cocoa beans, and (with modifications) to peanuts. The possibility of continuous operation was looked into, and a mechanism was suggested to explain the method works. The work on toxins and allergens included an extensive literature survey on the properties of these substances and the methods developed for their deactivation Part of the work involved setting up an assay method for measuring their concentration in the beans and cake, but technical difficulties prevented the completion of this aspect of the project. An appraisal of the existing deactivation methods was made in the course of searching for new ones. A new method of reducing the size of oilseeds was introduced in this research; it involved freezing the beans in cardice and milling them in a coffee grinder, the method was found to be a quick, efficient, and reliable. An application of the freezing technique was successful in dehulling soybeans and de-skinning peanut kernels. The literature on the solvent extraction, of oilseeds, especially castor, was reviewed: The survey covered processes, equipment, solvents, and mechanism of leaching. three solvents were experimentally investigated: cyclohexane, ethanol, and acetone. Extraction with liquid ammonia and liquid butane was not effective under the conditions studied. Based on the results of the research a process has been suggested for the direct solvent extraction of castor seeds, the various sections of the process have analysed, and the factors affecting the economics of the process were discussed.

Effect of contact surfaces on the thermal and photoxidation of dehydrated castor oil

The effect of stainless steel, glass, zirconium and titanium enamel surfaces on the thermal and photooxidative toughening mechanism of dehydrated castor oil films deposited on these surfaces was investigated using different analytical and spectroscopic methods. The conjugated and non-conjugated double bonds were identified and quantified using both Raman spectroscopy and 1D and 2D NMR spectroscopy. The disappearance of the double bonds in thermally oxidised oil-on-surface films was shown to be concomitant with the formation of hydroperoxides (determined by iodometric titration). The type of the surface had a major effect on the rate of thermal oxidation of the oil, but all of the surfaces examined had resulted in a significantly higher rate of oxidation compared to that of the neat oil. The highest effect was exhibited by the stainless steel surface followed by zirconium enamel, titanium enamel and glass. The rate of thermal oxidation of the oil-on-steel surface (at 100 °C, based on peroxide values) was more than five times faster than that of oil-on-glass and more than 21 times faster than the neat oil when compared under similar thermal oxidative conditions. The rate of photooxidation at 60 °C of oil-on-steel films was found to be about one and half times faster than their rate of thermal oxidation at the same temperature. Results from absorbance reflectance infrared microscopy with line scans taken across the depth of thermally oxidised oil-on-steel films suggest that the thermal oxidative toughening mechanism of the oil occurs by two different reaction pathways with the film outermost layers, i.e. furthest away from the steel surface, oxidising through a traditional free radical oxidation process involving the formation of various oxygenated products formed from the decomposition of allylic hydroperoxides, whereas, in the deeper layers closer to the steel surface, crosslinking reactions predominate.

Evaluation of mechanical properties of composite of pinhão with polyrethane derived from castor oil.

2016

Synthesis of new vegetable oil-based polymeric materials

A crescente procura de recursos fosseis a que se tem assistido nos ultimos anos, tem resultado num crescimento sem precedentes dos precos, com consequencias imprevisiveis e que levara, no espaco de decadas, ao seu inevitavel esgotamento. A procura de um modelo de desenvolvimento sustentavel, baseado em recursos renovaveis e o grande desafio que se coloca a civilizacao no seculo XXI. A biomassa vegetal, atraves das designadas gBio-refinarias h, e uma alternativa logica para a producao de produtos quimicos e de materiais mas tambem de combustiveis e energia. Os oleos vegetais constituem uma das fracoes da biomassa vegetal, cuja exploracao tem merecido redobrada atencao nos ultimos anos, como fonte de materiais e de combustiveis. Assim, a presente dissertacao tem por objetivo o desenvolvimento de novos materiais polimericos derivados de oleos vegetais, seguindo duas abordagens distintas, nomeadamente a preparacao de polimeros atraves de polimerizacao por etapas e polimerizacao em cadeia (Parte B e C, respetivamente). Em primeiro lugar, foram sintetizados poliesteres alifaticos de cadeia longa a partir de monomeros provenientes do oleo de colza (Capitulo III). A auto-metatese do acido erucico com catalisadores de rutenio, seguida de hidrogenacao da ligacao dupla, originou o acido 1,26-hexacosanodioico, que por sua vez foi convertido em hexacosano-1,26-diol. Subsequentemente, a policondensacao do acido ƒ¿,ƒÖ-dicarboxilico de cadeia longa com o hexacosano-1,26-diol originou o poliester 26,26. O diacido C26 foi tambem polimerizado com outros alcano-diois de cadeia curta, nomeadamente o dodecano-1,12-diol e o butano-1,2-diol, produzindo, respetivamente, os poliesteres 12,26 e 4,26. Estes poliesteres de fontes 100% renovaveis possuem valores de Mn na ordem dos 8-14 kDa e valores de PDI entre 2.1 e 2.7. As propriedades destes poliesteres alifaticos foram avaliadas atraves de varias tecnicas, revelando elevada cristalinidade (com uma estrutura cristalina como a do polietileno) e elevadas temperaturas de fusao (74-104 ‹C), cristalizacao (68-92 ‹C) e degradacao (323-386 ‹C). Em segundo lugar, foram sintetizados polimeros lineares termo-reversiveis a partir de derivados do oleo de ricinio (Capitulo IV). Para tal foram preparados monomeros que incorporam aneis furanicos inseridos atraves do acoplamento tiol-eno, e que posteriormente foram polimerizados pela reacao de Diels-Alder (DA) entre os grupos furano (dieno A) e estruturas complementares do tipo maleimida (dienofilo B). Para as polimerizacoes DA foram consideradas duas abordagens diferentes, nomeadamente (i) o uso de monomeros com dois aneis furanicos terminais em conjunto com uma bismaleimida (sistemas AA+BB) e (ii) a utilizacao de um monomero que incorpora ambos os grupos reativos, furano e maleimida, na sua estrutura (sistema AB). Este estudo demonstrou claramente que ambas as estratégias foram bem sucedidas embora com diferentes resultados em termos da natureza dos produtos obtidos. Estes polímeros lineares apresentam valores relativamente baixos de Tg (-40 to -2 °C) devido à natureza flexível dos grupos separadores das funções reativas, e de Mn (4.5-9.0 kDa) dada a observada tendência de ciclização associada a concentrações baixas de monómero. A aplicação da reação de retro-DA aos polímeros em causa confirmou o seu caráter reversível, ou seja, a possibilidade de promover, em condições controladas, a despolimerização com recuperação dos monómeros de partida. Esta particularidade abre caminhos para materiais macromoleculares originais com aplicações promissoras tais como auto-reparação e reciclabilidade. Em terceiro lugar, sintetizaram-se polímeros não-lineares termo-reversíveis a partir de derivados do óleo de ricínio (Capítulo V). Para tal foram preparados monómeros trifuncionais e posteriormente polimerizados através da reação de DA entre os grupos reativos complementares furano/maleimida. Foram consideradas três abordagens distintas para preparar estes polímeros não-lineares, nomeadamente através da utilização de (i) um monómero bisfurânico em combinação com uma trismaleimida (sistema A2+B3) e (ii) um monómero trisfurânico em conjunto com uma bismaleimida (sistema A3+B2) que originaram materiais ramificados ou reticulados, e ainda (iii) a utilização de monómeros assimetricamente substituídos do tipo A2B ou AB2 capazes de originar estruturas macromoleculares hiper-ramificadas. Todos os sistemas apresentaram valores de Tg perto de 0 °C, o que era de esperar para estes materiais não-lineares. A aplicação da reação de retro-DA comprovou mais uma vez o caráter termo-reversível das polimerizações em causa. Em quarto lugar e último lugar, foram preparados copolímeros de acetato de vinilo (VAc) com monómeros derivados de óleo de girassol (Capítulo VI). Ésteres vinílicos de ácidos gordos (FAVE) foram sintetizados por transvinilação dos ácidos oleico e linoleico com VAc catalisada por um complexo de irídio. Os monómeros vinílicos preparados foram caracterizados e posteriormente homopolimerizados e copolimerizados com VAc através do uso dos grupos vinílicos terminais como função inicial de polimerização. A variação do tipo e quantidade de monómero FAVE e da quantidade de iniciador radicalar originou copolímeros de VAc com valores de Mn na gama de 1.2-3.0 kDa e valores de Tg de -5 a 16 °C. Os copolímeros foram avaliados em testes de cura oxidativa através das insaturações nas suas cadeias alifáticas para formar materiais reticulados, e os resultados sugerem que eles podem ser sistemas efetivos de cura para aplicações como tintas, vernizes e outros tipos de revestimento. Todos os materiais poliméricos preparados ao longo deste trabalho constituem contribuições atrativas para a área dos polímeros oriundos de recursos renováveis e representam uma prova indiscutível de que os óleos vegetais são percursores promissores de materiais macromoleculares com potenciais aplicações.

ANALYSIS, MODIFICATION, AND EVALUATION OF THE COLD FLOW PROPERTIES OF VEGETABLE OILS AS BASE OIL FOR INDUSTRIAL LUBRICANTS

Poor cold flow properties of vegetable oils are a major problem preventing the usage of many abundantly available vegetable oils as base stocks for industrial lubricants. The major objective of this research is to improve the cold flow properties of vegetable oils by various techniques like additive addition and different chemical modification processes. Conventional procedure for determining pour point is ASTM D97 method. ASTM D97 method is time consuming and reproducibility of pour point temperatures is poor between laboratories. Differential Scanning Calorimetry (DSC) is a fast, accurate and reproducible method to analyze the thermal activities during cooling/heating of oil. In this work coconut oil has been chosen as representative vegetable oil for the analysis and improvement cold flow properties since it is abundantly available in the tropics and has a very high pour point of 24 °C. DSC is used for the analysis of unmodified and modified vegetable oil. The modified oils (with acceptable pour points) were then subjected to different tests for the valuation of important lubricant properties such as viscometric, tribological (friction and wear properties), oxidative and corrosion properties.A commercial polymethacrylate based PPD was added in different percentages and the pour points were determined in each case. Styrenated phenol(SP) was added in different concentration to coconut oil and each solution was subjected to ASTM D97 test and analysis by DSC. Refined coconut oil and other oils like castor oil, sunflower oil and keranja oil were mixed in different proportions and interesterification procedure was carried out. Interesterification of coconut oil with other vegetable oils was not found to be effective in lowering the pour point of coconut oil as the reduction attained was only to the extent of 2 to 3 °C.Chemical modification by acid catalysed condensation reaction with coconut oil castor oil mixture resulted in significant reduction of pour point (from 24 ºC to -3 ºC). Instead of using triacylglycerols, when their fatty acid derivatives (lauric acid- the major fatty acid content of coconut oil and oleic acid- the major fatty acid constituents of monoand poly- unsaturated vegetable oils like olive oil, sunflower oil etc.) were used for the synthesis , the pour point could be brought down to -42 ºC. FTIR and NMR spectroscopy confirmed the ester structure of the product which is fundamental to the biodegradability of vegetable oils. The tribological performance of the synthesised product with a suitable AW/EP additive was comparable to the commercial SAE20W30 oil. The viscometric properties (viscosity and viscosity index) were also (with out additives) comparable to commercial lubricants. The TGA experiment confirmed the better oxidative performance of the product compared to vegetable oils. The sample passed corrosion test as per ASTM D130 method.

Screening Botryosphaeria species for lipases: Production of lipase by Botryosphaeria ribis EC-01 grown on soybean oil and other carbon sources

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

A Review on the Challenges for Increased Production of Castor

Castor (Ricinus communis L.) is one of the oldest cultivated crops, but currently it represents only 0.15% of the vegetable oil produced in the world. Castor oil is of continuing importance to the global specialty chemical industry because it is the only commercial source of a hydroxylated fatty acid. Castor also has tremendous future potential as an industrial oilseed crop because of its high seed oil content (more than 480 g kg(-1)), unique fatty acid composition (900 g kg(-1) of ricinoleic acid), potentially high oil yields (1250-2500 L ha(-1)), and ability to be grown under drought and saline conditions. The scientific literature on castor has been generated by a relatively small global community of researchers over the past century. Much of this work was published in dozens of languages in journals that are not easily accessible to the scientific community. This review was conducted to provide a compilation of the most relevant historic research information and define the tremendous future potential of castor. The article was prepared by a group of 22 scientists from 16 institutions and eight countries. Topics discussed in this review include: (i) germplasm, genetics, breeding, biotic stresses, genome sequencing, and biotechnology; (ii) agronomic production practices, diseases, and abiotic stresses; (iii) management and reduction of toxins for the use of castor meal as both an animal feed and an organic fertilizer; (iv) future industrial uses of castor including renewable fuels; (v) world production, consumption, and prices; and (vi) potential and challenges for increased castor production.

Formation and stability of oil-in-water nanoemulsions containing rice bran oil: in vitro and in vivo assessments

Abstract Background Nanoemulsions have practical application in a multitude of commercial areas, such as the chemical, pharmaceutical and cosmetic industries. Cosmetic industries use rice bran oil in sunscreen formulations, anti ageing products and in treatments for skin diseases. The aim of this study was to create rice bran oil nanoemulsions using low energy emulsification methods and to evaluate their physical stability, irritation potential and moisturising activity on volunteers with normal and diseased skin types. Results The nanoemulsion developed by this phase diagram method was composed of 10% rice bran oil, 10% surfactants sorbitan oleate/PEG-30 castor oil, 0.05% antioxidant and 0.50% preservatives formulated in distilled water. The nanoemulsion was stable over the time course of this study. In vitro assays showed that this formulation has a low irritation potential, and when applied to human skin during in vivo studies, the nanoemulsion improved the skin's moisture and maintained normal skin pH values. Conclusion The results of irritation potential studies and in vivo assessments indicate that this nanoemulsion has potential to be a useful tool to treat skin diseases, such as atopic dermatitis and psoriasis.

New oil modified acrylic polymer for pH sensitive drug release:experimental results and statistical analysis

We report results of an experimental study, complemented by detailed statistical analysis of the experimental data, on the development of a more effective control method of drug delivery using a pH sensitive acrylic polymer. New copolymers based on acrylic acid and fatty acid are constructed from dodecyl castor oil and a tercopolymer based on methyl methacrylate, acrylic acid and acryl amide were prepared using this new approach. Water swelling characteristics of fatty acid, acrylic acid copolymer and tercopolymer respectively in acid and alkali solutions have been studied by a step-change method. The antibiotic drug cephalosporin and paracetamol have also been incorporated into the polymer blend through dissolution with the release of the antibiotic drug being evaluated in bacterial stain media and buffer solution. Our results show that the rate of release of paracetamol getss affected by the pH factor and also by the nature of polymer blend. Our experimental data have later been statistically analyzed to quantify the precise nature of polymer decay rates on the pH density of the relevant polymer solvents. The time evolution of the polymer decay rates indicate a marked transition from a linear to a strictly non-linear regime depending on the whether the chosen sample is a general copolymer (linear) or a tercopolymer (non-linear). Non-linear data extrapolation techniques have been used to make probabilistic predictions about the variation in weight percentages of retained polymers at all future times, thereby quantifying the degree of efficacy of the new method of drug delivery.

Mechanical and swelling properties of HTPB-based copolyurethane networks

Copolyurethanes of hydroxy terminated polybutadiene (HTPB) and ISRO–Polyol (ISPO), an indigenously developed castor-oil based polyol, have been prepared using toluene diiso-cyanate and hexamethylenediisocyanate. The mechanical strength and swelling characteristics of the copolyurethanes cured with trimethylol propane and triethanolamine have been studied to evolve improved solid propellant binders. By varying the ratios of the two hydroxy pre-polymers, chain extenders, and crosslinkers, copolyurethanes having a wide range of tensile strength and elongation could be obtained. Many of these systems are desirable for their use as propellant binders. The results have been explained in terms of the measured crosslink densities and other swelling properties. © 1993 John Wiley & Sons, Inc.

Redução de carga orgânica recalcitrante de efluente de indústria gráfica por reação de fenton

A Casa da Moeda do Brasil (CMB) é uma empresa nacional, com mais de 300 anos de experiência na produção de valores e impressos de segurança. A produção de cédulas, realizada pelo Departamento de Cédulas (DECED), consiste de três etapas de impressão, off-set, calografia e tipografia, seguida de acabamento e embalagem semi-automatizado. A impressão calcográfica consome solução de limpeza, composta de soda cáustica e óleo sulfonado, para limpeza do cilindro de impressão, gerando um efluente líquido saturado de tinta. Este efluente apresenta baixa biodegradabilidade, apresentando uma relação DBO / DQO de aproximadamente 1:4. Em termos de tratabilidade, as estações de tratamento de efluentes (ETE) apresentam uma configuração convencional, por via biológica, demonstram pouca eficiência na degradação da matéria orgânica deste efluente. Com compostos recalcitrantes, torna-se necessária a inclusão de uma etapa terciária que permita sua degradação por via química, permitindo o descarte do efluente com características menos danosas ao ambiente. Neste trabalho, aplicou-se a reação de Fenton no efluente do DECED por sua capacidade de converter a matéria orgânica em gás carbônico e água ou, caso seja utilizado em pré-tratamentos, torna-os biodegradáveis. Foram estudadas diferentes condições para medir a influência de diferentes parâmetros na eficiência da reação. A reação de Fenton consiste na geração de radicais hidroxil (HO), por diferentes rotas, em quantidades suficientes para a degradação de matéria orgânica. Esses radicais são gerados a partir de peróxido de hidrogênio (H2O2) em reações com diferentes precursores como ozônio (O3), luz UV (ultravioleta), ultra-som e sais de ferro. No presente trabalho restringiu-se às reações com sais de ferro. Dentre os resultados obtidos, verificou-se o tempo mínimo para reação em 10 minutos. A relação entre íons ferro e peróxido de hidrogênio é menor do que a literatura normalmente sugere, 1:2, contra 1:3. Como a solução de sulfato ferroso é muito instável, passando os íons ferrosos a férricos, utilizou-se a adição direta do sal. Em escala industrial, a solução de sulfato ferroso deve ser preparada em poucas quantidades para que tenha baixo tempo de estocagem, a fim de não ser degradada. A temperatura, na faixa estudada (de 20C à 45C), é um parâmetro que tem pouca influência, pois a redução da eficiência da reação foi pequena (de 99,0% para 94,9%). O ferro utilizado na reação não se demonstrou uma nova fonte de transtornos para o ambiente. Nas condições utilizadas, a concentração de ferro residual esteve próxima ao limite permitido pela legislação no efluente tratado, necessitando apenas de alguns ajustes para a correção do problema

Avaliação das propriedades físico-químicas do biodiesel de soja, algodão e mamona e da mistura de biodiesel de soja e algodão

Uma das maiores atividades humanas que gera impacto ao meio ambiente é o setor de transportes automotores, especialmente veículos que utilizam óleo diesel mineral como forma de combustível. Independente do conforto ou objetivos que levem a utilização deste tipo de transporte, estes produzem emissões que contém diversos tipos de poluentes atmosféricos. A substituição de óleo diesel mineral pelo biodiesel vegetal, vem se apresentando como uma alternativa para este setor, especialmente para o Brasil, que com base em sua imensa biodiversidade com plantas oleaginosas deverá se constituir em um dos maoires produtores mundiais de biodiesel vegetal. Este trabalho apresenta um estudo comparativo entre três tipos de oleaginosas (soja, algodão e mamona) e uma msitura binária v/v soja e algodão. Os resultados obtidos neste estudo foram comparados as especificações definidas pelas normas: Brasileira (RANP 07/2008), Européia (EN/14214) e Americana (ASTM D-6751). Entre todas as amostras estudadas, o óleo de mamona não atende algumas propiedades físico-químicas das normas em questão. As amostras de biodiesel de soja e algodão, individualmente e combinadas, com caracteristicas, aplicações, zoneamento agroclimático e sazonalidade de produção regionalmente diferente apresentam propiedades físico-químicas semelhantes, podendo ser considerada uma fonte renovavél de energia.

Avaliação Econômica do Biodiesel no Brasil: Investigando a Competitividade e Eficiência do Sistema Produtivo a partir da MAP.

O presente trabalho tem por finalidade realizar uma análise econômica dos possíveis impactos gerados na economia brasileira pelo Programa Nacional de Produção e Uso do Biodiesel (PNPB) e pela Lei N 11.097, que define percentuais mínimos obrigatórios de adição de biodiesel ao óleo diesel. Para atingir tal objetivo, apresenta-se uma avaliação econômica por meio do método de investigação conhecido como Matriz de Análise de Política (MAP). O emprego deste instrumental proporciona uma avaliação em termos de competitividade e eficiência do sistema de produção com base em um estudo comparativo da cadeia produtiva de biodiesel selecionando duas matérias-primas a soja e a mamona. Neste sentido, inicialmente investiga-se a cadeia produtiva do biodiesel no Brasil para diagnosticar as vantagens no que tange a escala de produção, a escolha de matérias-primas, bem como o custo de oportunidade, método de comercialização e distribuição e também a questão tributária. Os resultados da analise econômica revelaram que o emprego do óleo de soja para geração do biodiesel apresenta maior rentabilidade privada e social indicando ser mais competitivo e eficiente frente ao sistema produtivo que emprega o óleo de mamona. Os resultados da pesquisa evidenciando não apenas os aspectos econômicos como os sócio-ambientais favoráveis ao PNPB mostrando que o Brasil tem todas as condições para tornar-se um grande produtor de biodiesel.

Avaliação econômica do biodiesel no Brasil: investigando a competitividade e eficiência do sistema produtivo a partir da MAP

O presente trabalho realiza uma análise econômica dos possíveis impactos gerados na economia brasileira pelo Programa Nacional de Produção e Uso do Biodiesel (PNPB) e pela Lei N 11.097/2005, que define percentuais mínimos obrigatórios de adição de biodiesel ao óleo diesel. Para atingir tal objetivo, apresenta-se uma avaliação econômica por meio de um método de investigação conhecido como Matriz de Análise de Política (MAP). Este instrumental permite uma avaliação em termos de competitividade e eficiência do sistema produtivo de biodiesel com base em um estudo comparativo da cadeia produtiva de biodiesel selecionando duas matérias-primas a soja e a mamona. Neste sentido, inicialmente investiga-se a cadeia produtiva do biodiesel no Brasil para diagnosticar as vantagens no que tange a escala de produção, a escolha de matérias-primas, bem como o custo de oportunidade, método de comercialização e distribuição e também a questão tributária. Por fim são apresentados os resultados da pesquisa evidenciando que os dois sistemas são rentáveis, competitivos e eficientes, no entanto, maiores ganhos, em termos de uso dos recursos disponíveis e de custos de produção podem ser obtidos no sistema de produção do biodiesel a partir da soja. O lucro maior apresentado para a produção de biodiesel da soja permite confirmar a preferência por este sistema de produção dada sua maior rentabilidade.

STRUCTURE AND PROPERTIES OF AB CROSS-LINKED POLYMERS

Hydroxy-terminated oligomers, such as polyester, polyether, or castor oil, were reacted with toluene diisocyanate to form isocyanate-terminated prepolymers, which were then reacted with 2-hydroxyethyl acrylate to obtain vinyl-terminated prepolymer (VTP).