사람들이 처음 대두 지방산 작업을 시작할 때 묻는 일반적인 질문은 다양한 등급이 서로 다른 온도에서 경화되는지 여부입니다. 대답은 '예'입니다.-그 이유는 실제로 매우 간단합니다. 식용유를 냉장고에 넣으면 어떤 일이 일어나는지 생각해 보세요. 식용유가 걸쭉해지기 시작하고 어쩌면 약간 하얗게 변할 수도 있습니다. 산업용 대두 지방산은 비슷한 방식으로 작용하지만 그 뒤에 있는 화학적 성질은 좀 더 정확합니다.
대두 지방산의 모든 배치에는 요오드 값, 즉 줄여서 IV라는 핵심 숫자가 있습니다. 일종의 '부드러움 지수'라고 생각하시면 됩니다. IV가 높을수록 지방산의 불포화도가 높아집니다. 분자적 측면에서 이는 분자 사슬에 더 많은 이중 결합과 더 많은 "꼬임"이 있음을 의미합니다. IV가 낮을수록 체인이 더 직선입니다.
세 가지 일반적인 등급인 IV120, IV130, IV140을 예로 들어 보겠습니다. 숫자가 낮은 것-IV120-이 더 쉽게 경화됩니다. 온도가 약 28도 이하로 떨어지면 두꺼워지거나 심지어 굳기 시작합니다. IV130은 약 23도까지 액체 상태를 유지하고 IV140은 약 18도까지 액체를 유지합니다. 따라서 IV가 높을수록 응고되는 데 걸리는 온도가 낮아집니다. 즉, IV가 높은 지방산은 동결에 더 강합니다.
그런 일이 일어나는 이유는 다음과 같습니다. 각 지방산 분자를 막대기로 상상해 보십시오. 일부 막대기는 직선입니다. 다른 사람들은 구부러져 있습니다. 직선 막대가 여러 개 있으면 마치 군인들이 대열을 이루고 서 있는 것처럼 가지런히 정렬될 수 있습니다. 차가워지면 촘촘하게 뭉쳐서 견고한 구조를 이룬다. 하지만 막대기가 구부러지거나 비틀어지면 아무리 애를 써도 깔끔하게 끼워질 수 없습니다. 여기에는 항상 틈이 있고 저기에는 굴곡이 있습니다. 추운 날씨에도 질서정연한 패턴으로 자리잡지 못해 액체 상태를 유지합니다.
이러한 구부러진 분자는 화학자들이 이중 결합이라고 부르는 것에서 나옵니다.{0}}이것은 올레산, 리놀레산, 리놀렌산과 같은 불포화 지방산의 특징입니다. 이러한 이중 결합은 사슬에 꼬임을 만들어 분자가 고체로 쌓이는 것을 방지합니다. 따라서 우리가 지방산의 요오드 값이 높다고 말할 때, 우리가 실제로 말하는 것은 그 분자가 "구부러져" 정렬에 문제가 있다는 것입니다.
이제 이를 다시 현실 세계에 연결해 보겠습니다. 윤활유, 가소제 또는 방청유-와 같은 산업용 재료를 만드는 경우 추운 날씨에도 유동성을 유지하기를 원합니다. 오일이 너무 일찍 걸쭉해지면 기계가 멈추거나 코팅이 제대로 퍼지지 않게 됩니다. 이러한 경우 엔지니어는 IV130 또는 IV140과 같은 더 높은-IV 재료를 선택합니다. 그러나 비누 베이스, 수지 또는 하드 코팅과 같이 단단히 고정되는 제품이 필요한 경우에는 IV120과 같이 더 쉽게 결정화될 수 있는 낮은-IV 재료가 필요할 것입니다. 선택은 주어진 온도에서 제품이 수행해야 하는 작업에 따라 달라집니다.
요오드 값 자체는 오일이 얼마나 많은 이중 결합과 반응할 수 있는지를 나타내는 척도일 뿐입니다. 테스트에는 샘플에 요오드를 추가하는 작업이 포함됩니다. 요오드는 이중결합과 반응한다. 지방산이 더 많은 요오드를 흡수할수록 이중 결합이 많아지고 IV도 높아집니다. 이것이 바로 IV가 단순한 숫자가 아니라-분자 구조를 반영한다고 말할 수 있는 이유입니다.
우리는 온도와 분자 운동의 렌즈를 통해서도 이것을 이해할 수 있습니다. 물질이 따뜻할 때 분자는 빠르게 움직이고 서로 떨어져 있습니다. 냉각되면서 움직임이 느려지고 직선형 분자가 밀접하게 정렬되어 결정을 형성할 수 있습니다. 구부러진 분자는 그렇게 할 수 없습니다. 이는 물에 알코올이나 설탕을 첨가하는 것과 비슷합니다.{4}}이러한 추가 분자는 물이 얼면서 얼음으로 변하는 것을 방해합니다. 지방산의 이중 결합은 이러한 "교란자"처럼 작용하여 고체 형성을 방지합니다.
우리 연구실에서는 동일한 조건에서 세 가지 샘플을 비교한 적이 있습니다. IV120 지방산은 25도 부근에서 흐려지기 시작했습니다. IV130은 조금 더 오래 투명함을 유지했지만 몇도 더 낮아지면서 두꺼워지기 시작했습니다. IV140은 15도에서도 투명하고 유동적이었습니다. 우리는 IV140 샘플이 한겨울에도 여전히 반팔을 입고 있는 중국 남부의 누군가와 같다고 농담했습니다.{10}}그냥 얼어붙기를 거부했습니다.
공업용 대두 지방산은 콩에서 직접 압착되지 않습니다. 가수분해, 증류, 분별과 같은 화학적 단계를 통해 정제되고 분리됩니다. 이러한 공정은 천연 대두유를 다양한 지방산 성분으로 분리하고 온도, 진공 및 분리 조건을 조정하여 제조업체는 특정 IV 범위를 목표로 삼을 수 있습니다. 예를 들어, IV130 지방산을 만들려면 불포화 분자와 포화 분자의 적절한 혼합을 얻기 위해{4}}세밀한 조정이 필요합니다.
몇 년 전, 윤활유가 보관 중에 뭉쳐져 있다고 불평하는 고객이 있었습니다. 테스트 후, 우리는 그들의 물질의 IV가 122라는 것을 발견했습니다. 이전 배치의 IV는 135였습니다. 그 13포인트 차이는 작게 들릴 수도 있지만 실제 사용에서는 오일이 겨울에 굳기 시작했음을 의미합니다. 드럼 바닥에 흰색 결정이 형성되고 그 위에 액체 오일 층이 떠 있습니다. IV135로 다시 전환한 후에는 문제가 완전히 사라졌습니다. 이는 이러한 물질이 분자 구조에 얼마나 민감한지를 보여줍니다.
그 핵심은 지방산의 경화 여부는 분자가 어떻게 만들어지고 얼마나 깔끔하게 결합될 수 있는지에 달려 있습니다. 직선 체인은 쉽게 포장되고 일찍 동결됩니다. 구부러진 체인은 정렬에 저항하고 액체를 유지합니다. 구조, 온도, 움직임에 관한 간단한 이야기입니다.
따라서 다음에 사양 시트에서 IV120, IV130 또는 IV140을 볼 때 이것이 단순한 숫자가 아니라는 점을 기억하십시오. 이는 오일의 "개성"에 대한 일종의 약칭입니다. 낮은-IV 재료는 직선적이고 질서정연하며-단단해지는 것을 좋아합니다. IV가 높은-IV는 구부러지고 유연하며-유동성을 유지하는 것을 선호합니다. 산업 화학의 세계에서는 요오드 값의 작은 차이가 전체 제품 라인의 운명을 결정할 수 있습니다.
