(الكحول الدهني) - أحد المكونات الأساسية للمواد الخافضة للتوتر السطحي

1. ما هوالكحول الدهني

الكحولات الدهنية هي كحولات أليفاتية ذات سلاسل كربونية تتراوح بين 8 و22 ذرة كربون. عادةً ما تحتوي الكحولات الدهنية على عدد زوجي من ذرات الكربون ومجموعة هيدروكسيل متصلة بنهاية السلسلة الكربونية.

تُعدّ الكحولات الدهنية من المواد الخام الأساسية للمواد الفعالة سطحياً المستخدمة في المنظفات، وصيغتها العامة ROH. في الكحولات المستخدمة في المنظفات، يُمثل R عادةً مجموعة هيدروكربونية تتراوح ذرات الكربون فيها بين 12 و18 ذرة. تتميز هذه الكحولات الدهنية عالية الكربون بخواصها الأمفيبية، أي أن جزيئاتها تحتوي على مجموعات كارهة للماء، مثل سلاسل الهيدروكربون، ومجموعات محبة للماء، مثل مجموعات الهيدروكسيل. ونظرًا لانخفاض ذوبانها في الماء، فمن الضروري إضافة مجموعات محبة للماء أو تحويل مجموعة الهيدروكسيل إلى مجموعة كبريتات. وعندما يصل توازن الخصائص المحبة للماء والكارهة للماء إلى المستوى المطلوب، بحيث يكتسب مشتق الكحول الدهني عددًا كافيًا من المجموعات المحبة للماء ليذوب في الماء ويُشكّل تجمعات (مذيلات)، فإنه يعمل كمادة فعالة سطحياً. على سبيل المثال، الدوديكانول غير قابل للذوبان في الماء، ولكن عند تحويله إلى دوديسيل كبريتات الصوديوم، تتحسن قابليته للذوبان في الماء نتيجةً لإضافة مجموعة كبريتات (-SO₄²⁻).₃⁻مما يُمكّنه من تكوين المذيلات في الماء. وعند تركيز معين، يُظهر نشاطًا سطحيًا ممتازًا. وباستغلال هذه الخاصية، تم إنتاج مجموعة متنوعة من المواد الفعالة سطحيًا ذات الأداء المتميز باستخدام الكحولات الدهنية كمواد خام.

2. عملية تكوين الكحولات الدهنية

كانت الكحولات الدهنية تُنتَج في البداية من فطر العنبر. بعد عملية السلفنة والتعادل، كانت الكحولات الدهنية المختلطة الناتجة تُشكِّل الكبريتات، التي كانت من أوائل المنظفات الأنيونية. لاحقًا، تم تطوير زيت جوز الهند وزيت النخيل وشحم البقر، وهي مصادر وفيرة نسبيًا، واستُخدمت كمواد خام. ثم اختُزِلت الأحماض الدهنية المُستخلصة من خلال التحلل المائي إلى كحولات، تُعرف مجتمعةً بالكحولات الدهنية الطبيعية. مع تطور صناعة البتروكيماويات، أصبحت الكحولات الدهنية المُنتَجة باستخدام المنتجات البترولية كمواد خام تُعرف بالكحولات الدهنية الاصطناعية. تشمل الطرق المهمة نسبيًا لإنتاج الكحولات الدهنية الهدرجة عالية الضغط، وعملية زيغلر، وعملية التخليق الأكسو. إذا احتوى قناع الشعر على كحولات دهنية غير مشبعة، فإنه يُصلح الشعر ويُغذيه؛ كما أن إضافة الكحولات الدهنية إلى مُلمِّع الشفاه يُحسِّن نعومة المنتج أثناء الاستخدام.

3. طريقة إنتاج الكحولات الدهنية

3.1طريقة الهدرجة بالضغط العالي

تُستخلص الكحولات الدهنية من خلال الهدرجة تحت ضغط عالٍ باستخدام الزيوت الحيوانية والنباتية كمواد خام. صناعيًا، يُعالج الزيت الخام أولًا ثم يُخضع لعملية التحلل الكحولي (أي التبادل الإستري) لتحويله إلى أحماض دهنية قبل الهدرجة. كما يمكن إنتاج الكحولات الدهنية عن طريق الهدرجة المباشرة للأحماض الدهنية أو الهدرجة بعد عملية التبادل الإستري. وتتطلب الهدرجة المباشرة للأحماض الدهنية لإنتاج الكحولات الدهنية معدات ذات متطلبات مادية عالية.

معادلة التفاعل الكيميائي لهدرجة الأحماض الدهنية إلى كحولات دهنية:

RCOOH + 2H₂ → RCH₂OH + H₂O

معادلة التفاعل الكيميائي لهدرجة إسترات الأحماض الدهنية إلى كحولات دهنية:

RCOOR′ + 2H₂ → RCH₂OH + R′OH

تتضمن طريقة الهدرجة عالية الضغط عملية الطبقة الثابتة وعملية الطبقة المعلقة، لكن عملياتها التكنولوجية الأساسية متطابقة.

3.2. طريقة زيغلر

باستخدام الإيثيلين كمادة خام للتفاعل مع ثلاثي ألكيل الألومنيوم، يتم إنتاج مركبات ألكوكسيد الألومنيوم من خلال نمو السلسلة والأكسدة، ثم يتم الحصول على الكحولات الدهنية عن طريق التحلل المائي والتعادل والتقطير التجزيئي.

ابتكر ك. زيغلر هذه الطريقة عام 1954، وطُبقت تجاريًا لأول مرة من قبل شركة كونتيننتال أويل الأمريكية عام 1962، لإنتاج كحولات ذات سلاسل مستقيمة وعدد زوجي من ذرات الكربون. تتضمن التفاعلات الرئيسية لهذه الطريقة الإنتاجية الخطوات التالية:

تحضير ثلاثي إيثيل الألومنيوم (تفاعل الهدرجة والإضافة):

آل + H₂ + 2Al(C₂H₅)₃ → 3Al(C₂H₅)₂H

3Al(C₂H₅)₂H + 3C₂H₄ → 3Al(C₂H₅)₃

تحضير ألكيل الألومنيوم (تفاعل نمو السلسلة):

آل(C₂H₅)₃ + 3nC₂H₄ → R₃Al

تحضير ألكوكسيد الألومنيوم (تفاعل الأكسدة):

R₃Al + O₂ → Al(OR)₃

تحضير الكحولات الدهنية (تفاعل التحلل المائي):

Al(OR)₃ + H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3ROH

or

Al(OR)₃ + H₂O → Al₂O₃ + 3ROH

3.3. طريقة التخليق الأكسو

تُصنّع الأوليفينات وأول أكسيد الكربون والهيدروجين إلى ألدهيدات في وجود عامل حفاز وتحت ضغط عالٍ. يحتوي الألدهيد الناتج على ذرة كربون إضافية مقارنةً بالأوليفين الخام. تُحضّر الكحولات الدهنية عن طريق هدرجة الألدهيدات.

تم اكتشاف تفاعل الهيدروفورميليشن للأوليفين (تفاعل OXO) بواسطة الكيميائي الألماني O. Roelen في عام 1938.

يكون تفاعل الأكسو كما يلي:

تفاعل الهيدروفورميليشن

4. تطبيقات وتطوير سوق منتجات الكحول الدهني

تُعدّ الكحولات الدهنية الطبيعية عالية الجودة مواد خام أساسية للمنتجات الكيميائية الدقيقة، مثل المنظفات والمواد الخافضة للتوتر السطحي وملدنات البلاستيك. وتُصنع منها آلاف المنتجات الكيميائية الدقيقة، التي تُستخدم على نطاق واسع في قطاعات تشمل الصناعات الكيميائية، والبترول، والمعادن، والمنسوجات، والآلات، والتعدين، والبناء، والبلاستيك، والمطاط، والجلود، وصناعة الورق، والنقل، والأغذية، والأدوية، والصحة، والصناعات الكيميائية اليومية، والزراعة.

يمكن استخدام الكحولات الدهنية لإنتاج العديد من المشتقات. وقد مثّلت المواد الخافضة للتوتر السطحي الكحولية أسرع فئات المواد الخافضة للتوتر السطحي نموًا منذ ثمانينيات القرن الماضي. وباعتبارها مكونات فعّالة في المنظفات، تتميز هذه المواد بخصائص ممتازة، تشمل قوة التنظيف العالية، والتوافق الجيد، وانخفاض الرغوة، وسهولة التحلل البيولوجي، ومقاومة الماء العسر، وأداء الغسيل الجيد في الماء البارد. وهي تحل تدريجيًا محل سلفونات ألكيل بنزين الخطية (LAS) وحمض دوديسيل بنزين سلفونيك لتصبح الجيل الثالث من المواد الخام للمنظفات. ومن أبرز هذه المنتجات AEO3 إلى AEO9، المُصنّعة من الكحولات الدهنية وأكسيد الإيثيلين، والتي يمكن سلفنتها لاحقًا لإنتاج AES. تتمتع هذه المواد الخافضة للتوتر السطحي الكحولية بنطاق واسع من التطبيقات وطلب سوقي كبير، وترتبط ارتباطًا وثيقًا بالحياة اليومية وتحسين جودة المعيشة، كما أنها تتمتع بأسواق فعلية ومحتملة واسعة. ولذلك، فهي توفر مجالًا واسعًا نسبيًا لتطوير إنتاج الكحولات الدهنية، وخاصة الكحولات الدهنية الطبيعية.

تُعدّ إضافات البلاستيك مواد خام مساعدة لصناعة البلاستيك، وتتطور صناعة الإضافات بالتوازي مع صناعة البلاستيك. ويُعرف التطور السريع لصناعة البلاستيك في الصين. ففي عام 1985، بلغ الاستهلاك العالمي لمختلف إضافات البلاستيك 13 مليون طن، وتُعدّ الملدنات من بين أكثر إضافات البلاستيك استخدامًا. حاليًا، تجاوزت الطاقة الإنتاجية الأجنبية للملدنات 4.5 مليون طن، بينما تجاوزت الطاقة الإنتاجية الصينية 500 ألف طن. ومن بين الملدنات، يُشكّل فثالات ثنائي البوتيل (DBP) وفثالات ثنائي الأوكتيل (DOP) حصة كبيرة من الإنتاج. وإلى جانب أنهيدريد الفثاليك، يُعدّ البيوتانول والأوكتانول أيضًا من المواد الخام الأساسية في إنتاجهما. وتستهلك الصين حاليًا أكثر من 300 ألف طن من البيوتانول والأوكتانول سنويًا لإنتاج هذين الملدنين. مع ذلك، يتميز البيوتانول والأوكتانول بسلاسل كربونية قصيرة نسبيًا، ولم تعد الملدنات المُنتجة منهما قادرة على تلبية احتياجات صناعة معالجة البلاستيك من حيث مقاومة الحرارة والعوامل الجوية والعزل الكهربائي. حاليًا، تُجرى اختبارات على كحولات دهنية طويلة السلسلة، مثل كحولات C10 وC12 وC14 وC16 وC18، كبديل للبيوتانول والأوكتانول، إذ تُنتج هذه الكحولات منتجات بلاستيكية ذات مقاومة ممتازة للحرارة والعوامل الجوية والعزل الكهربائي، مما يُوسع نطاق استخدامات البلاستيك. لذا، فإن آفاق استخدام الكحولات الدهنية طويلة السلسلة في صناعة الملدنات البلاستيكية واعدة للغاية.

تتمتع الكحولات الدهنية الطبيعية بمزايا أكثر من الكحولات الاصطناعية في التطبيقات الكيميائية اليومية. فعلى الرغم من تطابق مؤشرات الجودة الفيزيائية والكيميائية لكليهما، إلا أن المستهلكين يفضلون الكحولات الطبيعية، وهو ما أصبح توجهاً سائداً نحو المنتجات الصديقة للبيئة. ولذلك، تُعد الكحولات الدهنية الطبيعية مواد خام مثالية في صناعة مستحضرات التجميل لإنتاج منتجات مثل الصابون السائل والمراهم، ومعاجين الأسنان، ومستحلبات التجميل.