(Fedtalkohol) – et af kerneelementerne i overfladeaktive stoffer

1. Hvad erfedtalkohol

Fedtalkoholer er alifatiske alkoholer med kulstofkæder på 8 til 22 kulstofatomer. Fedtalkoholer har normalt et lige antal kulstofatomer og en hydroxylgruppe bundet til enden af ​​kulstofkæden.

De er et af råmaterialerne til overfladeaktive stoffer, der anvendes i vaskemidler, med den generelle formel ROH. For alkoholer af vaskemiddelkvalitet er R generelt en kulbrintegruppe fra C12 til C18. Sådanne fedtalkoholer med højt kulstofindhold har i sagens natur amfifile egenskaber, hvilket betyder, at deres molekyler indeholder både hydrofobe grupper, såsom kulbrintekæder, og hydrofile grupper, såsom hydroxylgrupper. På grund af deres meget lave opløselighed i vand er det dog nødvendigt at tilføje hydrofile grupper eller omdanne hydroxylgruppen til en sulfatgruppe. Først når den hydrofil-lipofile balanceværdi når det krævede niveau, således at fedtalkoholderivatet får tilstrækkelige hydrofile grupper til at opløses i vand og danne aggregater (miceller), fungerer fedtalkoholderivatet som et overfladeaktivt stof. For eksempel er dodecanol uopløseligt i vand, men når det omdannes til natriumdodecylsulfat, forbedres dets vandopløselighed på grund af introduktionen af ​​en sulfatgruppe (-SO₃⁻), hvilket gør det muligt at danne miceller i vand. Ved en bestemt koncentration udviser det fremragende overfladeaktivitet. Ved at udnytte denne egenskab har man produceret en række overfladeaktive stoffer med enestående ydeevne ved hjælp af fedtalkoholer som råmaterialer.

2. Udviklingsprocessen for fedtalkoholer

Fedtalkoholer blev oprindeligt produceret fra spermacet. De resulterende blandede fedtalkoholer dannede efter sulfonering og neutralisering sulfater, som var et af de tidligste anioniske detergenter. Senere blev kokosolie, palmeolie og oksetalg, som er relativt rigelige kilder, udviklet og brugt som råmaterialer. De fedtsyrer, der blev opnået ved hydrolyse, blev derefter reduceret til alkoholer, der samlet set betegnes som naturlige fedtalkoholer. Efter udviklingen af ​​den petrokemiske industri blev fedtalkoholer produceret ved hjælp af olieprodukter som råmaterialer kendt som syntetiske fedtalkoholer. Relativt vigtige metoder til produktion af fedtalkoholer omfatter højtrykshydrogenering, Ziegler-processen og oxo-synteseprocessen. Hvis en hårmaske indeholder umættede fedtalkoholer, kan den reparere og nære håret; tilsætning af fedtalkoholer til lipgloss forbedrer produktets glathed under påføring.

3. Produktionsmetode for fedtalkoholer

3.1Højtrykshydrogeneringsmetode

Fedtalkoholer udvindes ved højtrykshydrogenering ved brug af animalske og vegetabilske olier som råmaterialer. Industrielt forbehandles råolien først og underkastes alkoholyse (dvs. transesterificering) for at omdanne den til fedtsyrer før hydrogenering. Fedtalkoholer kan også produceres ved direkte hydrogenering af fedtsyrer eller hydrogenering efter esterificering. Direkte hydrogenering af fedtsyrer for at producere fedtalkoholer stiller høje krav til udstyret.

Kemisk reaktionsligning for hydrogenering af fedtsyrer til fedtalkoholer:

RCOOH + 2H₂ → RCH₂OH + H₂O

Kemisk reaktionsligning for hydrogenering af fedtsyreestere til fedtalkoholer:

RCOOR′ + 2H₂ → RCH₂OH + R′OH

Højtrykshydrogeneringsmetoden omfatter en fast lejeproces og en suspenderet lejeproces, men deres grundlæggende teknologiske processer er identiske.

3.2. Ziegler-metoden

Ved at bruge ethylen som råmateriale til at reagere med trialkylaluminium produceres aluminiumalkoxidforbindelser gennem kædevækst og oxidation, og derefter opnås fedtalkoholer via hydrolyse, neutralisering og fraktioneret destillation.

Denne metode, der blev opfundet af K. Ziegler i 1954, blev først kommercielt anvendt af Continental Oil Company i USA i 1962, hvor den producerede ligekædede alkoholer med lige kulstofatomer. De vigtigste reaktioner i denne produktionsmetode omfatter følgende trin:

Fremstilling af triethylaluminium (hydrogenering og additionsreaktion):

Al + H2 + 2Al(C2H5)3 → 3Al(C2H5)2H

3Al(C2H5)2H + 3C2H4 → 3Al(C2H5)3

Fremstilling af alkylaluminium (kædevækstreaktion):

Al(C2H5)3 + 3nC2H4 → R3Al

Fremstilling af aluminiumalkoxid (oxidationsreaktion):

R₃Al + O₂ → Al(OR)₃

Fremstilling af fedtalkoholer (hydrolysereaktion):

Al(OR)₃ + H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3ROH

or

Al(OR)₃ + H₂O → Al₂O₃ + 3ROH

3.3. Oxo-syntesemetode

Olefiner, kulilte og hydrogen syntetiseres til aldehyder under katalysator- og trykforhold. Aldehydet har et kulstofatom mere end den rå olefin. Fedtalkoholer opnås ved hydrogenering af aldehyderne.

Denne olefinhydroformyleringsreaktion (OXO-reaktion) blev opdaget af den tyske kemiker O. Roelen i 1938.

OXO-reaktionen er som følger:

Hydroformyleringsreaktion

4. Anvendelser og markedsudvikling af fedtalkoholprodukter

Naturlige fedtalkoholer af høj kvalitet fungerer som grundlæggende råmaterialer til finkemiske produkter såsom vaskemidler, overfladeaktive stoffer og plastblødgørere. Tusindvis af finkemiske produkter fremstilles af dem, og de anvendes i vid udstrækning i sektorer som kemisk industri, olieindustrien, metallurgi, tekstiler, maskiner, minedrift, byggeri, plast, gummi, læder, papirfremstilling, transport, fødevarer, medicin og sundhed, daglig kemisk industri og landbrug.

Fedtalkoholer kan bruges til at producere adskillige derivater. Alkoholbaserede overfladeaktive stoffer har været den hurtigst voksende kategori blandt alle typer overfladeaktive stoffer siden 1980'erne. Som aktive ingredienser i vaskemidler har de fremragende egenskaber, herunder stærk vaskeevne, god kompatibilitet, lavt skummende egenskaber, let bionedbrydelighed, modstandsdygtighed over for hårdt vand og god vaskeevne i vand ved lav temperatur. De erstatter gradvist lineære alkylbenzensulfonater (LAS) og dodecylbenzensulfonsyre og bliver tredjegenerations råmaterialer til vaskemidler. De mest repræsentative produkter her omfatter AEO3 til AEO9 syntetiseret fra fedtalkoholer og ethylenoxid, som kan sulfoneres yderligere for at producere AES. Disse alkoholbaserede overfladeaktive stoffer har en bred vifte af anvendelser og stor markedsefterspørgsel, er tæt forbundet med dagligdagen og forbedring af levekvaliteten og kan prale af brede faktiske og potentielle markeder. Derfor giver de et relativt stort udviklingsrum til produktion af fedtalkoholer, især naturlige fedtalkoholer.

Plasttilsætningsstoffer er hjælperåvarer til plastindustrien, og tilsætningsindustrien udvikler sig sideløbende med plastindustrien. Den hurtige udvikling af Kinas plastindustri er velkendt. I 1985 nåede det globale forbrug af forskellige plasttilsætningsstoffer 13 millioner tons, og blødgørere er blandt de mest anvendte plasttilsætningsstoffer. I øjeblikket har den udenlandske produktionskapacitet af blødgørere oversteget 4,5 millioner tons, mens Kinas kapacitet har oversteget 500.000 tons. Blandt blødgørere tegner dibutylphthalat (DBP) og dioctylphthalat (DOP) sig for en stor del af produktionen. Udover phthalsyreanhydrid er butanol og octanol også vigtige råvarer i deres produktion. I øjeblikket forbruger Kina mere end 300.000 tons butanol og octanol årligt til at producere disse to blødgørere. Butanol og octanol har dog relativt korte kulstofkæder, og blødgørere produceret af dem kan ikke længere opfylde plastforarbejdningsindustriens udviklingsbehov med hensyn til varmebestandighed, vejrbestandighed og elektrisk isolering. I øjeblikket testes langkædede fedtalkoholer såsom C10-, C12-, C14-, C16- og C18-alkoholer for at erstatte butanol og oktanol, hvilket kan producere plastprodukter med fremragende varmebestandighed, vejrbestandighed og elektrisk isolering og dermed udvide anvendelsesmulighederne for plast. Derfor er anvendelsesmulighederne for langkædede fedtalkoholer i plastblødgørerindustrien ret lovende.

Naturlige fedtalkoholer har flere fordele end syntetiske alkoholer i daglige kemiske anvendelser. Selv om deres fysiske og kemiske kvalitetsindikatorer er identiske, foretrækker forbrugerne stadig naturlige alkoholer, hvilket er blevet en fremherskende "grøn" trend. Derfor er naturlige fedtalkoholer ideelle råmaterialer i kosmetikindustrien til produktion af produkter som flydende sæber og salvesæber, tandpastaer og kosmetiske emulsioner.