(Fettalkohol) – eines der wichtigsten Tenside

1. Was istFettalkohol

Fettalkohole sind aliphatische Alkohole mit Kohlenstoffketten aus 8 bis 22 Kohlenstoffatomen. Sie besitzen üblicherweise eine gerade Anzahl an Kohlenstoffatomen und eine Hydroxylgruppe am Ende der Kohlenstoffkette.

Sie gehören zu den Rohstoffen für Tenside in Waschmitteln und haben die allgemeine Formel ROH. Bei Alkoholen in Waschmittelqualität ist R üblicherweise ein Kohlenwasserstoffrest mit 12 bis 18 Kohlenstoffatomen. Solche hochkohlenstoffhaltigen Fettalkohole besitzen von Natur aus amphiphile Eigenschaften, d. h. ihre Moleküle enthalten sowohl hydrophobe Gruppen wie Kohlenwasserstoffketten als auch hydrophile Gruppen wie Hydroxylgruppen. Aufgrund ihrer sehr geringen Wasserlöslichkeit müssen jedoch hydrophile Gruppen hinzugefügt oder die Hydroxylgruppe in eine Sulfatgruppe umgewandelt werden. Erst wenn das hydrophil-lipophile Gleichgewicht den erforderlichen Wert erreicht, sodass das Fettalkoholderivat genügend hydrophile Gruppen aufweist, um sich in Wasser zu lösen und Aggregate (Mizellen) zu bilden, wirkt es als Tensid. Beispielsweise ist Dodecanol in Wasser unlöslich. Durch die Umwandlung in Natriumdodecylsulfat und die Einführung einer Sulfatgruppe (-SO₃) verbessert sich seine Wasserlöslichkeit.₃⁻Dadurch kann es in Wasser Mizellen bilden. Bei einer bestimmten Konzentration weist es eine ausgezeichnete Oberflächenaktivität auf. Diese Eigenschaft wurde genutzt, um mit Fettalkoholen als Rohstoffen eine Vielzahl von Tensiden mit herausragenden Eigenschaften herzustellen.

2. Der Entwicklungsprozess von Fettalkoholen

Fettalkohole wurden ursprünglich aus Walrat gewonnen. Die entstandenen Fettalkoholgemische bildeten nach Sulfonierung und Neutralisation Sulfate, die zu den ersten anionischen Tensiden zählten. Später wurden Kokosöl, Palmöl und Rindertalg, die relativ reichlich vorhanden sind, als Rohstoffe entwickelt und eingesetzt. Die durch Hydrolyse gewonnenen Fettsäuren wurden anschließend zu Alkoholen reduziert, die zusammenfassend als natürliche Fettalkohole bezeichnet werden. Mit der Entwicklung der petrochemischen Industrie wurden Fettalkohole, die aus Erdölprodukten hergestellt werden, als synthetische Fettalkohole bekannt. Zu den wichtigsten Verfahren zur Herstellung von Fettalkoholen gehören die Hochdruckhydrierung, das Ziegler-Verfahren und die Oxosynthese. Enthält eine Haarmaske ungesättigte Fettalkohole, kann sie das Haar reparieren und pflegen; die Zugabe von Fettalkoholen zu Lipgloss verbessert die Geschmeidigkeit des Produkts beim Auftragen.

3. Herstellungsverfahren für Fettalkohole

3.1Hochdruck-Hydrierungsverfahren

Fettalkohole werden durch Hochdruckhydrierung aus tierischen und pflanzlichen Ölen gewonnen. Industriell wird das Rohöl zunächst vorbehandelt und einer Alkoholyse (Umesterung) unterzogen, um es vor der Hydrierung in Fettsäuren umzuwandeln. Fettalkohole können auch durch direkte Hydrierung von Fettsäuren oder durch Hydrierung nach Veresterung hergestellt werden. Die direkte Hydrierung von Fettsäuren zu Fettalkoholen stellt hohe Anforderungen an die Anlagen.

Chemische Reaktionsgleichung für die Hydrierung von Fettsäuren zu Fettalkoholen:

RCOOH + 2H₂ → RCH₂OH + H₂O

Chemische Reaktionsgleichung für die Hydrierung von Fettsäureestern zu Fettalkoholen:

RCOOR′ + 2H₂ → RCH₂OH + R′OH

Das Hochdruckhydrierungsverfahren umfasst das Festbettverfahren und das Hängebettverfahren, deren grundlegende technologische Prozesse jedoch identisch sind.

3.2. Ziegler-Methode

Aus Ethylen als Rohstoff, das mit Trialkylaluminium reagiert, entstehen durch Kettenwachstum und Oxidation Aluminiumalkoxidverbindungen, aus denen dann durch Hydrolyse, Neutralisation und fraktionierte Destillation Fettalkohole gewonnen werden.

Dieses von K. Ziegler im Jahr 1954 erfundene Verfahren wurde 1962 von der Continental Oil Company in den USA erstmals kommerziell angewendet und diente der Herstellung von geradkettigen Alkoholen mit gerader Kohlenstoffanzahl. Die Hauptreaktionen dieses Herstellungsverfahrens umfassen die folgenden Schritte:

Herstellung von Triethylaluminium (Hydrierungs- und Additionsreaktion):

Al + H₂ + 2Al(C₂H₅)₃ → 3Al(C₂H₅)₂H

3Al(C₂H₅)₂H + 3C₂H₄ → 3Al(C₂H₅)₃

Herstellung von Alkylaluminium (Kettenwachstumsreaktion):

Al(C₂H₅)₃ + 3nC₂H₄ → R₃Al

Herstellung von Aluminiumalkoxid (Oxidationsreaktion):

R₃Al + O₂ → Al(OR)₃

Herstellung von Fettalkoholen (Hydrolysereaktion):

Al(OR)₃ + H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3ROH

or

Al(OR)₃ + H₂O → Al₂O₃ + 3ROH

3.3. Oxo-Synthese-Methode

Olefine, Kohlenmonoxid und Wasserstoff werden unter katalytischen Bedingungen und Druck zu Aldehyden synthetisiert. Der Aldehyd besitzt ein Kohlenstoffatom mehr als das Ausgangsolefin. Fettalkohole werden durch Hydrierung der Aldehyde gewonnen.

Diese Olefin-Hydroformylierungsreaktion (OXO-Reaktion) wurde 1938 von dem deutschen Chemiker O. Roelen entdeckt.

Die OXO-Reaktion verläuft wie folgt:

Hydroformylierungsreaktion

4. Anwendungen und Marktentwicklung von Fettalkoholprodukten

Hochwertige natürliche Fettalkohole dienen als Basisrohstoffe für Feinchemikalien wie Detergenzien, Tenside und Weichmacher. Aus ihnen werden Tausende von Feinchemikalien hergestellt, die in zahlreichen Branchen wie der chemischen Industrie, der Erdöl-, Metallurgie-, Textil-, Maschinenbau-, Bergbau-, Bau-, Kunststoff-, Gummi-, Leder-, Papier-, Transport-, Lebensmittel-, Medizin- und Gesundheitsindustrie, der Konsumgüterindustrie und der Landwirtschaft breite Anwendung finden.

Fettalkohole können zur Herstellung zahlreicher Derivate verwendet werden. Alkoholbasierte Tenside zählen seit den 1980er Jahren zu den am schnellsten wachsenden Tensidgruppen. Als aktive Waschmittelbestandteile zeichnen sie sich durch hervorragende Eigenschaften aus, darunter starke Waschkraft, gute Verträglichkeit, geringe Schaumbildung, leichte biologische Abbaubarkeit, Beständigkeit gegen hartes Wasser und gute Waschleistung bei niedrigen Wassertemperaturen. Sie ersetzen zunehmend lineare Alkylbenzolsulfonate (LAS) und Dodecylbenzolsulfonsäure und werden zu Waschmittelrohstoffen der dritten Generation. Zu den wichtigsten Produkten gehören AEO3 bis AEO9, die aus Fettalkoholen und Ethylenoxid synthetisiert werden und durch weitere Sulfonierung AES ergeben. Diese alkoholbasierten Tenside finden vielfältige Anwendung, erfreuen sich großer Marktnachfrage und sind eng mit dem Alltag und der Verbesserung der Lebensqualität verbunden. Sie bieten ein breites Marktpotenzial und eröffnen daher ein relativ großes Entwicklungsfeld für die Produktion von Fettalkoholen, insbesondere von natürlichen Fettalkoholen.

Kunststoffadditive sind Hilfsrohstoffe für die Kunststoffindustrie, und die Additivindustrie entwickelt sich parallel zu ihr. Die rasante Entwicklung der chinesischen Kunststoffindustrie ist bekannt. 1985 erreichte der weltweite Verbrauch verschiedener Kunststoffadditive 13 Millionen Tonnen, wobei Weichmacher zu den am häufigsten verwendeten Kunststoffadditiven zählen. Derzeit übersteigt die ausländische Produktionskapazität für Weichmacher 4,5 Millionen Tonnen, während Chinas Kapazität 500.000 Tonnen übersteigt. Dibutylphthalat (DBP) und Dioctylphthalat (DOP) machen den größten Anteil der Produktion aus. Neben Phthalsäureanhydrid sind Butanol und Octanol wichtige Rohstoffe für ihre Herstellung. China verbraucht derzeit jährlich über 300.000 Tonnen Butanol und Octanol für die Produktion dieser beiden Weichmacher. Butanol und Octanol besitzen jedoch relativ kurze Kohlenstoffketten, und die daraus hergestellten Weichmacher erfüllen nicht mehr die Anforderungen der Kunststoffindustrie hinsichtlich Hitzebeständigkeit, Witterungsbeständigkeit und elektrischer Isolation. Derzeit werden langkettige Fettalkohole wie C10-, C12-, C14-, C16- und C18-Alkohole als Ersatz für Butanol und Octanol erprobt. Diese ermöglichen die Herstellung von Kunststoffprodukten mit hervorragender Hitzebeständigkeit, Witterungsbeständigkeit und elektrischer Isolation und erweitern somit deren Anwendungsbereich. Die Anwendungsperspektiven langkettiger Fettalkohole in der Kunststoffweichmacherindustrie sind daher vielversprechend.

Natürliche Fettalkohole bieten in alltäglichen chemischen Anwendungen mehr Vorteile als synthetische Alkohole. Selbst bei identischen physikalischen und chemischen Qualitätsindikatoren bevorzugen Verbraucher natürliche Alkohole – ein Trend, der sich immer stärker durchsetzt. Daher sind natürliche Fettalkohole ideale Rohstoffe für die Kosmetikindustrie, beispielsweise für die Herstellung von Flüssig- und Salbenseifen, Zahnpasten und Kosmetikemulsionen.