(Λιπαρή αλκοόλη) – ένα από τα βασικά μέλη των επιφανειοδραστικών ουσιών

1. Τι είναιλιπαρό αλκοόλ

Οι λιπαρές αλκοόλες είναι αλειφατικές αλκοόλες με αλυσίδες άνθρακα από 8 έως 22 άτομα άνθρακα. Οι λιπαρές αλκοόλες συνήθως έχουν ζυγό αριθμό ατόμων άνθρακα και μια ομάδα υδροξυλίου συνδεδεμένη στο άκρο της αλυσίδας άνθρακα.

Αποτελούν μία από τις πρώτες ύλες για επιφανειοδραστικές ουσίες που χρησιμοποιούνται σε απορρυπαντικά, με τον γενικό τύπο ROH. Για τις αλκοόλες ποιότητας απορρυπαντικού, το R είναι γενικά μια υδρογονανθρακική ομάδα C12 έως C18. Τέτοιες λιπαρές αλκοόλες υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα διαθέτουν εγγενώς αμφιφιλικές ιδιότητες, που σημαίνει ότι τα μόριά τους περιέχουν τόσο υδρόφοβες ομάδες όπως αλυσίδες υδρογονανθράκων όσο και υδρόφιλες ομάδες όπως υδροξυλομάδες. Ωστόσο, λόγω της πολύ χαμηλής διαλυτότητάς τους στο νερό, είναι απαραίτητο να προστεθούν υδρόφιλες ομάδες ή να μετατραπεί η υδροξυλομάδα σε θειική ομάδα. Μόνο όταν η τιμή ισορροπίας υδρόφιλων-λιπόφιλων φτάσει στο απαιτούμενο επίπεδο, έτσι ώστε το παράγωγο λιπαρής αλκοόλης να αποκτήσει επαρκείς υδρόφιλες ομάδες για να διαλυθεί στο νερό και να σχηματίσει συσσωματώματα (μικκύλια), το παράγωγο λιπαρής αλκοόλης δρα ως επιφανειοδραστικό. Για παράδειγμα, η δωδεκανόλη είναι αδιάλυτη στο νερό, αλλά όταν μετατρέπεται σε δωδεκυλοθειικό νάτριο, η διαλυτότητά της στο νερό βελτιώνεται λόγω της εισαγωγής μιας θειικής ομάδας (-SO4₃⁻), επιτρέποντάς του να σχηματίζει μικκύλια στο νερό. Σε μια ορισμένη συγκέντρωση, εμφανίζει εξαιρετική επιφανειακή δραστικότητα. Αξιοποιώντας αυτήν την ιδιότητα, οι άνθρωποι έχουν παράγει μια ποικιλία επιφανειοδραστικών ουσιών με εξαιρετική απόδοση χρησιμοποιώντας λιπαρές αλκοόλες ως πρώτες ύλες.

2. Η διαδικασία ανάπτυξης λιπαρών αλκοολών

Οι λιπαρές αλκοόλες αρχικά παράγονταν από σπερματοκύτταρο. Οι προκύπτουσες μικτές λιπαρές αλκοόλες, μετά από σουλφόνωση και εξουδετέρωση, σχημάτισαν θειικά άλατα, τα οποία ήταν ένα από τα πρώτα ανιονικά απορρυπαντικά. Αργότερα, το λάδι καρύδας, το φοινικέλαιο και το βοδινό λίπος, τα οποία είναι σχετικά άφθονες πηγές, αναπτύχθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν ως πρώτες ύλες. Τα λιπαρά οξέα που ελήφθησαν μέσω υδρόλυσης στη συνέχεια ανάχθηκαν σε αλκοόλες, που συλλογικά αναφέρονται ως φυσικές λιπαρές αλκοόλες. Μετά την ανάπτυξη της πετροχημικής βιομηχανίας, οι λιπαρές αλκοόλες που παράγονται χρησιμοποιώντας προϊόντα πετρελαίου ως πρώτες ύλες έγιναν γνωστές ως συνθετικές λιπαρές αλκοόλες. Σχετικά σημαντικές μέθοδοι για την παραγωγή λιπαρών αλκοολών περιλαμβάνουν την υδρογόνωση υψηλής πίεσης, τη διαδικασία Ziegler και τη διαδικασία οξο-σύνθεσης. Εάν μια μάσκα μαλλιών περιέχει ακόρεστες λιπαρές αλκοόλες, μπορεί να επιδιορθώσει και να θρέψει τα μαλλιά. Η προσθήκη λιπαρών αλκοολών στο lip gloss ενισχύει την απαλότητα του προϊόντος κατά την εφαρμογή.

3. Μέθοδος παραγωγής λιπαρών αλκοολών

3.1Μέθοδος υδρογόνωσης υψηλής πίεσης

Οι λιπαρές αλκοόλες λαμβάνονται μέσω υδρογόνωσης υψηλής πίεσης χρησιμοποιώντας ζωικά και φυτικά έλαια ως πρώτες ύλες. Βιομηχανικά, το ακατέργαστο έλαιο υποβάλλεται πρώτα σε προεπεξεργασία και υποβάλλεται σε αλκοόλυση (δηλαδή, μετεστεροποίηση) για να μετατραπεί σε λιπαρά οξέα πριν από την υδρογόνωση. Οι λιπαρές αλκοόλες μπορούν επίσης να παραχθούν με άμεση υδρογόνωση λιπαρών οξέων ή υδρογόνωση μετά την εστεροποίηση. Η άμεση υδρογόνωση λιπαρών οξέων για την παραγωγή λιπαρών αλκοολών επιβάλλει υψηλές απαιτήσεις υλικών στον εξοπλισμό.

Χημική εξίσωση αντίδρασης για την υδρογόνωση λιπαρών οξέων σε λιπαρές αλκοόλες:

RCOOH + 2H₂ → RCH₂OH + H₂O

Χημική εξίσωση αντίδρασης για την υδρογόνωση εστέρων λιπαρών οξέων σε λιπαρές αλκοόλες:

RCOOR′ + 2H₂ → RCH₂OH + R′OH

Η μέθοδος υδρογόνωσης υψηλής πίεσης περιλαμβάνει τη μέθοδο σταθερής κλίνης και τη μέθοδο αιωρούμενης κλίνης, αλλά οι βασικές τεχνολογικές τους διαδικασίες είναι πανομοιότυπες.

3.2. Μέθοδος Ziegler

Χρησιμοποιώντας αιθυλένιο ως πρώτη ύλη για την αντίδραση με τριαλκυλαργίλιο, παράγονται ενώσεις αλκοξειδίου του αργιλίου μέσω ανάπτυξης αλυσίδας και οξείδωσης και στη συνέχεια λαμβάνονται λιπαρές αλκοόλες μέσω υδρόλυσης, εξουδετέρωσης και κλασματικής απόσταξης.

Αυτή η μέθοδος, η οποία επινοήθηκε από τον K. Ziegler το 1954, εφαρμόστηκε για πρώτη φορά εμπορικά από την Continental Oil Company των Ηνωμένων Πολιτειών το 1962, παράγοντας αλκοόλες ευθείας αλυσίδας με άρτιο αριθμό ατόμων άνθρακα. Οι κύριες αντιδράσεις αυτής της μεθόδου παραγωγής περιλαμβάνουν τα ακόλουθα βήματα:

Παρασκευή τριαιθυλαργιλίου (αντίδραση υδρογόνωσης και προσθήκης):

Al + H2 + 2Al(C2H5)3 → 3Al(C2H5)2H

3Al(C2H5)2H + 3C2H4 → 3Al(C2H5)3

Παρασκευή αλκυλαργιλίου (αλυσιδωτή αντίδραση ανάπτυξης):

Al(C2H5)3 + 3nC2H4 → R3Al

Παρασκευή αλκοξειδίου του αργιλίου (αντίδραση οξείδωσης):

R₃Al + O₂ → Al(OR)₃

Παρασκευή λιπαρών αλκοολών (αντίδραση υδρόλυσης):

Al(OR)₃ + H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3ROH

or

Al(OR)₃ + H₂O → Al₂O₃ + 3ROH

3.3. Μέθοδος Οξο-Σύνθεσης

Οι ολεφίνες, το μονοξείδιο του άνθρακα και το υδρογόνο συντίθενται σε αλδεΰδες υπό συνθήκες καταλύτη και πίεσης. Η αλδεΰδη έχει ένα άτομο άνθρακα περισσότερο από την ακατέργαστη ολεφίνη. Οι λιπαρές αλκοόλες λαμβάνονται με υδρογόνωση των αλδεΰδων.

Αυτή η αντίδραση υδροφορμυλίωσης ολεφινών (αντίδραση OXO) ανακαλύφθηκε από τον Γερμανό χημικό O. Roelen το 1938.

Η αντίδραση OXO έχει ως εξής:

Αντίδραση υδροφορμυλίωσης

4. Εφαρμογές και Ανάπτυξη Αγοράς Λιπαρών Αλκοολούχων Προϊόντων

Οι φυσικές λιπαρές αλκοόλες υψηλής περιεκτικότητας χρησιμεύουν ως βασικές πρώτες ύλες για προϊόντα λεπτής χημικής βιομηχανίας, όπως απορρυπαντικά, επιφανειοδραστικές ουσίες και πλαστικοποιητές πλαστικών. Χιλιάδες προϊόντα λεπτής χημικής βιομηχανίας παράγονται από αυτές, τα οποία χρησιμοποιούνται ευρέως σε τομείς όπως η χημική βιομηχανία, το πετρέλαιο, η μεταλλουργία, η κλωστοϋφαντουργία, τα μηχανήματα, η εξόρυξη, οι κατασκευές, τα πλαστικά, το καουτσούκ, το δέρμα, η χαρτοποιία, οι μεταφορές, τα τρόφιμα, η ιατρική και η υγεία, η καθημερινή χημική βιομηχανία και η γεωργία.

Οι λιπαρές αλκοόλες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή πολυάριθμων παραγώγων. Οι επιφανειοδραστικές ουσίες με βάση την αλκοόλη αποτελούν την ταχύτερα αναπτυσσόμενη κατηγορία μεταξύ όλων των τύπων επιφανειοδραστικών ουσιών από τη δεκαετία του 1980. Ως ενεργά συστατικά απορρυπαντικών, διαθέτουν εξαιρετικές ιδιότητες, όπως ισχυρή απορρυπαντικότητα, καλή συμβατότητα, χαμηλό αφρισμό, εύκολη βιοδιασπασιμότητα, αντοχή στο σκληρό νερό και καλή απόδοση πλύσης σε νερό χαμηλής θερμοκρασίας. Αντικαθιστούν σταδιακά τα γραμμικά αλκυλοβενζολοσουλφονικά (LAS) και το δωδεκυλοβενζολοσουλφονικό οξύ για να γίνουν οι πρώτες ύλες απορρυπαντικών τρίτης γενιάς. Τα πιο αντιπροσωπευτικά προϊόντα εδώ περιλαμβάνουν τα AEO3 έως AEO9 που συντίθενται από λιπαρές αλκοόλες και οξείδιο του αιθυλενίου, τα οποία μπορούν να σουλφονωθούν περαιτέρω για την παραγωγή AES. Αυτές οι επιφανειοδραστικές ουσίες με βάση την αλκοόλη έχουν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών και μεγάλη ζήτηση στην αγορά, συνδέονται στενά με την καθημερινή ζωή και τη βελτίωση της ποιότητας ζωής και διαθέτουν ευρείες πραγματικές και πιθανές αγορές. Ως εκ τούτου, παρέχουν ένα σχετικά τεράστιο χώρο ανάπτυξης για την παραγωγή λιπαρών αλκοολών, ιδίως φυσικών λιπαρών αλκοολών.

Τα πλαστικά πρόσθετα αποτελούν βοηθητικές πρώτες ύλες για τη βιομηχανία πλαστικών και η βιομηχανία προσθέτων αναπτύσσεται παράλληλα με τη βιομηχανία πλαστικών. Η ραγδαία ανάπτυξη της βιομηχανίας πλαστικών της Κίνας είναι γνωστή. Το 1985, η παγκόσμια κατανάλωση διαφόρων πλαστικών προσθέτων έφτασε τα 13 εκατομμύρια τόνους και οι πλαστικοποιητές είναι από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα πλαστικά πρόσθετα. Επί του παρόντος, η ξένη παραγωγική ικανότητα πλαστικοποιητών έχει ξεπεράσει τα 4,5 εκατομμύρια τόνους, ενώ η παραγωγική ικανότητα της Κίνας έχει ξεπεράσει τους 500.000 τόνους. Μεταξύ των πλαστικοποιητών, ο φθαλικός διβουτυλεστέρας (DBP) και ο φθαλικός διοκτυλεστέρας (DOP) αντιπροσωπεύουν ένα σημαντικό μερίδιο της παραγωγής. Εκτός από τον φθαλικό ανυδρίτη, η βουτανόλη και η οκτανόλη είναι επίσης βασικές πρώτες ύλες στην παραγωγή τους. Επί του παρόντος, η Κίνα καταναλώνει περισσότερους από 300.000 τόνους βουτανόλης και οκτανόλης ετησίως για την παραγωγή αυτών των δύο πλαστικοποιητών. Ωστόσο, η βουτανόλη και η οκτανόλη έχουν σχετικά μικρές αλυσίδες άνθρακα και οι πλαστικοποιητές που παράγονται από αυτές δεν μπορούν πλέον να καλύψουν τις αναπτυξιακές ανάγκες της βιομηχανίας επεξεργασίας πλαστικών όσον αφορά την αντοχή στη θερμότητα, την αντοχή στις καιρικές συνθήκες και την ηλεκτρική μόνωση. Επί του παρόντος, λιπαρές αλκοόλες μακράς αλυσίδας όπως οι αλκοόλες C10, C12, C14, C16 και C18 δοκιμάζονται για να αντικαταστήσουν τη βουτανόλη και την οκτανόλη, οι οποίες μπορούν να παράγουν πλαστικά προϊόντα με εξαιρετική αντοχή στη θερμότητα, αντοχή στις καιρικές συνθήκες και ηλεκτρική μόνωση, διευρύνοντας έτσι τις εφαρμογές των πλαστικών. Επομένως, οι προοπτικές εφαρμογής λιπαρών αλκοολών μακράς αλυσίδας στη βιομηχανία πλαστικοποιητών πλαστικών είναι αρκετά πολλά υποσχόμενες.

Οι φυσικές λιπαρές αλκοόλες έχουν περισσότερα πλεονεκτήματα από τις συνθετικές αλκοόλες στις καθημερινές χημικές εφαρμογές. Ακόμα κι αν οι φυσικοί και χημικοί δείκτες ποιότητας τους είναι πανομοιότυποι, οι καταναλωτές εξακολουθούν να προτιμούν τις φυσικές αλκοόλες, κάτι που έχει γίνει μια κυρίαρχη «πράσινη» τάση. Ως εκ τούτου, οι φυσικές λιπαρές αλκοόλες αποτελούν ιδανικές πρώτες ύλες στη βιομηχανία καλλυντικών για την παραγωγή προϊόντων όπως υγρά και αλοιφώδη σαπούνια, οδοντόκρεμες και καλλυντικά γαλακτώματα.