(Rasvalkohol) – üks pindaktiivsete ainete põhikoostisest

1. Mis onrasvalkohol

Rasvalkoholid on alifaatsed alkoholid, mille süsinikuahelates on 8 kuni 22 süsinikuaatomit. Rasvalkoholidel on tavaliselt paarisarv süsinikuaatomeid ja süsinikuahela otsa on kinnitatud hüdroksüülrühm.

Need on üks detergentides kasutatavate pindaktiivsete ainete toorainetest üldvalemiga ROH. Detergentide jaoks sobivate alkoholide puhul on R üldiselt C12 kuni C18 süsivesinikrühm. Sellistel kõrge süsinikusisaldusega rasvalkoholidel on loomupäraselt amfifiilsed omadused, mis tähendab, et nende molekulid sisaldavad nii hüdrofoobseid rühmi, nagu süsivesinikahelad, kui ka hüdrofiilseid rühmi, nagu hüdroksüülrühmad. Kuna nad on aga vees väga halvasti lahustuvad, on vaja lisada hüdrofiilseid rühmi või muuta hüdroksüülrühm sulfaatrühmaks. Alles siis, kui hüdrofiilse-lipofiilse tasakaalu väärtus saavutab vajaliku taseme, nii et rasvalkoholi derivaat saab piisavalt hüdrofiilseid rühmi, et vees lahustuda ja moodustada agregaate (mitselle), toimib rasvalkoholi derivaat pindaktiivse ainena. Näiteks dodekanool ei lahustu vees, kuid kui see muundatakse naatriumdodetsüülsulfaadiks, paraneb selle vees lahustuvus sulfaatrühma (-SO₃⁻), mis võimaldab tal vees mitselle moodustada. Teatud kontsentratsioonis on sellel suurepärane pindaktiivsus. Seda omadust ära kasutades on inimesed tootnud mitmesuguseid silmapaistva jõudlusega pindaktiivseid aineid, kasutades toorainena rasvalkohole.

2. Rasvalkoholide arendusprotsess

Rasvalkohole toodeti algselt spermatseetist. Saadud segatud rasvalkoholid moodustasid pärast sulfoniseerimist ja neutraliseerimist sulfaate, mis olid ühed varasemad anioonsed detergentid. Hiljem töötati välja ja kasutati toorainena kookosõli, palmiõli ja veiserasva, mis on suhteliselt rikkalikud allikad. Hüdrolüüsi teel saadud rasvhapped redutseeriti seejärel alkoholideks, mida ühiselt nimetatakse looduslikeks rasvalkoholideks. Naftakeemiatööstuse arengu järel hakati naftasaadustest toorainena toodetud rasvalkohole nimetama sünteetilisteks rasvalkoholideks. Rasvalkoholide tootmiseks mõeldud suhteliselt oluliste meetodite hulka kuuluvad kõrgsurvehüdrogeenimine, Ziegleri protsess ja oksosünteesi protsess. Kui juuksemask sisaldab küllastumata rasvalkohole, saab see juukseid parandada ja toita; rasvalkoholide lisamine huuleläikele parandab toote siledust pealekandmise ajal.

3. Rasvalkoholide tootmismeetod

3.1Kõrgsurve hüdrogeenimise meetod

Rasvalkohole saadakse kõrgsurvehüdrogeenimise teel, kasutades toorainena loomseid ja taimseid õlisid. Tööstuslikult töödeldakse toorõli kõigepealt eelnevalt ja seejärel alkoholüüsitakse (st transesterdatakse), et muuta see enne hüdrogeenimist rasvhapeteks. Rasvalkohole saab toota ka rasvhapete otsese hüdrogeenimise või esterdamisjärgse hüdrogeenimise teel. Rasvhapete otsene hüdrogeenimine rasvalkoholide saamiseks seab seadmetele kõrged materjalinõuded.

Rasvhapete hüdrogeenimise keemilise reaktsiooni võrrand rasvalkoholideks:

RCOOH + 2H₂ → RCH₂OH + H₂O

Rasvhappe estrite hüdrogeenimise keemilise reaktsiooni võrrand rasvalkoholideks:

RCOOR′ + 2H₂ → RCH₂OH + R′OH

Kõrgsurvehüdrogeenimismeetod hõlmab fikseeritud kihiga protsessi ja suspensioonkihiga protsessi, kuid nende põhilised tehnoloogilised protsessid on identsed.

3.2. Ziegleri meetod

Etüleenist toorainena trialküülalumiiniumiga reageerides tekivad ahela kasvu ja oksüdeerimise teel alumiiniumalkoksiidühendid ning seejärel hüdrolüüsi, neutraliseerimise ja fraktsioneeriva destilleerimise teel rasvalkoholid.

K. Ziegleri poolt 1954. aastal leiutatud meetodit rakendas esmakordselt kaubanduslikult Ameerika Ühendriikide Continental Oil Company 1962. aastal, tootes hargnemata ahelaga paarissüsinikalkohole. Selle tootmismeetodi peamised reaktsioonid hõlmavad järgmisi samme:

Trietüülalumiiniumi valmistamine (hüdrogeenimine ja liitumisreaktsioon):

Al + H₂ + 2Al(C2H5)3 → 3Al(C2H5)2H

3Al(C₂H5)₂H + 3C₂H4 → 3Al(C2H5)₃

Alküülalumiiniumi valmistamine (ahelkasvureaktsioon):

Al(C2H5)₃ + 3nC₂H4 → R3Al

Alumiiniumalkoksiidi valmistamine (oksüdatsioonireaktsioon):

R₃Al + O₂ → Al(OR)₃

Rasvalkoholide valmistamine (hüdrolüüsireaktsioon):

Al(OR)₃ + H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3ROH

or

Al(OR)₃ + H₂O → Al₂O₃ + 3ROH

3.3. Oksosünteesi meetod

Olefiinid, süsinikmonooksiid ja vesinik sünteesitakse aldehüüdideks katalüsaatori ja rõhu all. Aldehüüdil on üks süsinikuaatom rohkem kui toorolefiinis. Rasvalkoholid saadakse aldehüüdide hüdrogeenimisel.

Selle olefiinhüdroformüülimisreaktsiooni (OXO-reaktsiooni) avastas saksa keemik O. Roelen 1938. aastal.

OXO reaktsioon on järgmine:

Hüdroformüülimisreaktsioon

4. Rasvaste alkoholitoodete rakendused ja turu areng

Looduslikud kõrgekvaliteedilised rasvalkoholid on peenkeemiatoodete, näiteks pesuvahendite, pindaktiivsete ainete ja plastplastifikaatorite põhitooraineks. Nendest toodetakse tuhandeid peenkeemiatooteid, mida kasutatakse laialdaselt sellistes sektorites nagu keemiatööstus, nafta, metallurgia, tekstiili-, masina-, kaevandus-, ehitus-, plast-, kummi-, naha-, paberi-, transpordi-, toidu-, meditsiini- ja tervishoiutööstus, igapäevane keemiatööstus ja põllumajandus.

Rasvalkohole saab kasutada arvukate derivaatide tootmiseks. Alkoholipõhised pindaktiivsed ained on olnud alates 1980. aastatest kõigi pindaktiivsete ainete tüüpide seas kõige kiiremini kasvav kategooria. Aktiivsete pesuvahendite koostisosadena on neil suurepärased omadused, sealhulgas tugev pesuvõime, hea ühilduvus, madal vahutavus, kiire biolagunevus, vastupidavus karedale veele ja hea pesutulemus madala temperatuuriga vees. Nad asendavad järk-järgult lineaarseid alküülbenseensulfonaate (LAS) ja dodetsüülbenseensulfoonhapet, saades kolmanda põlvkonna pesuvahendite tooraineks. Kõige tüüpilisemate toodete hulka kuuluvad rasvalkoholidest ja etüleenoksiidist sünteesitud AEO3 kuni AEO9, mida saab edasi sulfoniseerida AES-i saamiseks. Nendel alkoholipõhistel pindaktiivsetel ainetel on lai kasutusala ja suur turunõudlus, need on tihedalt seotud igapäevaelu ja elukvaliteedi parandamisega ning neil on laialdased praegused ja potentsiaalsed turud. Seetõttu pakuvad nad suhteliselt laia arendusruumi rasvalkoholide, eriti looduslike rasvalkoholide tootmiseks.

Plastilisandid on plastitööstuse abimaterjalid ning lisandite tööstus areneb koos plastitööstusega. Hiina plastitööstuse kiire areng on hästi teada. 1985. aastal ulatus erinevate plastilisandite ülemaailmne tarbimine 13 miljoni tonnini ning plastifikaatorid on ühed enimkasutatavad plastilisandid. Praegu on plastifikaatorite välismaine tootmisvõimsus ületanud 4,5 miljonit tonni, samas kui Hiina tootmisvõimsus on ületanud 500 000 tonni. Plastifikaatorite hulgas moodustavad dibutüülftalaat (DBP) ja dioktüülftalaat (DOP) toodangust suurima osa. Lisaks ftaalanhüdriidile on butanool ja oktanool samuti nende tootmise peamised toorained. Praegu tarbib Hiina nende kahe plastifikaatori tootmiseks aastas üle 300 000 tonni butanooli ja oktanooli. Butanoolil ja oktanoolil on aga suhteliselt lühikesed süsinikuahelad ning neist toodetud plastifikaatorid ei suuda enam rahuldada plastitöötlemistööstuse arenguvajadusi kuumakindluse, ilmastikukindluse ja elektriisolatsiooni osas. Praegu katsetatakse pika ahelaga rasvalkohole, nagu C10, C12, C14, C16 ja C18 alkoholid, butanooli ja oktanooli asendamiseks, mis võimaldavad toota suurepärase kuumakindluse, ilmastikukindluse ja elektriisolatsiooniga plasttooteid, laiendades seeläbi plastide rakendusala. Seetõttu on pika ahelaga rasvalkoholide rakendusväljavaated plastplastifikaatorite tööstuses üsna paljulubavad.

Looduslikel rasvalkoholidel on igapäevastes keemilistes rakendustes rohkem eeliseid kui sünteetilistel alkoholidel. Isegi kui nende füüsikalised ja keemilised kvaliteedinäitajad on identsed, eelistavad tarbijad siiski looduslikke alkohole, millest on saanud valdav „roheline“ trend. Seega on looduslikud rasvalkoholid kosmeetikatööstuses ideaalsed toorained selliste toodete nagu vedel- ja salvseebid, hambapastad ja kosmeetilised emulsioonid tootmiseks.