(الکل چرب) - یکی از اعضای اصلی سورفکتانت‌ها

1. چیست؟الکل چرب

الکل‌های چرب، الکل‌های آلیفاتیک با زنجیره‌های کربنی از ۸ تا ۲۲ اتم کربن هستند. الکل‌های چرب معمولاً تعداد زوجی از اتم‌های کربن و یک گروه هیدروکسیل متصل به انتهای زنجیره کربنی دارند.

آنها یکی از مواد اولیه برای سورفکتانت‌های مورد استفاده در شوینده‌ها با فرمول کلی ROH هستند. برای الکل‌های درجه شوینده، R عموماً یک گروه هیدروکربنی از C12 تا C18 است. چنین الکل‌های چرب پرکربنی ذاتاً دارای خواص آمفی‌فیلیک هستند، به این معنی که مولکول‌های آنها حاوی هر دو گروه آبگریز مانند زنجیره‌های هیدروکربنی و گروه‌های آبدوست مانند گروه‌های هیدروکسیل هستند. با این حال، به دلیل حلالیت بسیار کم آنها در آب، لازم است گروه‌های آبدوست اضافه شوند یا گروه هیدروکسیل به یک گروه سولفات تبدیل شود. تنها زمانی که مقدار تعادل آبدوست-لیپوفیلیک به سطح مورد نیاز برسد، به طوری که مشتق الکل چرب گروه‌های آبدوست کافی برای حل شدن در آب و تشکیل تجمعات (میسل‌ها) به دست آورد، مشتق الکل چرب به عنوان یک سورفکتانت عمل می‌کند. به عنوان مثال، دودکانول در آب نامحلول است، اما وقتی به سدیم دودسیل سولفات تبدیل می‌شود، حلالیت آن در آب به دلیل ورود یک گروه سولفات (-SO4) بهبود می‌یابد.₃⁻)، آن را قادر می‌سازد تا در آب میسل تشکیل دهد. در غلظت مشخصی، فعالیت سطحی عالی از خود نشان می‌دهد. با بهره‌گیری از این ویژگی، افراد سورفکتانت‌های متنوعی با عملکرد فوق‌العاده با استفاده از الکل‌های چرب به عنوان مواد اولیه تولید کرده‌اند.

۲. فرآیند توسعه الکل‌های چرب

الکل‌های چرب در ابتدا از اسپرماستی تولید می‌شدند. الکل‌های چرب مخلوط حاصل، پس از سولفوناسیون و خنثی‌سازی، سولفات‌ها را تشکیل می‌دادند که یکی از اولین شوینده‌های آنیونی بودند. بعدها، روغن نارگیل، روغن پالم و پیه گاو که منابع نسبتاً فراوانی هستند، توسعه داده شدند و به عنوان مواد اولیه مورد استفاده قرار گرفتند. اسیدهای چرب به دست آمده از طریق هیدرولیز سپس به الکل‌ها کاهش یافتند که در مجموع به عنوان الکل‌های چرب طبیعی شناخته می‌شوند. پس از توسعه صنعت پتروشیمی، الکل‌های چرب تولید شده با استفاده از فرآورده‌های نفتی به عنوان مواد اولیه، به عنوان الکل‌های چرب مصنوعی شناخته شدند. روش‌های نسبتاً مهم برای تولید الکل‌های چرب شامل هیدروژناسیون با فشار بالا، فرآیند زیگلر و فرآیند سنتز اکسو است. اگر یک ماسک مو حاوی الکل‌های چرب غیراشباع باشد، می‌تواند مو را ترمیم و تغذیه کند. افزودن الکل‌های چرب به برق لب، نرمی محصول را در حین استفاده افزایش می‌دهد.

۳. روش تولید الکل‌های چرب

۳.۱روش هیدروژناسیون با فشار بالا

الکل‌های چرب از طریق هیدروژناسیون فشار بالا با استفاده از روغن‌های حیوانی و گیاهی به عنوان مواد اولیه به دست می‌آیند. در صنعت، روغن خام ابتدا پیش تصفیه شده و قبل از هیدروژناسیون، تحت الکلیزاسیون (یعنی ترانس استریفیکاسیون) قرار می‌گیرد تا به اسیدهای چرب تبدیل شود. الکل‌های چرب همچنین می‌توانند با هیدروژناسیون مستقیم اسیدهای چرب یا هیدروژناسیون پس از استریفیکاسیون تولید شوند. هیدروژناسیون مستقیم اسیدهای چرب برای تولید الکل‌های چرب، الزامات مواد بالایی را به تجهیزات تحمیل می‌کند.

معادله واکنش شیمیایی برای هیدروژناسیون اسیدهای چرب به الکل‌های چرب:

RCOOH + 2H₂ → RCH₂OH + H₂O

معادله واکنش شیمیایی برای هیدروژناسیون استرهای اسید چرب به الکل‌های چرب:

RCOOR′ + 2H₂ → RCH₂OH + R′OH

روش هیدروژناسیون فشار بالا شامل فرآیند بستر ثابت و فرآیند بستر معلق است، اما فرآیندهای تکنولوژیکی اساسی آنها یکسان است.

3.۲. روش زیگلر

با استفاده از اتیلن به عنوان ماده اولیه برای واکنش با تری‌آلکیل‌آلومینیوم، ترکیبات آلکوکسید آلومینیوم از طریق رشد زنجیره‌ای و اکسیداسیون تولید می‌شوند و سپس الکل‌های چرب از طریق هیدرولیز، خنثی‌سازی و تقطیر جزء به جزء به دست می‌آیند.

این روش که در سال ۱۹۵۴ توسط کی. زیگلر اختراع شد، برای اولین بار در سال ۱۹۶۲ توسط شرکت نفت کانتیننتال ایالات متحده به صورت تجاری به کار گرفته شد و الکل‌های زوج کربنی با زنجیره مستقیم تولید کرد. واکنش‌های اصلی این روش تولید شامل مراحل زیر است:

تهیه تری اتیل آلومینیوم (واکنش هیدروژناسیون و افزایش):

Al + H2 + 2Al(C2H5)3 → 3Al(C2H5)2H

3Al(C2H5)2H + 3C2H4 → 3Al(C2H5)3

تهیه آلکیل آلومینیوم (واکنش رشد زنجیره‌ای):

Al(C2H5)3 + 3nC2H4 → R3Al

تهیه آلکوکسید آلومینیوم (واکنش اکسیداسیون):

R₃Al + O₂ → Al(OR)₃

تهیه الکل‌های چرب (واکنش هیدرولیز):

Al(OR)₃ + H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3ROH

or

Al(OR)₃ + H₂O → Al₂O₃ + 3ROH

3.۳. روش سنتز اکسو

اولفین‌ها، مونوکسید کربن و هیدروژن تحت شرایط کاتالیزور و تحت فشار به آلدهیدها سنتز می‌شوند. آلدهید یک اتم کربن بیشتر از اولفین خام دارد. الکل‌های چرب با هیدروژناسیون آلدهیدها به دست می‌آیند.

این واکنش هیدروفرمیلاسیون اولفین (واکنش OXO) توسط شیمیدان آلمانی، او. رولن، در سال ۱۹۳۸ کشف شد.

واکنش OXO به صورت زیر است:

واکنش هیدروفرمیلاسیون

۴. کاربردها و توسعه بازار محصولات الکل چرب

الکل‌های چرب طبیعی با درجه خلوص بالا به عنوان مواد اولیه اولیه برای محصولات شیمیایی مرغوب مانند شوینده‌ها، سورفکتانت‌ها و نرم‌کننده‌های پلاستیک عمل می‌کنند. هزاران محصول شیمیایی مرغوب از آنها تولید می‌شود که به طور گسترده در بخش‌هایی از جمله صنایع شیمیایی، نفت، متالورژی، نساجی، ماشین‌آلات، معدن، ساخت و ساز، پلاستیک، لاستیک، چرم، کاغذسازی، حمل و نقل، غذا، دارو و بهداشت، صنایع شیمیایی روزمره و کشاورزی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

الکل‌های چرب می‌توانند برای تولید مشتقات متعددی استفاده شوند. سورفکتانت‌های مبتنی بر الکل از دهه ۱۹۸۰ سریع‌ترین رشد را در بین انواع سورفکتانت‌ها داشته‌اند. به عنوان مواد تشکیل‌دهنده فعال شوینده، آن‌ها دارای خواص عالی از جمله شویندگی قوی، سازگاری خوب، کف کم، زیست‌تخریب‌پذیری سریع، مقاومت در برابر آب سخت و عملکرد شستشوی خوب در آب با دمای پایین هستند. آن‌ها به تدریج جایگزین آلکیل بنزن سولفونات‌های خطی (LAS) و دودسیل بنزن سولفونیک اسید می‌شوند تا به مواد اولیه شوینده نسل سوم تبدیل شوند. محصولات شاخص در اینجا شامل AEO3 تا AEO9 سنتز شده از الکل‌های چرب و اتیلن اکسید هستند که می‌توانند برای تولید AES بیشتر سولفونه شوند. این سورفکتانت‌های مبتنی بر الکل طیف گسترده‌ای از کاربردها و تقاضای بازار را دارند، ارتباط نزدیکی با زندگی روزمره و بهبود کیفیت زندگی دارند و بازارهای بالفعل و بالقوه گسترده‌ای را به خود اختصاص می‌دهند. بنابراین، آن‌ها فضای توسعه نسبتاً وسیعی را برای تولید الکل‌های چرب، به ویژه الکل‌های چرب طبیعی فراهم می‌کنند.

افزودنی‌های پلاستیک، مواد اولیه کمکی برای صنعت پلاستیک هستند و صنعت افزودنی‌ها همگام با صنعت پلاستیک توسعه می‌یابد. توسعه سریع صنعت پلاستیک چین به خوبی شناخته شده است. در سال ۱۹۸۵، مصرف جهانی افزودنی‌های مختلف پلاستیک به ۱۳ میلیون تن رسید و نرم‌کننده‌ها از جمله پرکاربردترین افزودنی‌های پلاستیک هستند. در حال حاضر، ظرفیت تولید خارجی نرم‌کننده‌ها از ۴.۵ میلیون تن فراتر رفته است، در حالی که ظرفیت چین از ۵۰۰۰۰۰ تن فراتر رفته است. در میان نرم‌کننده‌ها، دی‌بوتیل فتالات (DBP) و دی‌اکتیل فتالات (DOP) سهم عمده‌ای از تولید را تشکیل می‌دهند. علاوه بر انیدرید فتالیک، بوتانول و اکتانول نیز مواد اولیه کلیدی در تولید آنها هستند. در حال حاضر، چین سالانه بیش از ۳۰۰۰۰۰ تن بوتانول و اکتانول برای تولید این دو نرم‌کننده مصرف می‌کند. با این حال، بوتانول و اکتانول زنجیره‌های کربنی نسبتاً کوتاهی دارند و نرم‌کننده‌های تولید شده از آنها دیگر نمی‌توانند نیازهای توسعه صنعت فرآوری پلاستیک را از نظر مقاومت در برابر حرارت، مقاومت در برابر آب و هوا و عایق الکتریکی برآورده کنند. در حال حاضر، الکل‌های چرب با زنجیره بلند مانند الکل‌های C10، C12، C14، C16 و C18 برای جایگزینی بوتانول و اکتانول آزمایش می‌شوند که می‌توانند محصولات پلاستیکی با مقاومت حرارتی عالی، مقاومت در برابر آب و هوا و عایق الکتریکی تولید کنند و در نتیجه کاربردهای پلاستیک را گسترش دهند. بنابراین، چشم‌انداز کاربرد الکل‌های چرب با زنجیره بلند در صنعت نرم‌کننده پلاستیک کاملاً امیدوارکننده است.

الکل‌های چرب طبیعی در کاربردهای شیمیایی روزانه مزایای بیشتری نسبت به الکل‌های مصنوعی دارند. حتی اگر شاخص‌های کیفیت فیزیکی و شیمیایی آنها یکسان باشد، مصرف‌کنندگان همچنان الکل‌های طبیعی را ترجیح می‌دهند، که به یک روند "سبز" غالب تبدیل شده است. از این رو، الکل‌های چرب طبیعی مواد اولیه ایده‌آلی در صنعت لوازم آرایشی و بهداشتی برای تولید محصولاتی مانند صابون‌های مایع و پماد، خمیردندان‌ها و امولسیون‌های آرایشی هستند.