(Rasva-alkoholi) – yksi pinta-aktiivisten aineiden ydinaineista

1. Mikä onrasva-alkoholi

Rasva-alkoholit ovat alifaattisia alkoholeja, joiden hiiliketjuissa on 8–22 hiiliatomia. Rasva-alkoholeissa on yleensä parillinen määrä hiiliatomeja ja hydroksyyliryhmä kiinnittyneenä hiiliketjun päähän.

Ne ovat yksi pesuaineissa käytettävien pinta-aktiivisten aineiden raaka-aineista, joiden yleinen kaava on ROH. Pesuainelaatuisten alkoholien R on yleensä C12–C18-hiilivetyryhmä. Tällaisilla runsashiiliseillä rasva-alkoholeilla on luonnostaan ​​amfifiilisiä ominaisuuksia, mikä tarkoittaa, että niiden molekyylit sisältävät sekä hydrofobisia ryhmiä, kuten hiilivetyketjuja, että hydrofiilisiä ryhmiä, kuten hydroksyyliryhmiä. Niiden erittäin alhaisen vesiliukoisuuden vuoksi on kuitenkin tarpeen lisätä hydrofiilisiä ryhmiä tai muuttaa hydroksyyliryhmä sulfaattiryhmäksi. Vasta kun hydrofiilisen ja lipofiilisen tasapainon arvo saavuttaa vaaditun tason, jolloin rasva-alkoholijohdannainen saa riittävästi hydrofiilisiä ryhmiä liukenemaan veteen ja muodostamaan aggregaatteja (misellejä), rasva-alkoholijohdannainen toimii pinta-aktiivisena aineena. Esimerkiksi dodekanoli ei liukene veteen, mutta kun se muuttuu natriumdodekyylisulfaatiksi, sen vesiliukoisuus paranee sulfaattiryhmän (-SO₃⁻), minkä ansiosta se pystyy muodostamaan misellejä vedessä. Tietyllä pitoisuudella sillä on erinomainen pinta-aktiivisuus. Tämän ominaisuuden avulla ihmiset ovat tuottaneet erilaisia ​​pinta-aktiivisia aineita, joilla on erinomainen suorituskyky, käyttämällä raaka-aineina rasva-alkoholeja.

2. Rasva-alkoholien kehitysprosessi

Rasva-alkoholeja valmistettiin alun perin spermaseetistä. Tuloksena olevat sekoitetut rasva-alkoholit muodostivat sulfonoinnin ja neutraloinnin jälkeen sulfaatteja, jotka olivat yksi varhaisimmista anionisista pesuaineista. Myöhemmin kookosöljy, palmuöljy ja naudanrasva, jotka ovat suhteellisen runsaita lähteitä, kehitettiin ja käytettiin raaka-aineina. Hydrolyysin kautta saadut rasvahapot pelkistettiin sitten alkoholeiksi, joita kutsutaan yhteisesti luonnollisiksi rasva-alkoholeiksi. Petrokemian teollisuuden kehittyessä öljytuotteita raaka-aineina käyttäen tuotetuista rasva-alkoholeista tuli synteettisiä rasva-alkoholeja. Suhteellisen tärkeitä menetelmiä rasva-alkoholien valmistamiseksi ovat korkeapainehydraus, Ziegler-prosessi ja oksosynteesiprosessi. Jos hiusnaamio sisältää tyydyttymättömiä rasva-alkoholeja, se voi korjata ja ravita hiuksia; rasva-alkoholien lisääminen huulikiiltoon parantaa tuotteen sileyttä levityksen aikana.

3. Rasva-alkoholien valmistusmenetelmä

3.1Korkeapainehydrausmenetelmä

Rasva-alkoholeja saadaan korkeapainehydrauksella käyttäen raaka-aineina eläin- ja kasviöljyjä. Teollisesti raakaöljy esikäsitellään ensin ja altistetaan alkoholyysille (eli transesteröinnille), jotta se muuttuu rasvahapoiksi ennen hydrausta. Rasva-alkoholeja voidaan tuottaa myös hydraamalla rasvahappoja suoraan tai hydraamalla esteröinnin jälkeen. Rasvahappojen suora hydraus rasva-alkoholien tuottamiseksi asettaa laitteille korkeat materiaalivaatimukset.

Kemiallinen reaktioyhtälö rasvahappojen hydraukselle rasva-alkoholeiksi:

RCOOH + 2H₂ → RCH₂OH + H₂O

Kemiallinen reaktioyhtälö rasvahappoestereiden hydraukselle rasva-alkoholeiksi:

RCOOR′ + 2H₂ → RCH₂OH + R′OH

Korkeapainehydrausmenetelmään kuuluu kiinteäpetiprosessi ja suspensiopetiprosessi, mutta niiden perusteknologiset prosessit ovat identtiset.

3.2. Ziegler-menetelmä

Käyttämällä etyleeniä raaka-aineena reagoimaan trialkyylialumiinin kanssa, alumiinialkoksidiyhdisteitä tuotetaan ketjun kasvun ja hapettumisen kautta, ja sitten rasva-alkoholeja saadaan hydrolyysin, neutraloinnin ja jakotislauksen avulla.

K. Zieglerin vuonna 1954 keksimän menetelmän otti ensimmäisenä käyttöön kaupallisesti yhdysvaltalainen Continental Oil Company vuonna 1962, jolloin se tuotti suoraketjuisia, parillisen hiiliatomin omaavia alkoholeja. Tämän tuotantomenetelmän pääreaktiot sisältävät seuraavat vaiheet:

Trietyylialumiinin valmistus (hydraus ja additioreaktio):

Al + H2 + 2Al(C2H5)3 → 3Al(C2H5)2H

3Al(C2H5)2H + 3C2H4 → 3Al(C2H5)3

Alkyylialumiinin valmistus (ketjukasvureaktio):

Al(C2H5)3 + 3nC2H4 → R3Al

Alumiinialkoksidin valmistus (hapetusreaktio):

R₃Al + O₂ → Al(OR)₃

Rasva-alkoholien valmistus (hydrolyysireaktio):

Al(OR)₃ + H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3ROH

or

Al(OR)₃ + H₂O → Al₂O₃ + 3ROH

3.3. Oksosynteesimenetelmä

Olefiinit, hiilimonoksidi ja vety syntetisoidaan aldehydeiksi katalyytin avulla ja paineistetuissa olosuhteissa. Aldehydissä on yksi hiiliatomi enemmän kuin raa'assa olefiinissa. Rasva-alkoholeja saadaan aldehydien hydrauksella.

Tämän olefiinihydroformylointireaktion (OXO-reaktion) löysi saksalainen kemisti O. Roelen vuonna 1938.

OXO-reaktio on seuraava:

Hydroformylointireaktio

4. Rasvaisten alkoholituotteiden sovellukset ja markkinoiden kehitys

Luonnolliset korkealaatuiset rasva-alkoholit toimivat hienokemikaalien, kuten pesuaineiden, pinta-aktiivisten aineiden ja muovien pehmittimien, perusraaka-aineina. Niistä valmistetaan tuhansia hienokemikaalituotteita, joita käytetään laajalti muun muassa kemianteollisuudessa, öljyssä, metallurgiassa, tekstiili-, kone-, kaivos-, rakennus-, muovi-, kumi-, nahka-, paperinvalmistus-, kuljetus-, elintarvike-, lääke- ja terveydenhuoltoalalla, päivittäisessä kemianteollisuudessa ja maataloudessa.

Rasva-alkoholeja voidaan käyttää lukuisten johdannaisten valmistukseen. Alkoholipohjaiset pinta-aktiiviset aineet ovat olleet nopeimmin kasvava luokka kaikentyyppisten pinta-aktiivisten aineiden joukossa 1980-luvulta lähtien. Aktiivisina pesuaineiden ainesosina niillä on erinomaiset ominaisuudet, kuten vahva pesukyky, hyvä yhteensopivuus, alhainen vaahtoaminen, helppo biohajoavuus, kovan veden kestävyys ja hyvä pesuteho matalassa lämpötilassa vedessä. Ne korvaavat vähitellen lineaariset alkyylibentseenisulfonaatit (LAS) ja dodekyylibentseenisulfonihapon ja niistä tulee kolmannen sukupolven pesuaineiden raaka-aineita. Edustavimpia tuotteita tässä ovat rasva-alkoholeista ja etyleenioksidista syntetisoidut AEO3 - AEO9, jotka voidaan edelleen sulfonoida AES:n tuottamiseksi. Näillä alkoholipohjaisilla pinta-aktiivisilla aineilla on laaja valikoima käyttötarkoituksia ja suuri markkinakysyntä, ne liittyvät läheisesti jokapäiväiseen elämään ja elämänlaadun parantamiseen, ja niillä on laajat nykyiset ja potentiaaliset markkinat. Siksi ne tarjoavat suhteellisen laajan kehitystilan rasva-alkoholien, erityisesti luonnollisten rasva-alkoholien, tuotannolle.

Muovilisäaineet ovat muoviteollisuuden apuraaka-aineita, ja lisäaineteollisuus kehittyy muoviteollisuuden rinnalla. Kiinan muoviteollisuuden nopea kehitys on tunnettua. Vuonna 1985 erilaisten muovilisäaineiden maailmanlaajuinen kulutus oli 13 miljoonaa tonnia, ja pehmittimet ovat yksi käytetyimmistä muovilisäaineista. Tällä hetkellä pehmittimien ulkomainen tuotantokapasiteetti on ylittänyt 4,5 miljoonaa tonnia, kun taas Kiinan kapasiteetti on ylittänyt 500 000 tonnia. Pehmittimistä dibutyyliftalaatti (DBP) ja dioktyyliftalaatti (DOP) muodostavat merkittävän osan tuotannosta. Ftaalihappoanhydridin lisäksi butanoli ja oktanoli ovat myös keskeisiä raaka-aineita niiden tuotannossa. Tällä hetkellä Kiina kuluttaa vuosittain yli 300 000 tonnia butanolia ja oktanolia näiden kahden pehmittimen tuottamiseen. Butanolilla ja oktanolilla on kuitenkin suhteellisen lyhyet hiiliketjut, eivätkä niistä valmistetut pehmittimet pysty enää vastaamaan muoviteollisuuden kehitystarpeisiin lämmönkestävyyden, säänkestävyyden ja sähköeristyksen suhteen. Tällä hetkellä testataan pitkäketjuisia rasva-alkoholeja, kuten C10-, C12-, C14-, C16- ja C18-alkoholeja butanolin ja oktanolin korvaamiseksi, joilla voidaan tuottaa erinomaisen lämmönkestävyyden, säänkestävyyden ja sähköeristyksen omaavia muovituotteita, mikä laajentaa muovien käyttöalueita. Siksi pitkäketjuisten rasva-alkoholien käyttömahdollisuudet muovien pehmittimien valmistuksessa ovat varsin lupaavia.

Luonnollisilla rasva-alkoholeilla on enemmän etuja kuin synteettisillä alkoholeilla päivittäisissä kemiallisissa sovelluksissa. Vaikka niiden fysikaaliset ja kemialliset laatuindikaattorit ovat identtiset, kuluttajat suosivat silti luonnollisia alkoholeja, mistä on tullut vallitseva "vihreä" trendi. Siksi luonnolliset rasva-alkoholit ovat ihanteellisia raaka-aineita kosmetiikkateollisuudessa sellaisten tuotteiden valmistukseen kuin nestemäiset ja voidesaippuat, hammastahnat ja kosmeettiset emulsiot.