(Ճարպային սպիրտ)՝ մակերևութային ակտիվ նյութերի հիմնական անդամներից մեկը

1. Ի՞նչ էճարպային ալկոհոլ

Ճարպային սպիրտները ալիֆատիկ սպիրտներ են, որոնք ունեն 8-ից 22 ածխածնի ատոմներից բաղկացած ածխածնային շղթաներ: Ճարպային սպիրտները սովորաբար ունեն զույգ թվով ածխածնի ատոմներ և ածխածնային շղթայի ծայրին միացված հիդրօքսիլային խումբ:

Դրանք լվացող միջոցներում օգտագործվող մակերևութային ակտիվ նյութերի հումքից մեկն են՝ ROH ընդհանուր բանաձևով: Լվացքի միջոցների համար նախատեսված սպիրտների համար R-ը, որպես կանոն, C12-ից մինչև C18 ածխաջրածնային խումբ է: Նման բարձր ածխածնային ճարպային սպիրտները բնույթով ունեն ամֆիֆիլային հատկություններ, ինչը նշանակում է, որ դրանց մոլեկուլները պարունակում են ինչպես հիդրոֆոբ խմբեր, ինչպիսիք են ածխաջրածնային շղթաները, այնպես էլ հիդրոֆիլ խմբեր, ինչպիսիք են հիդրօքսիլային խմբերը: Այնուամենայնիվ, ջրում շատ ցածր լուծելիության պատճառով անհրաժեշտ է ավելացնել հիդրոֆիլ խմբեր կամ հիդրօքսիլային խումբը վերածել սուլֆատային խմբի: Միայն այն դեպքում, երբ հիդրոֆիլ-լիպոֆիլային հավասարակշռության արժեքը հասնում է անհրաժեշտ մակարդակին, որպեսզի ճարպային սպիրտի ածանցյալը ստանա բավարար հիդրոֆիլ խմբեր՝ ջրում լուծվելու և ագրեգատներ (միցելներ) ձևավորելու համար, ճարպային սպիրտի ածանցյալը գործում է որպես մակերևութային ակտիվ նյութ: Օրինակ՝ դոդեկանոլը անլուծելի է ջրում, բայց երբ այն վերածվում է նատրիումի դոդեցիլ սուլֆատի, դրա ջրում լուծելիությունը բարելավվում է սուլֆատային խմբի (-SO4) ներմուծման շնորհիվ:₃⁻), որը թույլ է տալիս նրան ջրում միցելներ առաջացնել: Որոշակի կոնցենտրացիայի դեպքում այն ​​ցուցաբերում է գերազանց մակերեսային ակտիվություն: Այս հատկությունն օգտագործելով՝ մարդիկ ստեղծել են բազմազան մակերևութային ակտիվ նյութեր՝ բացառիկ արդյունավետությամբ, օգտագործելով ճարպային սպիրտները որպես հումք:

2. Ճարպային սպիրտների զարգացման գործընթացը

Սկզբում ճարպային սպիրտները ստացվել են սպերմացետից։ Արդյունքում ստացված խառը ճարպային սպիրտները, սուլֆոնացումից և չեզոքացումից հետո, առաջացրել են սուլֆատներ, որոնք եղել են ամենավաղ անիոնային լվացող միջոցներից մեկը։ Ավելի ուշ մշակվել և որպես հումք օգտագործվել են կոկոսի յուղը, արմավենու յուղը և տավարի ճարպը, որոնք համեմատաբար առատ աղբյուրներ են։ Հիդրոլիզի միջոցով ստացված ճարպաթթուները այնուհետև վերականգնվել են սպիրտների, որոնք միասին անվանում են բնական ճարպային սպիրտներ։ Նավթաքիմիական արդյունաբերության զարգացումից հետո նավթամթերքները որպես հումք օգտագործելով արտադրված ճարպային սպիրտները հայտնի դարձան որպես սինթետիկ ճարպային սպիրտներ։ Ճարպային սպիրտներ արտադրելու համեմատաբար կարևոր մեթոդներից են բարձր ճնշման հիդրոգենացումը, Զիգլերի գործընթացը և օքսո սինթեզի գործընթացը։ Եթե մազերի դիմակը պարունակում է չհագեցած ճարպային սպիրտներ, այն կարող է վերականգնել և սնուցել մազերը. ճարպային սպիրտներ շրթունքների փայլին ավելացնելը բարելավում է արտադրանքի հարթությունը քսելու ընթացքում։

3. Ճարպային սպիրտների արտադրության եղանակը

3.1Բարձր ճնշման հիդրոգենացման մեթոդ

Ճարպային սպիրտները ստացվում են բարձր ճնշման հիդրոգենացման միջոցով՝ որպես հումք օգտագործելով կենդանական և բուսական յուղերը: Արդյունաբերական առումով, հում յուղը նախ նախնական մշակման է ենթարկվում և ենթարկվում ալկոհոլիզի (այսինքն՝ տրանսէսթերիֆիկացման)՝ հիդրոգենացումից առաջ այն ճարպաթթուների վերածելու համար: Ճարպային սպիրտները կարող են նաև ստացվել ճարպաթթուների ուղղակի հիդրոգենացման կամ էսթերիֆիկացումից հետո հիդրոգենացման միջոցով: Ճարպաթթուների ուղղակի հիդրոգենացումը՝ ճարպային սպիրտներ ստանալու համար, սարքավորումների վրա բարձր նյութական պահանջներ է դնում:

Ճարպաթթուների ճարպային սպիրտների հիդրոգենացման քիմիական ռեակցիայի հավասարումը.

RCOOH + 2H₂ → RCH₂OH + H₂O

Ճարպաթթուների էսթերների ճարպային սպիրտների հիդրոգենացման քիմիական ռեակցիայի հավասարումը.

RCOOR′ + 2H₂ → RCH₂OH + R′OH

Բարձր ճնշման հիդրոգենացման մեթոդը ներառում է ֆիքսված շերտով և կախովի շերտով գործընթացներ, սակայն դրանց հիմնական տեխնոլոգիական գործընթացները նույնական են։

3.2. Զիգլերի մեթոդ

Եթիլենը որպես հումք օգտագործելով տրիալկիլալումինի հետ ռեակցիայի մեջ մտնելու համար, շղթայի աճի և օքսիդացման միջոցով ստացվում են ալյումինի ալկօքսիդային միացություններ, ապա հիդրոլիզի, չեզոքացման և կոտորակային թորման միջոցով ստացվում են ճարպային սպիրտներ։

Այս մեթոդը, որը հորինել է Կ. Զիգլերը 1954 թվականին, առաջին անգամ առևտրային կիրառվել է ԱՄՆ-ի «Կոնտինենտալ նավթային ընկերության» կողմից 1962 թվականին՝ արտադրելով ուղիղ շղթայով զույգ ածխածնային սպիրտներ: Այս արտադրական մեթոդի հիմնական ռեակցիաները ներառում են հետևյալ քայլերը.

Տրիէթիլալումինի ստացում (հիդրոգենացման և միացման ռեակցիա).

Al + H2 + 2Al(C2H5)3 → 3Al(C2H5)2H

3Al(C2H5)2H + 3C2H4 → 3Al(C2H5)3

Ալկիլալյումինի ստացում (շղթայական աճի ռեակցիա).

Al(C2H5)3 + 3nC2H4 → R3Al

Ալյումինի ալկօքսիդի ստացում (օքսիդացման ռեակցիա).

R₃Al + O₂ → Al(OR)₃

Ճարպային սպիրտների ստացում (հիդրոլիզի ռեակցիա).

Al(OR)₃ + H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3ROH

or

Al(OR)₃ + H₂O → Al₂O₃ + 3ROH

3.3. Օքսո սինթեզի մեթոդ

Օլեֆինները, ածխածնի մոնօքսիդը և ջրածինը սինթեզվում են ալդեհիդների՝ կատալիզատորի և ճնշման պայմաններում: Ալդեհիդն ունի մեկ ածխածնի ատոմ ավելի, քան հում օլեֆինը: Ճարպային սպիրտները ստացվում են ալդեհիդների հիդրոգենացման միջոցով:

Այս օլեֆինային հիդրոֆորմիլացման ռեակցիան (OXO ռեակցիա) հայտնաբերվել է գերմանացի քիմիկոս Օ. Ռոելենի կողմից 1938 թվականին։

OXO ռեակցիան հետևյալն է.

Հիդրոֆորմիլացման ռեակցիա

4. Ճարպային ալկոհոլային արտադրանքի կիրառությունները և շուկայի զարգացումը

Բնական բարձրորակ ճարպային սպիրտները ծառայում են որպես հիմնական հումք նուրբ քիմիական արտադրանքի համար, ինչպիսիք են լվացող միջոցները, մակերևութային ակտիվ նյութերը և պլաստիկ պլաստիկացնողները: Դրանցից արտադրվում են հազարավոր նուրբ քիմիական արտադրանքներ, որոնք լայնորեն կիրառվում են այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են քիմիական արդյունաբերությունը, նավթարդյունաբերությունը, մետալուրգիան, տեքստիլը, մեքենաշինությունը, հանքարդյունաբերությունը, շինարարությունը, պլաստմասսաների, ռետինի, կաշվի, թղթի արտադրությունը, տրանսպորտը, սնունդը, բժշկությունը և առողջապահությունը, առօրյա քիմիական արդյունաբերությունը և գյուղատնտեսությունը:

Ճարպային սպիրտները կարող են օգտագործվել բազմաթիվ ածանցյալներ ստանալու համար: Ալկոհոլային հիմքով մակերևութային ակտիվ նյութերը 1980-ական թվականներից ի վեր եղել են մակերևութային ակտիվ նյութերի բոլոր տեսակների շարքում ամենաարագ զարգացող կատեգորիան: Որպես ակտիվ լվացող միջոցների բաղադրիչներ, դրանք ունեն գերազանց հատկություններ, այդ թվում՝ ուժեղ լվացող հատկություններ, լավ համատեղելիություն, ցածր փրփրացողություն, հեշտությամբ կենսաքայքայվողություն, կոշտ ջրին դիմադրողականություն և ցածր ջերմաստիճանի ջրում լավ լվացման արդյունավետություն: Դրանք աստիճանաբար փոխարինում են գծային ալկիլբենզոլ սուլֆոնատներին (LAS) և դոդեցիլբենզոլսուլֆոնաթթուն՝ դառնալով երրորդ սերնդի լվացող միջոցների հումք: Այստեղ ամենաներկայացուցչական արտադրանքներից են ճարպային սպիրտներից և էթիլենօքսիդից սինթեզված AEO3-ից մինչև AEO9, որոնք կարող են հետագայում սուլֆոնացվել՝ AES ստանալու համար: Այս սպիրտային հիմքով մակերևութային ակտիվ նյութերն ունեն լայն կիրառման շրջանակ և մեծ շուկայական պահանջարկ, սերտորեն կապված են առօրյա կյանքի և կյանքի որակի բարելավման հետ և ունեն լայն իրական և պոտենցիալ շուկաներ: Հետևաբար, դրանք ապահովում են համեմատաբար լայն զարգացման տարածք ճարպային սպիրտների, մասնավորապես՝ բնական ճարպային սպիրտների արտադրության համար:

Պլաստիկ հավելումները պլաստմասսայի արդյունաբերության օժանդակ հումք են, և հավելանյութերի արդյունաբերությունը զարգանում է պլաստմասսայի արդյունաբերության հետ զուգահեռ: Չինաստանի պլաստմասսայի արդյունաբերության արագ զարգացումը լավ հայտնի է: 1985 թվականին տարբեր պլաստմասսայի հավելանյութերի համաշխարհային սպառումը հասել է 13 միլիոն տոննայի, իսկ պլաստիֆիկատորները ամենատարածված պլաստիկ հավելանյութերի շարքում են: Ներկայումս պլաստիֆիկատորների արտասահմանյան արտադրության հզորությունը գերազանցել է 4.5 միլիոն տոննան, մինչդեռ Չինաստանի հզորությունը գերազանցել է 500,000 տոննան: Պլաստիֆիկատորներից դիբուտիլֆտալատը (DBP) և դիօկտիլֆտալատը (DOP) կազմում են արտադրանքի հիմնական մասը: Ֆտալային անհիդրիդից բացի, բութանոլը և օկտանոլը նույնպես հիմնական հումք են դրանց արտադրության մեջ: Ներկայումս Չինաստանը տարեկան սպառում է ավելի քան 300,000 տոննա բութանոլ և օկտանոլ՝ այս երկու պլաստիֆիկատորներն արտադրելու համար: Սակայն, բութանոլը և օկտանոլը ունեն համեմատաբար կարճ ածխածնային շղթաներ, և դրանցից արտադրված պլաստիկացնողները այլևս չեն կարող բավարարել պլաստմասսայի վերամշակման արդյունաբերության զարգացման կարիքները՝ ջերմակայունության, եղանակային պայմաններին դիմադրողականության և էլեկտրական մեկուսացման առումով: Ներկայումս փորձարկվում են երկար շղթայով ճարպային սպիրտներ, ինչպիսիք են C10, C12, C14, C16 և C18 սպիրտները, որոնք կարող են փոխարինել բութանոլին և օկտանոլին, որոնք կարող են արտադրել պլաստմասսայե արտադրանք՝ գերազանց ջերմակայունությամբ, եղանակային պայմաններին դիմադրողականությամբ և էլեկտրական մեկուսացմամբ, այդպիսով ընդլայնելով պլաստմասսայի կիրառությունները: Հետևաբար, երկար շղթայով ճարպային սպիրտների կիրառման հեռանկարները պլաստմասսայի պլաստիկացնող արդյունաբերության մեջ բավականին խոստումնալից են:

Բնական ճարպային սպիրտները ամենօրյա քիմիական կիրառություններում ավելի շատ առավելություններ ունեն, քան սինթետիկ սպիրտները: Նույնիսկ եթե դրանց ֆիզիկական և քիմիական որակի ցուցանիշները նույնական են, սպառողները դեռևս նախընտրում են բնական սպիրտները, ինչը դարձել է գերիշխող «կանաչ» միտում: Հետևաբար, բնական ճարպային սպիրտները կոսմետիկ արդյունաբերության մեջ իդեալական հումք են հեղուկ և քսուքային օճառների, ատամի մածուկների և կոսմետիկ էմուլսիաների արտադրության համար: