(Fettalkohol) – et av kjerneelementene i overflateaktive stoffer

1. Hva erfettalkohol

Fettalkoholer er alifatiske alkoholer med karbonkjeder på 8 til 22 karbonatomer. Fettalkoholer har vanligvis et partall karbonatomer og en hydroksylgruppe festet til enden av karbonkjeden.

De er et av råmaterialene for overflateaktive stoffer som brukes i vaskemidler, med den generelle formelen ROH. For alkoholer av vaskemiddelkvalitet er R vanligvis en hydrokarbongruppe fra C12 til C18. Slike fettalkoholer med høyt karboninnhold har iboende amfifile egenskaper, noe som betyr at molekylene deres inneholder både hydrofobe grupper som hydrokarbonkjeder og hydrofile grupper som hydroksylgrupper. På grunn av deres svært lave løselighet i vann er det imidlertid nødvendig å tilsette hydrofile grupper eller omdanne hydroksylgruppen til en sulfatgruppe. Først når hydrofil-lipofil-balanseverdien når det nødvendige nivået, slik at fettalkoholderivatet får tilstrekkelige hydrofile grupper til å løse seg opp i vann og danne aggregater (miceller), fungerer fettalkoholderivatet som et overflateaktivt middel. For eksempel er dodekanol uløselig i vann, men når det omdannes til natriumdodecylsulfat, forbedres vannløseligheten på grunn av innføringen av en sulfatgruppe (-SO₃⁻), som gjør det mulig å danne miceller i vann. Ved en viss konsentrasjon viser det utmerket overflateaktivitet. Ved å utnytte denne egenskapen har folk produsert en rekke overflateaktive stoffer med enestående ytelse ved bruk av fettalkoholer som råmaterialer.

2. Utviklingsprosessen av fettalkoholer

Fettalkoholer ble opprinnelig produsert fra spermaceti. De resulterende blandede fettalkoholene, etter sulfonering og nøytralisering, dannet sulfater, som var et av de tidligste anioniske vaskemidlene. Senere ble kokosolje, palmeolje og oksetalg, som er relativt rikelig kilder, utviklet og brukt som råvarer. Fettsyrene som ble oppnådd gjennom hydrolyse ble deretter redusert til alkoholer, samlet referert til som naturlige fettalkoholer. Etter utviklingen av den petrokjemiske industrien ble fettalkoholer produsert med petroleumsprodukter som råvarer kjent som syntetiske fettalkoholer. Relativt viktige metoder for å produsere fettalkoholer inkluderer høytrykkshydrogenering, Ziegler-prosessen og oksosynteseprosessen. Hvis en hårmaske inneholder umettede fettalkoholer, kan den reparere og gi næring til håret; å tilsette fettalkoholer til lipgloss forbedrer produktets glatthet under påføring.

3. Produksjonsmetode for fettalkoholer

3.1Høytrykkshydrogeneringsmetode

Fettalkoholer utvinnes gjennom høytrykkshydrogenering ved bruk av animalske og vegetabilske oljer som råmaterialer. Industrielt forbehandles råoljen først og utsettes for alkoholyse (dvs. transesterifisering) for å omdanne den til fettsyrer før hydrogenering. Fettalkoholer kan også produseres ved direkte hydrogenering av fettsyrer eller hydrogenering etter forestring. Direkte hydrogenering av fettsyrer for å produsere fettalkoholer stiller høye materialkrav til utstyr.

Kjemisk reaksjonsligning for hydrogenering av fettsyrer til fettalkoholer:

RCOOH + 2H₂ → RCH₂OH + H₂O

Kjemisk reaksjonsligning for hydrogenering av fettsyreestere til fettalkoholer:

RCOOR′ + 2H₂ → RCH₂OH + R′OH

Høytrykkshydrogeneringsmetoden inkluderer fastsjiktprosesser og suspendert sjiktprosesser, men deres grunnleggende teknologiske prosesser er identiske.

3.2. Ziegler-metoden

Ved å bruke etylen som råmateriale for å reagere med trialkylaluminium, produseres aluminiumalkoksidforbindelser gjennom kjedevekst og oksidasjon, og deretter oppnås fettalkoholer via hydrolyse, nøytralisering og fraksjonert destillasjon.

Denne metoden, som ble oppfunnet av K. Ziegler i 1954, ble først kommersielt anvendt av Continental Oil Company i USA i 1962, og produserte rettkjedede alkoholer med jevne karbonatomer. Hovedreaksjonene i denne produksjonsmetoden inkluderer følgende trinn:

Fremstilling av trietylaluminium (hydrogenering og addisjonsreaksjon):

Al + H2 + 2Al(C2H5)3 → 3Al(C2H5)2H

3Al(C2H5)2H + 3C2H4 → 3Al(C2H5)3

Fremstilling av alkylaluminium (kjedevekstreaksjon):

Al(C2H5)3 + 3nC2H4 → R3Al

Fremstilling av aluminiumalkoksid (oksidasjonsreaksjon):

R₃Al + O₂ → Al(OR)₃

Fremstilling av fettalkoholer (hydrolysereaksjon):

Al(OR)₃ + H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3ROH

or

Al(OR)₃ + H₂O → Al₂O₃ + 3ROH

3.3. Oksosyntesemetode

Olefiner, karbonmonoksid og hydrogen syntetiseres til aldehyder under katalysator- og trykkforhold. Aldehydet har ett karbonatom mer enn det rå olefinet. Fettalkoholer oppnås ved hydrogenering av aldehydene.

Denne olefinhydroformyleringsreaksjonen (OXO-reaksjon) ble oppdaget av den tyske kjemikeren O. Roelen i 1938.

OXO-reaksjonen er som følger:

Hydroformyleringsreaksjon

4. Anvendelser og markedsutvikling av fettalkoholprodukter

Naturlige høyverdige fettalkoholer fungerer som grunnleggende råvarer for finkjemiske produkter som vaskemidler, overflateaktive stoffer og plastmyknere. Tusenvis av finkjemiske produkter produseres av dem, og disse er mye brukt i sektorer som kjemisk industri, petroleum, metallurgi, tekstiler, maskiner, gruvedrift, bygg og anlegg, plast, gummi, lær, papirproduksjon, transport, mat, medisin og helse, daglig kjemisk industri og landbruk.

Fettalkoholer kan brukes til å produsere en rekke derivater. Alkoholbaserte overflateaktive stoffer har vært den raskest voksende kategorien blant alle typer overflateaktive stoffer siden 1980-tallet. Som aktive vaskemiddelingredienser har de utmerkede egenskaper, inkludert sterk vaskeevne, god kompatibilitet, lavt skummende egenskaper, lett biologisk nedbrytbarhet, motstand mot hardt vann og god vaskeevne i vann med lav temperatur. De erstatter gradvis lineære alkylbenzensulfonater (LAS) og dodecylbenzensulfonsyre og blir tredjegenerasjons råvarer for vaskemidler. De mest representative produktene her inkluderer AEO3 til AEO9 syntetisert fra fettalkoholer og etylenoksid, som kan sulfoneres ytterligere for å produsere AES. Disse alkoholbaserte overflateaktive stoffene har et bredt spekter av bruksområder og stor markedsetterspørsel, er nært knyttet til dagliglivet og forbedring av levekvaliteten, og kan skryte av brede faktiske og potensielle markeder. Derfor gir de et relativt stort utviklingsrom for produksjon av fettalkoholer, spesielt naturlige fettalkoholer.

Plasttilsetningsstoffer er hjelperåvarer for plastindustrien, og tilsetningsindustrien utvikler seg i takt med plastindustrien. Den raske utviklingen av Kinas plastindustri er velkjent. I 1985 nådde det globale forbruket av ulike plasttilsetningsstoffer 13 millioner tonn, og myknere er blant de mest brukte plasttilsetningsstoffene. For tiden har den utenlandske produksjonskapasiteten for myknere oversteget 4,5 millioner tonn, mens Kinas kapasitet har oversteget 500 000 tonn. Blant myknere står dibutylftalat (DBP) og dioktylftalat (DOP) for en stor andel av produksjonen. Foruten ftalsyreanhydrid er butanol og oktanol også viktige råvarer i produksjonen. For tiden forbruker Kina mer enn 300 000 tonn butanol og oktanol årlig for å produsere disse to myknerne. Imidlertid har butanol og oktanol relativt korte karbonkjeder, og myknere produsert fra dem kan ikke lenger dekke utviklingsbehovene til plastforedlingsindustrien når det gjelder varmebestandighet, værbestandighet og elektrisk isolasjon. For tiden testes langkjedede fettalkoholer som C10-, C12-, C14-, C16- og C18-alkoholer for å erstatte butanol og oktanol, som kan produsere plastprodukter med utmerket varmebestandighet, værbestandighet og elektrisk isolasjon, og dermed utvide bruksområdene for plast. Derfor er bruksmulighetene for langkjedede fettalkoholer i plastmyknereindustrien ganske lovende.

Naturlige fettalkoholer har flere fordeler enn syntetiske alkoholer i daglige kjemiske anvendelser. Selv om deres fysiske og kjemiske kvalitetsindikatorer er identiske, foretrekker forbrukerne fortsatt naturlige alkoholer, noe som har blitt en rådende «grønn» trend. Derfor er naturlige fettalkoholer ideelle råvarer i kosmetikkindustrien for produksjon av produkter som flytende såper og salvesåper, tannkremer og kosmetiske emulsjoner.