(Fettalkohol) – en av kärnämnena i tensider

1. Vad ärfettalkohol

Fettalkoholer är alifatiska alkoholer med kolkedjor med 8 till 22 kolatomer. Fettalkoholer har vanligtvis ett jämnt antal kolatomer och en hydroxylgrupp fäst vid änden av kolkedjan.

De är ett av råmaterialen för tensider som används i tvättmedel, med den allmänna formeln ROH. För alkoholer av tvättmedelskvalitet är R i allmänhet en kolvätegrupp från C12 till C18. Sådana fettalkoholer med hög kolhalt har i sig amfifila egenskaper, vilket innebär att deras molekyler innehåller både hydrofoba grupper såsom kolvätekedjor och hydrofila grupper såsom hydroxylgrupper. På grund av deras mycket låga löslighet i vatten är det dock nödvändigt att tillsätta hydrofila grupper eller omvandla hydroxylgruppen till en sulfatgrupp. Först när hydrofil-lipofil-balansvärdet når den erforderliga nivån, så att fettalkoholderivatet får tillräckligt med hydrofila grupper för att lösas upp i vatten och bilda aggregat (miceller), fungerar fettalkoholderivatet som ett tensid. Till exempel är dodekanol olösligt i vatten, men när det omvandlas till natriumdodecylsulfat förbättras dess vattenlöslighet på grund av införandet av en sulfatgrupp (-SO₃⁻), vilket gör det möjligt att bilda miceller i vatten. Vid en viss koncentration uppvisar den utmärkt ytaktivitet. Genom att utnyttja denna egenskap har människor producerat en mängd olika tensider med enastående prestanda med fettalkoholer som råmaterial.

2. Utvecklingsprocessen för fettalkoholer

Fettalkoholer framställdes ursprungligen från spermaceti. De resulterande blandade fettalkoholerna bildade, efter sulfonering och neutralisering, sulfater, vilka var ett av de tidigaste anjoniska rengöringsmedlen. Senare utvecklades kokosolja, palmolja och nöttalg, vilka är relativt rikliga källor, och användes som råvaror. Fettsyrorna som erhölls genom hydrolys reducerades sedan till alkoholer, gemensamt benämnda naturliga fettalkoholer. Efter utvecklingen av den petrokemiska industrin blev fettalkoholer som framställdes med petroleumprodukter som råvaror kända som syntetiska fettalkoholer. Relativt viktiga metoder för att producera fettalkoholer inkluderar högtryckshydrogenering, Ziegler-processen och oxosyntesprocessen. Om en hårinpackning innehåller omättade fettalkoholer kan den reparera och ge näring åt håret; att tillsätta fettalkoholer till läppglans förbättrar produktens släthet under applicering.

3. Produktionsmetod för fettalkoholer

3.1Högtryckshydrogeneringsmetod

Fettalkoholer utvinns genom högtryckshydrogenering med animaliska och vegetabiliska oljor som råmaterial. Industriellt förbehandlas råoljan först och utsätts för alkoholys (dvs. transesterifiering) för att omvandla den till fettsyror före hydrogenering. Fettalkoholer kan också framställas genom direkt hydrogenering av fettsyror eller hydrogenering efter förestring. Direkt hydrogenering av fettsyror för att producera fettalkoholer ställer höga materialkrav på utrustningen.

Kemisk reaktionsekvation för hydrogenering av fettsyror till fettalkoholer:

RCOOH + 2H₂ → RCH₂OH + H₂O

Kemisk reaktionsekvation för hydrogenering av fettsyraestrar till fettalkoholer:

RCOOR′ + 2H₂ → RCH₂OH + R′OH

Högtryckshydrogeneringsmetoden innefattar fastbäddprocesser och suspenderade bäddmetoder, men deras grundläggande tekniska processer är identiska.

3.2. Zieglermetoden

Med etylen som råmaterial för att reagera med trialkylaluminium framställs aluminiumalkoxidföreningar genom kedjetillväxt och oxidation, och sedan erhålls fettalkoholer via hydrolys, neutralisering och fraktionerad destillation.

Denna metod, som uppfanns av K. Ziegler år 1954, tillämpades först kommersiellt av Continental Oil Company i USA år 1962, och producerade rakkedjiga jämnkolsalkoholer. De viktigaste reaktionerna i denna produktionsmetod inkluderar följande steg:

Framställning av trietylaluminium (hydrogenering och additionsreaktion):

Al + H2 + 2Al(C2H5)3 → 3Al(C2H5)2H

3Al(C2H5)2H + 3C2H4 → 3Al(C2H5)3

Framställning av alkylaluminium (kedjetillväxtreaktion):

Al(C2H5)3 + 3nC2H4 → R3Al

Framställning av aluminiumalkoxid (oxidationsreaktion):

R₃Al + O₂ → Al(OR)₃

Framställning av fettalkoholer (hydrolysreaktion):

Al(OR)₃ + H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3ROH

or

Al(OR)₃ + H₂O → Al₂O₃ + 3ROH

3.3. Oxosyntesmetod

Olefiner, kolmonoxid och väte syntetiseras till aldehyder under katalysator- och tryckförhållanden. Aldehyden har en kolatom mer än den råa olefinen. Fettalkoholer erhålls genom hydrogenering av aldehyderna.

Denna olefinhydroformyleringsreaktion (OXO-reaktion) upptäcktes av den tyske kemisten O. Roelen år 1938.

OXO-reaktionen är som följer:

Hydroformyleringsreaktion

4. Tillämpningar och marknadsutveckling av fettalkoholprodukter

Naturliga högkvalitativa fettalkoholer fungerar som grundläggande råmaterial för finkemiska produkter såsom tvättmedel, tensider och mjukgörare. Tusentals finkemiska produkter tillverkas av dem, vilka används i stor utsträckning inom sektorer som kemisk industri, petroleum, metallurgi, textil, maskiner, gruvdrift, bygg, plast, gummi, läder, papperstillverkning, transport, livsmedel, medicin och hälsa, daglig kemisk industri och jordbruk.

Fettalkoholer kan användas för att producera ett flertal derivat. Alkoholbaserade tensider har varit den snabbast växande kategorin bland alla typer av tensider sedan 1980-talet. Som aktiva ingredienser i tvättmedlet har de utmärkta egenskaper, inklusive stark tvättförmåga, god kompatibilitet, lågskummande, lätt biologisk nedbrytbarhet, motståndskraft mot hårt vatten och god tvättprestanda i vatten med låg temperatur. De ersätter gradvis linjära alkylbensensulfonater (LAS) och dodecylbensensulfonsyra och blir tredje generationens råmaterial för tvättmedel. De mest representativa produkterna här inkluderar AEO3 till AEO9 syntetiserade från fettalkoholer och etylenoxid, vilka kan sulfoneras ytterligare för att producera AES. Dessa alkoholbaserade tensider har ett brett användningsområde och stor marknadsefterfrågan, är nära relaterade till vardagslivet och förbättring av levnadskvaliteten, och har breda faktiska och potentiella marknader. Därför ger de ett relativt stort utvecklingsutrymme för produktion av fettalkoholer, särskilt naturliga fettalkoholer.

Plasttillsatser är hjälpråvaror för plastindustrin, och tillsatsindustrin utvecklas i takt med plastindustrin. Den snabba utvecklingen av Kinas plastindustri är välkänd. År 1985 nådde den globala förbrukningen av olika plasttillsatser 13 miljoner ton, och mjukgörare är bland de mest använda plasttillsatserna. För närvarande har den utländska produktionskapaciteten för mjukgörare överstigit 4,5 miljoner ton, medan Kinas kapacitet har överstigit 500 000 ton. Bland mjukgörare står dibutylftalat (DBP) och dioktylftalat (DOP) för en stor andel av produktionen. Förutom ftalsyraanhydrid är butanol och oktanol också viktiga råvaror i deras produktion. För närvarande förbrukar Kina mer än 300 000 ton butanol och oktanol årligen för att producera dessa två mjukgörare. Butanol och oktanol har dock relativt korta kolkedjor, och mjukgörare som produceras av dem kan inte längre möta plastbearbetningsindustrins utvecklingsbehov vad gäller värmebeständighet, väderbeständighet och elektrisk isolering. För närvarande testas långkedjiga fettalkoholer som C10-, C12-, C14-, C16- och C18-alkoholer för att ersätta butanol och oktanol, vilket kan producera plastprodukter med utmärkt värmebeständighet, väderbeständighet och elektrisk isolering, vilket utökar användningsområdena för plast. Därför är användningsmöjligheterna för långkedjiga fettalkoholer inom plastmjukgörarindustrin ganska lovande.

Naturliga fettalkoholer har fler fördelar än syntetiska alkoholer i dagliga kemiska tillämpningar. Även om deras fysikaliska och kemiska kvalitetsindikatorer är identiska föredrar konsumenterna fortfarande naturliga alkoholer, vilket har blivit en rådande "grön" trend. Därför är naturliga fettalkoholer idealiska råvaror inom kosmetikaindustrin för produktion av produkter som flytande tvålar och salvor, tandkrämer och kosmetiska emulsioner.