(Rượu béo) – một trong những thành phần chính của chất hoạt động bề mặt

1. Là gìrượu béo

Rượu béo là các loại rượu mạch hở có chuỗi cacbon từ 8 đến 22 nguyên tử cacbon. Rượu béo thường có số nguyên tử cacbon chẵn và một nhóm hydroxyl gắn vào cuối chuỗi cacbon.

Chúng là một trong những nguyên liệu thô dùng để sản xuất chất hoạt động bề mặt trong chất tẩy rửa, với công thức chung là ROH. Đối với các loại rượu dùng trong chất tẩy rửa, R thường là nhóm hydrocarbon từ C12 đến C18. Các loại rượu béo có hàm lượng carbon cao này vốn dĩ có tính chất lưỡng cực, nghĩa là phân tử của chúng chứa cả nhóm kỵ nước như chuỗi hydrocarbon và nhóm ưa nước như nhóm hydroxyl. Tuy nhiên, do độ hòa tan trong nước rất thấp, nên cần phải thêm các nhóm ưa nước hoặc chuyển nhóm hydroxyl thành nhóm sulfat. Chỉ khi giá trị cân bằng ưa nước-ưa dầu đạt đến mức cần thiết, sao cho dẫn xuất rượu béo có đủ nhóm ưa nước để hòa tan trong nước và tạo thành các cụm (micelle), thì dẫn xuất rượu béo mới hoạt động như một chất hoạt động bề mặt. Ví dụ, dodecanol không tan trong nước, nhưng khi được chuyển hóa thành natri dodecyl sulfat, độ hòa tan trong nước của nó được cải thiện nhờ sự xuất hiện của nhóm sulfat (-SO₃⁻).₃⁻), cho phép nó tạo thành các micelle trong nước. Ở một nồng độ nhất định, nó thể hiện hoạt tính bề mặt tuyệt vời. Tận dụng đặc tính này, người ta đã sản xuất nhiều loại chất hoạt động bề mặt với hiệu suất vượt trội bằng cách sử dụng rượu béo làm nguyên liệu thô.

2. Quá trình phát triển của rượu béo

Ban đầu, rượu béo được sản xuất từ ​​tinh dầu cá voi. Hỗn hợp rượu béo thu được, sau quá trình sunfon hóa và trung hòa, tạo thành sulfat, một trong những chất tẩy rửa anion sớm nhất. Sau đó, dầu dừa, dầu cọ và mỡ bò, những nguồn nguyên liệu tương đối dồi dào, được phát triển và sử dụng. Các axit béo thu được thông qua quá trình thủy phân sau đó được khử thành rượu, được gọi chung là rượu béo tự nhiên. Sau sự phát triển của ngành công nghiệp hóa dầu, rượu béo được sản xuất bằng cách sử dụng các sản phẩm dầu mỏ làm nguyên liệu thô được gọi là rượu béo tổng hợp. Các phương pháp tương đối quan trọng để sản xuất rượu béo bao gồm hydro hóa áp suất cao, quy trình Ziegler và quy trình tổng hợp oxo. Nếu mặt nạ tóc chứa rượu béo không bão hòa, nó có thể phục hồi và nuôi dưỡng tóc; thêm rượu béo vào son bóng giúp tăng độ mịn của sản phẩm khi sử dụng.

3. Phương pháp sản xuất rượu béo

3.1Phương pháp hydro hóa áp suất cao

Các rượu béo được thu प्राप्त thông qua quá trình hydro hóa áp suất cao sử dụng dầu động vật và thực vật làm nguyên liệu. Trong công nghiệp, dầu thô trước tiên được xử lý sơ bộ và trải qua quá trình rượu phân (tức là chuyển hóa este) để chuyển đổi nó thành axit béo trước khi hydro hóa. Rượu béo cũng có thể được sản xuất bằng cách hydro hóa trực tiếp axit béo hoặc hydro hóa sau khi este hóa. Quá trình hydro hóa trực tiếp axit béo để sản xuất rượu béo đòi hỏi thiết bị có yêu cầu cao về vật tư.

Phương trình phản ứng hóa học của quá trình hydro hóa axit béo thành rượu béo:

RCOOH + 2H₂ → RCH₂OH + H₂O

Phương trình phản ứng hóa học cho quá trình hydro hóa este axit béo thành rượu béo:

RCOOR′ + 2H₂ → RCH₂OH + R′OH

Phương pháp hydro hóa áp suất cao bao gồm quy trình tầng cố định và quy trình tầng treo, nhưng các quy trình công nghệ cơ bản của chúng là giống nhau.

3.2. Phương pháp Ziegler

Sử dụng etylen làm nguyên liệu thô để phản ứng với trialkylaluminum, các hợp chất alkoxide nhôm được tạo ra thông qua quá trình tăng trưởng chuỗi và oxy hóa, sau đó thu được rượu béo thông qua quá trình thủy phân, trung hòa và chưng cất phân đoạn.

Phương pháp này, được K. Ziegler phát minh vào năm 1954, lần đầu tiên được Công ty Dầu khí Continental của Hoa Kỳ áp dụng thương mại vào năm 1962, để sản xuất các loại rượu mạch thẳng có số cacbon chẵn. Các phản ứng chính của phương pháp sản xuất này bao gồm các bước sau:

Điều chế triethylaluminum (phản ứng hydro hóa và cộng):

Al + H₂ + 2Al(C₂H₅)₃ → 3Al(C₂H₅)₂H

3Al(C₂H₅)₂H + 3C₂H₄ → 3Al(C₂H₅)₃

Điều chế ankyl nhôm (phản ứng tăng trưởng chuỗi):

Al(C₂H₅)₃ + 3nC₂H₄ → R₃Al

Điều chế nhôm ankoxit (phản ứng oxy hóa):

R₃Al + O₂ → Al(OR)₃

Điều chế rượu béo (phản ứng thủy phân):

Al(OR)₃ + H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3ROH

or

Al(OR)₃ + H₂O → Al₂O₃ + 3ROH

3.3. Phương pháp tổng hợp Oxo

Các olefin, carbon monoxide và hydro được tổng hợp thành aldehyd dưới điều kiện xúc tác và áp suất cao. Aldehyd thu được có nhiều hơn một nguyên tử carbon so với olefin ban đầu. Rượu béo được thu được bằng cách hydro hóa aldehyd.

Phản ứng hydroformyl hóa olefin (phản ứng OXO) này được nhà hóa học người Đức O. Roelen phát hiện vào năm 1938.

Phản ứng OXO diễn ra như sau:

Phản ứng hydroformyl hóa

4. Ứng dụng và phát triển thị trường của các sản phẩm rượu béo

Các loại rượu béo tự nhiên chất lượng cao đóng vai trò là nguyên liệu thô cơ bản cho các sản phẩm hóa chất tinh chế như chất tẩy rửa, chất hoạt động bề mặt và chất làm dẻo nhựa. Hàng ngàn sản phẩm hóa chất tinh chế được sản xuất từ ​​chúng, được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực bao gồm công nghiệp hóa chất, dầu khí, luyện kim, dệt may, máy móc, khai thác mỏ, xây dựng, nhựa, cao su, da, sản xuất giấy, vận tải, thực phẩm, dược phẩm và sức khỏe, công nghiệp hóa chất tiêu dùng hàng ngày và nông nghiệp.

Các rượu béo có thể được sử dụng để sản xuất nhiều dẫn xuất khác nhau. Chất hoạt động bề mặt gốc rượu là loại chất hoạt động bề mặt phát triển nhanh nhất kể từ những năm 1980. Là thành phần hoạt tính của chất tẩy rửa, chúng có những đặc tính tuyệt vời bao gồm khả năng tẩy rửa mạnh, khả năng tương thích tốt, ít tạo bọt, dễ phân hủy sinh học, khả năng chống nước cứng và hiệu quả giặt tốt trong nước ở nhiệt độ thấp. Chúng đang dần thay thế các alkylbenzen sulfonat mạch thẳng (LAS) và axit dodecylbenzensulfonic để trở thành nguyên liệu thô của chất tẩy rửa thế hệ thứ ba. Các sản phẩm tiêu biểu nhất ở đây bao gồm AEO3 đến AEO9 được tổng hợp từ rượu béo và etylen oxit, có thể được sunfon hóa thêm để tạo ra AES. Các chất hoạt động bề mặt gốc rượu này có phạm vi ứng dụng rộng và nhu cầu thị trường lớn, liên quan mật thiết đến cuộc sống hàng ngày và việc nâng cao chất lượng cuộc sống, đồng thời có thị trường thực tế và tiềm năng rộng lớn. Do đó, chúng cung cấp một không gian phát triển tương đối rộng lớn cho việc sản xuất rượu béo, đặc biệt là rượu béo tự nhiên.

Phụ gia nhựa là nguyên liệu phụ trợ cho ngành công nghiệp nhựa, và ngành công nghiệp phụ gia phát triển song song với ngành công nghiệp nhựa. Sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp nhựa Trung Quốc là điều đã được biết đến rộng rãi. Năm 1985, tiêu thụ toàn cầu các loại phụ gia nhựa đạt 13 triệu tấn, trong đó chất hóa dẻo là một trong những phụ gia nhựa được sử dụng rộng rãi nhất. Hiện nay, năng lực sản xuất chất hóa dẻo của nước ngoài đã vượt quá 4,5 triệu tấn, trong khi năng lực của Trung Quốc đã vượt quá 500.000 tấn. Trong số các chất hóa dẻo, dibutyl phthalate (DBP) và dioctyl phthalate (DOP) chiếm phần lớn sản lượng. Bên cạnh anhydrit phthalic, butanol và octanol cũng là những nguyên liệu chính trong sản xuất chúng. Hiện nay, Trung Quốc tiêu thụ hơn 300.000 tấn butanol và octanol mỗi năm để sản xuất hai loại chất hóa dẻo này. Tuy nhiên, butanol và octanol có chuỗi carbon tương đối ngắn, và chất hóa dẻo được sản xuất từ ​​chúng không còn đáp ứng được nhu cầu phát triển của ngành công nghiệp chế biến nhựa về khả năng chịu nhiệt, chịu thời tiết và cách điện. Hiện nay, các rượu béo mạch dài như rượu C10, C12, C14, C16 và C18 đang được thử nghiệm để thay thế butanol và octanol, có thể sản xuất các sản phẩm nhựa có khả năng chịu nhiệt, chịu thời tiết và cách điện tuyệt vời, từ đó mở rộng ứng dụng của nhựa. Vì vậy, triển vọng ứng dụng của rượu béo mạch dài trong ngành công nghiệp chất hóa dẻo nhựa khá hứa hẹn.

Các loại cồn béo tự nhiên có nhiều ưu điểm hơn so với cồn tổng hợp trong các ứng dụng hóa học hàng ngày. Ngay cả khi các chỉ số chất lượng vật lý và hóa học của chúng giống nhau, người tiêu dùng vẫn ưa chuộng cồn tự nhiên hơn, điều này đã trở thành một xu hướng “xanh” phổ biến. Do đó, cồn béo tự nhiên là nguyên liệu lý tưởng trong ngành công nghiệp mỹ phẩm để sản xuất các sản phẩm như xà phòng lỏng và dạng kem, kem đánh răng và nhũ tương mỹ phẩm.