اولئوکمیکال‌ یک جایگزین پایدار- قسمت چهام

اولئوکمیکال‌ یک جایگزین پایدار

 

در شماره قبلی این مقاله برخی فرآیندهایی که در تولید مواد اولئوکمیکال نقش موثر دارند، ارائه شد. در این مقاله و شماره‌های بعدی به ادامه بررسی فرآیندهای تولید مواد اولئوکمیکال و روش‌های مختلف تولید مواد اولئوکمیکال می‌پردازیم:

• مونوآلکیل فسفات‌ها

مونو آلکیل فسفات و فسفات استر از خاص‌ترین انواع سورفکتانت‌های آنیونی فسفات‌دار هستند که در صنعت بسیار مورد توجه‌اند. از موارد کاربرد آن‌ها می­توان به: استفاده به‌عنوان ضدحریق، فوم بازدارنده، یک ترکیب سورفکتانتی برای آلکالین، اسید پاک کننده برای تهیه لوازم آرایشی، عامل ضد استاتیک در صنایع منسوجات اشاره کرد. فسفات استر تجاری ترکیب پیچیده‌ای از مونو استر، دی استر و فسفریک اسید آزاد است.

• شیمی واکنش

فسفات استر به وسیله Esterification جزئی الکل چرب با اکسی کلرید فسفر حاصل از هیدرولیز، آماده می­شود. از روش­های دیگر آماده­سازی فسفات آلکیل، واکنش الکل چرب با پنتاکسید فسفر و یا پلی­فسفریک اسید می­باشد. بنابر نتایج آزمایشات تجربی، ترکیبات فسفات‌های آلکیل اسید بسته به این‌که از کدام عامل فسفات کننده استفاده شود به طور قابل ملاحظه­ای متفاوت است. استفاده از پلی­فسفریک اسید سبب ایجاد درصد بالایی مونو استر و دی استر به نسبت پنتاکسید فسفر می‌شود.

ترکیبات معمول محصولات واکنش در جدول زیر نمایش داده شده است:

همچنین اختلاف در ترکیبات محصول فسفات­ها منجر به ایجاد تفاوت در خواص و کاربردهای تجاری آن­ها شده ­است.

فسفات‌­های آلکیلی به راحتی با اضافه کردن پنتاکسید فسفر به الکل چرب یا اتوکسیلات الکل چرب بدست می­آید.

محصول بدست آمده ترکیبی از فسفات استر مونو و دی آلکیل می­باشد. به علاوه این محصولات شامل مقادیر کمی کندانس فسفات و فسفریک اسید می­باشند. خنثی­سازی اسید به وسیله هیدروکسیدها، آمونیاک و یا آمین ها منجر به تولید سورفکتانت­های آنیونی محلول در آب و امولسیفایرها می­شود.

درصد آب در الکل چرب یا پنتاکسید سبب افزایش میزان فسفات مونو آلکیل اسید می­شود. استفاده از الکل چرب با وزن مولکولی بالا نیز افزایش فسفات مونو آلکیل اسید را به دنبال دارد. از واکنش دو مول الکل چرب با یک مول پنتاکسید فسفر محصولاتی حاوی مقادیر زیادی فسفات مونوآلکیل اسید، بدست می­آید. از این واکنش مقدار زیادی دی آلکیل پیرو فسفات حاصل می­شود که با هیدرولیز شدن آن محصول نهایی حاوی مقادیر زیادی فسفات مونو آلکیل اسید می­باشد که شامل نسبت 3 به 1 الکل به پنتاکسید است.

• روش تولید

فسفات استر طی واکنشی تحت دمای 80 تا 120 درجه ­سانتی­گراد و فشار اتمسفر تولید می­شود. باید در نظر داشت که ممکن است دما در رنج 30 ~80 درجه باشد. دمای پایین باعث رنگ کمتر در محصولات می­شود. این درحالی است که دما در نزدیکی 100 درجه سانتی­گراد نیز سبب تجزیه ترکیبات می­شود. اضافه کردن پنتاکسید فسفر به الکل به آرامی انجام می­شود، به گونه­ای که پنتاکسید بدون تشکیل هیچ گونه توده­ای، حل شده و واکنش می­دهد. ایجاد توده سبب می‌شود که انحلال به صورت کامل انجام نشده و از طرفی پناکسید فسفر به لحاظ واکنشی غیر فعال شود. واکنش بین الکل و پنتاکسید فسفر در محیط آبی انجام می­پذیرد و اساساٌ به صورت گرماده می­باشد. هیچ کاتالیستی برای انجام این واکنش نیاز نیست. اضافه کردن مقدار کمی هیپوفسفر اسید یا نمک آن سبب می­شود که میزان رنگ محصول حاصله کمتر و پایدارتر باشد.

• خواص و موارد کاربرد

مونوآلکیل فسفات­ها مانع تشکیل سایر سورفکتانت­های آنیونی و غیریونی می­شوند. اکثراً فسفات استرها به رنگ زرد کمرنگ یا کهربا بوده و دارای عطری شیرین، ویسکوزیته مایع بالا و یا به حالت خمیری هستند. بنا به نوع فسفات استر، خواص بسیاری نظیر بازدارندگی، محلول سازی، کاهش کشش سطحی، آنتی استاتیک، مهار خوردگی و … متفاوت می­باشد. در زمانی که دیگر سورفکتانت­ها اعم از آنیونی، غیریونی و یا حتی اتمسفریک  خواص عملکردی مطلوبی از خود نشان نمی­دهند، این ترکیب بسیار موثر ظاهر می­شود. فسفات استر دارای تحمل زیادی در برابر الکترولیت‌ها و قلیا می­باشند. خاصیت مرطوب کنندگی این ترکیب به میزان pH بستگی دارد به علاوه، به عنوان سورفکتانت در پاک کننده­‌های اسیدی و ­قلیایی مورد استفاده قرار می­گیرند. خواص شویندگی این ترکیب در حد سورفکتانت­های غیر یونی بوده و علاوه برآن پایداری حرارتی بالایی دارند. در حالت اسیدی این ترکیب خاصیت بالایی از خود نشان می­دهد و این درحالی است که در حالت خنثی و pH بین 5 تا 8، دارای سمیت کمی می­باشد. فسفات استر به‌عنوان هیدروتروپ نیز در نظر گرفته می­شود و از دیگر خواص مهم این ترکیبات زیست تخریب­پذیری آن­ها می­باشد.

 

• آمین درجه سه

آمین­های چرب و مشتقات آن­ها از مهمترین ترکیبات نیتروژن‎دار اسید چرب می­باشند. آن­ها دارای ثابت یونیزاسیون بزرگتری نسبت به مشتقات آلکیل آمونیاک هستند. از نظر اساسی و بیولوژیکی فعال­اند و به واسطه پتانسیل جذب بسیار بالایشان، از جذب سطحی قوی برخوردار هستند. در بسیاری از فرآیندهای فیزیکی-شیمیایی، جذب سطحی از موارد مهم و کاربردی محسوب می­شود. در ترکیبات چهار اتمی آمونیاک و انواع کاتیون‌ها، به‌عنوان مواد اولیه برای تولید به‌کار می­روند. این مشتقات گسترده سبب شده که در بسیاری از صنایع کاربردی باشد که از جمله آن می‌توان به‌عنوان عامل سنتز در تصفیه آب جهت کنترل رشد جلبک، عامل شناوری در معدن، بازدارنده­ موثر در خوردگی و روانسازی جهت حفاری اشاره کرد. آمین چرب حاصل از اسید چرب، چربی حیوانی یا روغن پالم کاربرد گسترده‌ای در تولید نرم کننده­های پارچه دارند.

 

 

نیتریل چرب، از مواد خام اصلی می­باشد که از واکنش اسید چرب با آمونیاک بدست می­آید. هیدروژناسیون کاتالیزوری نیتریل‌ها سبب تولید آمین‌ها می‌شود. بنا به تعداد گروه آلکیل متصل به نیتروژن، آمین تولیدی می‌تواند، درجه اول، دوم و یا سوم باشد.

2-1   انواع آمین درجه سه

از سه آمین چرب، آمین چرب درجه سه با سه گروه آلکیلی متصل، بیشترین کارایی در صنعت را داراست. این ترکیب دارای سه رده­بندی می­باشد:

• آمین چرب سه عاملی متقارن (R3N): در این دسته هر سه زنجیره آلکیل یکسان هستند.
• دی متیل آمین چرب نا متقارن (RN(CH3)2) یا (R2NCH3) Methyl Difatty Amine
• آن دسته از آمین‌هایی که از واکنش آمین‌های درجه اول و دوم با اتیلن اکسید بدست می­آیند. این آمین چرب نا‌متقارن از مواد پایه تولید Organ Modified Clay در صنعت نفت، زیست کش­ها و جلبک­کش‌ها می­باشد.

2-2  روش آماده‌سازی

روش­های زیادی برای آماده­سازی آمین درجه­ سه از اسید چرب وجود دارد. یکی از قدیمی­ترین روش‌ها، واکنش The Classical Leuckart می­باشد که از فرمآلدهید و فرمیک اسید برای تقلیل آلکیل‌های آمین ثانویه استفاده می‌کند.

اصلاحاتی در این واکنش اعمال شده است. Shapiro با انجام واکنش تقلیل آلکیل، آمین درجه یک و دو با فرمآلدهید در حضور کاتالیست نیکل، آن را توسعه بخشید. از منظر اهمیت تجاری، تولید آمین چرب از طریق نیتریل به صرفه‌تر است. اسید چرب ابتدا به وسیله واکنش با آمونیاک در دمای 280 تا 360 درجه سانتی‌گراد و فشار اتمسفری، به نیتریل تبدیل می­شود.

واکنشی که منجربه تولید نیتریل می­شود یک واکنش دهیدراته کردن برای محصول میانی است. سپس نیتریل به صورت کاتالیزوری هیدروژنه شده و آمین چرب تولید می­شود.

بنابر شرایط انجام واکنش هریک از آمین­های درجه یک ، دو و سه می‌تواند تولید شود. اگر مقدار بیشتری آمین درجه سه مطلوب باشد، برای پیشبرد واکنش به این سمت باید به صورت مداوم حذف آمونیاک را انجام داد. درصد حضور آمونیاک سبب افزایش احتمال تشکیل آمین درجه یک و دو می­شود.

در آماده­سازی تجاری آمین درجه سوم، الکل چرب نیز ازجمله مواد خام در دسترس می­باشد. الکل چرب به وسیله واکنش با مقدار مشخصی هیدروژن هالید، مستقیماً، به آلکیل هالید تبدیل می­شود. سپس تحت واکنش با دی متیل آمین ، آلکیل هالید به آمین درجه ­سه تبدیل می­شود.

الکل‌های دراز زنجیر به‌وسیله واکنش در دمای 36 درجه سانتی‌گراد در حضور کاتالیست Th(SO4)2 یا Cu–Cr و هیدروژن، مستقیماً به N,N-Dimethylalkyamine تبدیل می­شود.

با واکنش آمین درجه یک و دو با اتیلن اکساید، اتوکسیل آمین درجه سه تولید می­شود. حلالیت در آب این آمین با افزایش درجه اتوکسیلی ترکیب افزایش می­یابد.

 

2-3 کاربردها

آمین‌های درجه سه نامتقارن منحصراً به عنوان مواد آغازین برای تولید ترکیبات چهار اتمی آمونیاک، آمین اکسید و سورفکتانت­ کاتیونی استفاده می­شوند. ترکیبات چهار اتمی آمونیاک با واکنش آمین درجه سه با بنزیل کلراید، متیل کلراید یا دی متیل سولفات تولید می­شود که به عنوان زیست­کش و جلبک­کش مورد استفاده قرار می­گیرد. از بین موارد ذکر شده نمک بنزیل آمونیوم کلراید کاربرد گسترده­تری دارد. می­توان گفت، بیش‌ترین کاربرد آمین چرب در تولید نرم کننده لباس می­باشد. مورد بعد، دیستریل­ دی‌متیل آمونیوم کلراید می­باشد که به وسیله واکنش دی‌استریل­آمین و متیل­کلراید با اضافه کردن مداوم مقدار مشخصی قلیا، بدست می­آید.

به هرحال، همانطورکه قبلا درباره اش صحبت شد، از مواد آغازین تولیدات این محصول اسید چرب C16– C18 حاصل از چربی حیوانی یا روغن پالم است. در تولید آمین اکسید، آمین درجه سه با هیدروژن پراکسید وارد واکنش می­شود. آمین اکسید‌ها به دلیل عوارض کم بر روی پوست و خواص کف‌سازی قابل قبول، به عنوان مواد اولیه برای آماده سازی و تولید محصولات آرایشی استفاده می­شود.

ماده خام مهم دیگری که در صنایع آرایشی بهداشتی مورد استفاده قرار می­گیرد، بتین‌ها هستند، این مواد از واکنش آمین چرب درجه سه با سدیم کلرواستات بدست می­آیند. بتین­ها در رنج‌های گسترده pH از خودشان پایداری خوبی نشان می­دهند به علاوه به سختی آب، حساس نیستند و عوارض کمی روی پوست دارند.

 

 

واحد تحقیقات شرکت دمیرچی