کاربردهای لوریل الکل های اتوکسیله در صنایع مختلف
بخش اول (مقدمه، معرفی، داده های تخصصی)
1- مقدمه:
لوریل الکل های اتوکسیله تحت نام تجاری KELA جز دسته الکل چرب اتوکسیله می باشند که به عنوان سورفکتانت های غیریونی شناخته می شوند. پایه و مبنای این محصولات، الکل های چرب C12-C14 هستند که برای استفاده در محصولات پاک کننده ی سازگار با محیط زیست استفاده می شوند. هر گرید از سری محصولات لوریل الکل های اتوکسیله، شامل طیفی از خواص و ویژگی های مخصوص به خود هستند. به طور کلی، این محصولات با خواص زیر شناخته می شوند:
- فعالیت سطحی و تمیزکنندگی بالا
- کمک به سایر سورفکتانت ها در فرمولاسیون های مختلف
- پایداری خوب در آب سخت
- پایداری شیمیایی در بازه وسیعی از pH
- تهیه شده از مواد اولیه طبیعی و تجدیدپذیر
- تاثیر کم بر محیط زیست به علت تجزیه کامل و سریع
این ویژگی های مطلوب باعث کاربرد گسترده این محصولات شده است. لوریل الکل های اتوکسیله در پاک کننده ها و شوینده ها، محصولات آرایشی بهداشتی و هم چنین برخی موارد تخصصی کاربرد دارد. انتخاب سورفکتانت غیریونی مورد نیاز در یک ترکیب، به کمک پارامترHLB مشخص می شود. این پارامتر ویژگی هایی مانند قدرت امولسیون کنندگی، تمیزکنندگی، کف کنندگی و حل شدن را مشخص می کند.
2- معرفی محصول
2-1- پایه الکل چرب
پایه لوریل الکل اتوکسیله، الکل های چرب ساده و خطی C12-C14 هستند. این الکل از روغن های اولئو (oleo oil) مانند روغن پالم کرنل (palm kernel oil) حاصل از واکنش تبادل استری (transesterification) و هیدرژناسیون به دست می آید.
درصد اجزای سازنده لوریل الکل خام به صورت زیر است:
طول زنجیره کربنی الکل چرب | درصد الکل چرب مربوطه |
C10 | ماکزیمم 1% |
C12 | 75-65% |
C14 | 28-21% |
C16 | 8-4% |
C18 | ماکزیمم 5/0% |
جرم مولکولی لوریل الکل خام به طور متوسط 200 گرم بر مول است.
2-2- تهیه لوریل الکل های اتوکسیله
لوریل الکل اتوکسیله از واکنش بین الکل چرب C12-C14 با مقادیر متفاوت از اتیلن اکساید تهیه می شود. هر گرید از این محصول در تعداد مول های اتیلن اکساید اضافه شده متفاوت است و از این رو، طول زنجیره پلی اتیلن گلایکول اتر نیز متفاوت است. گاهی لوریل الکل اتوکسیله تحت نام لورت (laureth) شناخته می شود. مثلا لورت 7 معادل لوریل الکل 7 مول اتوکسیله است.
2-2- تهیه لوریل الکل های اتوکسیله
لوریل الکل اتوکسیله از واکنش بین الکل چرب C12-C14 با مقادیر متفاوت از اتیلن اکساید تهیه می شود. هر گرید از این محصول در تعداد مول های اتیلن اکساید اضافه شده متفاوت است و از این رو، طول زنجیره پلی اتیلن گلایکول اتر نیز متفاوت است. گاهی لوریل الکل اتوکسیله تحت نام لورت (laureth) شناخته می شود. مثلا لورت 7 معادل لوریل الکل 7 مول اتوکسیله است.
2-3- خلوص
گرید های مختلف محصول KELA محتوی مقادیر گوناگونی از ماده فعال الکل چرب اتوکسیله می باشند. بسته به مقدار و درجه اتوکسیلاسیون، مقداری الکل چرب اولیه ممکن است در محصول باشد. الکل چرب آزاد، که با افزایش درجه اتوکسیلاسیون مقدارش کاهش می یابد، در میزان تمیز کردن و تنظیم مقدار کف تاثیر گذار است.
در طی فرآیند اتوکسیلاسیون، فرآیند جانبی دیگری نیز انجام می شود که موجب تشکیل پلی اتیلن گلایکول با فرمول شیمیایی H(OCH2CH2)nOH می شود. مقدار پلی اتیلن گلایکول که زنجیره هایی با طول متفاوت دارند، کمتر 2% است. این پلی دی ال ها محلول در آب هستند و خواص سورفکتانت غیریونی را تضعیف نمی کنند.
برای خنثی کردن کاتالیست بازی استفاده شده در فرآیند سنتز KELA از اسید آلی کوتاه زنجیر(معمولا استیک اسید) استفاده می شود تا محصول نهایی به محدوده pH خنثی برسد. بنابراین، محصول اتوکسیله تولید شده شامل کمی نمک آلی و آب می باشد. مقدار آب موجود در محصول کمتر از 5/0% است.
3- داده های تخصصی
3-1- ویسکوزیته
سری محصولات لوریل الکل اتوکسیله با زنجیره کوتاه اتیلن اکساید، در دمای اتاق به حالت مایع با ویسکوزیته پایین هستند. لازم به ذکر است ویسکوزیته با افزایش درجه اتوکسیلاسیون، افزایش می یابد.
3-2- انحلال پذیری در آب و تشکیل ژل
3-2-1-انحلال پذیری در آب
انحلال پذیری لوریل الکل های اتوکسیله وابسته به طول زنجیره ی اتری قابل انحلال در آب می باشد. با افزایش درجه ی اتوکسیلاسیون، انحلال پذیری در آب افزایش می یابد. محصولات اتوکسیله با درجه اتوکسیلاسیون پایین تر (مثلا 2-4 مول اتوکسیله) به مقدار بسیار کمی در آب حل می شوند. این محصولات در حلال های غیرقطبی آلی قابل حل هستند و به همین دلیل به عنوان امولسیفایر کاربرد دارند. محصولات اتوکسیله با مرتبه بالاتر اتیلن اکساید به راحتی در آب قابل انحلال هستند و به همین دلیل عمدتا در پاک کننده ها کاربرد دارند.
3-2-2-تشکیل ژل با آب
مخلوط آب با الکل های اتوکسیله، مانند لوریل الکل اتوکسیله می توانند گستره وسیعی از ویسکوزیته های مختلف، از سیال روان تا جامد ژلی شکل را با توجه به مقدار آب اضافه شده در بر گیرند.
فاز ژلی به طور معمول در غلظت های متوسط تشکیل می شود و هنگامی که آب نیز اضافه می شود پایداری خوبی دارد. هنگامی که محلول لوریل الکل اتوکسیله به غلظت های کمتر رقیق می شود، معمولا فاز ژلی تشکیل نمی شود. برای جلوگیری از تشکیل ژل، افزودن آب به مقدار کافی به الکل اتوکسیله، استفاده از آب گرم و هم زدن به مقدار زیاد استفاده کرد. حلال اضافی، مانند الکل ها، نمک ها و سایر الکترولیت ها کمک می کنند تا از تشکیل ژل جلوگیری شود.
3-3- نقطه ابری شدن
نقطه ابری شدن پارامتر مهمی برای شناسایی و توصیف سورفکتانت های غیر یونی است. در یک دمای مشخص محلول اولیه محصول اتوکسیله شفاف است ولی با افزایش دما در طول زمان کدر (ابری) می شود. علت این امر تشکیل فاز غیر قابل انحلال سورفکتانت است. البته این فرآیند برگشت پذیر است و می توان با کمی سرد کردن مخلوط، در همان دما مجددا فاز ناهمگن را از بین برد و محلول شفاف تشکیل شود.
دمایی که در آن این فرآیند رخ می دهد برای هر محصول اتوکسیله منحصر به فرد است و به عنوان نقطه ابری شدن (Cloud Point) سورفکتانت شناخته می شود.
پدیده ابری شدن را می توان به صورت زیر توجیه کرد: حل شدن ماده اتوکسیله در آب بر مبنای هیدراسیون یا آب پوشی با پیوندهای هیدروژنی است. از آنجا که هیدراسیون با افزایش دما، کاهش می یابد؛ انحلال پذیری اتوکسیلات ها نیز کاهش می یابد.
نقطه ابری شدن تابعی از غلظت سورفکتانت است و معمولا با استفاده از سورفکتانت با غلظت 1% یا 2% اندازه گیری می شود. اگر محصول اتوکسیله در آب نامحلول و یا بسیار کم محلول باشد، نقطه ابری شدن را می توان به کمک محلول آبی بوتیل دی گلایکول اندازه گیری کرد.
3-4-فعالیت سطحی
یکی از کلیدی ترین خاصیت ها و ویژگی های سورفکتانت هایی مانند لوریل الکل اتوکسیله، توانایی و قابلیت آن ها برای کاهش کشش سطحی آب می باشد. لوریل الکل های اتوکسیله قابلیت بسیار خوبی برای کاهش کشش سطحی، حتی در غلظت های پایین دارند.
3-5-غلظت بحرانی مایسل (Critical Micelle Concentration)
غلظت بحرانی مایسل (CMC) یک ویژگی قابل اندازه گیری برای سورفکتانت هاست. CMC عبارتست از غلظتی که در آن تک مولکول سورفکتانت شروع به ساخت توده های مایسلار (Micellar) می کند. این غلظت برای سورفکتانت های لوریل الکل اتوکسیله می تواند mg/l2 تاmg/l 20 باشد. نمودار زیر نشان می دهد که مقدار CMC بسته به طول زنجیره اتری و افزایش انحلال پذیری در آب، افزایش می یابد.
شکل 1- نمودار وابستگی مقدار CMC به طول زنجیره اتری (افزایش تعداد مول اتیلن اکساید)
