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棕榈油在日用化学工业中的应用

已有 913 次阅读 2019-9-16 12:00 |个人分类:趣味人生|系统分类:科普集锦| 棕榈油, 日用化工, 应用

棕榈油在日用化学工业中的应用

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 一、  引言

目前,马来西亚是世界上最大的棕榈油、棕榈仁油及相关制品的输出国,2015年马来西亚生产了1996万吨棕榈油和228万吨棕榈仁油。

棕榈油和棕榈仁油的持续性和可预测的供应量,让马来西亚的油脂化学工业得到了长足发展,马来西亚的油脂化工产业产能居世界首位,产量占到全世界总产量的20%。2015年约有300万吨的油脂被加工成油脂化工产品,其中大部分被出口到世界上一百多个国家和地区,主要产品有:脂肪酸、甲酯、脂肪醇和甘油。

二、油脂化学应用

在大多数情况下,棕榈油主要是做为食品工业应用,不到20%比例的棕榈油用在非食品领域。

油化产品是来源于油脂的化工产品。当然,也有很多天然油脂化工产品(来自于植物油脂和动物油脂)以及合成油脂化工产品(来自石油)。植物油脂是由一个甘油分子和三个脂肪酸分子形成的甘油三酯。油脂裂解,如油脂水解成脂肪酸和甘油,它是油脂化学工业的基础。

使用水或乙醇可以将油脂水解成脂肪酸或酯类(有机盐)和甘油,脂肪酸或酯类是油脂化学的基本原材料,被用来生产脂肪醇和脂肪酸氮,也可以继续反应生产其它衍生品。因此,油脂化学通常 被分为基础油脂化学和衍生品。最常见的基础油脂化工产品是脂肪酸、甲酯、脂肪醇、脂肪胺和甘油。

衍生品是通过进一步油脂化学反应,诸如环氧化、乙氧基化、硫化和磺化等 方式生产得到的,不同的化学物质存在着无限的可能。

棕榈油化工产品在气味和色泽方面优于低级牛油化工产品,而且它的高含量C16脂肪酸和植物原料也让它在很多应用中占有很多优势。

1、    脂肪酸

市场上销售的脂肪酸基本上都是来源于天然油脂,作为油脂化学品的基本原材料,脂肪酸的需求量是很大的。脂肪酸可直接用于橡胶加工、制造蜡烛和化妆品,或者作为衍生物的原料,如生产中碳链甘油三酯(MCT)、肥皂和金属皂等,以及脂肪醇等中间化学品的原料

2、    甲酯

甲酯是通过酯交换作用或醇解,在碱性催化剂作用下让油脂与甲醇的直接反应获得的。甘油是该过程中产生的一种副产品。

脂肪酸中的甲酯是油脂化学衍生物的一种,甲酯是产量最大的油脂化学产品之一,其产量仅次于脂肪酸。不过,甲酯是反应产物,相较于脂肪酸,在能量要求、储存稳定性和无腐蚀性等方面具有优势。

甲酯可以作为生产超白香皂(尤其在日本),也可以作为柴油替代品。甲酯的直接应用范围十分有限,其最常见的作为生产脂肪醇、甲酯磺酸盐(MES)、蔗糖酯以及其他脂肪酸酯、烷醇酰胺、抗生素和消泡剂的介质。

3、    脂肪醇

脂肪醇是脂肪酸最重要的下游产物。其中一个主要用途就是生产烷基硫酸钠,是一种洗涤剂中的表面活性剂。其生产方法有两种:高压氢化脂肪酸和还原脂肪酸酯。

4、    脂肪酰胺

脂肪酰胺(RCONH2)是将脂肪酸中的羟基(OH)换成了氨基(-NH2)。脂肪酰胺熔点较高,稳定性强,具有抗潮湿的特性。用途特别广泛,如可用于生产纺织品、纸张、木材、金属和橡胶。脂肪酰胺还可替代用于抛光的昂贵硬蜡(棕榈蜡和褐煤蜡),用作防黏着剂,也可使油墨更加顺滑更具光泽。

脂肪酰胺的生产方法一般是:脂肪酸和无水氨直接反应。

常见的酰胺产品有硬脂酰胺(熔点在108.5℃)和油酸酰胺(熔点在75.9℃)。棕榈油含有约45%的棕榈酸、5%的硬脂酸、40%的油酸和10%的亚油酸,经氢化后,棕榈油约含有45%的棕榈酸、55%的硬脂酸,是生产酰胺的重要脂肪酸来源。4.jpg

5、    脂肪胺

脂肪胺可以看作是脂肪酸与氨水的化合物。氨水中的一个或多个氢原子被换成羟基,胺本身用途广泛,同时,也是生产很多衍生品的原料。胺的重要性在于其阳离子具有基础PH值(大于7),且具有生物活性,表现在对于许多表面有较强吸附力,因此能够改变与其混合的其他材料的表面特性。

胺的主要用途为矿石浮选、防锈、纺织品生产(抗静电和防水)、石油开采、润滑油等。

6、    季胺化合物

季胺化合物是氮衍生物的另一种,通常叫做季胺盐,由脂肪胺进一步反应而来。季胺化合物是阳离子表面活性剂,具有较强杀菌消毒能力,主要用于织物柔软剂、调节剂、杀菌消毒剂、纺织品和纸张柔软剂。

7、    甘油

甘油属于多元醇的一种,是一种清洁、无气味粘性液体,味甜,具有吸湿性,甘油是油化行业的珍贵副产品,主要来源于脂肪酸、脂肪酸酯生产,以及油脂中的肥皂。

甘油用途广泛,主要有:药剂中的溶剂或药物载体,化妆品和烟草中的湿润剂,防冻或传热剂,液压油,以及低极性聚合物中的塑化剂/稳定剂。同时,甘油也可以用来生产其他化学品,如硝酸甘油、润滑脂/润滑油中的多元酯、生产聚氨酯的多元醇、甘油单酯和甘油二酯(食品乳化剂)。

8、    环氧化棕榈油

环氧化植物油是指植物油与烷基相邻的碳原子连接到相同的氧原子上。环氧化植物油用途比较广泛,如塑料行业中的塑化剂/稳定剂、聚丙烯酸酯表面修整,还有用于多元醇生产的起始材料(聚氨酯生产的关键成份)。

9、    肥皂

肥皂是脂肪酸钠盐或钾盐,在东南亚,肥皂主要是通过棕榈油与椰子油或棕榈仁油混合而生产的。

肥皂的生产方法有三种,一种是脂肪酸皂化,一种是脂肪酸中和,第三种是甲酯与氢氧化钠反应(日本狮王公司发明)。

马来西亚棕榈油通常制作肥皂的产品有透明皂、半透明皂、洗衣皂等,由于棕榈油的品质具有极好的性能(通常采用不同比例的棕榈油:棕榈仁油混合物,如80:20,75:25,70:30,60:40等),因而在制作肥皂时完全有理由生产出高品质的产品(香皂等)。

10、  金属皂

除了钠皂和钾皂以外,还有其他金属制成的肥皂,通常被称为金属皂。金属皂用途广泛,尤其是在生产润滑油、润滑脂、颜料、清漆、塑料等领域,近期,金属皂还被广泛地用作动物饲料中,作为高能量的补充剂。

金属皂的生产方法通常有三种:干燥或熔化工艺——高温下将脂肪酸或脂肪和金属氢氧化物进行反应;湿润中和工艺——如,在100℃左右温度下将脂肪酸和金属氢氧化物进行反应;湿分解或复分解工艺——将钠皂或金属盐进行反应。

这三种生产工艺和方法提得产物在外形、密度和色泽方面均不相同,可根据不同用途进行工艺选择。

11、  表面活性剂和清洁用品

表面活性剂或表面活化剂是一种亲水亲脂性分子,置于两种不能混合的介质中时,容易附着在两种介质的交界位置。

表面活性剂的种类

表面活性剂

以石油化学品为原料

以油脂化学品为原料

阴离子型

1.直链烷基苯磺酸盐

1.磺基脂肪酸甲酯

2.醇硫酸盐

2.脂肪醇硫酸盐

3.醇醚硫酸盐

3. 醇醚硫酸盐

4.烯基磺酸盐

4.肥皂

阳离子型


1.季铵化合物



2.酯基季铵盐

非离子型

1.壬基酚聚氧乙烯醚

1.乙氧乙醇

2.醇乙氧基化物

2.烷基聚葡糖苷


3.烷醇酰胺

两性离子型


1.氧化胺

2.三钾铵乙内酯

  12、  化妆品和个人护理产品

化妆品和个人护理产品可以分为四大类:肌肤护理、彩妆、头发护理和口腔护理。

肌肤护理主要有补水、去皱霜、沐浴露和身体芳香剂等,其类型有乳、霜、液体、凝胶和条状等,可以使用棕榈油基的油化产品为原料制作而成,如甘油、脂肪酸、脂肪醇。配方中棕榈油基物质约为45%-98%,也可以添加一些棕榈维生素和羊奶等活性物质。

彩妆包括口红和润唇膏、底妆和眼影,口红是润湿剂和蜡类的混合物,具备足够的硬度能够成型,外加各种添加剂,如色素等。底妆或液体化妆品,是一种含有分散剂颜料的乳剂,如各种颜色的氧化铁,乳剂中最高可添加85%的棕榈油基物质,还可以添加一些功能性成份,如抗皱剂、保湿剂、遮光剂等。

粉饼或粉膏以及眼影含有滑石粉、高岭土、硬脂酸镁、硬脂酸锌和脂肪酸酯或油基粘合剂。粘合剂通常是硬脂酸异丙酯、十六烷酸鲸蜡醇酯和/或中碳链甘油三酯,粘合剂只占5%。二羟基硬脂酸是马来西亚棕榈油总署开发的一种新型化妆品原料,使用二羟基硬脂酸包裹原料,可以提高最终产品的疏水性,据说可带来一种天鹅绒柔软触感。

护发产品主要包括洗发剂和护发素,洗发剂可将多余油脂和油性物质从头发中去除,洗发成份通常是阴离子和两性离子型的表面活性剂,通常占配方产品的12%-20%。一般使用的棕榈油基物质是十二烷硫酸钠、十四烷硫酸钠和十二烷基醚硫酸钠。

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13、  家用清洁产品

洗手液,传统地都是用肥皂进行清洁洗手,现在最流行的是液体洗手液,阴离子-非离子型表面活性剂混合在一起,可以提高清洁的性能。这两种表面活性剂都可以在棕榈油基物质中获得。马来西亚棕榈油总署开发了一种棕榈阴离子表面活性剂——硫化甲酯或甲酯磺酸盐,用于洗手液的基料。棕榈洗手液由于使用了无刺激性的表面活性剂,对人体肌肤十分温和,深受消费者喜欢。

甲酯用作清洁剂,传统使用煤油、松脂、石油溶剂油等工业溶剂洗涤顽固污渍,但由于这些物质都有一定程度上的刺激性(皮肤),棕榈油等植物油的脂肪酸甲酯在一定程度上可以取代石油基的产品。免洗洗手液是不需要水和洗手液就可以去除手上的油脂和污渍,深受消费者欢迎。

14、  印刷油墨

传统的印刷油墨都是采用石油基来制作,近年来用植物油制作油墨多有报道,如大豆油油墨,棉籽油油墨,胡麻油油墨等,马来西亚棕榈油总署开发的棕榈油油墨根据色泽要求不同,约在印刷油墨中占10-40%,且印刷油墨的稳定性较好。

15、  农药

目前,大多数杀虫剂原料都是石油基做的,石化产品能做的,油化产品同样都能做到。

以棕榈油基开发的表面活性剂为主的农药助剂、水乳杀虫剂、甘草膦除草剂、微乳液等有着广阔的用途。

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16、  多元醇和聚氨酯

棕榈油和棕榈油产品可以转变为多元醇,在聚氨酯行业称之为聚醇。

多元醇通常含有两个或两个以上的羟基,是生产聚氨酯产品的基本原料。

马来西亚棕榈油总署开发聚氨酯产品

产品名称

产品性质及用途

植物干泡沫

良好的吸附力/适当密度渗透力

热绝缘体

冰箱绝热材料——试验表明,与石油基材料效果相当

聚氨酯软泡沫

惰性泡沫特性使其适合于家具行业(垫子和寝具)其韧性也适于模塑成汽车零部件

双组份聚氨酯粘合剂

可用作中密度纤维板的粘合剂

双组份聚氨酯涂料

可用于木质材料行业,如家具、建筑和装饰产品

聚氨酯板

可用于家具和手提包

聚氨酯包膜肥料

缓释肥料

聚氨酯装饰产品

在室内外家居装饰方面存在潜力

聚氨酯花架

景观美化


17、  蜡烛

生产蜡烛的硬脂酸就是利用棕榈酸和硬脂酸的混合物,主要来源于棕榈油。双压硬脂酸和三压硬脂酸的凝固点是53℃,色泽好,十分适合制作蜡烛。

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18、  润滑剂

植物油(甘油三酯)作为润滑油有悠久的历史,由于棕榈油和棕榈油的酯类具有良好的性能,如易粘附金属、润滑能力强、抗氧化能力强等,适合作为液压油和润滑脂等多种润滑剂的基液,作为基础油,棕榈油可用来生产可降解的食品级润滑剂。

19、  涂料

聚氨酯涂料用途广泛,棕榈油的衍生品,如油酸,在不饱和的位置,可人为控制通过化学方法获得的某些功能用途的原料。棕榈聚酯多元醇可以用作室内外木材的聚氨酯涂料。

20、  粘合剂

马来西亚棕榈油总署已经成功开发通过环氧化和醇解从棕榈油中提取出多元醇,多元醇与二异氰酸盐反应,生成各种聚氨酸制品。

棕榈油基粘合剂其中一个潜在用途就是制造中密度纤维板。

21、  专用化学品

棕榈二羟基硬脂酸(DHSA)及衍生品

辛基二羟基硬酯酸

二羟基硬酯酸酸酐

二羟基硬酯酸烷醇酰胺

二羟基硬酯酸乙氧基化物。

22、  棕榈生物柴油

马来西亚棕榈油总署从上世纪80年代开始就利用棕榈油开发生物质能源,并与马来西亚国家石油公司建立了年产量3000吨的实验工厂,并拥有棕榈油转化为生物柴油方法的专利。其特点是:没有黑烟,一氧化碳排放数量明显减少,无需更换发动机,颗粒物排放显著减少。

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本文来源:马来西亚棕榈油总署《棕榈应用手册》(2017版)




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