Воски представляют собой разнообразный класс органических соединений , которые представляют собой липофильные , пластичные твердые вещества при температуре окружающей среды. Они включают высшие алканы и липиды , обычно с температурой плавления выше 40 °C (104 °F), плавящиеся с образованием жидкостей с низкой вязкостью . Воски нерастворимы в воде, но растворимы в неполярных органических растворителях, таких как гексан , бензол и хлороформ . Природные воски различных типов производятся растениями и животными и встречаются в нефти .
Воски представляют собой органические соединения, которые обычно состоят из длинных алифатических алкильных цепей, хотя могут также присутствовать ароматические соединения. Природные воски могут содержать ненасыщенные связи и включать различные функциональные группы , такие как жирные кислоты , первичные и вторичные спирты , кетоны , альдегиды и сложные эфиры жирных кислот . Синтетические воски часто состоят из гомологического ряда длинноцепочечных алифатических углеводородов ( алканов или парафинов), лишенных функциональных групп . [1]
Воски синтезируются многими растениями и животными. Восковые эфиры животного происхождения обычно состоят из эфиров воска , полученных из различных жирных кислот и карбоновых спиртов. В восках растительного происхождения характерные смеси неэтерифицированных углеводородов могут преобладать над сложными эфирами. [2] Состав зависит не только от вида, но и от географического положения организма.
Самым известным животным воском является пчелиный воск , который используется при строительстве сот в ульях, но воск выделяют и другие насекомые. Основным компонентом пчелиного воска является мирицилпальмитат, который представляет собой сложный эфир триаконтанола и пальмитиновой кислоты . Температура плавления 62–65 °С. Спермацет в больших количествах содержится в головном жире кашалота . Одним из его основных компонентов является цетилпальмитат , еще один сложный эфир жирной кислоты и жирного спирта . Ланолин — это воск, полученный из шерсти, состоящий из эфиров стеринов . [1]
Растения выделяют воск в кутикулу и на ее поверхность , чтобы контролировать испарение, смачиваемость и гидратацию. [3] Эпикутикулярные воски растений представляют собой смеси замещенных длинноцепочечных алифатических углеводородов, содержащих алканы, алкиловые эфиры, жирные кислоты, первичные и вторичные спирты, диолы , кетоны и альдегиды. [2] С коммерческой точки зрения наиболее важным растительным воском является карнаубский воск , твердый воск, полученный из бразильской пальмы Copernicia prunifera . Содержащий сложный эфир мирицилцеротат имеет множество применений, например, для покрытия кондитерских изделий и других пищевых продуктов, полироли для автомобилей и мебели, покрытия зубной нитью и воска для досок для серфинга . Другие более специализированные растительные воски включают масло жожоба , канделильский воск и воск урикури .
Воски и масла растительного и животного происхождения могут подвергаться избирательным химическим модификациям для получения восков с более желательными свойствами, чем те, которые доступны в немодифицированном исходном материале. [4] Этот подход основан на подходах зеленой химии, включая метатезис олефинов и ферментативные реакции, и может использоваться для производства восков из недорогих исходных материалов, таких как растительные масла. [5] [6]
Хотя многие природные воски содержат сложные эфиры, парафиновые воски представляют собой углеводороды, смеси алканов, обычно находящиеся в гомологическом ряду длин цепей. Эти материалы составляют значительную часть нефти. Их очищают методом вакуумной перегонки . Парафины представляют собой смеси предельных н- и изо- алканов , нафтенов , а также алкил- и нафтензамещенных ароматических соединений. Типичный химический состав алкан-парафинового воска включает углеводороды с общей формулой C n H 2 n +2 , такие как гентриаконтан C 31 H 64 . Степень разветвления оказывает важное влияние на свойства. Микрокристаллический воск — это менее производимый воск на нефтяной основе, который содержит более высокий процент изопарафиновых (разветвленных) углеводородов и нафтеновых углеводородов.
Ежегодно производятся миллионы тонн парафинов. Они используются в пищевых продуктах (например, в обертках для жевательной резинки и сыра), в свечах и косметике, в качестве антипригарных и гидроизоляционных покрытий, а также в полиролях.
Монтанский воск — это окаменелый воск, добываемый из угля и бурого угля . [7] Он очень твердый, что отражает высокую концентрацию насыщенных жирных кислот и спиртов. Несмотря на темно-коричневый цвет и запах, их можно очистить и отбелить, чтобы получить коммерчески полезные продукты.
По состоянию на 1995 год [обновлять]ежегодно потреблялось около 200 миллионов килограммов полиэтиленовых восков. [3]
Полиэтиленовые воски производятся одним из трех способов:
Каждая технология производства создает продукты с немного разными свойствами. Ключевыми свойствами низкомолекулярных полиэтиленовых восков являются вязкость, плотность и температура плавления.
Полиэтиленовые воски, полученные путем разложения или восстановления потоков полиэтиленовых смол, содержат материалы с очень низкой молекулярной массой, которые необходимо удалить, чтобы предотвратить улетучивание и потенциальную опасность возгорания во время использования. Полиэтиленовые воски, изготовленные этим методом, обычно очищаются от фракций с низкой молекулярной массой, чтобы получить температуру вспышки> 500 ° F (> 260 ° C). Многие заводы по производству полиэтиленовых смол производят поток с низкой молекулярной массой, часто называемый низкополимерным воском (LPW). LPW нерафинирован и содержит летучие олигомеры, коррозионный катализатор и может содержать другие посторонние материалы и воду. Переработка LPW для получения полиэтиленового воска включает удаление олигомеров и опасного катализатора. Правильная очистка LPW для производства полиэтиленового воска особенно важна при его использовании в приложениях, требующих сертификации FDA или других регулирующих органов. [ нужна цитата ]
Воски в основном потребляются в промышленности как компоненты сложных рецептур, часто для покрытий. Полиэтиленовые и полипропиленовые воски в основном используются в производстве красителей для пластмасс. Воски придают матирующий эффект (т. е. придают неглянцевую поверхность) и устойчивость красок к истиранию. Полиэтиленовые воски добавляются в чернила в виде дисперсий для уменьшения трения. Они используются в качестве антиадгезивов , находят применение в качестве антискользящих добавок в мебели и придают устойчивость к коррозии. [3]
Воски, такие как парафин или пчелиный воск , а также твердые жиры, такие как жир , используются для изготовления свечей , используемых для освещения и украшения. Другой вид топлива, используемый при производстве свечей, включает сою . Соевый воск производится методом гидрирования с использованием соевого масла.
Воски используются в качестве отделки и покрытия для изделий из дерева. [8] Пчелиный воск часто используется в качестве смазки на направляющих выдвижных ящиков, где происходит контакт дерева с деревом.
В Средние века сургуч использовался для закрытия важных документов . В качестве поверхности для письма использовались восковые таблички . В средние века существовали разные виды воска, а именно четыре вида воска ( рагузский , черногорский , византийский и болгарский ), «обычные» воски из Испании , Польши и Риги , нерафинированные воски и цветные воски (красный, белый и зеленый). [9] [10] Воски используются для изготовления вощеной бумаги , пропитки и покрытия бумаги , а также картона, чтобы сделать ее водонепроницаемой, устойчивой к окрашиванию или изменить свойства ее поверхности. Воски также используются в кремах для обуви , полиролях для дерева и автомобильных полиролях, в качестве антиадгезива при изготовлении форм , в качестве покрытия для многих сыров , а также для водонепроницаемости кожи и тканей. Воск использовался с древности в качестве временной съемной модели при литье по выплавляемым моделям золота , серебра и других материалов.
Воск с добавлением цветных пигментов использовался в качестве основы в энкаустической живописи , а сегодня используется при производстве мелков , фарфоровых маркеров и цветных карандашей . Копировальная бумага , используемая для изготовления дубликатов машинописных документов, была покрыта углеродной сажей, взвешенной в воске, обычно горном воске , но в значительной степени была вытеснена фотокопировальными аппаратами и компьютерными принтерами . В другом контексте помада и тушь представляют собой смеси различных жиров и восков, окрашенных пигментами, а пчелиный воск и ланолин используются в других косметических средствах . Лыжный воск используется при катании на лыжах и сноуборде . Кроме того, в таких видах спорта, как серфинг и скейтбординг [11], воск часто используется для повышения производительности.
Некоторые воски считаются безопасными для пищевых продуктов и используются для покрытия деревянных разделочных досок и других предметов, контактирующих с пищевыми продуктами. Пчелиный или цветной синтетический воск используют для украшения пасхальных яиц в Румынии, Украине, Польше, Литве и Чехии. Парафин используется при изготовлении конфет в шоколаде.
Воск также используется в восковых пулях , которые используются в качестве вспомогательного средства моделирования.
