Воски представляют собой разнообразный класс органических соединений , которые являются липофильными , пластичными твердыми веществами вблизи температур окружающей среды. Они включают высшие алканы и липиды , обычно с температурой плавления выше примерно 40 °C (104 °F), плавясь с образованием жидкостей с низкой вязкостью . Воски нерастворимы в воде, но растворимы в неполярных органических растворителях, таких как гексан , бензол и хлороформ . Природные воски разных типов производятся растениями и животными и встречаются в нефти .
Воски — это органические соединения, которые обычно состоят из длинных алифатических алкильных цепей, хотя ароматические соединения также могут присутствовать. Натуральные воски могут содержать ненасыщенные связи и включать различные функциональные группы , такие как жирные кислоты , первичные и вторичные спирты , кетоны , альдегиды и эфиры жирных кислот . Синтетические воски часто состоят из гомологических рядов длинноцепочечных алифатических углеводородов ( алканов или парафинов), которые не имеют функциональных групп . [1]
Воски синтезируются многими растениями и животными. Воски 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 эфирами. [2] Состав зависит не только от вида, но и от географического положения организма.
Самый известный животный воск — пчелиный воск , используемый при строительстве сот ульев, но другие насекомые также выделяют воски. Основным компонентом пчелиного воска является мирицилпальмитат, который представляет собой сложный эфир триаконтанола и пальмитиновой кислоты . Его температура плавления составляет 62–65 °C (144–149 °F). Спермацет в больших количествах содержится в жире головы кашалота . Одним из его основных компонентов является цетилпальмитат , другой сложный эфир жирной кислоты и жирного спирта . Ланолин — это воск, получаемый из шерсти, состоящий из сложных эфиров стеролов . [1]
Растения выделяют воски в и на поверхность своих кутикул в качестве способа контроля испарения, смачиваемости и гидратации. [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, получаемый из бразильской пальмы Copernicia prunifera . Содержащий эфир мирицилцеротата, он имеет множество применений, таких как кондитерские изделия и другие пищевые покрытия, полироль для автомобилей и мебели, покрытие зубной нитью и воск для серфинга . Другие более специализированные растительные воски включают масло жожоба , канделильский воск и воск урикури .
Воски или масла на растительной и животной основе могут подвергаться селективным 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 натуральные воски содержат сложные эфиры, парафиновые воски представляют собой углеводороды, смеси алканов, обычно в гомологическом ряду длин цепей. Эти материалы представляют собой значительную часть нефти. Они очищаются путем вакуумной перегонки . Парафиновые воски представляют собой смеси насыщенных н- и изо- алканов , нафтенов и алкил- и нафтензамещенных ароматических соединений. Типичный химический состав алканового 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 представляет собой менее производимый воск на основе нефти, который содержит более высокий процент изопарафиновых (разветвленных) углеводородов и нафтеновых углеводородов.
Ежегодно производятся миллионы тонн парафиновых восков. Они используются в пищевых продуктах (например, для обертывания жевательной резинки и сыра), в свечах и косметике, в качестве антипригарных и водонепроницаемых покрытий, а также в полиролях.
Горный воск — это окаменевший воск, извлеченный из угля и лигнита . [7] Он очень твердый, что отражает высокую концентрацию насыщенных жирных кислот и спиртов. Хотя они темно-коричневые и пахучие, их можно очищать и отбеливать, чтобы получать 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 отличающимися свойствами. Ключевыми свойствами низкомолекулярных полиэтиленовых восков являются вязкость, плотность и температура плавления.
Полиэтиленовые воски, полученные путем деградации или восстановления из потоков полиэтиленовой смолы, содержат материалы с очень низкой молекулярной массой, которые необходимо удалить, чтобы предотвратить улетучивание и потенциальную опасность возгорания во время использования. Полиэтиленовые воски, полученные этим методом, обычно очищаются от низкомолекулярных фракций, чтобы получить температуру вспышки >500 °F (>260 °C). Многие заводы по производству полиэтиленовой смолы производят поток с низкой молекулярной массой, часто называемый низкополимерным воском (LPW). LPW является неочищенным и содержит летучие олигомеры, коррозионный катализатор и может содержать другие посторонние материалы и воду. Очистка LPW для получения полиэтиленового воска включает удаление олигомеров и опасного катализатора. Правильная очистка LPW для получения полиэтиленового воска особенно важна при использовании в приложениях, требующих сертификации FDA или другой нормативной сертификации. [ необходима цитата ]
Воски в основном потребляются в промышленности как компоненты сложных формул, часто для покрытий. Основное применение полиэтиленовых и полипропиленовых восков — в формулах красителей для пластмасс. Воски придают матирующий эффект (т. е. придают неглянцевую отделку) и износостойкость краскам. Полиэтиленовые воски включаются в чернила в виде дисперсий для уменьшения трения. Они используются в качестве разделительных составов , находят применение в качестве скользящих веществ в мебели и придают коррозионную стойкость. [3]
Воски, такие как парафин или пчелиный воск , и твердые жиры, такие как сало, используются для изготовления свечей , используемых для освещения и декора. Другой тип топлива, используемый в производстве свечей, включает сою . Соевый воск производится путем гидрогенизации с использованием соевого масла.
Воски используются в качестве отделочных материалов и покрытий для изделий из дерева. [8] Пчелиный воск часто используется в качестве смазки на направляющих ящиков, где происходит контакт дерева с деревом.
В Средние века для закрытия важных документов использовался сургуч . В качестве поверхностей для письма использовались восковые таблички . В Средние века использовались различные типы 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 и картона для придания им водонепроницаемости или устойчивости к пятнам, или для изменения свойств их поверхности. Воски также используются в полиролях для обуви , полиролях для дерева и автомобильных полиролях, в качестве разделительных составов при изготовлении форм , в качестве покрытия для многих сыров и для придания водонепроницаемости коже и ткани. Воск использовался с древних времен в качестве временной, съемной модели при литье по выплавляемым моделям золота , серебра и других материалов.
Воск с добавлением красочных пигментов использовался в качестве среды в энкаустической живописи , а сегодня используется в производстве мелков , фарфоровых маркеров и цветных карандашей . Копировальная бумага , используемая для изготовления дубликатов машинописных документов, покрывалась сажей, взвешенной в воске, как правило, монтановом воске , но в значительной степени была вытеснена фотокопировальными аппаратами и компьютерными принтерами . В другом контексте помада и тушь для ресниц представляют собой смеси различных жиров и восков, окрашенных пигментами, а пчелиный воск и ланолин используются в других косметических средствах . Лыжный воск используется в лыжном спорте и сноуборде . Кроме того, в таких видах спорта, как серфинг и скейтбординг [11], часто используется воск для повышения производительности.
Некоторые воски считаются безопасными для пищевых продуктов и используются для покрытия деревянных разделочных досок и других предметов, которые контактируют с пищей. Пчелиный воск или цветной синтетический воск используется для украшения пасхальных яиц в Румынии, Украине, Польше, Литве и Чехии. Парафиновый воск используется при изготовлении конфет, покрытых шоколадом.
Воск также используется в восковых пулях , которые используются в качестве вспомогательных средств моделирования.
