Стеариновая кислота, известная в химическом мире как цетилуксусная или октодекановая кислота, относится к одноосновным насыщенным карбоновым кислотам алифатического ряда.

В виде глицеридов является важнейшей составляющей твердых жиров, преимущественно триглицеридов животного происхождения, которые выполняют функцию энергетического накопителя в организме животного. Стеариновая кислота синтезируется в животном организме из пальмитиновой кислоты под воздействием элонгаз – ферментов, ответственных за длину алифатической цепи. Она также находится в полужидких жирах, в частности в пальмовом масле, однако в значительно меньшем количестве, чем в жирах животного происхождения. В малых количествах эту кислоту можно встретить в некоторых видах нефти. Широкому кругу потребителей техническая стеариновая кислота известна также как стеарин, который представляет собой смесь стеариновой и пальмитиновой кислот.

Свойства продукта и технические характеристики

Стеариновая кислота CH3(CH2)16COOH, одноосновная карбоновая кислота алифатического ряда. Белые кристаллы, нерастворимые в воде, растворима в диэтиловом эфире. Стеариновая кислота была открыта в свином сале в 1816 году французским химиком Шеврелем.

Молекулярная масса 248,48 г/моль, плотность 0,94 г/мл, Температура плавления стеариновой кислоты составляет 69,6 0С, а температура кипения – 376,1 0С.

В нижеследующих таблицах кратко представлены требования к основным маркам стеариновой кислоты Т-18 и Т-32 (ГОСТ 6484-96). Приняв тот факт, что на всех производствах указанные технические требования соблюдаются, можно считать приведенные данные основными свойствами этого вещества.

РОССИЯ

Марка Т-32 ГОСТ 6484-96

Марка Т-18 ГОСТ 6484-96

Помимо стеариновой кислоты отечественного производства на рынке также присутствует кислота импортного производства. В нижеследующих таблицах укажем основные требования и технические характеристики стеариновой кислоты из Китая и Малайзии.

МАЛАЙЗИЯ

Стеариновая кислота STEARIC ACID Palmera B1810

КИТАЙ

Стеариновая кислота SA 1801

Области применения стеариновой кислоты

В настоящее время стеариновая кислота используется в различных областях промышленности. Полифункциональный характер стеариновой кислоты позволяет использовать ее в качестве активатора ускорителей вулканизации, диспергатора наполнителей резиновых смесей, мягчителя (пластификатора). При непосредственном введении в каучук она улучшает распределение ингредиентов и обрабатываемость резиновых смесей. Склонность стеарина к миграции способствует снижению клейкости резиновых смесей.

Фармакопейная стеариновая кислота широко применяется в фармацевтической промышленности. В косметической промышленности стеариновая кислота используется в качестве структурообразующего и эмульгирующего компонента в кремах.

Стеариновую кислоту используют в аналитической химии при нефелометрическом определении кальция, магния и лития, а также качестве жидкой фазы в распределительной газо-жидкостной хроматографии для разделения смеси жирных кислот. При полировании металлов стеариновая кислота является компонентом полировальных паст.

Это соединение применяется не только в качестве функционального химиката, но и как химическое сырье. Например, для получения октадецилового (стеарилового) спирта, который употребляется как структурообразователь и эмолент в кремах и пеногаситель в моющих средствах. В промышленности стеариновая кислота используется также для синтеза октадециламина.

Производные и соли октадециламина применяются в качестве эмульгаторов и добавок к битумам в дорожном строительстве; флотоагентов прямой и обратной флотации при обогащении калийных и фосфоритных руд, полевого шпата, слюды; антислеживателей неорганических солей и удобрений; ингибиторов коррозии в кислых средах; деэмульгаторов необработанной нефти в нефтяной промышленности; компонентов антистатиков; отвердителей эпоксидных смол.

Из солей стеариновой кислоты применяют стеарат натрия как анионное ПАВ, в качестве моющего средства и компонента косметических изделий, загустителя смазок, стабилизатора при формовании полиамидов и антивспенивающей добавки в пищевой промышленности, а также стеарат кальция – в качестве загустителя смазок, стабилизатора поливинилхлорида и наружной смазки при формовании изделий из него, вспомогательного сиккатива и матирующего вещества в лакокрасочных материалах, гидрофобизатора для цемента и тканей, добавки, препятствующей слеживанию муки, эмульгатора для косметических препаратов. Кроме того, в производстве масляных лаков используется стеарат магния. Стеарат цинка применяют в медицине, производстве каучука, пластмасс и клеенки. Стеарат меди используется для бронзирования гипса и в качестве агента, препятствующего обрастанию. Стеарат свинца применяют в качестве сиккатива. Водорастворимые соли стеариновой кислоты, в частности стеараты натрия, калия и аммиака, являются мылами. Эфиры стеариновой кислоты применяют в качестве компонентов клеящих паст, антиоксидантов, эмульсий для обработки текстиля и кожи, стабилизаторов пищевых продуктов. Сложные эфиры стеариновой кислоты представлены этил- и бутилстеаратами, применяемыми в качестве пластификаторов, и гликольстеаратом, который используется как заменитель натурального воска.

Далее рассмотрим технология производства стеариновой кислоты.

Технология производства стеариновой кислоты

В настоящее время основным способом производства стеариновой кислоты в мире и в России остается гидролиз животных и растительных жиров, а также растительных масел. Основным сырьем при этом является пальмовое масло, кокосовое масло, рапсовое масло, стеариновую кислоту также можно выделять из соевого и подсолнечного масла.

Также перспективным возобновляемым источником сырья для получения стеариновой кислоты считается талловое масло – побочный продукт переработки крафт-целлюлозы. Сырое талловое масло в равных пропорциях содержит жирные и смоляные кислоты и в
меньших количествах, неомыляемые вещества. Очищенное талловое масло имеет повышенное содержание жирных кислот, в том числе ненасыщенных – линолевой (45–50%), олеиновой (30–35%) и насыщенных – стеариновой (10%) и пальмитиновой (5%).

Остановимся на основных методах получения стеариновой кислоты: гидролиз жиров и гидрирование непредельных кислот. Животные жиры – непревзойденные помощники в деле извлечения стеариновой кислоты. Для получения конечного продукта жир должен пройти обработку щелочными растворами, кислотой или просто водой при высокой температуре для расщепления глицеридов на глицерин и свободные кислоты, включая стеариновую.

Наиболее распространенный метод получения чистой стеариновой кислоты предполагает использование раствора щелочи. В результате образуется мыло, расщепляющееся под воздействием соляной или серной кислоты, затем смесь кипятится, пока выделившаяся смесь жирных кислот не сделается совершенно прозрачной. После охлаждения застывшую твердую массу промывают водой.

Технология производства стеариновой кислоты из растительных и животных жиров

В настоящее время производство стеариновой кислоты происходит на гидролизном цех, или так называемомй гидрозаводе. В качестве сырьевой базы используется подсолнечное или растительное неочищенное масло (или другие растительные или животные жиры). При использовании рапсового масла качество стеарина хуже – выше йодное число. На первой стадии производства сырье разделяют на фракции – жиры и воду. На второй стадии идет процесс образования соапстока, который затем насыщают водородом, в результате чего образуется саломас. При температуре 200°С и с помощью катализатора саломас расщепляют до воды и масла. Заключительная стадия предполагает извлечение стеарина из полученной жирной кислоты.

Технология производства стеариновой кислоты из нефтехимического сырья

В условиях роста спроса на стеариновую кислоту возникает проблема нехватки природного сырья, в связи с чем, растет популярность синтетических жирных кислот (СЖК), получаемых из нефтехимического сырья. Стеариновая кислота, полученная методом синтеза, является химически чистым продуктом и применяется в тех же областях, что и кислота полученная гидролизом растительных и животных жиров.

Одним из способов получения жирных кислот является синтез из олефинов в присутствии карбонила кобальта:

- гидрокарбоксилирование при 145–165°С и 5–30 МПа:
R-CH=CH2 + CO + H2O → RCH2CH2COOH;

- гидрокарбоалкоксилирование при 165–175°С и 5–15 Мпа с последующим гидролизом образующегося эфира:

R-CH=CH2 + СО + R’OH → RCH2CH2COOR’ → RCH2CH2COOH + R’OH.

Преимуществами этой технологии являются малостадийность и высокий выход кислот. Однако довольно жесткие условия и образование большого количества кислот изо-строения осложняют процесс. СЖК можно синтезировать также гидрокарбоксилированием олефинов в присутствии кислот, например, H2SO4, HF, ВF3, при 50–100°С, давлении 5–15 МПа. При использовании сокатализаторов (карбонилов Сu и Ag) реакцию можно вести при 0–30°С и 0,1 МПа. Получают в основном смеси кислот изостроения. Они отличаются низкими температурами плавления и кипения, высокой вязкостью, хорошей растворимостью. Недостаток метода – высокоагрессивная среда. СЖК фракции С12–С15, C16–С18 также получают методом оксосинтеза. На первой стадии с помощью гидроформилирования получают альдегиды, которые впоследствии могут быть превращены в спирты и/или окислены до жирных кислот. Получаемые кислоты содержат меньше побочных продуктов, чем кислоты, синтезируемые из парафинов. Однако данный способ в СНГ утратил свою актуальность в связи с отсутствием сырья и закрытием всех производств жирных спиртов.

В 1959 году в СССР было принято решение о внедрении в производство мыла на основе СЖК в качестве альтернативы природным жирным кислотам. В 1966 году мировой объем выпуска СЖК фракций С5–С30 составил 204,5 тыс. тонн, в том числе фракций С10 – С20 – 107,5 тыс. тонн. 14,9 тыс. тонн СЖК перерабатывалось в жирные спирты, которые впоследствии использовались при изготовлении синтетических моющих средств. Согласно некоторым данным, в СССР было запланировано в течение одной пятилетки произвести порядка 373 тыс. тонн СЖК. На то время основным способом получения СЖК в СССР было низкотемтературное жидкофазное окисление парафинов. Недостатки приведенного выше процесса: невысокий выход целевой фракции С10 – С20 (около 50% на сырье), низкое качество кислот, обусловленное присутствием до 3% побочных продуктов (дикарбоновых, кето- и гидроксикарбоновых кислот и др.).

А также большой объем сточных вод (до 8 м3 на 1 т кислот), загрязненных Na2SO4 и низкомолекулярными кислотами. В советские времена в России и Украине объемы выпуска синтетических жирных кислот исчислялись сотнями тысяч тонн. Однако в начале 90-х гг. волна повсеместного закрытия цехов по выпуску этой продукции охватила такие крупные промышленные предприятия, как Шебекинский химический завод (Белгородская область, Россия), Волгоградский НПЗ (Россия), Волгодонский НПЗ (Россия), «Омскнефтеоргсинтез» (Омская область, Россия), Надворненский НПЗ (Ивано-Франковская область, Украина) и Бердянский опытный нефтемаслозавод (Запорожская область, Украина). Последним, в 2001 году, было закрыто производство СЖК на предприятии ОАО «Уфанефтехим» (Республика Башкортостан, Россия). Ликвидация данных производств была обусловлена, прежде всего, нерентабельностью существующих технологий: низкое качество кислот, с присутствием до 3% побочных продуктов (дикарбоновых, кето- и гидроксикарбоновых кислот и др.), большой объем сточных вод (до 8 м3 на 1 т кислот), загрязненных Na2SO4 и низкомолекулярными кислотами. Кроме того, дефицитной является сырьевая база узких фракций С16 – С18. Сейчас уже можно сказать, что промышленное производство СЖК как в мире в целом, так и в странах Содружества в частности, кануло в Лету.

Ниже представлена принципиальная схема получения СЖК.

Принципиальная схема получения синтетических жирных кислот

Подробнее с текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка стеариновой кислоты можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков: «Рынок стеариновой кислоты в России».

Автор:

Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков
Тел.: (495) 927-02-31
E-mail: mail@akpr.ru
WWW: www.akpr.ru

Об авторе:

Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков оказывает три вида услуг, связанных с анализом рынков, технологий и проектов в промышленных отраслях - проведение маркетинговых исследований, разработка ТЭО и бизнес-планов инвестиционных проектов.

• Маркетинговые исследования
• Технико-экономическое обоснование
• Бизнес-планирование