Воски — химический состав природных восков и их строение, классификация

Исторически сложившееся название разных по составу и происхождению продуктов, преимущественно природных, которые по свойствам близки пчелиному воску. Природные воски представляют собой пластичные легко размягчающиеся при нагревании продукты, большинство из которых плавится в интервале 40−90°С (см. табл.). Некоторые воски, например пчелиный и буроугольный, являются гетерогенными системами, в которых дисперсная кристаллическая фаза распределена в аморфной дисперсионной среде. Воски не смачиваются водой, водонепроницаемы, обладают низкой электрической проводимостью, горючи. Они не растворимы в холодном этаноле, хорошо растворимы в бензине, хлороформе. бензоле и диэтиловом эфире. Большинство природных восков содержит сложные эфиры одноосновных насыщенных карбоновых кислот нормального строения и спиртов с 12−46 атомами С в молекуле. Такие воски по химическим свойствам близки к жирам (триглицеридам), но омыляются только в щелочной среде. Иногда природнеые продукты, не содержащие сложные эфиры, например парафин. петролатум. церезин, называют аналогами восков или воскоподобными материалами.

Пчелиный воск — смесь сложных эфиров (72%), насыщенных неразветвленных углеводородов С₂₁—С₃₅ (12−15%) и карбоновых кислот С₁₆—С₃₆ (15%), относительные количества которых зависят от условий питания пчел и др. факторов. Получают переработкой сот, обрезков вощины и восковых наростов в ульях.

Шерстяной (шерстный) воск выделяется кожными железами овец в волосяную луковицу и обильно покрывает шерсть (в количестве 5−16% по массе). В его состав входят: сложные эфиры жирных кислот и высших спиртов, в т. ч. ланолинового С₁₁Н₂₁СН₂ОН; жирные кислоты (12−40%); спирты (44−45%); углеводороды (14−18%); стерины (холестерин, изохолестерин, эргостерин) в свободном виде и в виде сложных эфиров (10%). Получают из промывных вод шерстомоек или экстрагированием шерсти органическими растворителями. После обработки щелочами, отбелки окислителями и адсорбентами получают очищенный шерстяной воски-ланолин. Последний в отличие от других восков образует устойчивые эмульсии с водой, взятой в количестве, превышающем массу воски в 1,8−2 раза.

Спермацет содержится вместе со спермацетовым маслом в костных черепных углублениях некоторых видов китов, особенно кашалотов Состоит на 98% из цетина С₁₅Н₃₁СООС₁₆Н₃₃. Спермацет отделяют от масла вымораживанием. Гидрируя спермацетовое масло, получают воски, близкий по свойствам спермацету.

Китайский воск вырабатывается червецом Coccus ceriferus, который обитает главным образом на китайском ясене и образует на нем восковой покров. Содержит сложный эфир гексакозановой кислоты СН₃(СН₂)₂₄СООН и гексадеканового спирта СН₃(СН₂)₁₅ОН (95−97%), смолу (до 1%), углеводороды (до 1%) и спирты (до 1%).

Шеллачный воск содержится в природной смоле — шеллаке (около 5%). В него входят 60−62% сложных эфиров, 33−35% спиртов, 2−6% углеводородов. Выделяют при охлаждении спиртового раствора шеллака.

Воски бактерий покрывает поверхность кислотоупорных бактерий, например туберкулезных и лепры, обеспечивая их устойчивость к внешним воздействиям. Содержит сложные эфиры миколевой кислоты С₈₈Н₁₇₂О₄ и эйкозанола СН₃(СН₂)₁₇СНОНСН₃, а также октадеканола СН₃(СН₂)₁₅СНОНСН₃.

Воски сахарного тростника покрывает тонкой пленкой стебли растений. В него входят сложные эфиры (78−82%), насыщенные С₁₄—С₃₄ и ненасыщенные С₁₅—С₃₇ углеводороды (3−5%), насыщенные жирные кислоты С₁₂—С₃₆ (14%) и спирты С₂₄—С₃₄ (6−7%). При отжиме тростника околро 60% восков переходит в сок. При очистке последнего воск выпадает в осадок, из которого его извлекают экстракцией ораническими растворителями.

Карнаубский воск покрывает листья пальмы Copernicia cerifera. Состоит на 80% из сложных эфиров триаконтанола CH₃(CH₂)₂₉OH и тетракозановой СН₃(СН₂)₂₂СООН и гексакозановой кислот. Содержит также 10% спиртов — октакозанола СН₃(СН₂)₂₇ОН, гептакозанола СН₃(СН₂)₂₆ОН, не встречающегося в остальных воски, и других, а также 1−1,5% углеводородов, 0,5% фитостерина. Для получения воска листья пальмы высушивают, из них выколачивают порошок, который вываривают в воде и выливают в формы. 2000 листьев дают около 16 кг воска.

Пальмовый воск находится в углублениях кольчатого ствола восковой пальмы Ceroxilon ondlicoka, откуда его соскабливают. Состоит преимущественно из сложных эфиров гексакозановой кислоты с гексакозанолом СН₃(СН₂)₂₅ОН и триаконтанолом СН₃(СН₂)₂₉ОН. Одно дерево дает около 12 кг воска.

Канделильский воски извлекают из травы канделилы Pedilanthus Pavonis Boas, растущей в Мексике. С 1 га получают от 2 до 8 т воска, который содержит до 40% углеводородов. Японский воск добывают из лакового дерева Rhus vernicifera, произрастающего в Японии и Китае. Содержит глицериды гексадекановой, октадекановой, эйкозановой СН₃(СН₂)₁₈СООН и некоторых дикарбоновых кислот, а также карбоновые кислоты и спирты. Получают вывариванием в воде мучнистой массы, образующейся при измельчении косточек плодов.

Торфяной воски получают экстракцией бензином при 80 °C верхового битуминозного торфа со степенью разложения не менее 30%, влажностью не более 50% и зольностью не более 8% с последующей отдувкой растворителя. Полученный продукт содержит 60−75% воска и 25−40% смол; состоит из сложных эфиров (50−52%), карбоновых кислот (35−40%), углеводородов (5−7%) и спиртов (2−3%). Смолы из воска экстрагируют бензином, охлажденным до 0−5 °С. Нерастворимую часть промывают растворителем, продувают острым паром и получают обессмоленный воск Различными методами очистки обессмоленного воски получают рафинированный воск. Такой воски имеет кислотное число 160 и состоит на 97,5% из кислот С₈—С₃₀. Этерификацией его спиртами получают различные виды этерифицированных восков.

Буроугольный воски (монтан-воск) экстрагируют бензолом или бензином из бурого битуминозного угля. Удалением смолы путем ее экстракции растворителем получают обессмоленный воск, окислением последнего — рафинированный, этерификацией рафинированного воска одно-, двух-и многоатомными спиртами — этерифицированный воск. По составу буроугольный воски близок торфяному и отличается от него меньшим содержанием низкомолекулярных кислородсодержащих соединений.

Озокерит (горный, или минеральный, воски) — минерал из группы нефтяных битумов; генетически связан с месторождениями парафин. стой нефти. По хим. Составу — смесь твердых (49,5%) и жидких (45%) насыщенных углеводородов и смол (5,5%). Экстрагируют из руды тяжелым бензином (т. кип. 100−200°С); оставшийся после отгонки растворителя продукт фильтруют и отгоняют от него при 300 °C легкие фракции. Обработкой озокерита 95−98%-ной H₂SO₄ при 200 °C под давлением с последующей нейтрализацией известью и очисткой отбеливающей глиной получают церезин. Промышленность СССР выпускает церезин. марок 80, 75, 69 и 57 (цифры указывают температуру каплепадения), которые представляют собой смесь насыщенных углеводородов С₃₇Н₇₆-С₅₃Н₁₀₈ главным образом изо-строения.

Синтетические воски. В зависимости от типа исходного сырья делят на частично и полностью синтетические.

Воски частично синтетические получают окислением сырого монтан-воска смесью хромовой и серной кислот с последующей этерификацией продуктов окисления (восковых кислот) различными гликолями. В эту группу также входят абрильские воски (смесь производных жирных кислот и алифатических или ароматических аминов) и воски на основе нефтяных и смоляных парафинов и их производных.

Воски полностью синтетические получают по реакции Фишера-Тропша действием Н₂ на СО. Образующиеся продукты состоят главным образом из высших алканов Широкое применение находят также воски, состоящие из смеси полиолефинов (алкатены, виннотены, луполены) с мол. м. 2000;10 000, степенью кристалличности 10−85%, плотн. 0,9−0,94 г/см³, вязкостью расплава при 140 °C 0,085−1 кПа*с. В зависимости от мол. массы и кристалличности эти воски могут быть жидкими или твердыми.

Воски применяют более чем в 200 отраслях народного хозяйства. Они входят в состав политур, защитных композиций для металлов, тканей, бумаги, кож, дерева; применяются в литейной промышленности как компоненты составов для изготовления форм при литье по выплавляемым моделям, смазок форм при получении изделий из пенополиуретанов, как изолирующий материал, компоненты мазей в косметике и медицине и др.