Woski

Nazwa „wosk” jest pojęciem dość szerokim. Materiał ten nie ma jednolitego składu i wykazuje różne właściwości. Kiedyś do wosków zaliczano wyłącznie produkty naturalne – zwierzęce i roślinne. Dziś coraz częściej używamy tych otrzymywanych metodą przemysłową. Wszystkie woski mają bardzo zbliżone właściwości fizyczne: są nierozpuszczalne w wodzie, łatwo miękną po niewielkim ogrzaniu, mają niską lepkość w stanie stopionym. Wszystkie bezproblemowo się poleruje w stanie utwardzonym.

Wosk pszczeli

Istnieje wiele wosków zwierzęcych, z których najbardziej znany jest zapewne pszczeli. Jego inna nazwa to wosk żółty (łac. cera flava albo cera apium). Produkują go robotnice, które mają na spodniej stronie odwłoka osiem gruczołów woskowych. Dawno temu uważano, że pszczoły przynoszą do barci wosk zbierany z kwiatów, dopiero w XVIII w. zaczęto podejrzewać, że jest on produktem wytwarzanym w sposób naturalny przez same owady. Na przełomie XVIII i XIX w. zostało to jednoznacznie potwierdzone. Wosk jest dla pszczół podstawowym materiałem budulcowym. Konstruują z niego plastry o optymalnej, precyzyjnie heksagonalnej budowie ścian. Materiał ten ma wiele zalet – izoluje wnętrze przed zmianami temperatury oraz wilgocią, zapewnia bezpieczeństwo i ciepło larwom oraz chroni je doskonale przed wszelkimi drapieżnikami. Średnio kilogram wosku wystarcza do wyprodukowania plastra mogącego pomieścić 22 kg miodu.

Sam wosk jest miękką substancją stałą topiącą się w niezbyt wysokiej temperaturze – zwykle 62– 64⁰C. Bardzo łatwo daje się formować, wystarcza nawet ogrzanie go w dłoniach. Ma barwę od jasnożółtej do brązowej i wydziela bardzo charakterystyczny miły zapach. Przez stulecia wytwarzano z niego doskonałe świece. Palą się one powoli ładnym jasnym płomieniem. W tradycji katolickiej właśnie z wosku pszczelego wytwarzało się i nadal wytwarza świece paschalne, a czasem także gromnice, choć dziś są one wyrabiane głównie z parafiny.

W sztuce do średniowiecza używało się wosku do wyrobu farb stosowanych w technice malarskiej zwanej enkaustyką. Przygotowywano je, mieszając na ciepło odpowiednie pigmenty z woskiem pszczelim. Potem specjalnymi łopatkami, zwanymi cauterium, nakładano farbę na podłoże. Z kolei z Indonezji wywodzi się dość niezwykła i bardzo ekologiczna sztuka malarska znana jako batik (słowo bathikan oznacza „pisanie” lub „rysowanie” w języku jawajskim). Na powierzchnię tkaniny na ciepło nanosi się cienką warstwę wosku pszczelego, a następnie na zimno kąpie się ją w odpowiednim naturalnym barwniku. Po wysuszeniu miejsca, które były pokryte woskiem, pozostają niezabarwione. Jeśli go usuniemy, można ponownie w niektórych miejscach nałożyć warstwę wosku i znowu barwić na inny, zwykle ciemniejszy kolor. Po zakończeniu procesu barwienia tkaninę prasuje się przez biały papier, aby usunąć resztki wosku. W 2009 r. UNESCO wpisało batik na listę niematerialnego dziedzictwa ludzkości.

Jednym z zastosowań wosku pszczelego jest produkcja figur woskowych. Materiał ten doskonale nadaje się do modelowania, szczególnie twarzy. Stworzenie jednej figury (oczywiście przy użyciu także innych surowców, jak włókno szklane oraz żywice akrylowe) to efekt kilku miesięcy pracy grupy artystów. Wosk pszczeli wykorzystywany jest też w gabinetach kosmetycznych, mianowicie do usuwania niepożądanego owłosienia ciała człowieka (depilacji). Po delikatnym ogrzaniu w podgrzewaczu albo w kąpieli wodnej nakłada się go na czystą i suchą skórę, odczekuje do zastygnięcia, a następnie zrywa wraz z niechcianymi włosami. Resztki wosku usuwa się specjalnym olejkiem. Wosk pszczeli barwiony na różne kolory warto też kupować dzieciom. Przypomina w strukturze plastelinę, lepi się równie łatwo, a w odróżnieniu od niej pozostawia na rękach bardzo miły zapach.

Tłuszczopot

Innym znanym woskiem zwierzęcym jest lanolina, zwana czasami (niezbyt zachęcająco) tłuszczopotem. Substancja ta występuje na powierzchni wełny owczej. Pozyskuje się ją podczas jej czyszczenia. Zadaniem lanoliny jest ochrona wełny przed zwilżaniem przez wodę. Obecność jej na sierści zdecydowanie ułatwia zwierzętom otrząsanie się po opadach deszczu. Z chemicznego punktu widzenia lanolina to dość złożona mieszanina głównie estrów, nieco zbliżonych do tłuszczów, ale zawierających zamiast gliceryny cząsteczki różnych steroli. Są tam też pochodne długołańcuchowych kwasów karboksylowych. Szacuje się, że w tej mieszaninie może znajdować się nawet 20 tys. związków. Skład lanoliny zależy nie tylko od rasy zwierzęcia, ale też jego diety, a nawet położenia geograficznego pastwiska. Z jednej owcy rasy merynos można otrzymać nawet 250–300 ml lanoliny. Uzyskuje się ją, traktując wełnę gorącą wodą zawierającą detergent. Następnie surowiec podlega odwirowaniu, po czym zastyga w plastyczną substancję o temperaturze mięknięcia ok. 38⁰C. Jest ona niezwykle ceniona przez przemysły kosmetyczny oraz farmaceutyczny.

Wstępnie oczyszczona lanolina może mieć barwę od jasnożółtej nawet do brązowej. Do celów kosmetycznych, a zwłaszcza farmaceutycznych, oczyszcza się ją dalej – staje się wtedy lekko żółta i bezzapachowa. Lanolinę techniczną szeroko wykorzystuje się do produkcji smarów, a także do konserwacji kadłubów statków. Ze względu na właściwości emulgujące służy do wyrobu maści oraz kremów. Jest także świetnym emolientem, a więc substancją nawilżającą i natłuszczającą, która doskonale zmiękcza skórę. Lanolina sprawdza się np. w pielęgnacji brodawek matek karmiących. Służy też do ochrony galanterii skórzanej.

Spermacet

Kolejnym woskiem zwierzęcym, nieco mniej znanym, lecz bardzo ciekawym, jest spermacet (inaczej: olbrot). Ta półpłynna substancja znajduje się w głowie kaszalotów. W ciele jednego osobnika może być jej nawet do 2 t. Według naukowców kaszaloty wytwarzają za pomocą struktur układu oddechowego różne kliknięcia. Dźwięki te służą m.in. do echolokacji, istotnej w wykrywaniu przeszkód czy lokalizacji poruszającej się zdobyczy. W spermacecie podczas wydawania dźwięków powstaje wewnętrzne echo, co umożliwia wzmocnienie i ukierunkowanie wiązek sygnałów jak w emiterze sonaru łodzi podwodnej.

Spermacet w ciele żywego zwierzęcia jest niemal płynny, na powietrzu ulega zestaleniu. Składa się przede wszystkim z estrów, przy czym głównym składnikiem jest palmitynian cetylowy. Oprócz tego zawiera estry kwasów karboksylowych o łańcuchach 10–22 atomów węgla. Spermacet słabo rozpuszcza się w etanolu, łatwo w eterze etylowym i chloroformie, nie rozpuszcza się w wodzie.

Dziś stosuje się go niezwykle rzadko, gdyż obowiązują ścisłe restrykcje dotyczące polowań na kaszaloty. Dawniej, gdy ssaki te odławiano bez ograniczeń, z olbrotu wyrabiano świece, równie dobre jak te z wosku pszczelego. Oprócz tego był niezbędnym składnikiem wszelakich maści. Produkowano z niego nawet kredki oraz atrament. Olej olbrotowy aż do początku XX w. był najlepszym smarem maszynowym. Dziś wyparły go oczywiście oleje syntetyczne. Obecnie spermacet w zastosowaniach farmaceutycznych i kosmetycznych został na szczęście niemal kompletnie zastąpiony przez estry oleju jojoba.

Nasze uszy

Trzeba też wspomnieć o tym, że człowiek (podobnie jak wiele innych ssaków) także produkuje wosk. Mowa tu o tzw. woskowinie, czyli cerumenie, znanym też jako wosk uszny. Wydziela się on w przewodzie usznym zewnętrznym. Zapewnia ochronę tego delikatnego narządu przed owadami, grzybami i bakteriami, jak też wodą. Niestety, zdarza się, że uszy produkują go za dużo i czasem konieczna jest wizyta u laryngologa, który fachowo usunie nadmiar cerumenu z przewodu usznego. Co ciekawe, u ludzi pojawiają się dwa rodzaje woskowiny – sucha i wilgotna. Ta pierwsza ma barwę szarą i występuje głównie u Indian i Azjatów – jest cechą recesywną. Woskowina wilgotna ma kolor od miodowego do brązowego, występuje u osób rasy białej i czarnej oraz jest cechą dominującą.

Jojoba

Woski roślinne są wydzielane m.in. przez kutykulę, czyli nabłonek roślinny. Jego rolą jest zmniejszenie parowania wody z wnętrza organizmu, do czego hydrofobowa substancja, jaką jest wosk, nadaje się doskonale. Woski znajdujące się na powierzchni mają też za zadanie mechaniczną ochronę wnętrza roślin przed negatywnym działaniem bakterii, wirusów oraz innych organizmów. Synteza tych substancji rozpoczyna się w chloroplastach, gdzie powstają pochodne kwasu palmitynowego, które w następnych etapach, w retikulum endoplazmatycznym, ulegają rozbudowaniu (wydłuża się ich łańcuch alkilowy). W rezultacie powstają rozmaite związki o łańcuchach liczących więcej niż 22 atomy węgla, często dodatkowo wyposażone w grupy funkcyjne takie jak hydroksylowa czy aldehydowa. Co ciekawe, zdecydowana większość tych substancji ma parzystą liczbę atomów węgla. W przypadku wosków epikutykularnych, np. występujących w zbożach, obserwujemy ciekawe zjawisko różnorodności ich koloru. Barwa zależy od wielkości kryształów. Kłosy lub wiechy są pokryte cienką (<1 µm) warstewką wosku o różnej wielkości kryształów. Dlatego często widzimy kolor sinoszary, będący zewnętrzną manifestacją właściwości optycznych kryształów wosku, a nie naturalną barwą rośliny.

Do wosków roślinnych należy olej jojoba. Otrzymuje się go, wyciskając nasiona simondsii kalifornijskiej, krzewu z rzędu goździkowców. Gatunek ten występuje naturalnie w Ameryce – głównie na pustyniach Mojave oraz Sonora. Ze względu na zapotrzebowanie na olej jojoba simondsia jest też rośliną uprawną – w Ameryce Południowej, Afryce oraz południowej Azji. Jej nasiona mają nawet do 60% wosku, składającego się głównie z palmitynianu cetylu. Są tam oczywiście też inne estry oraz fitosterole zawierające witaminę F.

Olej jojoba wykazuje doskonałe właściwości kosmetyczne. Świetnie wchłania się przez skórę, jest polecany w przypadku stanów zapalnych, łupieżu, trądziku, ale też jako środek zapobiegający rozstępom u kobiet ciężarnych. Poza kosmetyką i dermatologią szeroko stosowano go w czasie II wojny światowej w USA jako dodatek do olejów silnikowych, a także do smarowania karabinów maszynowych. Jest jednym z nielicznych wosków, które w temperaturze pokojowej pozostają płynne. Zastyga dopiero poniżej 7⁰C. Jest bardzo odporny na wysoką temperaturę, nawet do 300⁰C.

Carnauba i kandelila

Innym produktem roślinnym jest wosk carnauba, pozyskiwany z kopernicji woskodajnej, palmy rosnącej w Brazylii. Wydziela się on na liściach w postaci drobnych łusek. Z pojedynczego liścia można uzyskać do 10 g wosku. Jest to najtwardszy wosk naturalny. Składa się głównie z estrów oraz dwuestrów alifatycznych i alkoholi długołańcuchowych. Ze względu na to, że daje bardzo ładny połysk, stosuje się go do nabłyszczania samochodów, a także w produkcji wysokogatunkowych past do butów. Zmieszany z woskiem pszczelim i terpentyną służy też do nabłyszczania mebli. Silne właściwości hydrofobowe oraz wyjątkowa twardość czynią go doskonałym składnikiem powłok do pokrywania powierzchni desek surfingowych, zwykle w mieszaninie z olejem kokosowym.

Ze względu na hipoalergiczne właściwości znalazł zastosowanie w przemyśle farmaceutycznym do powlekania tabletek. Również popularne tic taki są powlekane mieszaniną zawierającą wosk carnauba. Jest bezpieczny dla człowieka, dlatego trafił na listę dodatków do żywności (E903). Znajdziemy go w takich produktach jak słodycze czy guma do żucia. Można go też stosować do powlekania owoców, aby zapobiegać ich wysuszaniu i nadać ich powierzchni ładny blask. Jako ciekawostkę dodam, że wosk carnauba w mieszaninie z odpowiednim pigmentem był przez wiele lat używany do wyrobu kalki maszynowej.

Wspomnę jeszcze o mniej znanym wosku, noszącym nazwę kandelila. Znajduje się na powierzchni młodych liści jednego z gatunków wilczomleczu (Euphorbia antisyphilitica), niewielkiego krzewu występującego w północnym Meksyku oraz południowo-zachodnich stanach USA. Składa się głównie z długołańcuchowych węglowodorów (29–33 atomy węgla), estrów oraz żywic. Jego wosk ma podobne właściwości mechaniczne jak carnauba. Jako jedyny pozyskiwany jest poprzez gotowanie liści oraz łodyg w rozcieńczonym kwasie siarkowym(VI) – ostatecznie zbierany jest z powierzchni cieczy. Podobnie jak carnaubę wykorzystuje się go do nabłyszczania (E902). Przydaje się w przemyśle spożywczym i kosmetycznym. Kandelilę często stosuje się w mieszaninach, w których pełni funkcję utwardzacza, przy czym nie podnosi temperatury topnienia.

Woski syntetyczne

Ponieważ zasoby naturalnych wosków są ograniczone, a zapotrzebowanie stale rośnie, ich cena pozostaje stosunkowo wysoka. Dlatego poznawszy ich skład, chemicy rozpoczęli produkcję ich wersji syntetycznych. Surowcem do ich otrzymywania jest oczywiście ropa naftowa lub węgiel. Poddaje się je chemicznemu przetwarzaniu, zwykle w procesach polimeryzacji lub uwodornienia. Typowym przykładem takiego wosku jest parafina, która składa się z długołańcuchowych alkanów. Stosuje się ją głównie do produkcji świec, a po dodaniu barwnika – do produkcji kredek. W przemyśle opakowań używa się jej do wyrobu papieru parafinowego. Mniej typowym zastosowaniem jest kryminalistyka, a konkretnie tzw. test parafinowy. Dłonie osoby podejrzewanej o użycie broni palnej pokrywa się cienką warstewką parafiny, po jej zdjęciu poddaje się ją analizie na obecność niektórych związków (głównie azotanów i azotynów). Innymi rodzajami wosków syntetycznych są poliolefiny.

***

Ozokeryt

Dawniej zwano go woskiem ziemnym, gdyż jest produktem mineralnym. Ma barwę od żółtej do ciemnobrązowej i charakterystyczny zapach. Składa się z wieluset węglowodorów o długich łańcuchach. Zlokalizowano go w wielu miejscach na Ziemi, zwykle w okolicach występowania złóż ropy naftowej. Największe zasoby występują na Ukrainie, w okolicach Borysławia.

Ozokeryt powstaje w wyniku powolnego parowania i naturalnego utleniania ropy naftowej. W zależności od pochodzenia ma strukturę od klasycznego wosku aż do ciemnej masy o twardości gipsu. Rafinacja tego produktu prowadzi do otrzymania cerezyny, wykorzystywanej do produkcji świec, rozmaitych smarów, ale też kremów i maści. Oczyszczona cerezyna jest stosowana jako zamiennik wosku pszczelego do przygotowania maści. W dawnych czasach cerezyną były pokrywane ścianki naczyń do przechowywania kwasu fluorowodorowego (do czasu, gdy zaczęto do tego używać polietylenu).