Wachs

Begriff und Eigenschaften

Im chemischen Sinne ist ein Wachs ein Ester aus einer Fettsäure und einem langkettigen primären Fettalkohol. In der Praxis handelt es sich meist um Stoffgemische. Wachse sind bei Raumtemperatur fest, zugleich aber biegsam und formbar. Im weiteren Sinn werden auch andere Stoffgemische als Wachse bezeichnet, wenn sie ähnliche mechanisch-physikalische Eigenschaften besitzen. Dazu können beispielsweise Kohlenwasserstoffe gehören. Typisch ist, dass sie bei über etwa 40 °C schmelzen und anschließend eine Flüssigkeit mit niedriger Viskosität bilden. Wachse sind nahezu unlöslich in Wasser, aber in unpolaren organischen Lösungsmitteln löslich.

Eine vollständig umfassende chemische Definition ist wegen der großen Zahl wachsartig verhältener Stoffgruppen nicht möglich. Die verbreitete Definition der Deutschen Gesellschaft für Fettwissenschaft verlangt folgende Eigenschaften: Ein Wachs ist bei 20 °C gut formbar, fest bis brüchig-hart, grob- bis feinkristallin, durchscheinend bis opak, aber nicht glasartig. Es schmilzt über 40 °C ohne Zersetzung, ist knapp oberhalb des Schmelzpunktes leicht flüssig und wenig viskos, besitzt eine stark temperaturabhängige Konsistenz und Löslichkeit und lässt sich unter leichtem Druck polieren. Sind mehr als eine dieser Eigenschaften nicht erfüllt, gilt der Stoff nach dieser Definition nicht als Wachs.

Natürliche Wachse

Natürliche Wachse sind Stoffgemische und gehören zu den Lipiden. Sie werden in fossile und rezente, also nicht-fossile, Wachse eingeteilt. Ihre Hauptbestandteile sind Ester von langkettigen Fettsäuren, den Wachssäuren, mit langkettigen aliphatischen primären Alkoholen, den Fettalkoholen. Damit unterscheiden sie sich von Fetten und fetten Ölen: Diese bestehen hauptsächlich aus Triglyceriden, also Estern von Glycerin mit Fettsäuren. Natürliche Wachse enthalten außerdem freie langkettige Carbonsäuren, Ketone, Alkohole und Kohlenwasserstoffe.

Ein Prototyp einer Wachssäure ist die Montansäure oder Octacosansäure mit der Formel C28H56O2. Eine genaue Grenze zwischen Wachssäuren und Fettsäuren besteht nicht, weil an manchen Naturwachsen auch typische Fettsäuren wie Palmitinsäure und Stearinsäure beteiligt sind. Deshalb können natürliche Wachse chemisch als Wachse gelten, obwohl sie nicht immer sämtliche mechanisch-physikalischen Eigenschaften der allgemeinen Wachsdefinition erfüllen. Gewonnen werden sie meist durch Extraktion sowie anschließende Reinigung und Bleichung; für besondere Anwendungen werden sie raffiniert oder chemisch verändert.

Zu den tierischen Wachsen zählen Wollwachs, Chinawachs, Bienenwachs, Bürzeldrüsenfett und andere Insektenwachse. Auch Talg und Walrat enthalten Wachsanteile. Schellack enthält ebenfalls Anteile an Wachsen. Im pharmazeutischen Bereich wird Walrat heute durch synthetisches Cetylpalmitat ersetzt. Wollwachs (Adeps lanae), gelbes Bienenwachs (Cera flava) und gebleichtes Bienenwachs (Cera alba) sind pharmazeutische Hilfsstoffe des Europäischen Arzneibuchs; wichtige Qualitätsparameter sind Esterzahl und Verseifungszahl. Mykobakterien sind die einzigen bekannten Bakterien mit einer äußeren Hülle aus speziellen Wachsen, den Phthiocerolen.

Pflanzliche Wachsschichten auf Blättern und Früchten schützen Pflanzen vor Wasserverlust. Beispiele sind Zuckerrohrwachs, Carnaubawachs, Candelillawachs, Korkwachs, Baumwollwachs, Reiskleiewachs, Flachs- und Rosenwachs. Japanwachs oder Beerenwachs ist entgegen seinem Namen ein Pflanzenfett. Jojobaöl besteht nicht aus Triglyceriden und ist daher kein fettes Öl, sondern chemisch ein flüssiges Wachs. Weitere pflanzliche Wachse sind unter anderem Guarumawachs, Ouricuriwachs, Kuba-Palmenwachs, Espartowachs, Torf-, Jasmin-, Peetha-, Myrte- und Wachsfeigenwachs.

Zu den mineralischen oder fossilen Wachsen gehören Erdölwachs, Ozokerit und das daraus hergestellte Ceresin sowie Torf- und Montanwachs. Sie bestehen im Wesentlichen aus Kohlenwasserstoffen. Erdöl- und Petroleumprodukte können makrokristalline normale Paraffine und mikrokristallines Wachs enthalten. Dazu gehören Weich-, Normal- und Hartparaffine, mikrokristallines Petroleumwachs und Vaseline (Petrolatum). Paraffine lassen sich auch aus Schieferöl, Braunkohlenschwelung oder TTH-Paraffin, einem Tieftemperatur-Hydrierungsparaffin der Braunkohlenschwelung, gewinnen.

Teilsynthetische Wachse

Teilsynthetische Wachse entstehen aus Naturwachsen, häufig aus Montanwachs. Ihre Zusammensetzung wird durch physikalische oder chemische Verfahren verändert. Dazu gehören Oxidation beziehungsweise Bleichung, Hydrierung, Veresterung, Verseifung und Amidierung.

Esterwachse sind Umsetzungsprodukte langkettiger Wachssäuren mit einwertigen Fett- oder Wachsalkoholen. Es gibt teilverseifte, vollverseifte und emulgatorhaltige Esterwachse. Wachsemulgatoren sind Gemische aus langkettigen Fettalkoholethoxylaten. Bei Amidwachsen werden die Alkohole der Ester durch aliphatische oder aromatische Amine ersetzt. Beispiele sind Distearylethylendiamid (EBS beziehungsweise EDS), Stearinsäureamid, Behensäureamid, Erucasäureamid und Ölsäureamid.

Je nach vorherrschender funktioneller Gruppe unterscheidet man Säurewachse mit einem hohen Anteil freier Carbonsäuren, Alkoholwachse wie Lanette-Wachse, Ketonwachse mit vorherrschenden Carbonylgruppen und Etherwachse mit überwiegend etherhaltigen Verbindungen. Weitere Gruppen sind acylierte Amide, alkylierte Imide von Dicarbonsäuren, Phthalimidwachse, Chlorkohlenwasserstoffwachse, Phenoxy- und Terphenylwachse sowie wachsartige Derivate der Bernsteinsäure. Durch Hydrierung und Fetthärtung verschiedener Pflanzenöle, etwa Sojaöl, Rapsöl oder Rizinusöl, entstehen Soja-, Raps- und Rizinuswachs.

Synthetische und mikronisierte Wachse

Synthetische Wachse, auch Kohlenwasserstoff- oder Hydrocarbonwachse genannt, werden aus Syntheseprodukten durch Hoch-, Mittel- oder Niederdruckpolymerisation, Kondensation oder Addition hergestellt. Ausgangsstoffe sind hauptsächlich Erdöl, teilweise auch Braunkohle. Zu den Polyolefinwachsen gehören Polyethylenwachse, darunter polare und unpolare sowie oxidierte HD-PE-Wachse, außerdem EVA-Wachse aus Ethylen-Vinylacetat-Copolymer und Polypropylenwachs. Weitere synthetische Gruppen sind Polyesterwachse, Polyethylenglycolwachse (PEG, Carbowachs), PTFE-Wachse und Fluorwachse, zu denen auch Skiwachs gezählt wird.

Fischer-Tropsch-Wachse bestehen aus synthetischen Paraffinen. Als FT-Paraffine werden sie unter anderem als Hartwachse und Mediumwachse aus Erdgas, Biomasse oder Kohle hergestellt. Weitere synthetische Produkte sind flüssige Wachse, synthetische Fettsäureester wie Myristinsäureisopropylester, Isopropyloleat und Oleyloleat, rekonstruierte Wachse wie Cetylpalmitat sowie Lanette-Wachse wie Cetylstearylalkohol.

Mikronisierte Wachse sind Wachse, deren Partikelgröße bis zu einer Kornobergrenze von etwa 30 μm stark verkleinert wurde. Die Herstellung erfolgt durch Zermahlen in Strahlmühlen oder durch Kaltmahlung, durch Schmelze-Dispersion, durch Zerstäuben mittels Sprühkühlung oder PGSS-Verfahren oder durch Perlpolymerisation. Zerstäubung und Schmelze-Dispersion erzeugen überwiegend regelmäßige, kugelförmige Partikel mit kleiner Oberfläche. Mahlverfahren erzeugen gebrochene, unregelmäßige Partikel mit großer Oberfläche; bei der Perlpolymerisation entstehen perlenförmige Partikel.

Verwendung

Wachse werden für Kerzen, Polituren und Imprägnierungen eingesetzt, beispielsweise für Wachspapier als Verpackungsmaterial. Wegen ihrer guten Formbarkeit dienen sie in der Gießerei, zur Herstellung von Wachsfiguren und in der bildenden Kunst zur Anfertigung von Wachsmodellen, sogenannten Bozzetti, für Skulpturen.

Jojobaöl und Japanwachs werden in der Kosmetik verwendet. Spezielle Wachse dienen der Haarentfernung, etwa als Kaltwachsstreifen oder Warmwachs. Weitere Einsatzgebiete sind zahnärztliche Wachspräparate, die Seifenherstellung sowie Fußboden- und Holzbeschichtungen. Polierte Wachse verleihen Oberflächen Glanz; Bohnerwachs wird für Oberflächen verwendet, Skiwachs verbessert die Gleitfähigkeit. Bienenwachs und einige andere natürliche Wachse sind als Lebensmittelzusatzstoffe, meist als Trennmittel, zugelassen.

Mikronisierte Wachse ersetzen Wachspulver und Wachsdispersionen in Druckfarben und Beschichtungen. Sie können dort Scheuer- und Kratzfestigkeit, wasserabstoßende Eigenschaften, Mattierung und Schleifbarkeit bewirken sowie die Gleitfähigkeit verbessern. In Wachsfigurenkabinetten ist Wachs ein wesentlicher Werkstoff für naturgetreue Darstellungen.