mini|Wachskerze Ein Wachs () im chemischen Sinne ist ein Ester aus einer Fettsäure mit einem langkettigen primären (Fett-)Alkohol. In der Regel sind Wachse Stoffgemische mit typischen physikochemischen Eigenschaften (bei Raumtemperatur fest, aber biegsam und formbar), die sich auch in anderen Materialien finden, die aufgrund dessen als wachsartig (oder ebenfalls als Wachs) bezeichnet werden.
Wachsartige bzw. Wachse im weiteren Sinn und im allgemeinen Sprachgebrauch können in ihrer chemischen Zusammensetzung und Herkunft unterschiedlich sein und werden durch ihre mechanisch-physikalischen Eigenschaften definiert. Somit werden Gemische verschiedener organischer Verbindungen (z. B. auch Kohlenwasserstoffe), die bei über etwa 40 °C schmelzen und dann eine Flüssigkeit niedriger Viskosität bilden, ebenfalls als Wachse bezeichnet. Wachse sind nahezu unlöslich in Wasser, aber löslich in organischen unpolaren Medien.
Etymologie Der Begriff stammt aus dem Althochdeutschen: wahs (‚Bienenwachs‘, ‚Wachs‘), wie „Wabe“ und „weben“ zu indogermanisch „ueg“ ('weben', 'Gewebe').
Definition in der Fettwissenschaft Aufgrund der zahlreichen Stoffgruppen, die wachsartiges Verhalten zeigen (welche in der Praxis zudem als Stoffgemische auftreten), konnte keine exakte umfassende Definition für Wachse gefunden werden. Weit verbreitet ist die Definition der Deutschen Gesellschaft für Fettwissenschaft: Ein Stoff wird demnach als Wachs bezeichnet, wenn er: bei 20 °C gut formbar, fest bis brüchig-hart ist, eine grobe bis feinkristalline Struktur aufweist, farblich durchscheinend bis opak, aber nicht glasartig ist, über 40 °C ohne Zersetzung schmilzt, wenig oberhalb des Schmelzpunktes leicht flüssig (wenig viskos) ist, eine stark temperaturabhängige Konsistenz und Löslichkeit aufweist sowie unter leichtem Druck polierbar ist. Ist mehr als eine der oben aufgeführten Eigenschaften nicht erfüllt, ist der Stoff demnach kein Wachs.Deutsche Einheitsmethoden zur Untersuchung von Fetten, Fettprodukten, Tensiden und verwandten Stoffen, M-I 1 (75): Deutsche Gesellschaft für Fettwissenschaft, Wiss.-Verl.-Ges.
Einteilung Natürliche Wachse mini|Carnaubawachs, teilweise geschmolzen mini|klasse=skin-invert-image|Palmitinsäuremelissinester, ein Inhaltsstoff von BienenwachsSiegfried Hauptmann: Organische Chemie. 2. Auflage, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1985, ISBN 3-342-00280-8, S. 654. Natürliche Wachse sind Stoffgemische und zählen zu den Lipiden. Sie werden unterteilt in fossile und rezente (nicht-fossile) Wachse. Hauptkomponenten dieser natürlichen Stoffgemische sind Ester von Fettsäuren (auch Wachssäuren genannt) mit langkettigen, aliphatischen, primären Alkoholen, den so genannten Fettalkoholen.Otto-Albrecht Neumüller (Hrsg.): Römpps Chemie-Lexikon. Band 6: T–Z. 8. neubearbeitete und erweiterte Auflage. Franckh’sche Verlagshandlung, Stuttgart 1988, ISBN 3-440-04516-1, S. 4562–4563. Diese Ester natürlicher Wachse unterscheiden sich in ihrem Aufbau von den Fetten und fetten Ölen, die Triglyceride mit Fettsäuren sind. Außerdem enthalten natürliche Wachse noch freie, langkettige, aliphatische Carbonsäuren, Ketone, Alkohole und Kohlenwasserstoffe.
Prototyp einer Wachssäure ist die Montansäure (Octacosansäure) C28H56O2. Eine präzise Abgrenzung zwischen Wachssäuren und Fettsäuren gibt es nicht, da beim Aufbau einiger Naturwachse auch typische Fettsäuren, wie Palmitin- und Stearinsäure, beteiligt sind.Brockhaus ABC Chemie. VEB F. A. Brockhaus Verlag, Leipzig 1965, S. 1506–1507. Aus diesem Aufbau resultiert eine chemische Definition von Wachsen, bei der die oben genannten mechanisch-physikalischen Eigenschaften nicht unbedingt erfüllt werden.
Natürliche Wachse gewinnt man meist durch Extraktion und nachfolgende Reinigung und Bleichung. Für spezielle Anwendungen werden natürliche Wachse auch raffiniert oder chemisch verändert.
Tierische Wachse Tierische Wachse sind beispielsweise Wollwachs, Chinawachs, Bienenwachs und Bürzeldrüsenfett, aber auch Talg und andere Insektenwachse. Auch Walrat und Schellack enthalten Anteile an Wachsen. Im pharmazeutischen Bereich wird Walrat heute durch synthetisches Cetylpalmitat ersetzt. Auch Wollwachs (Adeps lanae), Bienenwachs (Cera flava) und gebleichtes Bienenwachs (Cera alba) finden sich als pharmazeutische Hilfsstoffe in gültigen Arzneibüchern (Europäisches Arzneibuch). Charakteristische Qualitätsparameter in den entsprechenden Arzneibuchmonographien sind die Esterzahlen und Verseifungszahlen der Wachse.
Mykobakterien sind die einzigen bekannten Bakterien, die eine äußere Hülle aus speziellen Wachsen, den Phthiocerolen, bilden.
Pflanzliche Wachse Wachsschichten auf Blättern und Früchten haben die Aufgabe, Pflanzen vor Wasserverlusten zu schützen. Zu den pflanzlichen Wachsen gehören Zuckerrohrwachs, das Carnaubawachs der Carnauba-Wachspalme, Candelillawachs, das aus verschiedenen Euphorbiaceae gewonnen wird, und entgegen dem Namen ist Japanwachs (Beerenwachs) ein Pflanzenfett.
Das Jojobaöl besteht nicht aus Triglyceriden und ist damit kein fettes Öl, sondern chemisch betrachtet ein flüssiges Wachs.
Weitere pflanzliche Wachse sind Korkwachs, Guarumawachs (Calathea lutea), Ouricuriwachs (Syagrus coronata), Kuba-Palmenwachs (Copernicia hospita), Espartowachs (Lygeum spartum, Stipa tenacissima), Baumwollwachs, Reiskleiewachs, Flachswachs, Torfwachs und Rosenwachs, Jasminwachs oder das Peetha-Wachs vom Wachskürbis, sowie Myrtewachs (Myrica cerifera) und Wachsfeigenwachs (Ficus variegata).
Mineralische/Fossile Wachse Erdölwachs (Mineralölwachs), geologische Erdwachse (Ozokerit und das daraus hergestellte Ceresin), rezente Sedimente des rohen Erdöls das wachsreiche (Stuffwachs, Aderwachs) und wachsarmes (Lepwachs), die fossilen Pflanzenwachse Torfwachs und Montanwachs (Braunkohlen-Derivat), sie bestehen im Wesentlichen aus Kohlenwasserstoffen. Petroleumdestillate (Erdöl-Derivat), das Erdöl enthält (Paraffingatsch) neben makrokristallinen, normalen Paraffinen auch mikrokristallines Wachs. Auch Tankboden- und Röhrenwachs können aufgearbeitet werden. Dazu zählen Weich-, Normal-, Hartparaffine (Tafelparaffine) (makrokristallin), sowie mikrokristallines Wachs (Petroleumwachs), Vaseline (Petrolatum)Mikrowachs auf materialarchiv.ch, abgerufen am 9. März 2017., das z. B. für Kerzen und Schuhcreme verwendet wird.
Paraffine können auch aus Schieferöl (Messelparaffin), Braunkohlenschwelung (BK-Schwelteer) oder TTH-Paraffin (Tieftemperatur-Hydrierungsparaffin der Braunkohlenschwelung) erhalten werden.
Teilsynthetische Wachse Teilsynthetische Wachse gewinnt man aus Naturwachsen, häufig dient Montanwachs als Grundlage, aber auch andere natürliche Wachse. Hier wird die Zusammensetzung des Wachses durch physikalische oder chemische Umwandlungen beeinflusst; Oxidation (Bleichung), Hydrierung, Veresterung, Verseifung, Amidierung.
Esterwachse sind Umsetzungsprodukte langkettiger Wachssäuren mit einwertigen Fett- oder Wachsalkoholen (teilverseifte Esterwachse, vollverseifte Esterwachse und emulgatorhaltige Esterwachse) (Wachsemulgatoren sind Gemische aus langkettigen Fettalkoholethoxilaten).
Amide von Fett- und Wachssäuren, Wachsalkohole der Ester durch aliphatische oder aromatische Amine ersetzt. Natürliche (Mono-, Bis, Poly-) Amidwachse (Pseudoesterwachse) auf Basis von Fettsäuren (Distearylethylendiamid (EBS) oder (EDS) Ethylendistearmide); Stearinsäureamid, Behensäureamid, Erucasäureamid, Ölsäureamid.
Weitere sind Carboxy-, Hydroxy- oder Carbonylgruppen tragende Wachse; man spricht dann von Säurewachsen (hoher Anteile freier Carbonsäuren), Alkoholwachsen (Lanette-Wachse) (OH-Zahl bildende Komponente vorherrschend), Ketonwachse (Carbonylzahl bildende Komponenten vorherrschend), Etherwachse (überwiegend Ethergruppenhaltige Verbindung).
Acylierte Amide von Fett- und Wachssäuren (Montanoyl-aminocarbonsaure). Alkylierte Imide von Dicarbonsäuren, partialsynthetische Wachse aus alkylierten Phthalimiden (n-Octa-decylphthalimid).
Weitere sind Phthalimidwachse, Chlorkohlenwasserstoffwachse, Phenoxy-Derivate, Terphenylwachse (nicht substituierte Kohlenwasserstoffe; phenylsubstituierte Diphenyle), wachsartige Derivate der Bernsteinsäure, wachsartige Phenoxy-Derivate; Alkyl-Phenoxy- und Diphenoxy-Verbindungen.
Auch aus verschiedenen Pflanzenölen z. B. Sojaöl, Rapsöl, Rizinusöl kann durch Hydrierung→Fetthärtung Sojawachs, Rapswachs, Rizinuswachs hergestellt werden.
Synthetische Wachse Synthetische Wachse, Kohlen(wasser)stoffwachse (Hydrocarbonwachse) sind durch Verfahren wie (Hoch-, Mittel-, Niederdruck-) Polymerisation, Kondensation oder Addition aus Syntheseprodukten erhaltenen Wachse, sie werden hauptsächlich aus Erdöl, aber auch aus Braunkohle gewonnen.
(Polyethylene, Copolymere), Polyolefin-Wachse: Polyethylenwachs (polar und unpolar), oxidierte HD-PE Wachse; polare PE-Wachse, die durch Suspensionsoxidation aus HD-PE Kunststoff hergestellt werden. EVA-Wachse aus dem Kunststoff Ethylen-Vinylacetat-Copolymer und Polypropylenwachs. Weitere sind Polyesterwachse und Polyethylenglycolwachse (PEG, Carbowachs) sowie PTFE-Wachse und Fluor-Wachse→ Skiwachs.
Die Fischer-Tropsch-Wachse aus synthetischen Paraffinen (FT-Paraffine) (Hartwachs, Mediumwachse)Fischer-Tropsch-Hartwachs auf materialarchiv.ch, abgerufen am 9. März 2017. aus Erdgas, Biomasse und Kohle, sie werden für verschiedenste Anwendungen verwendet.
Weitere sind flüssige Wachse; synthetische Fettsäureester, z. B. Myristinsäureisopropylester, Isopropyloleat, Oleyloleat u. a.,Wilhelm Fresenius, Helmut Günzler, u. a.: Analytiker-Taschenbuch. Band 4, Springer, 1984, ISBN 978-3-642-69343-4, S. 389, . rekonstruierte Wachse, z. B. Cetylpalmitat, Lanette-Wachse, z. B. Cetylstearylalkohol.Ernst Steinegger, Rudolf Hänsel: Pharmakognosie. 5. Auflage, Springer, 1992, ISBN 978-3-662-09268-2, S. 63.
Mikronisierte Wachse Eine spezielle Form sind mikronisierte Wachse, bei welchen die Partikelgröße bis zu einer Kornobergrenze von etwa 30 μm stark verkleinert wird. Dies kann entweder durch Zermahlen (Strahlmühle, Kaltmahlung), mit dem Schmelze-Dispersionsverfahren, durch Zerstäuben (Sprühkühlung, PGSS-Verfahren) oder durch Perlpolymerisation geschehen. Bei dem Zerstäubungs- oder Schmelz-Dispersionsprozess erhält man zum überwiegenden Teil kugelförmige, regelmäßige Partikel mit kleiner Oberfläche, während man bei den Mahlprozessen gebrochene, unregelmäßige Partikel mit großer Oberfläche bekommt. Bei der Perlpolymerisation erhält man perlenförmige Partikel. Mikronisierte Wachse werden anstelle von Wachspulvern und Wachsdispersionen in Druckfarben und Beschichtungen eingesetzt, z. B. zur Erzielung von Scheuerfestigkeit, Kratzfestigkeit, wasserabstoßender Effekte, Mattierung, Schleifbarkeit und zur Verbesserung der Gleitfähigkeit.Sebastian Pörschke: Herstellung pulverförmiger Biowachse und mögliche Anwendungen. Dissertation, Ruhr-Universität Bochum, 2014, , (PDF; 4,82 MB), S. 8–12.
Verwendung mini|Zu einem Block gegossenes Bienenwachs und darauf Wachs aus einem Sonnenwachsschmelzer Neben den schon genannten Verwendungen für Kerzen, Polituren und Imprägnierungen (z. B. Wachspapier für Verpackungen) werden Wachse in der Gießerei und wegen der guten Formbarkeit für Wachsfiguren gebraucht. In der bildenden Kunst stellen Künstler Modelle (Bozzetti) für Skulpturen aus Wachs her.
Jojobaöl und Japanwachs werden in der Kosmetik eingesetzt. Besondere Wachse werden zur Haarentfernung eingesetzt (siehe Kaltwachsstreifen bzw. Warmwachs). Auch in medizinischen Produkten wie zahnärztlichen Wachspräparaten sowie als Rohstoff für die Seifenherstellung werden sie verwendet.
Am Bau werden Wachse zur Fußboden- und Holzbeschichtung eingesetzt. Polierte Wachse verleihen Oberflächen ein glänzendes Aussehen (Bohnerwachs), erleichtern aber auch die Gleitfähigkeit (Skiwachs). Bienenwachs und einige andere natürliche Wachse sind als Lebensmittelzusatzstoff (meist als Trennmittel) zugelassen.