Глава 4. Углеводородные растворители

4.1. Общая характеристика углеводородных растворителей

Углеводородные растворители в зависимости от строения углеродной цепи, характера валентных связей и соотношения между количеством атомов углерода и водорода разделяют на 1) алканы (парафины); 2) алкены (олефины); 3) углеводороды циклического строения (цикланы, или нафтены) и 4) ароматические углеводороды.

Алканы (парафины) нормального (линейного) строения являются неполярными веществами. Их летучесть зависит от их молекулярной массы (с увеличение молекулярной массы уменьшается). Температура кипения с увеличением молекулярной массы парафиновых растворителей возрастает. Реакционные свойства и токсичность парафиновых углеводородов нормального строения наименьшая в сравнении с углеводородными растворителями других классов. Изоалканы (изопарафины) обладают разветвленным строением углеродного скелета молекулы, наличие в молекуле третичного атома углерода обусловливает более высокую химическую активность изопарафинов, а следовательно, и растворяющую способность в сравнении с парафинами линейного строения. Это может приводить к окислению изопарафинов кислородом воздуха под действием солнечного света с образованием пероксидных соединений с резким запахом. Температуры кипения изопарафинов обычно на 15–20 ^оС ниже, чем нормальных парафинов с такой же молекулярной массой.

Алкены (олефины) являются химически нестабильными веществами и склонны к реациям окисления, присоединения, изомеризации и др. Поэтому олефиновые соединения очень мало используются в качестве растворителей, только в специальных случаях (например, для растворения полимеров в соответствующих мономерах).

Циклические углеводородные растворители, или нафтены, являются, главным образом, алкилзамещенными циклопентана и циклогексана. С ростом молекулярной массы из-за увеличения боковой цепи нафтеновый углеводород по своим свойствам больше приближается к свойствам парафинов. По сравнению с парафинами нафтены обладают значительно бόльшей растворяющей способностью, меньшей летучестью, сильным характерным запахом.

Ароматические углеводородные растворители представлены бензолом и алкилбензолами. Характерной особенностью ароматических углеводородов является их склонность к реакциям, приводящим к образованию окрашенных соединений, что необходимо учитывать при работе с ними. Они имеют высокую растворяющую способность, однако высокотоксичны, поэтому применять их следует с учетом соответствующих требований. Некоторые алкилбензолы образуют азеотропные смеси друг с другом, с водой и спиртами. Такие смеси имеют температуру кипения ниже, чем индивидуальные компоненты.

4.2. Получение углеводородных растворителей

В качестве исходного сырья для производства углеводородных растворителей используют жидкие продукты переработки нефти, угля и сланцев. После разделения смеси углеводородов на ректификационных колоннах получают низкокипящую бензиновую фракцию (углеводородный состав С₅–С₁₀), высококипящую керосиновую фракцию (С₁₁–С₁₆) и мазут (С₁₇ и выше). Получают их и синтетическим путем, например из оксида углерода СО и водорода, продукты органического синтеза также обычно представляют собой смеси углеводородов. Исходя из способа получения по природе исходного сырья углеводородные растворители делятся на коксохимические, сланцевые, нефтяные и синтетические.

Нежелательными примесями в углеводородных растворителях являются ненасыщенные углеводороды, серо- и кислородсодержащие соединения, водорастворимые кислоты и щелочи, механические примеси, вода. Для определения примесей существуют специальные методы, установленные государственными стандартами.

Содержание ненасыщенных углеводородов в растворителях характеризуется бромным (иодным) числом – количеством граммов брома (иода), присоединяющегося к 100 мл растворителя. В основе метода лежит реакция присоединения галогена по месту двойной связи, что дает возможность количественно характеризовать непредельность растворителя.

Серосодержащие примеси могут быть в виде нейтральных (сульфидов, дисульфидов, тиоэфиров и т. д.) и активных соединений (элементарной серы, сероводорода, меркаптанов). Присутствие активных серосодержащих соединений в растворителях не допускается, поскольку они имеют высокую коррозионную активность даже при низких температурах и отличаются резким неприятным запахом. Нейтральные серосодержащие соединения при низкой температуре неактивны, но могут разлагаться при нагревании с образованием активных сернистых соединений.

Кислородсодержащие примеси могут присутствовать в углеводородных растворителях в виде нейтральных веществ (смол) или кислых соединений, преимущественно карбоновых кислот. Содержание карбоновых кислот выражают в количестве миллиграммов едкого калия, необходимого для нейтрализации 100 мл растворителя. Это число представляет собой общую кислотность растворителя, но поскольку неорганические кислоты в большинство случаев в растворителе отсутствуют, то определяемая кислотность соответствует органической. Водорастворимые кислоты и щелочи могут быть причиной коррозии оборудования. При попадании на кожу человека они могут вызывать ожоги, поэтому их присутствие в растворителе не допускается. Механические примеси в растворителе контролируют, определяя зольность (остаток после сжигания), содержание воды определяют по установленным методикам (например, методу Фишера).