解读烃类溶剂的性能特点及其应用(上)

2018-10-29 16:53:37 68

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解读烃类溶剂的性能特点及其应用(上)

众所周知,溶剂的应用领域广泛,尤其是涂料配方体系中非常重要的组成部分之一,约占涂料体系比重的30%~50%。原油中的轻馏分是烃类溶剂生产的主要原料。从目前全球涂料溶剂的使用情况来看,涂料溶剂主要包括三大类产品,一是烃类溶剂,根据不同的沸点进行分级;二是应用最为广泛、最为主流的一类,是含氧溶剂类;三是最为独特的溶剂-水。烃类溶剂通常是不同分子量材料的混合物,并且通过沸点不同进行分级,包括脂肪族烃、芳香烃、氯化烃和萜烃等产品。近年来,国民经济各行业对烃类溶剂的质量要求提高,品种和数量的需求增加,对烃类溶剂品种和质量提出了新的要求。随着我国国民经济的发展,溶剂油(烃类溶剂)的需求量不断增加,品种更为丰富,产品规格也不断发展受到业内的关注。

 

一、烃类溶剂的性能特点、主流品种及其应用领域

 

烃是仅由碳和氢两种元素组成的有机化合物(称为碳氢化合物),又叫烃。根据结构将烃类可以简单分为开链烃,脂肪烃和芳香烃。开链结构的脂肪烃根据结构的饱和程度分为饱和链烃(烷烃)和不饱和链烃(烯烃和炔烃)。芳香烃是含有苯环特殊结构的烃类。根据具体结构分为单环芳烃、多环芳烃和稠环芳烃。烃类纯溶剂,通常是从天然汽油,直馏汽油和其他石油轻馏分进一步精制加工获得,是一种典型的非极性溶剂,能溶解各种烃类及卤代烃乙,通常用作各种油脂,精油的萃取用溶剂也可作精密仪器的清洗剂,由于它沸点低、易燃,因此使用时要特别注意防火,虽属于低毒性但大量吸入也有麻醉性。由化工原料合成或精制得到的成分单一烃类溶剂是烃的纯溶剂。纯溶剂价格较高,通常只用于一些特殊用途中。

近年来,石油烃类溶剂的发展十分迅速,其应用领域也不断扩大,在食用油、印刷油墨、皮革、农药、杀虫剂、橡胶、化妆品、香料、化工聚合,医药以及在IC电子部件的清洗等诸方面都有广泛的用途。目前国内仍以6号、120号和200号溶剂油为主流品种。

我国生产石油烃类溶剂油的原料主要有三种:催化重整抽余油、油田稳定轻烃和直馏汽油。抽余油泛指工业上采用溶剂萃取方法得到的剩余物料,在石油炼制过程中,抽余油一般指富含芳烃的催化重整产物(重整汽油)经萃取(抽提)芳烃(见芳烃抽提)后剩余的馏分油,其主要成分为C~C的烷烃及一定量的环烷烃,是良好的是有化工原料,可用于烃类裂解制乙烯;稳定轻烃从天然气凝液中提取的,以戊烷及更重的烃类为主要成分的油品,其终沸点不高于190°C,在规定的蒸汽压下,允许含有少量丁烷。也称天然汽油。稳定轻烃按蒸气压范围分为两种牌号,期待好分别为1号和2号。1号产品作为是有化工原料,2号产品可作石油化工原料也可作车用汽油调和原料。稳定轻烃一般可作为生产溶剂油的原料,其来源一是原油经过闪蒸,从闪蒸气中沉降下来的,组成较重,颜色一般为透明的淡黄色或黄棕色;二是油田伴生气或其他天然气中含的戊烷以上组分,通过制冷及压缩等过程分离出来的,一般戊烷含量较高,戊烷以上组分较少,颜色通常为透明无色;直馏汽油是由原油经直接分馏(蒸馏法)而得的汽油。在常压蒸馏时,蒸馏塔顶部出来的油蒸气混合物经冷凝后获得的液体产品,其沸点范围(又称馏程)并无严格界定,通常为初馏点至205(或215),主要含碳四至碳十二的烃类,或更重些,还含有少量硫化合物。这种汽油主要含饱和烃类,含有较少的不饱和烃类,因而具有较高的化学稳定性,直馏汽油不含烯烃,裂变后有烯烃。

抽余油是65-150°C馏分油,能生产6号及120号溶剂油,因原料经过了加氢精制处理,所以溶剂产品的芳烃及硫含量能达到国家标准。油田稳定轻烃因含丁烷、戊烷较多,所以产品丁烷、戊烷溶剂所占比例较大,生产出的6号及120号溶剂油的硫含量和芳烃含量达不到国家标准,需进行脱硫、脱芳烃。直馏汽油为原料主要生产200号溶剂油,也需进行精制才能得合格产品。直馏汽油是石油化工生产汽油,煤油,柴油,重油的主要原料。

 

目前国内常用的溶剂油产品主要有如下种类

 

工业聚合级正己烷:正己烷是一种有微弱的特殊气味的无色液体化学溶剂,具有一定的毒性,主要用于丙烯等烯烃聚合时的溶剂、食用植物油的提取剂、橡胶和涂料的溶剂以及颜料的稀释剂。工业用6号溶剂油轻质溶剂,外观为无色透明液体,是各种低级烷烃的混合物。产品馏份范围较工业己烷宽,具有工业己烷类似的性质。能与除蓖麻油以外的多数液态油脂混溶,可溶解低级脂肪酸。6号溶剂油通过精密分馏和深度脱硫、脱芳烃生产出正己烷含量约85%的聚合级正己烷,用作丙烯、丁烯聚合溶剂等。

高纯度正己烷:在常态下为无色,透明,带汽油味的液体。不溶于水,溶于醇和醚。极易燃,受热火遇明火有燃烧爆炸的危险,其制法是以直馏汽油窄馏分和铂重整抽余油加氢浓缩制取的粗正己烷为原料,经精密精馏可获得高纯正己烷产品。通过特殊蒸馏生产纯度99%以上的高纯度正己烷,用作工业试剂和医疗溶剂。

高纯度正庚烷和甲基环己烷:正庚烷是一种无色易挥发液体,常用作辛烷值测定的标准、溶剂,以及用于有机合成,实验试剂的制备:甲基环己烷,有机化合物,微毒,皮肤接触可引起发红、干燥、皲裂、溃疡等现象。主要用作溶剂、色谱分析标准物质,以及作为校正温度计的标准,也用于有机合成。对120号溶剂油进行深度脱芳烃、脱硫,通过精密分馏首先分出正庚烷和甲基环己烷,用作重要的工业溶剂、清洗剂,化工原料。

异构烷烃和环烷烃溶剂:异构烷烃溶剂系指主要成分为异构烷烃的溶剂。异构烷烃与正构烷烃(直链烷烃)相对应,异构烷烃通常是指支链烷烃。一般在石油、石油炼制、石油化工等生产部门中,所谓异构烷烃都是指支链烷烃;环烷烃含有脂环结构的饱和烃,有单环脂环和稠环指环。稠环环烷烃存在于高沸点石油馏分中。环烷烃有很高的发热量,凝固点低,抗爆性介于正构烃和异构烃之间。化学性质和烷烃相似。异构烷烃和环烷烃溶剂将6号溶剂油和120号溶剂油分别脱除正己烷和正庚烷可得到较强溶解能力的C6异构烷烃溶剂油和C7异构烷烃油。

 

二、烃类溶剂的分类及结构特点

 

烃类溶剂根据来源分为两类:由石油分馏得到的烃类混合物溶剂叫石油溶剂油,简称溶剂油,溶剂油是五大类石油产品之一,用途十分广泛。用量最大的首推涂料溶剂油:由化工原料合成或精制得到的成分单一烃类溶剂是烃的纯溶剂。纯溶剂就是没有溶质,比如说常说的氯化钠溶剂,溶剂就是水,溶质是氯化钠。纯溶剂价格较高,通常只用于一些特殊用途中。

饱和烃溶剂:饱和烃是指分子中的每个C原子都是以CC键结合的烃,如烷烃,环烷烃。不饱和烃是指分子中含C=CCC的烃,如烯烃,炔烃。此外芳香烃也是不饱和烃。饱和烃溶剂是一种范围极宽的溶剂,其闪点在25~120°C;是正构烷烃、异构烷烃和环烷烃的混合物;是由选择性蒸馏切割,而后进行加氢精制得到,因此芳烃含量很低。

异构烷烃溶剂:异构烷烃溶剂系指主要成分为异构烷烃的溶剂。异构烷烃与正构烷烃相对应,异构烷烃通常是指支链烷烃。一般在石油、石油炼制、石油化工等生产部门中,所谓异构烷烃都是指支链烷烃。异构烃溶剂中芳烃含量很低,高沸点异构烷烃溶剂是由烷基化工艺合成。异构烃溶剂范围很宽,包括从沸点较低的挥发性异构C5到低挥发性的C14异构烃溶剂。

链烷烃溶剂:烷烃即饱和烃,是碳氢化合物下的一种饱和烃,其整体构造大多仅由碳、氢、碳碳单键与碳氢单键所构成,同时也是最简单的一种有机化合物,而其下又可细分出链烷烃与环烷烃。链烷烃是指碳原子之间以单键结合成链状(直链或含支链)的烷烃。环烷烃是指含有脂环结构的烷烃,分子中没有环的烷烃称为链烷烃。分子中含有环状结构的烷烃叫环烷烃,又称为脂环化合物。这类烷烃溶剂包括正构和异构戊烷,以及不同比例的正/异戊烷的二组分溶剂。产品可经蒸馏和加氢精制得到。其挥发快,硫、烯、苯和总芳烃含量都很低。

脱芳烃溶剂(专用低沸点溶剂):石油类的脱芳烃溶剂油,主要成分是饱和烃类、环烷烃类组成。这类溶剂是一种挥发速毒快的脂肪族烃类的混合溶剂。其专用低沸点溶剂为一系列C5~C8的链烷烃和环烷烃混合溶剂。由于经过深度加氢,它们的芳烃含量相当低。随着环保要求的提高,脱除芳烃、硫和氮等杂质,无臭、无毒的脱芳烃溶剂油的市场需求不断扩大。

芳烃类溶剂:包括甲苯和二甲苯(异构体的混合物)以及各种各样的高沸点的重芳烃溶剂。芳香烃类溶剂是涂料工业中用量最大的一类溶剂。这一类溶剂的产品,分别由C7、C8C9C10四种基本芳烃的异构体混合而成。由于芳烃溶剂的来源不同以及其后加工精馏工艺的区别,而衍生出一系列不同的产品,有焦化芳烃、石油芳烃之分,也有轻芳烃和重芳烃之分,还有众多规格性能各有差异的高沸点芳烃溶剂。

烃类混合溶剂:混合溶剂是把两种或两种以上的溶剂,按一定的规律混合在一起的产物。把两种溶解性能和使用范围不同的溶剂(包括水)混合所得到的溶液,因为它们互相影响,大幅度地改善了其溶解能力,使各溶剂的优点得到充分发挥。烃类混合溶剂是一类芳烃含量适中的溶剂。它们是链烷烃、环烷烃和芳烃的混合物,沸点为150~220°C。是清净水白的液体、化学性质稳定、无腐蚀性并带有温合气味。

烃类衍生物溶剂:如卤代烃、硝基烃等。卤代烃分子中的氢原子被卤素原子取代后的化合物称为卤代烃。卤代烃是一类重要的有机合成中间体,是许多有机合成的原料,它能发生许多学反应。卤代烃能与多种金属作用,生成金属有机化合物,其中格氏试剂是金属有机化合物中最重要的一类化合物,是有机合成中非常重要的试剂之一。它是卤代烷在无水乙醚中与金属镁作用,生成的有机镁化合物,再与活泼的卤代烃如丙烯型、苯型卤代烃偶合,形成烃。

烃类纯溶剂:从化工原料合成得到的烃类纯溶剂主要有己烷、苯、甲苯、二甲苯等。

正己烷(C6H14)是一种低沸点烃类纯溶剂,通常是从天然汽油、直馏汽油和其他石油轻馏分进一步精制加工获得。是一种典型的非极性溶剂,能溶解各种烃类及卤代烃乙通常作各种油脂、精油的萃取用溶剂,也可作精密仪器的清洗剂。由于它沸点低、易燃,因此使用时要特别注意防火,虽属低毒性但大量吸入也有麻醉性。

苯、甲苯、二甲苯是三种重要的芳香烃溶剂,它们的KB值高、苯胺点低,对油溶性污垢溶解力强,是性能优良的溶剂缺点是是毒性强,也是造成光化学烟雾和大气污染的重要因素。特别是苯,毒性更大些使用时要特别注意。芳香烃溶剂又都属于易燃物质,如苯的闪点为-11.1°C,空气中含量在1.5%8%范围内可能引起爆炸,使用时要注意防火。由于芳香烃溶剂价格高,目前在许多部门已用芳香烃溶剂油代替。高沸点方烃溶剂油是炼油化工厂催化重整的产品,以C9C10芳烃为主要成分,如异丙苯、正丙苯、对甲乙苯等,初馏点约120°C120°C150°C150°C200°C的馏分可代替甲苯、二甲苯、200号油漆溶剂油使用。由于芳香烃溶剂有易燃、毒性和价格较高的问题,因此只在特殊必要情况下使用。

植物来源的烃类溶剂,除了可从石油分馏得到外也可从植物中得到,如松节油、柠檬油。

松节油是植物来源烃类溶剂中的一种典型代表,属于松香类溶剂存在于一种叫松脂的天然树脂中,当松脂蒸馏时,馏出物是松节油,固体剩余物是松香。根据原料和制法不同分为油脂松节油、提取松香油和干馏松节油。松节油是烃的混合物,是油脂、蜡、树脂的优良溶剂,其溶解能力介于石油溶剂油与苯之间,它的沸点和燃点较高,使用时安全性较好,但它与空气中氧接触或在光照条件下易于氧化成树脂类物质而变色是其缺点。柠檬油(橙油)是由橙皮、橘皮、柠檬皮蒸馏提炼得到的一种烃类溶剂。它的主要化学成分叫苎烯;(甲基丙烯基环己烯)的单环萜烯,其他成分还有柠檬醛等。苎烯的沸点为175.5°C176°C,物理性质与松节油很相似,具有柠檬酌水果香味。由于美国盛产橙子和柑橘,因此可以比较廉价获得柠檬油这种烃类溶剂。目前美国已用柠檬油替代氟氯烃溶剂CFC113(三氯三氟乙烷)作为清洗半导体印刷线路板的溶剂。

 

三、烃类卤化物及卤代烃溶剂

 

烃类卤化物简称卤代烃,是指烃分子中的氢原子被卤素(氟、氯、溴、碘)取代的产物。根据烃基的不同,分为脂肪卤代烃(包括饱和与不饱和卤代烃)、芳香卤代烃等。按分子中所含卤原子数目,分为一卤代烃、二卤代烃及多卤代烃。卤代烃大多数1。它们不溶水,能以任意比例与烃类混溶,并能溶解其它许多有机物。其比重随碳原子数的增高而降低。烃基相同时,卤代烃的沸点和比重依氯代烃、溴代烃、碘代烃的次序而递增。在异构体中,支链越多的,沸点越低。这类物质中,大都有毒性,可以燃烧,其燃烧性能随化合物中的卤原子数目增加而降低。储用时,根据火险指标分别按甲、乙、丙火灾危险进行消防管理。着火时,气体的按C类火灾对待,液体的按B类火灾对待,都必须注意防毒。天然存在的卤代烃数量极少,绝大多数卤代烃是通过烷烃卤化,不饱和烃加成,醇与氢卤酸作用等方法合成的。

卤代烃的同分异构体数目比相应的烃要多,除碳架异构、不饱和键位置异构、顺反异构、旋光异构外,还有卤原子的位置异构。卤代烃命名时,以烃为母体,卤原子为代基,在烃的名称前标出卤原子的位置、数目和名称。常温下除氯甲烷、溴甲烷、氯乙烷、氯乙烯等在温室为气体外,一般卤代烃为液体,高级卤代烃为固体。卤代烃不溶于水,溶于多种有机溶剂,并能溶解多种弱极性及非极性有机物,是常用的溶剂。碘代烃、溴代烃以及多卤代烃的相对密度大于1。卤代烃的沸点随卤素的原子序数增加而升高。同系列卤代烃的沸点随碳链增加而升高。同分异构体中,支链越多,沸点越低(氟代烷除外)。卤代烃的化学性质比烷烃活泼得多,能发生多种化学反应,转变成各种类型的化合物,在有机合成中占有重要位置。卤代烃用途极为广泛,除用做溶剂外,还可做致冷剂、灭火剂、麻醉剂及防腐剂等。

卤代烃溶剂烃分子中的氢原子被卤素原子取代后的化合物称为卤代烃,简称卤烃。卤代烃的通式为:(Ar)R-XX可看作是卤代烃的官能团,包括FClBrI

卤代烃是一类重要的有机合成中间体,是许多有机合成的原料,它能发生许多化学反应,如取代反应、消去反应等。卤代烷中的卤素容易被—OH、—OR、—CNNH3H2NR取代,生成相应的醇、醚、腈、胺等化合物。

碘代烷最容易发生取代反应,溴代烷次之,氯代烷又次之,卤代烃可以发生消去反应,在碱的作用下脱去卤化氢生成碳-碳双键或碳-碳三键,比如溴乙烷与强碱氢氧化钾在乙醇共热的条件下,生成乙烯、溴化钾和水。卤代烃发生消去反应时遵循查依采夫规则。邻二卤化合物除可以进行脱卤化氢的反应外,在锌粉(或镍粉)作用下还可发生脱卤反应生成烯烃。

脂肪族卤代烃可在碱性水溶液中水解生成醇,碱性醇溶中发生消去反应生成烯,芳香族卤代烃则较为困难。许多卤代烃可用作灭火剂(如四氯化碳)、冷冻剂(如氟利昂)清洗剂(常见干洗剂、机件洗涤剂)、麻醉剂(如氯仿,现已不使用)、杀虫剂(如六六六,现已禁用),以及高分子工业的原料(如氯乙烯、四乙烯)。

在有机合成上,由于卤代烃的化学性质比较活泼,能发生许多反应,例如取代反应、消去反应等,从而转化成其他类型的化合物。因此,引入卤原子常常是改变分子性能的第一步反应,在有机合成中起着重要的桥梁作用。

用于清洗的卤代烃有氯代烃溶剂和氟氯烃溶剂两类。如果烃分子中的一部分或全部氢原子被氯取代就得到氯代烃,如果在氯代烃分子中引入氟原子就得到氟氯烃。通常使用的卤代烃溶剂是由甲烷、乙烷、乙烯这些小分子烃经卤代得到的。如由甲烷可以得到二氯甲烷、氯仿(CHCl3)、四氯化碳、一氟二氯甲烷、氟三氯甲烷,由乙烯得到三氯乙烯和四氯乙烯等。

卤代烃密度大于水,而且都难溶于水。它们的最大特点是具有不燃性和难燃性,分子中不含氢原子的具有不燃性,分子中含有氢原子的具有难燃性的特点。这与烃类溶剂相比是一种优点。卤代烃溶剂对油性污垢的溶解力强,如脱脂能力比石油溶剂油强10倍左右。一般卤代烃沸点较低,容易挥发,所以蒸馏回收时耗能少。目前在工业清洗领域的许多部门它已经取代了烃类溶剂发挥着重要作用。

现在使用的氯代烃清洗剂主要是三氯乙烯,二氯甲烷以及四氯乙烯。该溶剂被广泛的应用于清洗领域,主要是有以下优点和特征:很低的ODP值(臭氧耗减潜能值),几乎不会破坏臭氧层;在一般条件下使用具有不燃性。没有火灾或爆炸的危险;对金属加工油、油脂等污垢的溶解力大。对塑料和橡胶也可产生鹏润或溶解:其粘度及表面张力小,渗透力强,可渗透狭小缝隙,彻底溶解清楚附着污物;沸点低,蒸发热小,适合蒸气清洗,清洗后可以自行干燥;废液可通过蒸馏分离,循环使用;操作简单,效率高,运行费用低;缺点是毒性较高,一般在空气中的含量限制在50PPM以下;有些劳动保护条例对使用它有明文限制现在一些欧洲国家限制进出口和使用这类含氯清洗剂的产品。氯代烃溶剂由于具有的溶解能力较强和清洗效果优良、安全性高、热稳定性好、毒性低、易再生等特点而被广泛地应用于各个工业部门。国外氯代烃溶剂早有生产和应用,近期在品种、产量上的增长极为迅速。

                                                                                        


                                                                                                                                   以上摘自豆丁网

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