Што такое арганічныя растваральнікі?

Арганічныя растваральнікі - гэта вадкія злучэнні-на аснове вугляроду, здольныя раствараць або дыспергаваць іншыя рэчывы, не змяняючы іх хімічна. Гэтыя злучэнні ўтрымліваюць атамы вугляроду, звязаныя з іншымі элементамі, такімі як вадарод, кісларод або галагены, што адрознівае іх ад неарганічных растваральнікаў, такіх як вада. У розных хімічных сямействах існуе больш за 200 розных арганічных растваральнікаў, кожны з якіх служыць для канкрэтнага прамысловага і камерцыйнага прымянення ў залежнасці ад сваёй малекулярнай структуры і фізічных уласцівасцей.

Вызначальнай рысай арганічных растваральнікаў з'яўляецца іх малекулярная архітэктура. Усе арганічныя растваральнікі ўтрымліваюць вуглярод-вуглярод або вуглярод-вадародныя сувязі ў якасці структурнай асновы. Гэты склад-на аснове вугляроду дае ім унікальную здольнасць раствараць, асабліва для непалярных і слабапалярных рэчываў, якія вада не можа эфектыўна растварыць.

Арганічныя растваральнікі дэманструюць некалькі агульных фізічных уласцівасцей, якія робяць іх прамыслова каштоўнымі. Большасць з іх з'яўляюцца лятучымі вадкасцямі пры пакаёвай тэмпературы, што азначае, што яны лёгка выпараюцца. Іх тэмпература кіпення звычайна вар'іруецца ад ніжэй за 100 градусаў да прыкладна 250 градусаў, прычым больш нізкія тэмпературы кіпення адпавядаюць больш высокай лятучасці. Дыэлектрычная пранікальнасць-мера здольнасці растваральніка памяншаць сілу паміж зараджанымі часціцамі-значна адрозніваецца ў розных арганічных растваральніках, непасрэдна ўплываючы на іх здольнасць раствараць іённыя злучэнні, такія як солі літыя.

Глейкасць з'яўляецца яшчэ адным важным уласцівасцю. Растваральнікі з нізкай глейкасцю дазваляюць іёнам і малекулам больш свабодна перамяшчацца ў растворы, што становіцца істотным у такіх прымяненнях, як электраліты для літыевых батарэй, дзе прадукцыйнасць вызначае іённая праводнасць. Узаемадзеянне паміж дыэлектрычнай пранікальнасцю і глейкасцю часта патрабуе змешвання растваральнікаў з дадатковымі ўласцівасцямі для дасягнення аптымальных вынікаў.

Вуглевадародныя растваральнікі складаюцца выключна з атамаў вугляроду і вадароду. Гэтыя непалярныя-растваральнікі выдатна раствараюць масла, воск, тлушчы і змазкі.

Аліфаціческіе вуглевадародымаюць прамыя або разгалінаваныя вугляродныя ланцугі без араматычных кольцаў. Агульныя прыклады ўключаюць гексан, гептан і петролейный эфір. Гэтыя растваральнікі маюць вельмі нізкую палярнасць, высокую лятучасць і хімічна стабільныя, але вельмі гаручыя. Прамысловасць выкарыстоўвае іх для здабычы нафты, фармацэўтычнай вытворчасці, фармавання і вытворчасці клею.

Араматычныя вуглевадародыутрымліваюць у сваёй структуры бензольныя кольцы, што надае ім адметныя ўласцівасці. Бензол, талуол і ксілол - найбольш распаўсюджаныя араматычныя растваральнікі. Гэтыя злучэнні маюць сярэднюю палярнасць, больш высокую плацежаздольнасць, чым аліфатычныя вуглевадароды, і характэрныя пахі. Іх прымяненне ахоплівае прамысловае выкарыстанне растваральнікаў у фарбах, клеях, друкарскіх фарбах і аперацыях па абястлушчванні. Аднак некаторыя араматычныя вуглевадароды нясуць значную небяспеку для здароўя-бензол з'яўляецца вядомым канцэрагенам, таму ліміты ўздзеяння строга рэгулююцца.

Насычаныя кіслародам растваральнікі ўключаюць атамы кіслароду ў сваю малекулярную структуру, ствараючы палярныя характарыстыкі, якія пашыраюць іх магчымасці растварэння.

Спіртыутрымліваюць гідраксільныя (-OH) групы, далучаныя да вугляродных ланцугоў. Метанол, этанол, ізапрапанол і бутанол шырока выкарыстоўваюцца ў розных галінах прамысловасці. Спірты могуць раствараць як палярныя, так і некаторыя непалярныя -рэчывы, што робіць іх універсальнымі растваральнікамі. Этанол служыць ключавым інгрэдыентам у фармацэўтычных прэпаратах, касметыцы, духах і дэзінфікуючых сродках. Прамысловае прымяненне ўключае выкарыстанне ў якасці ачышчальнага сродкі і ў хімічным сінтэзе.

Кетонымаюць карбанільную групу (C=O), злучаную з двума атамамі вугляроду. Ацэтон і метылэтылкетон (МЭК) лідзіруюць у гэтай катэгорыі. Кетоны вельмі палярныя, валодаюць выдатнай плацежаздольнасцю і хутка выпараюцца. Ацэтон з'яўляецца ў сродках для зняцця лаку для пазногцяў, разбавіцелях для фарбы і ў якасці ачышчальнага растваральніка ў вытворчасці электронікі. У лабараторыях кетоны служаць звычайнымі рэакцыйнымі растваральнікамі.

Складаныя эфірыутвараюцца ў выніку рэакцый паміж кіслотамі і спіртамі. Этылацэтат і метылацэтат часта выкарыстоўваюцца складаныя эфіры. Гэтыя растваральнікі валодаюць прыемным фруктовым пахам, добрай растваральнасцю смол і палімераў і ўмеранай палярнасцю. Прамысловасць пакрыццяў шырока выкарыстоўвае складаныя эфіры ў фарбах і лаках. Харчовая прамысловасць выкарыстоўвае некаторыя складаныя эфіры ў якасці араматызатараў. Этылацэтат з'яўляецца ў сродках для зняцця лаку і ў якасці ачышчальніка друкаванай платы.

Эфірызмяшчае атам кіслароду, звязаны з двума вугляроднымі ланцугамі. Дыэтылавы эфір і тэтрагідрафуран (ТГФ) з'яўляюцца важнымі эфірамі ў лабараторных і прамысловых умовах. Эфіры звычайна маюць нізкую палярнасць і высокую лятучасць. У той час як дыэтылавы эфір калісьці служыў звычайным анестэтыкам, яго надзвычайная гаручасць абмяжоўвала яго выкарыстанне. ТГФ застаецца папулярным у вытворчасці палімераў і ў якасці растваральніка для лабараторных рэакцый.

Галогенсодержащие растваральнікі ўключаюць у сваю структуру атамы галагенаў (хлору, фтору, брому або ёду). Гэтыя растваральнікі валодаюць выключнай здольнасцю раствараць матэрыялы, устойлівыя да іншых растваральнікаў.

Хлараваныя растваральнікіўключаюць дихлорметан (метиленхлорид), хлараформ, четыреххлористый вуглярод і трихлорэтилен. Гэтыя злучэнні не-запальваюцца-, што з'яўляецца значнай перавагай у бяспецы-і маюць высокую плацежаздольнасць. Аперацыі па абястлушчванні металу, выдаленні фарбы і хімчыстцы традыцыйна ў значнай ступені залежалі ад хлараваных растваральнікаў. Аднак многія хлараваныя растваральнікі таксічныя, некаторыя з іх класіфікуюцца як канцерогены або небяспечныя для рэпрадуктыўнай сістэмы. Тэтрахларыд вугляроду і трыхларэтылен сутыкаюцца са строгімі нарматыўнымі абмежаваннямі з-за рызыкі для здароўя і разбурэння азонавага пласта.

Фтарыраваныя растваральнікінядаўна прыцягнулі ўвагу, асабліва ў спецыялізаваных праграмах. У многіх выпадках гэтыя злучэнні маюць меншую таксічнасць, чым хлараваныя альтэрнатывы, і дэманструюць выдатную хімічную стабільнасць. Прамысловасць акумулятараў праявіла асаблівую цікавасць да фтарыраваных карбанатаў для-прымянення літыевых батарэй высокага напружання дзякуючы іх найвышэйшай устойлівасці да акіслення.

Карбанатныя растваральнікі займаюць асаблівае месца з-за іх вырашальнай ролі ў сучасным назапашванні энергіі. Гэтыя злучэнні ўтрымліваюць у сваёй структуры карбанатную групу (−O−CO−O−).

Цыклічныя карбанатыяк этыленкарбанат (EC) і прапіленкарбанат (PC), маюць высокую дыэлектрычную пранікальнасць, але таксама высокую глейкасць. Этыленкарбанат, цвёрды пры пакаёвай тэмпературы, становіцца вадкім пры змешванні з іншымі растваральнікамі. Гэтыя злучэнні ўтвараюць ўстойлівыя ахоўныя плёнкі на паверхнях электродаў.

Лінейныя карбанатытакія як дыметылкарбанат (DMC), дыэтылкарбанат (DEC) і этылметилкарбанат (EMC) маюць меншую глейкасць, але таксама меншую дыэлектрычную канстанту. Спалучэнне цыклічных і лінейных карбанатаў стварае растворы электралітаў са збалансаванымі ўласцівасцямі.

Разуменнешто такое літыевая батарэятэхналогія патрабуе прызнання важнай функцыі арганічных растваральнікаў у гэтых прыладах захоўвання энергіі. Літыевыя батарэі пераўтвараюць хімічную энергію ў электрычную праз рух іёнаў літыя паміж электродамі. Арганічныя растваральнікі складаюць аснову вадкага электраліта, які забяспечвае гэты іённы транспарт.

У электралітах літыевых батарэй арганічныя растваральнікі павінны адначасова задавальняць некалькім патрабаванням. Ім патрэбны высокія дыэлектрычныя канстанты для растварэння соляў літыя, такіх як гексафторафасфат літыя (LiPF₆), але нізкая глейкасць для хуткага руху іёнаў. Яны павінны заставацца электрахімічна стабільнымі ва ўсім дыяпазоне працоўнага напружання батарэі, супрацьстаяць раскладанню на абодвух электродах і эфектыўна функцыянаваць у шырокім дыяпазоне тэмператур.

Тыповы электраліт літыевай батарэі складаецца з змешаных арганічных растваральнікаў. Звычайная рэцэптура спалучае этыленкарбанат з дыметылакарбанатам або дыэтылакарбанатам у пэўных суадносінах. Высокая дыэлектрычная пранікальнасць этыленкарбаната эфектыўна растварае солі літыя і ўтварае ахоўны міжфазны пласт цвёрдага электраліта (SEI) на графітавым анодзе. Гэты пласт SEI прадухіляе далейшае раскладанне растваральніка, адначасова забяспечваючы праходжанне іёнаў літыя. Аднак высокая тэмпература плаўлення EC (36 градусаў) патрабуе змешвання з вадкімі растваральнікамі, такімі як DMC або DEC.

Прапіленкарбанат першапачаткова выглядаў перспектыўным, але выклікае адслойванне графіту ў звычайных літый-іённых батарэях. Даследчыкі захоўваюць яго для батарэй з выкарыстаннем альтэрнатыўных анодных матэрыялаў. Лінейныя карбанаты, такія як DMC і DEC, зніжаюць глейкасць электраліта, паляпшаючы іённую праводнасць і нізкі-тэмпературны характар.

Перадавая распрацоўка літыевых батарэй стымулюе інавацыі ў галіне арганічных растваральнікаў. Катодныя матэрыялы з высокім-напружаннем патрабуюць растваральнікаў з найвышэйшай устойлівасцю да акіслення. У якасці кандыдатаў з'явіліся фтарыраваныя арганічныя растваральнікі, якія забяспечваюць стабільнасць пры патэнцыялах вышэй за 4,5 В у параўнанні з літыем. Гэтыя спецыяльныя растваральнікі дазваляюць ствараць батарэі наступнага-пакалення з больш высокай шчыльнасцю энергіі.

Патрабаванні да якасці для арганічных растваральнікаў-акумулятара выключна строгія. Чысціня павінна перавышаць 99,9%, з утрыманнем вільгаці ніжэй за 10 частак на мільён. Забруджванне вады выклікае гідроліз солі літыя, утвараючы плавікадародную кіслату, якая разбурае кампаненты батарэі і зніжае прадукцыйнасць. Прымешкі зніжаюць патэнцыял акіслення і пагаршаюць бяспеку.

Перапрацоўка батарэй стварае дадатковыя праблемы для кіравання арганічнымі растваральнікамі. Адпрацаваныя літыевыя батарэі ўтрымліваюць састарэлыя электраліты з прадуктамі распаду. Бяспечная здабыча і альбо перапрацоўка, альбо належная ўтылізацыя гэтых арганічных растваральнікаў прадухіляе забруджванне навакольнага асяроддзя і аднаўляе каштоўныя матэрыялы.

Арганічныя растваральнікі з'яўляюцца практычна ў кожным сектары прамысловасці, з сусветным гадавым спажываннем больш за 28 мільёнаў тон. Іх здольнасць раствараць, суспендаваць, экстрагаваць або разбаўляць іншыя матэрыялы, не выклікаючы хімічных змен, робіць іх незаменнымі ў многіх працэсах.

Прамысловасць пакрыццяў і фарбаў з'яўляецца найбуйнейшым спажыўцом арганічных растваральнікаў. Растваральнікі раствараюць смалы і пігменты, кантралююць глейкасць для правільнага нанясення і выпараюцца, пакідаючы аднастайныя пакрыцця. Талуол, ксілол, ацэтон і розныя спірты служаць разбаўляльнікамі фарбы і ачышчальнымі сродкамі для фарбавальнага абсталявання.

Фармацэўтычная вытворчасць у значнай ступені залежыць ад арганічных растваральнікаў на працягу распрацоўкі і вытворчасці лекаў. Растваральнікі дзейнічаюць як рэакцыйныя асяроддзя для хімічнага сінтэзу, экстрагенты для выдзялення актыўных злучэнняў з прыродных крыніц, ачышчальныя асяроддзя ў працэсах крышталізацыі і носьбіты ў складах. Этанол, метанол, ацэтон і дихлорметан з'яўляюцца аднымі з найбольш часта выкарыстоўваюцца фармацэўтычных растваральнікаў.

Сектар клеяў і герметыкаў выкарыстоўвае арганічныя растваральнікі для кантролю кансістэнцыі і магчымасці нанясення. Пасля нанясення выпарэнне растваральніка дазваляе клею застыць. Прамысловыя клеі, будаўнічыя герметыкі і бытавыя клеі ўтрымліваюць у сваім складзе арганічныя растваральнікі.

Для падтрымання патрэбнай цякучасці і раўнамернага размеркавання на друкаваных паверхнях друкарскім чарнілам патрэбныя растваральнікі. Розныя метады друку-афсетны, флексаграфічны, глыбокая-выкарыстоўваюць розныя сістэмы растваральнікаў, аптымізаваныя для іх канкрэтных патрабаванняў. Араматычныя вуглевадароды і складаныя эфіры звычайна з'яўляюцца ў складах друкарскай фарбы.

Аперацыі хімічнага сінтэзу ва ўсіх маштабах выкарыстоўваюць арганічныя растваральнікі ў якасці рэакцыйных асяроддзяў. Растваральнікі палягчаюць змешванне рэагентаў, кантралююць тэмпературу рэакцыі праз іх цеплаёмістасць і ўплываюць на хуткасць і селектыўнасць рэакцыі. Лабараторныя даследчыкі і прамысловыя хімічныя прадпрыемствы залежаць ад выбару адпаведных растваральнікаў для паспяховых хімічных пераўтварэнняў.

Электронная прамысловасць выкарыстоўвае арганічныя растваральнікі для ачысткі друкаваных поплаткаў, выдалення рэшткаў флюсу і абястлушчвання кампанентаў. Дакладная ачыстка патрабуе растваральнікаў, якія цалкам выпараюцца, не пакідаючы рэшткаў. Ізапрапанол і спецыяльныя фтарыраваныя растваральнікі служаць для гэтых прыкладанняў.

Сродкі асабістай гігіены і касметыка ўключаюць у сябе арганічныя растваральнікі ў духах, лаках для пазногцяў, вадкасцях для зняцця лаку і розных працэсах падрыхтоўкі. Этанол і этылацэтат часта з'яўляюцца ў гэтых спажывецкіх прадуктах.

Аперацыі хімчысткі традыцыйна абапіраліся на арганічныя растваральнікі, у прыватнасці перхлорэтылен (тэтрахларэтылен), для ачысткі далікатных тканін без вады. Занепакоенасць навакольным асяроддзем і здароўем прывяла да распрацоўкі альтэрнатыўных растваральнікаў для гэтага прымянення.

Organic Solvents

Арганічныя растваральнікі ўяўляюць вялікую небяспеку для здароўя ў залежнасці ад іх хімічнага складу, канцэнтрацыі, працягласці ўздзеяння і шляху ўздзеяння. Мільёны працоўных ва ўсім свеце сутыкаюцца з магчымым уздзеяннем растваральнікаў на сваіх працоўных месцах.

Вострыя эфекты ўздзеянняу першую чаргу звязаны з дэпрэсіяй цэнтральнай нервовай сістэмы. Кароткачасовае-ўздзеянне высокага{2}}ўзроўню выклікае сімптомы, пачынаючы ад галаўнога болю, галавакружэння і галавакружэння да спутанности свядомасці, страты каардынацыі, страты прытомнасці, курчаў і, магчыма, смерці. Раздражненне вачэй, носа і горла звычайна ўзнікае пры ўздзеянні пароў растваральніка. Гэтыя непасрэдныя наступствы хутка знікаюць пасля заканчэння ўздзеяння, але яны ствараюць непасрэдную пагрозу бяспецы, пагаршаючы меркаванне і час рэакцыі.

Хранічнае ўздзеяннеарганічных растваральнікаў на працягу некалькіх месяцаў ці гадоў прыводзіць да больш сур'ёзных наступстваў для здароўя. Працяглае ўздзеянне пашкоджвае некалькі сістэм органаў:

Асаблівую ўразлівасць праяўляе нервовая сістэма. Хранічная нейротоксичность растваральніка выяўляецца ў выглядзе кагнітыўных парушэнняў, праблем з памяццю, змяненняў асобы і пагаршэння каардынацыі. Некаторыя растваральнікі-н-гексан, талуол і стырол-з'яўляюцца пацверджанымі нейратаксінамі. Стан можа часткова змяніцца пасля спынення ўздзеяння, але цяжкія выпадкі выклікаюць незваротнае пашкоджанне.

Некаторыя арганічныя растваральнікі з'яўляюцца пацверджанымі канцерогенамі для чалавека. Бензол выклікае лейкоз і захворванні крыві. Фармальдэгід павышае рызыку раку насаглоткі і лейкеміі. Трыхларэтылен і чатыроххлорысты вуглярод таксама адносяцца да канцэрагенных рэчываў.

Некаторыя растваральнікі. 2-этоксиэтанол і 2-метоксиэтанол пашкоджваюць фертыльнасць як у мужчын, так і ў жанчын. Цяжарныя жанчыны, якія падвяргаюцца ўздзеянню высокіх узроўняў растваральнікаў, сутыкаюцца з падвышанай рызыкай выкідка, прыроджаных дэфектаў і нараджэння дзяцей з нізкай масай цела.

Пашкоджанне печані і нырак адбываецца ў выніку хранічнага ўздзеяння многіх растваральнікаў. Гэтыя органы метабалізуюць растваральнікі, што робіць іх уразлівымі да таксічнасці-растваральнікаў. Хлараваныя растваральнікі асабліва ўплываюць на працу печані.

Дэрматалагічныя эфекты часта ўзнікаюць у работнікаў, якія працуюць з растваральнікамі. Растваральнікі выдаляюць са скуры натуральны тлушч, выклікаючы сухасць, расколіны і дэрматыт. Некаторыя растваральнікі пранікаюць праз непашкоджаную скуру і трапляюць у кроў, ствараючы шлях уздзеяння за межы ўдыху.

Маршруты экспазіцыівызначыць цяжар і від наступстваў для здароўя. Удыханне ўяўляе сабой асноўны шлях уздзеяння лятучых арганічных растваральнікаў. Пары растваральніка трапляюць у лёгкія і хутка разносяцца па арганізме праз крывацёк. Скурнае паглынанне адбываецца пры кантакце вадкіх растваральнікаў са скурай або калі работнікі апускаюць рукі ў ванны з растваральнікамі. Праглынанне, хоць і радзей, адбываецца праз забруджаныя рукі, якія дакранаюцца да ежы ці кантэйнераў з пітвом.

Небяспека пажару і выбухупрадстаўляюць непасрэдныя небяспекі. Большасць арганічных растваральнікаў вельмі гаручыя з нізкай тэмпературай запальвання. Пар-паветраныя сумесі ў дыяпазоне пажаранебяспечнасці могуць загарэцца ад статычнай электрычнасці, іскраў, адкрытага агню або гарачых паверхняў. Правільнае захоўванне патрабуе зазямлення кантэйнераў для прадухілення статычнага разраду. Электрычнае абсталяванне ў раёнах з інтэнсіўным выкарыстаннем растваральнікаў павінна быць искробезопасным. Дазвол на працу і дбайная вентыляцыя з'яўляюцца абавязковымі перад любой «гарачай працай» у месцах-выкарыстоўвання растваральнікаў.

Нарматыўныя межы ўздзеяннядапамагчы абараніць працоўных. Адміністрацыя па ахове працы (OSHA) устанаўлівае дапушчальныя межы ўздзеяння (PEL) для многіх растваральнікаў. Нацыянальны інстытут аховы працы (NIOSH) публікуе рэкамендаваныя межы ўздзеяння (REL). Амерыканская канферэнцыя дзяржаўных прамысловых гігіеністаў (ACGIH) распрацоўвае парогавыя лімітавыя значэнні (TLV). Гэтыя ліміты вызначаюць максімальныя канцэнтрацыі ў паветры ў сярэднім за васьмі-гадзінныя працоўныя змены.

Меры аховыпавінны выкарыстоўвацца ўсюды, дзе выкарыстоўваюцца арганічныя растваральнікі:

Інжынерныя сродкі кіравання забяспечваюць першую лінію абароны. Адпаведная вентыляцыя выдаляе пары растваральнікаў у іх крыніцы. Мясцовыя выцяжныя сістэмы, выцяжныя шафы і вентыляваныя складскія памяшканні зніжаюць канцэнтрацыю ў паветры. Закрытыя сістэмы зводзяць да мінімуму вылучэнне растваральніка.

Сродкі індывідуальнай абароны (СІЗ) уключаюць -устойлівыя да хімікатаў пальчаткі, выбраныя для пэўных растваральнікаў, ахоўныя акуляры, рэспіратары, калі вентыляцыя аказваецца недастатковай, і ахоўную вопратку. Выбар пальчатак патрабуе пільнай увагі-розныя сямействы растваральнікаў пранікаюць праз розныя матэрыялы пальчатак.

Адміністрацыйны кантроль прадугледжвае належную працу. Работнікі павінны выкарыстоўваць мінімальныя колькасці растваральнікаў, трымаць кантэйнеры накрытымі, калі яны не выкарыстоўваюцца, пазбягаць мыцця рук растваральнікамі, неадкладна мяняць забруджанае растваральнікам-адзенне і рэгулярна праходзіць навучанне працэдурам бяспечнага абыходжання.

Традыцыйныя арганічныя растваральнікі-на нафтавай аснове ўносяць значны ўклад у экалагічныя праблемы. Іх высокая лятучасць прыводзіць да значных выкідаў у атмасферу. Лятучыя арганічныя злучэнні (ЛОС), якія выдзяляюцца з растваральнікаў, удзельнічаюць ва ўтварэнні фотахімічнага смогу і спрыяюць забруджванню азонам-на ўзроўні зямлі. У 2017 годзе арганічныя растваральнікі ўвайшлі ў лік самых вялікіх выкідаў хімічных рэчываў у паветра, якія адсочваюцца Агенцтвам па ахове навакольнага асяроддзя ЗША.

Няправільная ўтылізацыя забруджвае глебу і грунтавыя воды. Многія арганічныя растваральнікі супрацьстаяць біяраскладанню, захоўваючыся ў навакольным асяроддзі на працягу доўгага часу. Водныя экасістэмы церпяць асаблівую шкоду, калі-забруджаная растваральнікам вада трапляе ў ручаі, рэкі ці азёры. Паходжанне звычайных растваральнікаў-з нафты таксама стварае праблемы ўстойлівасці, улічваючы абмежаваныя рэсурсы выкапнёвага паліва.

Рэгулятарны ціск узмацніўся ў апошнія гады. Дырэктыва ЛОС Еўрапейскага саюза абмяжоўвае выкіды ў атмасферу. Агенцтва па ахове навакольнага асяроддзя ЗША ўстанаўлівае строгія стандарты выкарыстання, захоўвання і ўтылізацыі растваральнікаў. Многія юрысдыкцыі забараняюць або строга абмяжоўваюць асабліва небяспечныя растваральнікі, такія як чатыроххлорысты вуглярод і некаторыя хлараваныя злучэнні.

Прынцыпы экалагічна чыстай хіміі спрыялі распрацоўцы альтэрнатыўных растваральнікаў з меншым уздзеяннем на навакольнае асяроддзе і здароўе. Растваральнікі на бія- аснове, атрыманыя з аднаўляльнай сыравіны, прапануюць адзін перспектыўны кірунак.

Этанолз кукурузы, цукровага трыснёга або іншых раслінных крыніц уяўляе сабой найбольш шырока выкарыстоўваны бія-растваральнік. Яго існуючая інфраструктура, знаёмства і адносна дабраякасны профіль робяць яго прывабным для многіх прыкладанняў. Бія-этанол хімічна ідэнтычны этанолу-нафтавага паходжання, але паходзіць з аднаўляльных рэсурсаў.

Этиллактата, выраблены з перапрацоўкі кукурузы, служыць больш бяспечнай альтэрнатывай этилацетату і ацэтону. Гэты бія-эфір эфектыўна працуе для ачысткі металу, выдалення фарбы і ў якасці растваральніка пакрыцця. Яго біяраскладальнасць і нізкая таксічнасць падыходзяць для прымянення, дзе ўстойлівасць навакольнага асяроддзя выклікае праблемы.

2-Метылтэтрагідрафуран (2-MeTHF), атрыманы з пачаткаў кукурузы і багасы цукровага трыснёга, забяспечвае больш экалагічна альтэрнатыву дыхларметану і звычайнаму тэтрагідрафурану. Гэты цыклічны эфір знайшоў прымяненне ў фармацэўтычным сінтэзе і вытворчасці палімераў.

Цирен (дигидролевоглюкозенон)уяўляе сабой нядаўняе новаўвядзенне ў галіне зялёных растваральнікаў. Сірэн, сінтэзаваны з адходаў цэлюлозы ў працэсе, амаль-нейтральнаму да энергіі, мае нізкую таксічнасць і можа замяніць дыметылфармамід (ДМФ) і N-пазначаў-2-піралідон (NMP) у многіх сферах прымянення. Ён даказаў сваю эфектыўнасць у вытворчасці графена і рэакцыях перакрыжаванага спалучэння вугляроду. Кампанія Cyrene атрымала некалькі ўзнагарод за інавацыі і ўстойлівае развіццё.

Натуральныя глыбокія эўтэктычныя растваральнікі (NADES)складаюць новы клас зялёных растваральнікаў, якія ўтвараюцца шляхам спалучэння прыродных злучэнняў, такіх як хларыд холін, мачавіна, гліцэрына і арганічныя кіслоты. Гэтыя эўтэктычныя сумесі застаюцца вадкімі пры пакаёвай тэмпературы, нягледзячы на іх цвёрдыя кампаненты. NADES забяспечваюць нізкую таксічнасць, біяраскладальнасць і здольнасць раствараць розныя рэчывы. Іх прымяненне ўключае экстракцыю біялагічна актыўных злучэнняў з раслін, фармацэўтычны сінтэз і аналітычную хімію.

Рынак бія-растваральнікаў значна вырас, і прагнозы паказваюць працяг пашырэння. Паводле ацэнак Allied Market Research, у перыяд з 2014 па 2020 год рынак экалагічна чыстых і бія-растваральнікаў будзе зарэгістраваць сукупны гадавы тэмп росту ў 4,3%. Спажывецкі попыт на экалагічна адказную прадукцыю разам з нарматыўнымі патрабаваннямі абумоўлівае гэты рост.

Аднак зялёныя растваральнікі сутыкаюцца з праблемамі. Яны пакуль не могуць замяніць звычайныя растваральнікі ва ўсіх сферах прымянення з-за абмежаванняў прадукцыйнасці або больш высокіх выдаткаў. Некаторыя віды бія-сыравіны канкуруюць з харчовай вытворчасцю, што выклікае пытанні ўстойлівага развіцця. Ацэнка жыццёвага-цыкла зялёных растваральнікаў павінна ўлічваць увесь іх вытворчы ланцужок, уключаючы сельскагаспадарчыя матэрыялы, энергію для апрацоўкі і транспарт.

Ні адзін растваральнік не з'яўляецца ідэальна "зялёным" ва ўсіх кантэкстах. Кожны з іх павінен быць ацэнены ў рамках яго канкрэтнага прымянення, улічваючы метады вытворчасці, магчымасці перапрацоўкі, утылізацыю--па заканчэнні тэрміну службы і агульную эфектыўнасць працэсу. Мэта складаецца не ў адзіным універсальным зялёным растваральніку, а ў разнастайным наборы больш бяспечных альтэрнатыў, прыдатных для розных прыкладанняў.

Выбар правільнага арганічнага растваральніка для канкрэтнага прымянення патрабуе збалансавання некалькіх фактараў. Каб дапамагчы хімікам і інжынерам прымаць абгрунтаваныя рашэнні, былі распрацаваны інструкцыі па выбары растваральнікаў.

Параметры растваральнасціпрадказаць, ці будзе растваральнік раствараць пэўны матэрыял. Прынцып "падобнае раствараецца падобным" забяспечвае адпраўную кропку-палярныя растваральнікі раствараюць палярныя рэчывы, у той час як непалярныя растваральнікі раствараюць непалярныя рэчывы. Параметры растваральнасці Хансена прапануюць больш складаны трох-мерны падыход, разбіваючы палярнасць на дысперсійныя сілы, палярныя ўзаемадзеянні і кампаненты вадародных сувязей.

Меркаванні рэакцыіу хімічным сінтэзе ўключаюць уздзеянне растваральніка на хуткасць рэакцыі, селектыўнасць і выхад. Палярнасць растваральніка ўплывае на механізмы рэакцыі. Пратонныя растваральнікі (якія валодаюць здольнасцю ўтвараць вадародныя сувязі) у многіх рэакцыях паводзяць сябе інакш, чым апратонныя растваральнікі (якія не маюць). Патрабаванні да тэмпературы могуць вызначаць выбар растваральніка-для рэакцый пры павышаных тэмпературах патрэбны-растваральнікі з высокай тэмпературай кіпення, у той час як для рэакцый з нізкай-тэмпературай патрэбны растваральнікі, якія застаюцца вадкімі пры гэтых тэмпературах.

Ніжэйшая апрацоўкаўплывае на выбар растваральніка. Калі прадукт неабходна ізаляваць ад растваральніка, лёгкасць аддзялення мае значэнне. Лятучыя растваральнікі дазваляюць простае выпарэнне. Растваральнікі, якія не змешваюцца, дазваляюць атрымаць вадкую-вадкасную экстракцыю. Некаторыя працэсы перапрацоўваюць і паўторна выкарыстоўваюць растваральнікі, што робіць стабільнасць і лёгкасць ачысткі важнымі.

Профіль навакольнага асяроддзя, здароўя і бяспекі (EHS).важыць у сучасным выбары растваральнікаў. Такія інструменты, як кіраўніцтва па выбары растваральнікаў CHEM21, дапамагаюць вызначыць больш бяспечныя альтэрнатывы. Гэтыя даведнікі ранжыруюць растваральнікі па некалькіх катэгорыях: бяспека (вогненебяспечнасць, рэакцыйная здольнасць), здароўе (вострая таксічнасць, хранічныя эфекты), навакольнае асяроддзе (стойкасць, водная таксічнасць) і цяжкасці апрацоўкі адходаў.

Эканамічныя фактарыуключаюць кошт растваральніка, які вар'іруецца ў шырокіх межах, і патрабаванні да інфраструктуры. Спецыялізаваныя растваральнікі могуць запатрабаваць дарагога абсталявання для стрымлівання або аднаўлення. Выдаткі на адпаведнасць нарматыўным патрабаванням-атрыманне дазволаў, маніторынг, справаздачнасць-павялічваюцца да агульных выдаткаў на выкарыстанне некаторых растваральнікаў.

Сістэмы змешаных растваральнікаўчаста забяспечваюць лепшую прадукцыйнасць, чым асобныя растваральнікі. Бінарныя або трайныя сумесі могуць спалучаць у сабе перавагі розных растваральнікаў, зводзячы да мінімуму недахопы. Прыкладам гэтага падыходу з'яўляюцца электраліты літыевых батарэй, якія змешваюць растваральнікі для дасягнення высокай дыэлектрычнай пранікальнасці і нізкай глейкасці.

Тэхналогія арганічных растваральнікаў працягвае развівацца ў адказ на тэхналагічныя патрабаванні і імператывы ўстойлівага развіцця.

Працэсы-без растваральнікаўуяўляюць ідэальную мэту ў зялёнай хіміі. Там, дзе гэта магчыма, ліквідацыя растваральнікаў цалкам ліквідуе звязаныя з імі рызыкі і выдаткі. Рэакцыі ў цвёрдым стане, чыстыя рэакцыі (змешаныя рэагенты без растваральніка) і механахімічныя працэсы спрыяюць дасягненню гэтай мэты. Тым не менш, многія прыкладання ўсё яшчэ патрабуюць растваральнікаў для практычнай рэалізацыі.

Звышкрытычныя вадкасці, асабліва звышкрытычны дыяксід вугляроду (scCO₂), прапануюць альтэрнатыву звычайным арганічным растваральнікам. Вышэй крытычнай тэмпературы і ціску CO₂ становіцца вадкасцю з шчыльнасцю,-падобнай да вадкасці, але каэфіцыентам дыфузіі,-як газу. ScCO₂ растварае многія непалярныя рэчывы, не ўтварае таксічных рэшткаў і лёгка аддзяляецца шляхам зніжэння ціску. Кававая прамысловасць выкарыстоўвае scCO₂ для дэкафеінізацыі. Фармацэўтычная экстракцыя і апрацоўка палімераў таксама выкарыстоўваюць звышкрытычныя вадкасці. Патрабаванні да абсталявання пад высокім{8}}ціскам і абмежаваная палярнасць абмяжоўваюць больш шырокае прыняцце.

Іённыя вадкасціскладаюцца з іёнаў, якія застаюцца вадкімі пры пакаёвай тэмпературы. Гэтыя дызайнерскія растваральнікі можна наладзіць для канкрэтных прыкладанняў, выбраўшы адпаведныя камбінацыі катыёнаў-аніёнаў. Іх нязначны ціск пары прадухіляе выкіды ў атмасферу. Тым не менш, многія іённыя вадкасці маюць невядомую таксікалогіі, іх сінтэз можа быць дарагім, а магчымасць іх перапрацоўкі патрабуе ацэнкі ў кожным канкрэтным выпадку.

Вылічальны скрынінг растваральнікаўпаскарае выбар растваральніка з дапамогай малекулярнага мадэлявання і машыннага навучання. Прагназаванне ўласцівасцей растваральніка, вынікаў рэакцыі і ўздзеяння на навакольнае асяроддзе з дапамогай вылічэнняў памяншае эксперыментальныя спробы-і-памылкі. Гэтыя інструменты дапамагаюць вызначыць перспектыўных кандыдатаў з шырокіх хімічных прастораў.

Фтарыраваныя растваральнікі для ўдасканаленых батарэйатрымаць інтэнсіўную даследчую ўвагу. Літыевыя батарэі наступнага{1}}пакалення з больш высокім напружаннем і шчыльнасцю энергіі патрабуюць растваральнікаў, стабільных вышэй за 4,8 В. Перспектыўныя часткова фтарыраваныя карбанаты і эфіры. Трыфтарэтылметылкарбанат і іншыя фтарыраваныя злучэнні дазваляюць выкарыстоўваць высокавольтныя-літый-катоды і аноды металічнага літыя.

Перапрацоўка і аднаўленне растваральнікаўтэхналогіі паляпшаюць устойлівасць. Дыстыляцыя раздзяляе змешаныя растваральнікі на аснове розніцы тэмператур кіпення. Мембраннае аддзяленне, адсорбцыя і перадавыя працэсы акіслення аднаўляюць і ачышчаюць адпрацаваныя растваральнікі. Сістэмы з-замкнёным цыклам мінімізуюць спажыванне свежага растваральніка і ўтварэнне адходаў.

Прамысловасць арганічных растваральнікаў сутыкаецца з пастаяннай напружанасцю паміж патрабаваннямі да прадукцыйнасці і мэтамі ўстойлівага развіцця. Некаторыя прыкладанні могуць ніколі не знайсці адэкватных экалагічна чыстых альтэрнатыў, што патрабуе пастаяннага выкарыстання традыцыйных растваральнікаў пад строгім кантролем. Іншыя прыкладанні пяройдуць да-біялагічных, менш небяспечных або цалкам-без растваральнікаў падыходаў. Траекторыя паказвае на больш разнастайны набор-спецыфічных растваральнікаў для прымянення, які аддае перавагу бяспецы і экалагічнай адказнасці.

Даследаванне ўзаемасувязі -ўласцівасцей структуры працягваецца і паказвае, як малекулярная структура вызначае характарыстыкі растваральніка. Гэтыя веды дазваляюць рацыянальна распрацоўваць новыя растваральнікі, аптымізаваныя для канкрэтных мэтаў. Спалучэнне прынцыпаў экалагічна чыстай хіміі, перадавых метадаў характарыстык і вылічальных інструментаў змяняе тэхналогію арганічных растваральнікаў у 21-м стагоддзі.

Organic Solvents

Арганічны растваральнік змяшчае атамы вугляроду як частку сваёй малекулярнай структуры, звычайна звязаныя з атамамі вадароду, кіслароду, азоту або галагенаў. Гэта адрознівае арганічныя растваральнікі ад неарганічных, такіх як вада (H₂O) або вадкі аміяк, у якіх адсутнічае вуглярод. Структура на аснове-вугляроду надае арганічным растваральнікам іх характэрную здольнасць раствараць іншыя арганічныя злучэнні.

Не ўсе арганічныя растваральнікі маюць аднолькавы ўзровень таксічнасці. Таксічнасць істотна адрозніваецца ў залежнасці ад хімічнай структуры. Этанол паказвае адносна нізкую таксічнасць і змяшчаецца ў напоях і леках. Наадварот, бензол вельмі таксічны і канцэрагенны. Четыреххлористый вуглярод выклікае цяжкія паразы печані. Кожны растваральнік патрабуе індывідуальнай ацэнкі рызыкі для здароўя праз пашпарт бяспекі і нарматыўныя рэкамендацыі.

Так, многія арганічныя растваральнікі могуць быць перапрацаваны шляхам дыстыляцыі, якая падзяляе кампаненты ў залежнасці ад розных тэмператур кіпення. Хімічная прамысловасць звычайна аднаўляе і паўторна выкарыстоўвае растваральнікі, каб знізіць выдаткі і ўздзеянне на навакольнае асяроддзе. Магчымасць перапрацоўкі залежыць ад тыпу растваральніка, патрабаванняў да чысціні і ўзроўню забруджвання. Для некаторых прыкладанняў патрэбныя першародныя растваральнікі, а для іншых прымаюцца перапрацаваныя матэрыялы.

Літыевыя батарэі патрабуюць арганічных растваральнікаў, таму што літый бурна рэагуе з вадой, што робіць немагчымым водныя электраліты. Арганічныя карбанатныя растваральнікі раствараюць солі літыя, застаючыся электрахімічна стабільнымі ва ўсім дыяпазоне напружання батарэі. Яны таксама ўтвараюць ахоўныя паверхневыя плёнкі на электродах, якія прадухіляюць далейшае раскладанне. Спецыфічнае спалучэнне этыленкарбаната з лінейнымі карбанатамі забяспечвае аптымальны баланс іённай праводнасці і абароны электродаў.

Арганічныя растваральнікі - гэта вадкасці на аснове-вугляроду, неабходныя ў розных галінах прамысловасці, ад фармацэўтыкі да электронікі, з больш чым 200 рознымі злучэннямі, якія служаць спецыялізаваным ужыванням

Рызыкі для здароўя і бяспекі істотна адрозніваюцца ў розных арганічных растваральніках, ад адносна дабраякаснага этанолу да канцэрагенных бензолу, якія патрабуюць строгага кантролю ўздзеяння і адпаведнага ахоўнага абсталявання

Тэхналогія літыевых батарэй у значнай ступені залежыць ад арганічных карбанатных растваральнікаў, якія раствараюць солі літыя, праводзяць іёны паміж электродамі і ўтвараюць ахоўныя плёнкі, што забяспечвае працяглы тэрмін службы батарэі

Экалагічныя альтэрнатывы, у тым ліку растваральнікі на бія-аснове, натуральныя глыбокія эўтэктычныя растваральнікі і фтарыраваныя злучэнні, паступова замяняюць небяспечныя растваральнікі-нафтавага паходжання

Выбар растваральніка патрабуе збалансавання некалькіх фактараў, уключаючы здольнасць раствараць, профіль бяспекі, уздзеянне на навакольнае асяроддзе, кошт і патрабаванні-да прадукцыйнасці канкрэтнага прымянення