ایزوسیانات چیست؟
ایزوسیانات یک گروه عاملی با فرمول R−N=C=O می باشد. ترکیبات آلی که حاوی یک گروه NCO هستند، ایزوسیانات نامیده می شوند. یک ترکیب آلی با دو گروه NCO به نام دی ایزوسیانات شناخته می شود. دی ایزوسیانات ها برای تولید پلی یورتان ها مورد استفاده قرار میگیرند.
آن ها ها را نباید با استرهای سیانات و ایزوسیانیدها که خانواده های بسیار متفاوتی از ترکیبات هستند، اشتباه گرفت. گروه عاملی سیانات (استر سیانات) (R-O-C≡N) متفاوت از گروه ایزوسیانات (R-N=C=O) می باشد. ایزوسیانیدها دارای اتصال R-N≡C هستند و فاقد اکسیژن گروه های سیانات هستند.
ساختار و پیوند
از نظر پیوند، این ترکیبات ارتباط نزدیکی با دی اکسید کربن (CO2) و کربودییمیدها (C(NR)2) دارند. واحد C-N=C=O که معرف ایزوسیانات ها می باشد مسطح است و پیوند N=C=O تقریباً خطی است. در فنیل ایزوسیانات، فاصله C=N و C=O به ترتیب 1.195 و 1.173 Å است.
نحوه تولید
ایزوسیانات‌ها معمولاً از آمین‌ها با فسژناسیون تولید می‌شوند، به‌عنوان مثال، ترکیب با فسژن:
RNH2 + COCl2 → RNCO + 2 HCl
این واکنش ها از طریق واسطه یک کاربامویل کلرید (RNHC(O)Cl) انجام می شود. با توجه به ماهیت خطرناک فسژن، تولید این مواد نیاز به اقدامات احتیاطی خاصی دارد.
راه دیگر تولید آن ها اضافه کردن اسید ایزوسیانیک به آلکن ها است. آلکیل ایزوسیانات ها با واکنش های جابجایی شامل آلکیل هالیدها و سیانات های فلز قلیایی تشکیل می شوند.
از طریق سه واکنش زیر که در واقع بازآرایی نیترن ها می باشند نیز تولید می شوند:
واکنش اشمیت: واکنشی است که در آن یک اسید کربوکسیلیک با آمونیاک و اسید هیدرازوئیک ترکیب می شود و ایزوسیانات تولید می کند.
تجزیه کورتیوس: بازآرایی یک آسیل آزید به گاز ایزوسیانات و نیتروژن.
بازآرایی لوسن: تبدیل یک اسید هیدروکسامیک به ایزوسیانات از طریق تشکیل یک O-acyl، سولفونیل، یا فسفریل واسطه.
واکنش پذیری
با هسته دوست ها:
این ترکیبات الکترون دوست هستند و به این ترتیب نسبت به انواع هسته دوست ها از جمله الکل ها، آمین ها و حتی آب واکنش نشان می دهند.
پس از ترکیب با الکل یک پیوند یورتان ایجاد می کند:
(R و R’ گروه های آلکیل یا آریل هستند) ‘ROH + R’NCO → ROC(O)N(H)R
اگر دی ایزوسیانات با ترکیبی حاوی دو یا چند گروه هیدروکسیل مانند دیول یا پلی ال ترکیب شود، زنجیره های پلیمری تشکیل می شود که به عنوان پلی یورتان شناخته می شوند.
واکنش با آب:
RNCO + H2O → RNH2 + CO2
این واکنش همزمان با تولید پلی اورتان برای تولید فوم های پلی یورتان مورد بهره برداری قرار می گیرد. دی اکسید کربن به عنوان یک عامل دمنده عمل می کند.
واکنش با آمین:
‘R2NH + R’NCO → R2NC(O)N(H)R
افزودن آن ها به اوره یک بیورت می دهد:
“R2NC(O)N(H)R’ + R”NCO → R2NC(O)NR’C(O)NHR
واکنش بین یک دی ایزوسیانات و یک ترکیب حاوی دو یا چند گروه آمین باعث تولید زنجیره‌های پلیمری طولانی به نام پلی اوره می‌شود.
کربودی ایمیدها از طریق دکربوکسیلاسیون آلکیل و آریل ایزوسیانات با استفاده از اکسیدهای فسفین به عنوان کاتالیزور تولید می شوند:
C6H11NCO → (C6H11N)2C + CO2
واکنش های بازآرایی
این ترکیبات واسطه های رایج در سنتز آمین های اولیه از طریق هیدرولیز هستند:
بازآرایی هوفمن، واکنشی است که در آن یک آمید اولیه با یک اکسید کننده قوی مانند هیپوبرومیت سدیم یا تترا استات سرب درمان می‌شود تا یک ماده واسط ایزوسیانات تشکیل شود.
انواع ایزوسیانات ها
انواع این ترکیبات شامل موارد زیر می شوند:
1-تولوئن دی ایزوسیانات(TDI)
2-متیلن دی فنیل دی ایزوسیانات(MDI)
3-هگزا متیلن دی ایزوسیانات(HDI یا HMDI)
4-ایزوفرون دی ایزوسیانات(IPDI)
بازار جهانی آن ها در سال 2000، 4.4 میلیون تن بود که 61.3 درصد آن متیلن دی فنیل دی ایزوسیانات(MDI)، 34.1 درصد تولوئن دی ایزوسیانات(TDI)، 3.4 درصد کل هگزامتیلن دی ایزوسیانات(HDI) و ایزوفرن دی ایزوسیانات(IPDI)، و 1.2٪ کل برای موارد مختلف دیگر بود. همچنین یک ایزوسیانات تک عملکردی مهم صنعتی، متیل ایزوسیانات (MIC) است که در ساخت آفت کش ها استفاده می شود.
کاربردهای ایزوسیانات ها
این ترکیبات در صنایع مختلفی از قبیل صنعت چسب، صنعت رنگ، صنعت خودروسازی و فوم، عایق، روکش و درزگیر، محصولات لاستیکی و پلاستیکی، روان کننده، گریس، مواد افزودنی سوخت و… کاربرد دارند.
معمولا ام دی آی را به شکل پلیمریک تبدیل کرده و در تولید فوم های سخت و چسب های پلی یورتان مورد استفاده قرار می دهند.
ام دی آی پری پلیمرشده(اصلاحی) در تولید فوم نرم پلی یورتان کاربرد دارد. همچنین از تی دی آی برای تولید فوم های نرم و چسب استفاده می شود. HDI نیز اغلب در تولید رنگ خودرو ها مورد استفاده قرار میگیرد.
خطرات
سمیت
ایزوسیانات ها به صورت ذرات بخار یا ذرات معلق در هوا می توانند خطرات تنفسی را ایجاد کنند. آسم شغلی یک پیامد نگران کننده از حساسیت تنفسی به ایزوسیانات است زیرا می تواند به شدت کشنده باشد. تشخیص آسم شغلی به طور کلی با استفاده از تست عملکرد ریوی و توسط پزشکان ریه انجام می شود. آسم شغلی بسیار شبیه آسم است زیرا باعث تنگی نفس و خس خس سینه می شود. دوز و مدت زمان قرار گرفتن در معرض ایزوسیانات ها بر میزان حساسیت تنفسی اثر دارد. مواجهه پوستی با ایزوسیانات ها می تواند فرد در معرض بیماری های تنفسی را حساس کند.
قرار گرفتن در معرض پوست می تواند از طریق مخلوط کردن، اسپری کردن پوشش ها یا اعمال و پخش پوشش ها به صورت دستی رخ دهد. مواجهه پوستی با ایزوسیانات ها منجر به ایجاد حساسیت تنفسی می شود. ایزوسیانات‌ها همچنین می‌توانند به تجهیزات حفاظت فردی نامناسب نفوذ کنند، و در صورت باز شدن بیش از حد، نیاز به تعویض مکرر دستکش‌ها و لباس‌های یکبار مصرف می باشد.
اشتعال پذیری
اشتعال پذیری متیل ایزوسیانات (MIC) بسیار قابل اشتعال است. MDI و TDI بسیار کمتر قابل اشتعال هستند.
متیلن دی فنیل دی ایزوسیانات(ام دی آی)
دی فنیل متان-4،4-دی ایزوسیانات بصورت جامد با رنگ زرد روشن نزدیک به سفید و دارای بوی تندی است.
در حالت مذاب بصورت یک مایع بی رنگ و شفاف است و در آب نامحلول می باشد.
شکل تجاری 4،4′-متیلن دی ایزوسیانات (MDI) برای تولید فوم های پلی اورتان استفاده می شود.
خاصیت سمی دارد و ممکن است از طریق خوردن، استنشاق یا جذب پوست اثرات سمی داشته باشد.
فرمول مولکولی: C15H10N2O2
وزن مولکولی: 250.2521
ساختار مولکولی:
طیف سنجی جرمی MDI 1,1’- Methylene bis (4-iso cyanate benzene):
تاثیرات بیولوژیکی متیلن دی فنیل دی ایزوسیانات(ام دی آی)
استنشاق حاد یعنی کوتاه مدت و دارای غلظت بالای MDI ممکن است باعث ایجاد حساسیت و آسم در انسان شود.
طبق تحقیقات تماس پوستی حاد با MDI باعث ایجاد درماتیت و اگزما در کارگران شده است که برای استفاده ازین ماده در محیط باید اقدامات امنیتی و پوششی رعایت شود.
طبق تحقیقات انجام شده نشان داده شده است که قرار گرفتن مزمن (طولانی مدت) استنشاقی با MDI باعث آسم، تنگی نفس و سایر اختلالات تنفسی در کارگران می شود. اثرات تنفسی نیز در حیوانات مشاهده شده است.
اطلاعات کافی در مورد اثرات تولید مثلی، رشدی یا سرطان زایی MDI در انسان در دسترس نیست.(منبع)
سنتز و تولید ام دی آی
مخلوط ایزومرهای متیلن دی فنیل دی ایزوسیانات (MDI) به طور گسترده در تهیه کامپوزیت ها و چسب های نواری پلی اورتان استفاده می شود.
در طول تهیه کامپوزیت های ورقه ای یا چسب، یک مخلوط MDI با یک پلی ال (به عنوان مثال، پلی اتر پلی ال) واکنش داده و پلی اورتان را تشکیل می دهد.
به طور کلی، MDI اضافی برای اطمینان از تکمیل واکنش استفاده می شود.
با این حال، MDI واکنش نداده می تواند به سطح کامپوزیت نواری یا چسب منتشر شود، جایی که ممکن است به یک آمین آروماتیک اولیه هیدرولیز شود.
فرآیندهای متداول MDI سه ایزومر تولید می‌کنند، یعنی 4,4’-MDI, 2,4′-MDI و 2,2′-MDI.
سایر محصولات MDI معمولی ایزوسیانات‌های با وزن مولکولی سنگین‌تر هستند که معمولاً MDI پلیمری (PMDI) نامیده می‌شوند.
واکنش پذیرترین ایزومر 4,4′-MDI و کمترین واکنش پذیری مربوط به 2,2′-MDI است.
بنابراین، در بین ایزومرهای MDI، 2,2′-MDI به زمان طولانی برای تبدیل نیاز دارد و واکنش پذیری کلی یک مخلوط ایزومر MDI با کاهش محتوای ایزومر 2,2′-MDI افزایش می یابد.
با این حال، نسبت 2,2′-MDI و 2,4’-MDI به 4,4′-MDI نیز ویسکوزیته پیش پلیمر را کنترل می کند.
یعنی ویسکوزیته پیش پلیمر با افزایش نسبت 2,2′-MDI و 2,4’-MDI به 4,4′-MDI کاهش می یابد.
بنابراین، مخلوط هایی با مقدار زیاد 2,2′-MDI و مقدار کم 2,2′-MDI در کاربردهایی به ویژه در صنایع غذایی که نیاز به پیش پلیمرهایی با ویسکوزیته پایین دارند، استفاده می‌شوند.
همکاران ما در واحد بازرگانی فومیران پلیمر آماده مشاوره و عرضه انواع مختلف ایزوسیانات ها به شما دوستان و همکاران عزیز می باشند.
انواع ایزوسیانات های موجود شامل موارد زیر می باشند: