Быстрый ответ
Циклогексанон (CAS 108-94-1, C₆H₁₀O) используется в полимерной промышленности главным образом в качествехимическое промежуточное соединение для капролактама и адипиновой кислоты, два строительных блока нейлона 6 и нейлона 6,6. Помимо нейлона, циклогексанон широко используется в качествепромышленный растворительдля ПВХ, виниловых смол, акрила, эпоксидных смол, полиуретанов и фенольных смол в покрытиях, чернилах, клеях и литье. - ценится за свою сильную растворяющую способность, умеренную скорость испарения и совместимость с широким спектром полярных и полу-полярных полимеров.
Что такое циклогексанон?
Циклогексанонпредставляет собой циклический кетон - шестичленное углеродное кольцо- с одной функциональной группой кетона (C=O).
| Свойство | Ценить |
|---|---|
| Номер CAS | 108-94-1 |
| Молекулярная формула | C₆H₁₀O |
| Молекулярный вес | 98,14 г/моль |
| Появление | Бесцветная или бледно--желтая жидкость |
| Запах | Ацетон/мята-как |
| Точка кипения | ~155,6 градусов |
| Точка плавления | ~ -47 градусов |
| Плотность | ~0,947 г/см³ |
| Растворимость в воде | Умеренная (~2,3 г/100 мл) |
| Точка возгорания | ~44 градуса (закрытая чашка) |
Циклогексанон получают в промышленности путем окисления циклогексана или гидрирования фенола с последующим дегидрированием. Он производится в больших масштабах почти исключительно в качестве сырья для цепочки создания стоимости нейлона, а материал класса растворителей-продается как побочный-продукт или специальный поток.
Почему циклогексанон важен в производстве полимеров?
Циклогексанонмолекулярная структурапридает ему комбинацию свойств, которым одновременно обладают немногие растворители, поэтому в производстве полимеров он играет двойную роль - и как химический строительный блок, и как технологический растворитель.
| Свойство | Почему это важно для полимеров |
|---|---|
| Высокая полярность | Эффективно растворяет полярные полимеры, такие как ПВХ и виниловые сополимеры, устойчивые к не-полярным растворителям. |
| Высокая температура кипения (155,6 градусов) | Обеспечивает медленное и контролируемое высыхание покрытий, чернил и литой пленки - уменьшает такие дефекты, как помутнение и образование отверстий. |
| Высокая платежеспособность | Растворяет смолы с высоким содержанием твердых веществ, улучшая образование пленки и снижая нагрузку растворителя. |
| Химическая стабильность | Устойчив к полимеризации и побочным реакциям при нормальных условиях обработки и хранения. |
| Умеренная, контролируемая скорость испарения | Находится между быстрыми растворителями (ацетон, МЭК) и медленными растворителями (НМП, ДМФ), что дает разработчикам рецептур точный контроль над профилями сушки. |
| Хорошая совместимость со смолами | Смешивается со сложными эфирами, кетонами, ароматическими соединениями и многими смоляными системами, что упрощает рецептуру. |
Этот баланс реакционной способности в качестве сырья и универсальности в качестве растворителя — вот что отличает циклогексанон от одноцелевых полимерных химикатов - немногие другие товарные кетоны выполняют обе роли в промышленном масштабе.
Как Циклогексанон используется в производстве полимеров?
Самый крупный разовый случай использования циклогексанона – это входная точка вкапролактам-в-нейлон 6производственная цепочка.
Циклогексан
│ (окисление)
▼
Смесь циклогексанон/циклогексанол
│ (реакция с гидроксиламином)
▼
Циклогексанон оксим
│ (Перегруппировка Бекмана, кислотный катализатор)
▼
Капролактам
│ (полимеризация с раскрытием-кольца)
▼
Нейлон 6 (Поликапролактам)
- Окисление циклогексана– Циклогексан окисляется воздухом или кислородом (обычно катализируется солями кобальта) с образованием смеси циклогексанона и циклогексанола, известной как «масло КА». Циклогексанол впоследствии дегидрируют до циклогексанона для максимизации выхода.
- Оксимация– Циклогексанон реагирует с сульфатом гидроксиламина (или посредством аммоксимации аммиаком/перекисью водорода) с образованием оксима циклогексанона.
- Перегруппировка Бекмана– В условиях сильнокислотного катализа (ранее серная кислота; все чаще цеолитные-катализируемые парофазные процессы- для уменьшения количества отходов) оксим перегруппировывается в капролактам, семичленное-лактамное кольцо.
- Полимеризация с раскрытием кольца-– Капролактам полимеризуется (гидролитическая или анионная полимеризация) с получением нейлона 6, используемого в волокнах, технических пластиках и пленках.
Параллельный, меньший путь окисляет циклогексанон (через циклогексанол) далее доадипиновая кислота, один из двух мономеров (с гексаметилендиамином), входящих в составНейлон 6,6.
Основные полимерные применения циклогексанона
| Полимер / Материал | Роль циклогексанона |
|---|---|
| Нейлон 6 | Сырье через капролактам (основное глобальное использование) |
| Нейлон 6,6 | Сырье через адипиновую кислоту |
| ПВХ (поливинилхлорид) | Высокоэффективный-растворитель для чернил, клеев и пленочных покрытий из ПВХ. |
| Акриловая смола | Растворитель для лаков, покрытий и обработки литых акриловых листов. |
| Полиуретан | Растворитель/разбавитель в полиуретановых покрытиях, клеях и эластомерных составах. |
| АБС (акрилонитрил-бутадиен-стирол) | Поверхностный растворитель для склеивания, печати и полировки паром. |
| Фенольная смола | Обработка растворителем в смоляных лаках и пропитках |
| Эпоксидная смола | Разбавитель для снижения вязкости покрытий и систем литья. |
| Клеи | Основа или со-растворитель в составах винила, резины и контактных клеев. |
| Покрытия и чернила | Медленно-испаряющийся растворитель, который улучшает растекаемость, выравнивание и блеск. |
Циклогексанон в производстве нейлона
Это наиболее-ценное и-объемное применение циклогексанона, и оно заслуживает более тщательного технического рассмотрения, чем представлено в большинстве отраслевых обзоров.
Производство капролактама.Циклогексанон является прямым предшественником капролактама. Примерно для одной тонны капролактама требуется около одной тонны циклогексанона (с учетом потерь производительности процесса), что делает доступность циклогексанона и ценообразование прямым фактором роста экономики капролактама и последующего производства нейлона 6.
Перегруппировка Бекмана.Это решающий химический шаг. Оксим циклогексанона под действием кислотного катализа подвергается внутримолекулярной перегруппировке, при которой мигрирует углеродная-азотная связь, превращая шести-членное оксимное кольцо в семичленное лактамное-кольцо капролактама с азотом, вставленным в основную цепь кольца. Традиционная жидкофазная перегруппировка Бекмана с использованием олеума приводит к образованию больших объемов сульфата аммония в качестве побочного-продукта; новые пути с паровой-фазой и цеолитом-катализируемыми (например, газовая-фаза Бекмана вместо цеолитов с высоким-кремнеземом) уменьшают образование-продуктов и становятся все более предпочтительными по экологическим и экономическим соображениям.
Полимеризация нейлона.Очищенный капролактам подвергается-полимеризации с раскрытием кольца -, чаще всего гидролитической полимеризации, инициируемой водой при высокой температуре, или быстрой анионной полимеризации для литья/реакционного-применения литья под давлением - с получением полимерных цепей нейлона 6. Полученный полимер используется в текстильных и ковровых волокнах, автомобильных пластмассах, пленках для упаковки пищевых продуктов и промышленных моноволокнах.
Циклогексанон как растворитель полимерных смол
За пределами нейлоновой цепи циклогексанон является «рабочим растворителем» в составе смол и покрытий:
- ПВХ и виниловые смолы– Циклогексанон — один из немногих растворителей, который полностью растворяет жесткий и гибкий ПВХ в практических концентрациях, что делает его основным компонентом чернил для ПВХ, составов для трафаретной печати-и клеев для виниловых пленок.
- Акриловые смолы– Используется в системах лакирования и покрытий, где необходима контролируемая сушка во избежание дефектов поверхности.
- Эпоксидные смолы– Действует как разбавитель,-снижающий вязкость, без существенного ухудшения химического состава отверждения.
- Резиновые смеси– Используется в резиновых цементах и клеях, способствуя диспергированию резины в работоспособный раствор.
Почему его растворяющая способность сильна:Полярная карбонильная группа циклогексанона благоприятно взаимодействует с полярными группами, присутствующими в ПВХ, акриловых смолах и подобных смолах, а его циклическая углеводородная основная цепь обеспечивает достаточно не-полярный характер, чтобы также солюбилизировать компоненты смолы на основе углеводородов-.
Это двойное сродство -, достаточно полярное для химии винила и полиуретана, но не-достаточно полярное для сегментов углеводородных смол -, редко встречается среди одиночных растворителей и является основной причиной того, что его по-прежнему трудно полностью заменить.
Преимущества использования циклогексанона в переработке полимеров
| Преимущество | Практическая польза |
|---|---|
| Высокая платежеспособность | Растворяет широкий спектр смол при высоком содержании твердых веществ. |
| Умеренная скорость испарения | Уменьшает дефекты (покраснение, апельсиновую корку), вызванные слишком-быстрым высыханием. |
| Низкий остаток | Минимальное остаточное содержание растворителя в отвержденной/высушенной пленке |
| Отличная совместимость | Хорошо смешивается со сложными эфирами, кетонами, ароматическими соединениями и эфирами гликолей. |
| Хорошее формирование фильма | Обеспечивает гладкую, блестящую,-бездефектную поверхность покрытия. |
| Тепловая стабильность | Выдерживает повышенные температуры обработки без существенного ухудшения качества. |
Циклогексанон по сравнению с другими полимерными растворителями
| Растворитель | Точка кипения | Скорость испарения | Полярность | Типичное использование полимера |
|---|---|---|---|---|
| Циклогексанон | 155,6 градусов | Медленный-умеренный | Средний-высокий | ПВХ, винил, акрил, ПУ покрытия |
| Ацетон | 56 градусов | Очень быстро | Высокий | Акрил, целлюлоза |
| МЭК (Метилэтилкетон) | 80 градусов | Быстрый | Средний-высокий | Виниловые, акриловые, уретановые покрытия |
| Толуол | 111 градусов | Умеренный | Низкий | Резина, некоторые покрытия |
| ДМФ (Диметилформамид) | 153 градуса | Медленный | Очень высокий | ПУ, полиакрилонитрил (волоконное прядение) |
| НМП (N-Метил-2-пирролидон) | 202 градуса | Очень медленно | Очень высокий | ПВДФ, инженерные смолы, аккумуляторные связующие |
Еда на вынос:Циклогексанон занимает практическую золотую середину: - более высокая растворяющая способность ПВХ/винила, чем ацетон или МЭК, более благоприятный профиль безопасности и летучести, чем ДМФ или НМП, а скорость испарения подходит для промышленных линий нанесения покрытий, которым требуется работоспособное открытое время без чрезмерно длительных циклов сушки.
Отрасли промышленности, использующие полимеры на основе циклогексанона-
- Автомобильная промышленность– инженерный пластик нейлон 6/6,6 для деталей подкапотного пространства; ПВХ и ПУ покрытия для внутренних работ и тканей с покрытием
- Электроника– Нейлоновые разъемы и корпуса; чернила и покрытия на основе циклогексанона-для печати печатных плат и компонентов
- Аэрокосмическая промышленность– Высокоэффективные-нейлоновые композиты и системы на основе эпоксидной смолы.
- Строительство– Трубы ПВХ, напольные покрытия и строительные материалы с виниловым-покрытием.
- Упаковка— Нейлоновые пленки для упаковки пищевых продуктов; ПВХ и акриловые покрытия для гибкой упаковки
- Медицинский– Нейлоновые компоненты в устройствах и трубках; Покрытия на основе растворителей-для ПВХ медицинского-класса
- Текстиль– Волокно нейлона 6 остается одним из крупнейших конечных потребителей по объему в мире.
Безопасность и обращение
Циклогексанон – горючий умеренно летучий органический растворитель, с которым следует обращаться со стандартными мерами предосторожности, связанными с промышленными кетонами-растворителями.
- Хранилище– Храните в плотно закрытых контейнерах, вдали от сильных окислителей и открытого огня, в прохладном, хорошо-проветриваемом помещении. Храните вдали от источников возгорания из-за температуры вспышки (~ 44 градуса).
- Транспорт– Классифицируется как легковоспламеняющаяся жидкость в соответствии с большинством международных правил перевозки (например, ООН 1915); поставляются в соответствующих бочках, IBC или контейнерах-цистернах с соответствующей маркировкой.
- СИЗ– При работе навалом или в закрытых помещениях рекомендуется использовать химически стойкие-перчатки, защитные очки или защитную маску, а также соответствующую вентиляцию или защиту органов дыхания. Пары циклогексанона могут раздражать глаза и дыхательные пути при повышенных концентрациях.
- Паспорт безопасности безопасности/паспорт безопасности безопасности– Перед обращением, хранением или транспортировкой всегда следует сверяться с действующим паспортом безопасности, поскольку региональные классификации и пределы воздействия (например, OSHA, ECHA) могут отличаться и периодически обновляются.
Часто задаваемые вопросы
Используется ли циклогексанон для производства пластика?
Да. Циклогексанон является ключевым предшественником капролактама и адипиновой кислоты, которые полимеризуются в нейлон 6 и нейлон 6,6 - два наиболее широко производимых технических и волокнистых-пластика.
Является ли циклогексанон полимером?
Нет. Циклогексанон — это небольшой-циклический кетон, а не полимер. Это предшественник мономера и растворитель, используемый при производстве полимеров, а не сам полимер.
Почему циклогексанон используется в производстве нейлона?
Потому что это прямой химический предшественник капролактама посредством оксимации и перегруппировки Бекмана. Затем капролактам полимеризуется с образованием нейлона 6.
Какие полимеры растворяются в циклогексаноне?
ПВХ, виниловые сополимеры, акриловые смолы, эпоксидные смолы, полиуретаны и многие соединения на основе фенола и каучука-растворимы или хорошо совместимы с циклогексаноном.
Является ли циклогексанон хорошим растворителем для ПВХ?
Да, - он считается одним из самых сильных растворителей как для жесткого, так и для гибкого ПВХ, поэтому он широко используется в красках, покрытиях и клеях для ПВХ.
Может ли циклогексанон растворить акрил?
Да. Циклогексанон используется в качестве растворителя во многих системах акриловых лаков и покрытий, особенно там, где желателен более медленный и более контролируемый профиль испарения.
Какие отрасли промышленности потребляют больше всего циклогексанона?
Текстильная, автомобильная и упаковочная промышленность являются крупнейшими косвенными потребителями, что обусловлено главным образом спросом на нейлон 6 и нейлон 6,6. Производители покрытий, клеев и печатных красок являются крупнейшими прямыми потребителями циклогексанона сольвентного качества.
Опасен ли циклогексанон при производстве полимеров?
Он классифицируется как легковоспламеняющийся растворитель с легким раздражающим действием, требующий стандартных-мер предосторожности при обращении с кетонами (вентиляция, средства индивидуальной защиты, контролируемое хранение вдали от источников воспламенения). Он не относится к числу CMR-растворителей высокой-опасности (канцерогенных, мутагенных, репротоксичных), что отчасти объясняет, почему в некоторых составах он по-прежнему предпочтительнее альтернатив, таких как ДМФ или НМП.
В чем разница между циклогексаноном и капролактамом?
Циклогексанон является кетоновым сырьем; капролактам представляет собой мономер лактама, полученный из него путем оксимации и перегруппировки Бекмана. Капролактам, а не циклогексанон, является мономером, который непосредственно полимеризуется в нейлон 6.
Остается ли циклогексанон в конечном полимерном продукте?
Нет. При использовании в качестве промежуточного химического соединения (капролактамовый путь) циклогексанон химически трансформируется и не остается в полимере. При использовании в качестве технологического растворителя он испаряется во время сушки/отверждения, хотя уровни остаточных следов контролируются в соответствии со спецификациями пленки и покрытия.