Азодикарбонамид

Азодикарбонамид (АДКА, E927) — органическое соединение, химическая формула C₂H₄O₂N₄, представляющее собой азосоединение с двумя амидными группами. В промышленности используется как вспенивающий агент для полимеров, преимущественно для поливинилхлорида (ПВХ), а также как улучшитель муки и отбеливатель в пищевой промышленности (в ряде стран). В чистом виде представляет собой жёлто-оранжевый кристаллический порошок без запаха, нерастворимый в воде и большинстве органических растворителей.

Химические свойства и строение

Азодикарбонамид является производным азодикарбоновой кислоты (HOOC-N=N-COOH), в которой обе карбоксильные группы замещены на амидные группы (-NH₂). Молекула имеет структуру H₂N-CO-N=N-CO-NH₂. Соединение обладает высокой термической нестабильностью: при нагревании до определённой температуры (обычно 190–210 °C, в присутствии катализаторов — от 140 °C) разлагается с выделением газов — азота (N₂), аммиака (NH₃), диоксида углерода (CO₂) и небольшого количества циановой кислоты (HCN). Реакция разложения является экзотермической и необратимой.

Температура разложения может быть снижена добавлением активаторов (оксиды цинка, свинца, кадмия, стеараты металлов). В твёрдом состоянии азодикарбонамид стабилен при комнатной температуре, но чувствителен к ударам и трению в смеси с окислителями. Плотность порошка — около 1,65 г/см³, температура плавления — около 225 °C (с разложением).

История

Азодикарбонамид был впервые синтезирован в конце XIX века, однако его промышленное применение началось в середине XX века. В 1950-х годах компания Bayer (Германия) разработала технологию его использования как вспенивающего агента для резин и пластмасс. В 1960-х годах соединение стали применять в пищевой промышленности США и некоторых других стран как улучшитель муки (под кодом E927). В 1970-х годах в СССР азодикарбонамид использовался в производстве вспененных полимеров, но не был разрешён в пищевых продуктах.

В 1980-х годах в связи с обнаружением возможных продуктов разложения (в частности, семикарбазида) начались споры о безопасности пищевого применения. С 2005 года в Евросоюзе и ряде других стран (Австралия, Новая Зеландия, Китай) использование азодикарбонамида в пищевых продуктах было запрещено. В России и странах Таможенного союза (ЕАЭС) пищевое применение азодикарбонамида не разрешено (отсутствует в списке разрешённых пищевых добавок Технического регламента ТР ТС 029/2012). В США и Канаде он до настоящего времени разрешён как улучшитель муки в ограниченных концентрациях (до 45 мг/кг муки).

Применение

Вспенивающий агент для полимеров

Основное промышленное применение азодикарбонамида — производство вспененных (пористых) полимеров, в первую очередь ПВХ, полиэтилена, полипропилена, каучуков. При нагревании в расплаве полимера азодикарбонамид разлагается, выделяя газы, которые образуют в материале замкнутые или открытые поры. Это позволяет получать лёгкие, тепло- и звукоизолирующие материалы.

Основные продукты, получаемые с использованием азодикарбонамида:

• Пенополивинилхлорид (ПВХ-пенопласт) — используется для теплоизоляции труб, в строительстве, для изготовления подложек под линолеум, искусственной кожи.
• Вспененный полиэтилен (ППЭ, изолон, пенофол) — применяется для упаковки, теплоизоляции, в автомобилестроении.
• Вспененный полипропилен (EPP) — используется в автомобильной промышленности (бамперы, панели), в упаковке.
• Резиновые смеси — для изготовления пористых резин (например, подошвы обуви, уплотнители).

Азодикарбонамид является одним из самых распространённых вспенивающих агентов в мире благодаря высокой газообразующей способности (около 200–220 мл газа на 1 г вещества), относительно низкой стоимости и хорошей совместимости с большинством полимеров. Он выпускается в виде порошка, а также в виде паст и гранул (для улучшения диспергирования).

Пищевая промышленность

В странах, где азодикарбонамид разрешён (США, Канада, некоторые страны Южной Америки), он используется как улучшитель муки (пищевая добавка E927). Его добавляют в муку для хлебопечения в количестве до 45 мг/кг. Азодикарбонамид окисляет сульфгидрильные группы белков муки (глютена), что укрепляет клейковину, улучшает эластичность теста и объём выпечки. В процессе выпечки при температуре выше 200 °C он полностью разлагается, однако в качестве продукта разложения может образовываться семикарбазид (SEM), который в экспериментах на животных показал канцерогенные свойства. В связи с этим Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) и Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (ФАО) установили допустимое суточное потребление (ДСП) на уровне 0–0,5 мг/кг массы тела.

В России, странах ЕС, Китае, Австралии и Новой Зеландии азодикарбонамид в пищевых продуктах запрещён. Вместо него для улучшения муки применяют перекись бензоила, L-аскорбиновую кислоту или ферментные препараты.

Другие применения

• Производство пенопластов для упаковки (например, вспененный полистирол).
• Изготовление пористых керамических материалов (в качестве газообразователя).
• Производство искусственных кож (для создания пористой структуры).
• В качестве компонента некоторых фармацевтических препаратов (в очень малых количествах, как вспомогательное вещество).

Безопасность и токсикология

Азодикарбонамид в чистом виде обладает низкой острой токсичностью (LD₅₀ для крыс при пероральном введении — более 5000 мг/кг). Однако при нагревании и разложении образуются потенциально опасные продукты:

• Семикарбазид (SEM) — признан Международным агентством по изучению рака (IARC) возможным канцерогеном для человека (группа 2B). Образуется при разложении азодикарбонамида в присутствии влаги и кислорода. В 2003 году Европейское агентство по безопасности продуктов питания (EFSA) опубликовало заключение, что семикарбазид может вызывать опухоли у животных, и рекомендовало запретить пищевое использование азодикарбонамида.
• Циановая кислота (HCN) — выделяется в следовых количествах при разложении, что требует контроля вентиляции на производствах.
• Аммиак и диоксид углерода — в высоких концентрациях могут вызывать раздражение дыхательных путей.

В производственных условиях азодикарбонамид в виде пыли может вызывать раздражение кожи и слизистых оболочек, а также аллергические реакции (астма, дерматит). Предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны в России — 0,5 мг/м³ (аэрозоль). Пыль азодикарбонамида взрывоопасна при концентрации в воздухе более 40 г/м³.

Экологические аспекты

При разложении азодикарбонамида в окружающей среде (например, на свалках или при сжигании отходов) могут выделяться токсичные газы. Вспененные полимеры, содержащие остатки азодикарбонамида, при неправильной утилизации могут выделять семикарбазид в почву и воду. В странах Евросоюза действуют ограничения на содержание семикарбазида в упаковочных материалах, контактирующих с пищевыми продуктами (не более 0,05 мг/кг).

Правовой статус

• Россия и ЕАЭС: не разрешён в качестве пищевой добавки (отсутствует в списке разрешённых добавок ТР ТС 029/2012). Использование в производстве полимеров не ограничено, но регулируется общими нормами безопасности (ТР ТС 005/2011 «О безопасности упаковки»).
• Европейский союз: запрещён в пищевых продуктах с 2005 года (Регламент ЕС № 178/2005). В производстве полимеров ограничен по содержанию семикарбазида.
• США: разрешён как улучшитель муки (FDA, 21 CFR 172.806) и как вспенивающий агент (в пределах норм).
• Канада: разрешён в пищевых продуктах (Health Canada).
• Китай: запрещён в пищевых продуктах с 2011 года.
• Австралия и Новая Зеландия: запрещён в пищевых продуктах (FSANZ).

Источники

1. Химическая энциклопедия. Том 1. — М.: Большая российская энциклопедия, 1992. — Статья «Азодикарбонамид».
2. Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 029/2012 «Требования безопасности пищевых добавок, ароматизаторов и технологических вспомогательных средств».
3. EFSA Journal (2005). «Opinion of the Scientific Panel on Food Additives, Flavourings, Processing Aids and Materials in Contact with Food on a request from the Commission related to semicarbazide in food». EFSA Journal, 219, 1–36.
4. IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans. Volume 79 (2001). «Some Chemicals that Cause Tumours of the Kidney or Urinary Bladder in Rodents and Some Other Substances».
5. ГОСТ 31950-2012 «Пластмассы. Метод определения газообразующей способности вспенивающих агентов».
6. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. 5th Edition. — Wiley-Interscience, 2004. — «Blowing Agents».
7. СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания».