Летучие органические растворители

Летучие органические растворители (ЛОС; англ. Volatile Organic Compounds, VOCs) — это обширная группа органических соединений, характеризующихся высокой упругостью паров при нормальных условиях (температура 20—25 °C и атмосферное давление), что позволяет им легко переходить в газообразное состояние. В промышленности и быту ЛОС широко применяются как среды для растворения неполярных и малополярных веществ (жиров, масел, смол, лаков, полимеров), а также как компоненты чистящих средств, клеёв, аэрозолей и топливных смесей. Ключевое свойство ЛОС — способность испаряться после нанесения, оставляя на поверхности растворённое вещество в виде плёнки.

Химическая природа и классификация

Летучие органические растворители объединяют соединения различных классов, имеющие общий признак — температуру кипения обычно ниже 250 °C (по определению Всемирной организации здравоохранения) и давление насыщенного пара более 0,01 кПа при 20 °C. По химическому строению их делят на несколько основных групп:

• Углеводороды — алифатические (гексан, гептан, уайт-спирит), циклические (циклогексан) и ароматические (бензол, толуол, ксилолы). Ароматические растворители обладают высокой растворяющей способностью по отношению к полимерам и маслам.
• Кетоны — ацетон, метилэтилкетон (МЭК), циклогексанон. Эффективны для растворения нитроцеллюлозы, акриловых и полиуретановых смол.
• Сложные эфиры — этилацетат, бутилацетат, амилацетат. Характеризуются относительно низкой токсичностью и приятным фруктовым запахом; используются в производстве лаков и красок.
• Простые эфиры — диэтиловый эфир, тетрагидрофуран (ТГФ). Обладают высокой летучестью и растворяют многие полимеры, включая полистирол и поливинилхлорид.
• Спирты — метанол, этанол, изопропанол, бутанол. Полярные растворители, хорошо смешиваются с водой; применяются в фармацевтике, косметике и производстве чистящих средств.
• Хлорированные углеводороды — дихлорметан, хлороформ, трихлорэтилен, перхлорэтилен. Отличаются высокой плотностью и негорючестью; используются в химчистке и обезжиривании металлов.
• Гликоли и их эфиры — этиленгликоль, пропиленгликоль, метилцеллозольв. Менее летучи, чем другие группы, но широко применяются в антифризах и тормозных жидкостях.

Физико-химические свойства

Основные параметры, определяющие пригодность ЛОС для конкретных задач:

• Летучесть (скорость испарения) — зависит от давления насыщенного пара и температуры кипения. Быстроиспаряющиеся растворители (ацетон, диэтиловый эфир) обеспечивают быстрое высыхание плёнки, но требуют герметизации оборудования.
• Растворяющая способность — характеризуется параметром растворимости Гильдебранда и диэлектрической проницаемостью. Неполярные растворители (гексан, уайт-спирит) растворяют неполярные вещества; полярные (спирты, кетоны) — полярные и ионные соединения.
• Температура вспышки — минимальная температура, при которой пары растворителя образуют с воздухом горючую смесь. Определяет взрывопожароопасность вещества.
• Плотность — влияет на расслаивание смесей и выбор методов рекуперации.
• Вязкость — важна для проникновения растворителя в пористые материалы и для нанесения лакокрасочных покрытий.

Применение

ЛОС используются в десятках отраслей промышленности и в быту. Основные сферы применения:

Лакокрасочная промышленность

Растворители входят в состав красок, лаков, эмалей, грунтовок и шпатлёвок. Они обеспечивают необходимую вязкость состава для нанесения (кистью, валиком, распылением) и регулируют скорость высыхания покрытия. После испарения растворителя на поверхности остаётся твёрдая плёнка из связующего (смолы, олифы, полимера) и пигментов.

Полиграфия и производство клеёв

В полиграфии ЛОС используются как разбавители для печатных красок, особенно в офсетной и флексографской печати. Клеи на основе органических растворителей (резиновые, полиуретановые, эпоксидные) применяются для склеивания пластиков, резины, кожи, обуви.

Химическая чистка и обезжиривание

Хлорированные растворители (перхлорэтилен, трихлорэтилен) — основные рабочие жидкости в машинах химической чистки одежды и ковровых покрытий. В машиностроении и электронике ЛОС используются для удаления масел, смазок, флюсов с металлических и керамических деталей.

Фармацевтика и косметика

Этанол, изопропанол и ацетон служат экстрагентами при получении растительных экстрактов, а также входят в состав лекарственных настоек, антисептиков, лаков для ногтей, средств для снятия лака.

Топливная промышленность

Некоторые ЛОС (метанол, этанол, метил-трет-бутиловый эфир) добавляются в бензин для повышения октанового числа и снижения выбросов угарного газа. Ацетон и толуол используются в качестве компонентов ракетного топлива.

Воздействие на здоровье и безопасность

Большинство летучих органических растворителей токсичны для человека. Основные пути поступления в организм — ингаляционный (вдыхание паров) и кожный (всасывание через кожу). Острое отравление проявляется головокружением, тошнотой, нарушением координации, потерей сознания; при высоких концентрациях возможен летальный исход. Хроническое воздействие приводит к поражению центральной нервной системы (энцефалопатия, полинейропатия), печени (гепатит, цирроз), почек, кроветворной системы (лейкопения, апластическая анемия). Некоторые ЛОС (бензол, формальдегид) признаны канцерогенами.

Многие растворители горючи и взрывоопасны. Их пары образуют с воздухом взрывчатые смеси в широком диапазоне концентраций. Работы с ЛОС проводятся в помещениях, оборудованных приточно-вытяжной вентиляцией, с использованием средств индивидуальной защиты (респираторы, перчатки, защитные очки) и при строгом соблюдении правил пожарной безопасности.

Экологические аспекты

ЛОС являются значимыми загрязнителями атмосферного воздуха. В присутствии оксидов азота и солнечного света они участвуют в фотохимических реакциях, приводящих к образованию приземного озона и фотохимического смога. В России и других странах установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) для ЛОС в атмосферном воздухе населённых мест и в воздухе рабочей зоны. Для снижения выбросов применяются системы рекуперации (адсорбция активированным углём, конденсация, мембранное разделение) и каталитического дожигания.

Нормативное регулирование в России

В Российской Федерации обращение летучих органических растворителей регламентируется рядом нормативных документов:

• ГОСТ 12.1.007-76 «Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности» — устанавливает классы опасности веществ.
• СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания» — содержит ПДК для ЛОС в воздухе рабочей зоны и в атмосферном воздухе населённых мест.
• Федеральный закон № 96-ФЗ «Об охране атмосферного воздуха» — определяет порядок нормирования выбросов загрязняющих веществ, включая ЛОС, и требования к их инвентаризации.
• Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 005/2011 «О безопасности упаковки» — устанавливает требования к маркировке и упаковке веществ, содержащих ЛОС.

Источники

1. ГОСТ 12.1.007-76. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности.
2. СанПиН 1.2.3685-21. Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания.
3. Федеральный закон от 04.05.1999 № 96-ФЗ «Об охране атмосферного воздуха».
4. Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 005/2011 «О безопасности упаковки».
5. Кнунянц И. Л. (ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — М.: Советская энциклопедия, 1988—1998.
6. Вредные вещества в промышленности: Справочник / Под ред. Н. В. Лазарева, Э. Н. Левиной. — Л.: Химия, 1976.