Открыть сервис
Главная → Блог → Толуолдиизоцианат

Толуолдиизоцианат

Толуолдиизоцианат (ТДИ) — это органическое соединение, относящееся к классу ароматических изоцианатов. Представляет собой смесь двух изомеров: 2,4-толуолдиизоцианата и 2,6-толуолдиизоцианата. ТДИ является одним из основных мономеров в промышленности полиуретанов, используемых для производства эластичных пенопластов, покрытий, клеев, герметиков и эластомеров. В чистом виде — бесцветная или бледно-жёлтая жидкость с резким запахом, токсична и вызывает раздражение слизистых оболочек.

История

Впервые толуолдиизоцианат был получен в 1937 году немецким химиком Отто Байером и его коллегами в лаборатории концерна IG Farben (ныне — Bayer AG). В ходе исследований диизоцианатов Байер открыл реакцию полиприсоединения, приводящую к образованию полиуретанов. Первоначально ТДИ синтезировали из фосгена и толуилендиамина (ТДА). Промышленное производство ТДИ началось в 1950-х годах, когда полиуретаны стали востребованы в качестве заменителей резины и пенопластов. К концу XX века ТДИ стал одним из крупнотоннажных продуктов органического синтеза, с мировым объёмом производства около 2,5 млн тонн в год (по данным на 2020 год).

Физические и химические свойства

Физические свойства

  • Молекулярная формула: C₉H₆N₂O₂
  • Молярная масса: 174,16 г/моль
  • Внешний вид: бесцветная или бледно-жёлтая жидкость
  • Запах: резкий, раздражающий
  • Температура кипения: 251 °C (при 760 мм рт. ст.)
  • Температура плавления: 19,5–21,5 °C (для 2,4-изомера)
  • Плотность: 1,22 г/см³ (при 25 °C)
  • Растворимость: нерастворим в воде, хорошо растворим в органических растворителях (ацетон, эфир, бензол, хлороформ)
  • Давление паров: 0,01 мм рт. ст. (при 25 °C)

Химические свойства

ТДИ — высокореакционноспособное соединение. Его изоцианатные группы (-N=C=O) активно взаимодействуют с соединениями, содержащими активные атомы водорода:

  • С полиолами (спиртами, фенолами) — образует уретановые связи (полиуретаны).
  • С водой — гидролизуется с выделением углекислого газа и образованием аминов, которые затем реагируют с изоцианатами, давая мочевинные связи.
  • С аминами — образует мочевины.
  • С тиолами — образует тиоуретаны.

Реакция с водой является основой для вспенивания при производстве пенополиуретанов: выделяющийся CO₂ создаёт пористую структуру.

Изомеры и состав

Промышленный ТДИ представляет собой смесь двух изомеров:

  • 2,4-толуолдиизоцианат (2,4-ТДИ) — изоцианатные группы находятся в положениях 2 и 4 относительно метильной группы.
  • 2,6-толуолдиизоцианат (2,6-ТДИ) — изоцианатные группы в положениях 2 и 6.

Стандартные марки ТДИ (например, TDI-80) содержат 80 % 2,4-изомера и 20 % 2,6-изомера. Реже применяется чистый 2,4-ТДИ (TDI-100). Соотношение изомеров влияет на скорость реакции и свойства конечного полимера: 2,4-изомер более реакционноспособен, что ускоряет отверждение.

Производство

Промышленный синтез ТДИ осуществляется в две основные стадии:

  1. Получение толуилендиамина (ТДА): нитрование толуола смесью азотной и серной кислот с образованием динитротолуола (ДНТ), затем каталитическое гидрирование ДНТ до ТДА. В России основным производителем ТДА является ООО «Тольяттиазот».
  2. Фосгенирование: обработка ТДА фосгеном (COCl₂) в растворителе (например, хлорбензоле) при температуре 100–200 °C. Образующийся ТДИ очищают дистилляцией.

Процесс требует строгого контроля из-за токсичности фосгена и ТДИ. Современные заводы (например, в Китае, Германии, США) используют замкнутые циклы и системы очистки выбросов.

Применение

Основная область применения ТДИ — производство полиуретанов. В зависимости от типа полиола и условий реакции получают:

Эластичные пенополиуретаны (ППУ)

Жёсткие пенополиуретаны

Покрытия и клеи

  • Лакокрасочные материалы: двухкомпонентные полиуретановые краски (для автомобилей, дерева, металла).
  • Клеи: для склеивания резины, кожи, пластиков, в обувной промышленности.

Эластомеры

  • Полиуретановые каучуки: для изготовления втулок, уплотнителей, колёс, роликов.

Прочие применения

  • Производство полиуретановых волокон (спандекс, лайкра) — в смеси с другими диизоцианатами.
  • Синтез модифицированных изоцианатов (например, полимер-МДИ) для специальных рецептур.

Токсичность и безопасность

ТДИ является токсичным веществом, относящимся к 1-му классу опасности (чрезвычайно опасные вещества) по ГОСТ 12.1.007-76. Основные риски:

  • Острое воздействие: пары ТДИ вызывают сильное раздражение глаз, кожи, дыхательных путей. При вдыхании возможны бронхоспазм, отёк лёгких, химический пневмонит. Предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны — 0,05 мг/м³ (по данным Роспотребнадзора).
  • Хроническое воздействие: длительный контакт приводит к сенсибилизации (аллергизации) организма, развитию профессиональной астмы (так называемая «астма изоцианатов»). Хронические эффекты включают поражение печени и почек.
  • Канцерогенность: Международное агентство по изучению рака (МАИР) классифицирует ТДИ как возможный канцероген для человека (группа 2B). В экспериментах на животных вызывал опухоли лёгких и печени.

Меры безопасности

  • Работа с ТДИ проводится в вытяжных шкафах или с использованием местной вентиляции.
  • Обязательно использование средств индивидуальной защиты: респираторы с фильтрами против органических паров (класс А), защитные очки, химически стойкие перчатки (из бутилкаучука или нитрила), защитная одежда.
  • При разливе — нейтрализация водными растворами аммиака или щелочей (образуются нетоксичные мочевины).
  • Хранение — в герметичных ёмкостях из нержавеющей стали или алюминия, при температуре не выше 25 °C, вдали от влаги и источников тепла.

Экологические аспекты

ТДИ медленно разлагается в окружающей среде. В воде гидролизуется с образованием толуилендиамина, который может быть токсичен для водных организмов. В атмосфере пары ТДИ реагируют с гидроксильными радикалами, период полураспада — около 1–2 дней. При попадании в почву сорбируется органическим веществом, но может мигрировать в грунтовые воды. В России и странах ЕС действуют строгие нормативы по выбросам ТДИ в атмосферу (не более 0,01 мг/м³ для производственных зон).

Регулирование и законодательство

В Российской Федерации ТДИ включён в список веществ, подлежащих государственному контролю за оборотом (Постановление Правительства РФ № 934 от 29.10.2010). Производство и использование ТДИ требуют лицензии. На территории ЕС действует регламент REACH, обязывающий производителей регистрировать ТДИ и предоставлять данные о безопасности. В США ТДИ регулируется Агентством по охране окружающей среды (EPA) в рамках Закона о контроле за токсичными веществами (TSCA).

Источники

  1. ГОСТ 12.1.007-76. Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности.
  2. Химическая энциклопедия: в 5 т. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — С. 567–568.
  3. Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. — Wiley-VCH, 2012. — Vol. 37. — P. 1–36.
  4. IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans. — Vol. 71. — Lyon: IARC, 1999. — P. 865–879.
  5. СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания».
  6. Патент US 2,284,637 (1942) — Otto Bayer, «Process for the production of polyurethanes».

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →

Похожие материалы