Формальдегид

Московский Авиационный  Институт

(государственный  технический университет)

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа на тему:

«Формальдегид».

 

 

 

 

 

Группа 06-324

Студентка: Королева А. А.

Преподаватель: Надежкина Е. В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва 2012

 

 

 

Оглавление

Введение3

Краткая характеристика3

Цель и задачи работы5

Характеристика форм5

Мономерный формальдегид6

Полимерные модификации 6

Растворы. Формалин 9

Источники и сферы использования10

Естественные  источники10

Антропогенные источники12

Формальдегид  и препараты на его основе в  дезинфекционной практике13

Фенолформальдегидные  смолы17

Полимеры на основе амидо- и аминоформальдегидной поликонденсации18

Источники формальдегида  в жилых и рабочих помещениях 23

Токсичность формальдегида  и препаратов на его основе для  организма человека и теплокровных животных27

Неотложная помощь и лечение30

Расчетная часть32

Выводы33

Источники35

Приложения37

 

 

 

 

 

 

Формальдегид

Введение

В современном  мире люди чаще всего стремятся к  выгоде и пытаются во многом экономить. Сейчас уже не выгодно использовать обычное дерево для мебели, и поэтому делают мебель из опилок, пропитывая их смолами, выделяющими в окружающую среду формальдегид. Также не выгодно производить косметику с маленьким сроком годности, и приходится добавлять различные химические вещества, в том числе и формальдегид, чтобы обеззаразить продукт и убить микробов, тем самым продлить срок годности косметики и увеличить время реализации товара. И это далеко не полный перечень сфер, где применяется формальдегид. В погоне за дешевизной, производитель часто не обращает внимание на вред, который он может нанести покупателю. В этой работе будет рассказано о степени вреда формальдегида для здоровья человека и теплокровных животных.

Краткая характеристика

Формальдегид - (от лат. formica – муравей), муравьиный альдегид (устаревшее название) или метаналь. Химическая формула - CH₂O (Приложение 1), первый член гомологического ряда алифатических альдегидов; бесцветный газ с резким запахом, хорошо растворимый в воде и спирте, t_кип – 19°С (1), молекулярная масса 30,3,  t_плав -118 ⁰C, плотность по воздуху 1,04.Чистый газообразный формальдегид относительно стабилен при 80-100 ⁰C, при температурах ниже 80 ⁰C медленно полимеризуется; процесс ускоряется в присутствии полярных растворителей (в т.ч. воды), кислот и щелочей. При низких температурах смешивается в любых соотношениях с неполярными растворителями: толуолом, диэтиловым эфиром, этилацетатом, CHCl₃ (с увеличением температуры растворимость падает), не растворяется в петролейном эфире (2).

В промышленности формальдегид получают окислением метилового спирта (Приложение 2). Окисление метанола в формальдегид проводится с использованием серебряного катализатора при температуре 650 °C. Это хорошо освоенный технологический процесс, и 80 % формальдегида получается именно по этому методу. Недавно разработан более перспективный способ, основанный на использовании железо-молибденовых катализаторов. При этом реакция проводится при 300 °C. В обоих процессах степень превращения составляет 99 %.

Процесс дегидрирования метанола, осуществлённый на цинк-медных катализаторах при 600 °C, пока не получил широкого развития, однако он является очень перспективным, поскольку позволяет получать формальдегид, не содержащий воды.

Существует также  промышленный способ получения формальдегида окислением метана (Приложение 3). Процесс проводят при температуре 450 °C и давлении 1—2 МПа, в качестве катализатора применяется фосфат алюминия AlPO₄ (3).

Формальдегид  получают абсорбцией формальдегид содержащих реакционных газов. Эти газы образуются в результате взаимодействия метанола с кислородом воздуха, в присутствии паров воды, в контактном аппарате, в слое катализатора.  
   Основные стадии процесса:  
      1.Стадия подготовки спиртовоздушной смеси, которая проводится в испарителе метанола. 
      2.Каталитическое превращение метанола в формальдегид, которое проводится в контактном аппарате при температуре более шестисот градусов, в слое катализатора. 
      3.Стадия поглощения формальдегида водой, которая проводится в абсорбционной колонне. 
   Готовая продукция, раствор формальдегида требуемой концентрации, направляется на склад готовой продукции. Абсорбционные газы отправляются на утилизацию (Приложение 4).

 Формальдегид  легко полимеризуется (особенно при температурах до 100 °С), поэтому его хранят, транспортируют и используют главным образом в виде формалина и твёрдых низкомолекулярных полимеров – триоксана и параформа.

Формальдегид  очень реакционноспособен; многие реакции  его лежат в основе промышленных методов получения ряда важных продуктов. Так, при взаимодействии с аммиаком, формальдегид образует уротропин, с  мочевиной – мочевино-формальдегидные смолы, с меламином – меламино-формальдегидные смолы, с фенолами – феноло-формальдегидные смолы, с фенол- и нафталинсульфокислотами – дубящие вещества, с кетеном – b-пpoпиолактон. Формальдегид используют также для получения поливинилформаля, изопрена, пентаэритрита, лекарственных веществ, красителей, для дубления кожи, как дезинфицирующее и дезодорирующее средство. Полимеризацией формальдегда получают полиформальдегид (4). Формальдегид токсичен; внесён в список канцерогенных веществ ГН 1.1.725-98 (5) в разделе «вероятно канцерогенные для человека», при этом доказана его канцерогенность для животных (6).

Формальдегид  используют в органическом синтезе, в производстве синтетических смол и пластмасс, для синтеза многих лекарственных веществ и красителей, для дубления кож, как дезинфицирующее, антисептическое и дезодорирующее средство.

Температура самовоспламенения 430 ⁰C, КПВ при 20 ⁰C 7-72% (по объему).

Мировое производство формальдегида около 5 млн. т в  год (1980), из них в США 28%, Германии 17%, Японии 12% (7).

Впервые формальдегид обнаружен в 1859 году A.M. Бутлеровым при попытке синтеза метиленгликоля СН2 (ОН)2 путём гидролиза метиленацетата, который был предварительно синтезирован при взаимодействии йодистого метилена с уксуснокислым серебром. А.М. Бутлеров отметил характерный запах формальдегида, но выделить его ему не удалось. По другим данным, формальдегид был получен А.М. Бутлеровым действием окиси ртути на йодистый метилен (Приложение 5).Именно А.М. Бутлерову принадлежит и открытие способа получения формальдегида из метилового спирта путём окисления последнего кислородом воздуха. Для этой цели он пропускал пары метилового спирта вместе с воздухом через нагретую трубку с платинированным асбестом. Тем не менее, по данным, приведенным в других источниках, приоритет отдаётся Августу Вильгельму Хофманну, который в 1868 году получил формальдегид при пропускании смеси паров метанола с воздухом через раскаленную платиновую спираль и идентифицировал его (8).

Цель и задачи работы

Цель работы – изучить  формальдегид и основные химические вещества, изготовленные на его основе, и установить степень их опасности для живых организмов.

Задачи:

• Дать краткую характеристику формальдегиду.
• Дать краткую характеристику форм формальдегида.
• Описать источники формальдегида и сферы его применения.
• Определить степень опасности формальдегида и содержащих его веществ для здоровья человека и теплокровных животных.
• Рассчитать количество молекул формальдегида при нормальных условиях в воздухе, пользуясь заданными параметрами.

Характеристика  форм

Несмотря на простое строение и химический состав молекул формальдегида, встречающиеся на практике модификации  этого соединения отличаются большим  многообразием. Это связанно прежде всего с высокой реакционной способностью мономерного формальдегида, молекулы которого легко реагируют друг с другом с образованием обширного семейства линейный и циклических мономеров (олигомеров).  Все эти модификации имеют одну и ту же формулу (СН2О)n и различаются только значением n.

 

 

Мономерный формальдегид

Чистый мономерный формальдегид при обычных условиях представляет собой бесцветный газ с характерным резким запахом.  Именно наличию небольших количеств мономеров обязаны своим запахом растворы формальдегида, например формалин, и даже многие полимерные модификации, в частности, параформ.

Полимерные модификации

Циклические олигомеры

При возгонке твердых полиоксиметиленов, например, параформа, в присутствии каталитических количеств кислот образуются циклические модификации формальдегида – триоксан (I) и триоксан (II). Оба соединения получаются, также, правда, в небольших количествах, при растворении формальдегида в воде. Также триоксан получают нагреванием 50—55%-ного водного раствора формальдегида с 2%-ной серной кислотой. При 150—180 °С полностью разлагается на формальдегид.

Триоксан – прозрачное кристаллическое вещество запахом, напоминающим хлороформ, плавится при 61-62° С, кипит без разложения при 114,5 С; имеет формулу [—CH₂O—]_3; плотность 1,17 г/см³(63 °С)_. В горячей воде триоксан растворяется неограниченно, но при охлаждении выкристаллизовывается из раствора, хорошо растворяется в большинстве растворителей, за исключение парафинов.

Из всех модификаций формальдегида  триоксан образует с водой азеотропную смесь, кипящую при 91 °С.

Теплота сгорания триоксана составляет 498 – 507 кДж/г, теплота образования – от 174 до 182 С.

Как и другие циклические  ацетали триоксан стабилен в нейтральной и щелочной среде, в присутствии кислоты интенсивно разлагается, в водном растворе гидролизуется.  Способность триоксана разлагаться с выделением чистого мономерного формальдегида используется на практике для получения полиформальдегида.

Интереснейшее свойство триоксана – его способность к раскрытию цикла и полимеризации в твердой фазе, особенно при воздействии гамма-излучения. Этим же свойством обладает и тетраоксан.

Линейные  полиоксиметилены

При спонтанной полимеризации  газообразного и жидкого полимерного  формальдегида образуется твердый, но механически непрочный полиоксиметилен. Этот продукт, молекулярная масса и структура которого зависит от температуры, получил название Eu-полиоксиметилена. Поскольку Eu-полиоксиметилен получается самопроизвольно, без применения каких-либо реактивов или катализаторов, он вполне может рассматриваться, как модификация чистого формальдегида. Eu-полиоксиметилен непрочен и в химическом отношении, легко подвергается сольволизу. Полимеру можно придавать химическую стабильность и инертность, если концы полимерных молекул заблокировать устойчивыми функциональными группами, например ацетильными. Для регулирования молекулярной массы и механических свойств полимера полимеризацию проводят в присутствии катализаторов, с применением растворителей и, в некоторых случаях, сополимерных добавок. Таким образом получают высококачественный термопласт – полиформальдегид. Полиформальдегид, являясь синтетическим продуктом, содержащим небольшое количество ацетильных групп, уже несколько отстоит от естественных модификаций чистого формальдегида.

Полиформальдегид — один из наиболее жёстких конструкционных термопластов. Характеризуется высокой механической прочностью, усталостной выносливостью, износостойкостью, влагостойкостью. Используется в нагруженном состоянии в интервале температур от —40 до 90—120 °С. Устойчив к действию практически всех нейтральных растворителей и щелочей, но разлагается под действием минеральных кислот. Относится к горючим материалам. Нестабилизированный полиформальдегид при нагревании выше 200 °С полностью разлагается на формальдегид. Физиологически  безвреден.  

Материал обладает высокой  твердостью, низким коэффициентом трения. Не поглощает воду, благодаря этому срок службы деталей из полиформальдегида при работе в воде или во влажной среде увеличивается в 2-3 раза по сравнению с другими полимера. Характеризуется высокой стабильностью свойств с высокой устойчивостью к воздействию ультрафиолетовых лучей.  

Температура эксплуатации в интервале температур от -60^°C до +140^°С. Выдерживают кратковременный нагрев до 160^°С. Основные области применения:

1.Автомобильная промышленность -  автомобильные дворники, приборные щитки, детали механизма ремней безопасности, механизма сидений, стеклоподъемников, дверных замков, детали топливных насосов, модуль  бензонасоса, датчик уровня топлива, крышка бензобака. 

2.Машиностроение -  при производстве промышленного оборудования, сельскохозяйственной и строительной техники. Материал находит широкое применение благодаря  механической прочности, антифрикционности и износостойкости, стойкости к коррозии, химической и климатической стойкости. Наиболее типичные изделия - шнековые приводы, ролики, держатели, буксы, подшипники, детали конвейерных цепей. Стойкость к химическим продуктам и гидролизу позволяет использовать полиформальдегид в различных контейнерах, трубах и фитингах, кабельной промышленности и т.п.

3.Электротехника, электроника, точная механика, часовая промышленность, бытовая и оргтехника: быстрая кристаллизация материала обеспечивает прекрасную износостойкость и механическую прочность (прочность на изгиб от 50 МПа у ненаполненных марок до 200 МПа – у стеклонаполненных), что делает возможным использование материала в бытовых приборах, электронике, оборудовании для сетевых коммуникаций: 

• корпуса, соединительные элементы, шестерни и подшипники электроприборов и инструментов; 
• клавишные блоки телефонов, корпуса катушек, видеокассеты и т.д.; 
• детали измерительных приборов, высокопрецизионные шестеренки, детали оптических приборов, точные зубчатые колеса и стрелки часов; 
• детали DVD-ROM и DVD-RAM, детали механизма электробритв, миксеров, электрических зубных щеток, принтеров, копировальных  аппаратов, детали стиральных, посудомоечных машин, кондиционеров, кофеварок, чайников, насадки для пылесоса.