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有机溶剂是指一类脂溶性的有机化合物液体

发布日期:2020/10/21 8:45:43

【背景及概述】[1][2][3]

有机溶剂是指一类脂溶性的有机化合物液体。可分为质子溶剂如乙醇、乙酸等和非质子溶剂如苯、氯 仿、乙醚、汽油等两类。非质子溶剂又可分为有极性的与无极性的两种。前者如二甲基甲酰胺、六甲基磷酰胺;后者如苯、氯仿。多为易燃、易爆、有毒化学品。因此在使 用时应注意防火、室内空气流通。 

有机溶剂应用面广,使用量大,从19世纪40年代开始用于工业生产以来,距今已有100多年的历史,现今工业有机溶剂的种类已达30 000余种。有机溶剂在工业生产中,广泛用于清洗、去污、稀释和萃取等过程,也被作为中间体用于化学合成,职业接触人数众多;同时有机溶剂还可经水、食物和室内空气的污染,造成其他人群对有机溶剂的摄入,因此有机溶剂的危害在职业和环境卫生中是一个较为普遍的问题。有机溶剂可按理化特性、毒作用特点或化学结构进行分类,化学结构相近的同类有机溶剂,其毒作用性质基本相似,如卤代烃类多是肝脏毒物,而带有醛基的有机溶剂一般均具有刺激作用。

【分类及其性质】[2]

有机溶剂的基本化学结构为脂肪烃类(aliphatic hydrocarbons ,如己烷)、脂环烃类(alicyclic hydrocarbons ,如环己烷)和芳香烃类(aromatic hydrocarbons ,如苯、苯乙烯),在此基础上,与不同的化学取代基团结合形成不同的有机溶剂。取代基团可以是乙醇基(alcohols ,如甲醇、异丙醇)、卤素(halogens ,如三氯乙烷)、酮基(ketones,如丙酮、甲基异丁基酮)、脂肪族二元醇类(glycols,如乙二醇)、酯(esters ,如甲酸甲酯、乙酸甲酯)、醚(ethers ,如乙醚、二氧六环)、羧基(carboxylic acids ,如乙酸、丙酸)、胺基(amines ,如丁胺、环己胺)和酰胺基(amides ,如二甲基甲酰胺)。此外,有机溶剂还包括石油馏出物(petroleum distillates ,如溶剂汽油、煤焦油精)和混溶溶剂类(miscellaneous solvents ,如二甲基甲酰胺、二甲基亚砜)。在工业生产中较为常见的有机溶剂有苯、甲苯、二甲苯、溶剂汽油、二氯乙烷和四氯化碳等。常用有机溶剂及其性质如下:

【毒性】[1]

有机溶剂由于种类繁多,化学结构各异,故理化性质差异甚大。从卫生学角度着眼,可归纳出以下几点共性:常温常压下呈液态,挥发性强,具有各自独特气味及一定刺激性;大部分(除酯类、部分卤烃外)易燃易爆;具优良脂溶性,可经皮肤吸收,易透过血脑屏障。急性接触高浓度的溶剂引起麻醉作用,是有机溶剂最突出的共同毒性。吸入浓度不高或高浓度吸人之初期,患者可出现头痛、头晕、视物不清、兴奋不安、恶心等症状,继续吸人则可引起精神失常、狂躁、抽搐、惊厥、昏迷,往往可因心律紊乱、心肌纤颤或呼吸骤停而死亡。由于此种麻醉症状出现甚快,脱离有机熔剂接触后恢复也快,表明症状乃有机溶剂的直接作用引起,而非其代谢产物的继发性损伤。具体机制可能与有机溶剂的高度脂溶性,使之大量聚集于神经细胞及其纤维的磷脂成分中,干扰神经冲动的产生与传递有关。也有研究认为,某些有机溶剂尚可干扰神经细胞的生物氧化过程,而此种干扰是可逆性的。上述共同性质也决定有机溶剂具有的共同毒。有机溶剂的主要毒性有以下四种。

1) 神经毒性。有机溶剂对神经系统的损害大致有三种类型:种为中毒性神经衰弱和植物神经功能紊乱。病人可有头晕、头痛、失眠、多梦、嗜睡、无力、记忆力减退、食欲不振、消瘦,以及多汗、情绪不稳定,心跳加速或减慢、血压波动、皮肤温度下降或双侧肢体温度不对称等表现;第二种为中毒性末梢神经炎。大部分表现为感觉型,其次为混合型。可有肢端麻木、感觉减退、刺痛、四肢无力、肌肉萎缩等表现;第三种为中毒性脑病,比较少见,见于二硫化碳、苯、汽油等有机溶剂的严重急、慢性中毒。

2) 血液毒性。以芳香烃,特别是苯最常见。已知苯具有血液毒性近一个世纪。苯引起白细胞减少、血小板减少和全血减少。苯引起再生障碍性贫血的临床表现和血象与一般的再生障碍性贫血相同。有时有轻微的胆红素血症,渗透脆性改变,乳酸脱氢酶和粪胆素原升高,偶尔发现神经异常。苯达到一定剂量即可抑制骨髓造血功能,往往先有白细胞减少,以后血小板减少,最后红细胞减少,成为全血细胞减少。个别接触苯的敏感者,可发生白血病。

3) 肝肾毒性。多见于氯代烃类有机溶剂,如氯仿、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯、等中毒。中毒性肝炎的病理改变主要是脂肪肝和肝细胞坏死。临床上可有肝区痛、食欲不振、无力、消瘦、肝脾肿大、肝功能异常等表现。有机溶剂引起的肾损害多见为肾小管型,产生蛋白尿,肾功能呈进行性减退。

4) 皮肤粘膜刺激。有机溶剂均具不同程度的皮肤黏膜刺激性。皮肤接触可出现皲裂、皮炎甚至灼伤;其蒸气吸入可引起呛咳、流涕,重者如酯类、酮类、卤代烃等可引起支气管炎、肺炎、肺水肿甚至肺出血。多数有机溶剂均有程度不等的皮肤粘膜刺激作用,但以酮类和酯类为主。可引起呼吸道炎症、支气管哮喘、接触性和过敏性皮炎、湿疹、结膜炎等。

【应用及安全使用】[1][3]

在化学工业有机合成行业中,绝大部分的化学反应都是在溶剂中进行的。溶剂是一个重要的媒介,它可以使参加反应的各种物质分子得以均匀分布,增加分子间碰撞接触机会,加速反应的进程。溶剂可以传导热量,通过它可以向反应物质提供热量,促进反应的进行;通过它也可以将反应放出的热量传出,保证反应的安全。溶剂的选择还可以直接影响反应的速度、反应的方向、反应的完全程度以及反应产物的构型等。因此,正确地选择和使用溶剂,满足生产工艺的要求,对实现有机合成的经济目标和安全目标具有十分重要的意义。

1) 有机溶剂大多为易燃物质,遇引火源容易发生火灾;大多具有较低的闪点和极低的引燃能量,在常温或较低的操作温度条件下也极易被点燃;具有较宽的爆炸极限范围,与空气混合后很容易发生火灾、爆炸;具有较低的沸点,因此具有较强的挥发性,易散发可燃性气体,形成燃烧、爆炸的基本条件;具有较低的介电常数或较高的电阻率,这些溶剂在流动中容易产生静电积聚,当静电荷积聚到一定的程度则会产生放电、发火,引发火灾、爆炸。溶剂对人体具有较高的毒害性,当发生泄漏、流失或火灾爆炸扩散后还会导致严重中毒事故;少数溶剂如乙醚、异丙醇等,在保存中接触空气会生成过氧化物,在升温时会自行发生爆炸。

2) 有机溶剂在生产中要科学优化工艺。在研制试验阶段和工艺设计阶段,必须考虑对溶剂安全性进行选择和优化试验。尽可能选用不燃或不易燃的有机溶剂代替易燃溶剂;尽可能选用高沸点溶剂代替低沸点溶剂;尽可能选用电阻率较小的溶剂代替电阻率大的溶剂;尽可能选用无毒或毒性较小的溶剂代替剧毒或毒性较大的溶剂;限度降低易燃溶剂使用量。通过前期安全试验工作,从本质上消除或降低溶剂的危险、危害性。

3) 做到密闭生产,对生产设备、储存容器应尽可能做好密闭工作,尽量避免敞口操作,杜绝滴漏跑冒,减少可燃、有毒溶剂挥发气体散发造成作业场所内火灾、爆炸、中毒的危险。对于带压或减压设备,在投产前、检修后以及运行中都应检查其密闭性和耐压程度,既要防止内部的可燃、有毒物质气体向外界泄漏,又要防止外部空气进入设备容器内部,形成爆炸性气体混合物并达到爆炸极限,造成更大危险。

4) 有机溶剂在生产中的备料、投料、化学反应、出料、分离等各个工艺过程都有存在。有机溶剂在生产中应用大致可以归纳如下方面:溶剂溶解物料以提取生产所需的有效成分。如中药雷公藤片的生产,采用乙醇和醋酸乙酯提取雷公藤片中的雷公藤甲素和乙素。采用溶剂稀释物料,以满足工艺要求。如乙醇和醚类溶剂混合可以提高对硝基纤维的溶解能力,在硝基纤维涂料中用作稀释剂可以降低溶液粘度。橡胶制品生产中,在生胶或混炼胶中加入大量溶剂汽油打浆,制成粘合用的胶浆。油漆生产中,直接将高温树脂打到溶剂调稀罐中制成油漆;处理物料利用溶剂对物料进行脱水、沉淀、结晶和洗涤等处理。如赛璐珞生产过程中,采用乙醇将含水硝脂棉中的水分除去;塑料生产中,用有机溶剂洗涤固体聚合物表面的杂质。利用有机溶剂分离混合物,在生产中应用广泛,如在合成橡胶生产过程中,采用乙腈或二甲基甲酰胺萃取二丁烯。以糖醛作为萃取剂进行萃取精馏,分离环已烷与苯的混合物。

5) 有机溶剂常作为化学反应的介质,生产新的化工产品。如染料N,N-二甲基苯胺的合成,由甲醇、苯胺与硫酸混合,经过甲基化反应,中和、分层、减压蒸馏而制得产品。

6) 作为移除反应热的载体溶剂作为移除热的载体,蒸发回流,是较好的移出反应热的方法。例如,在溶液聚合中,常采用此法以控制聚合温度。溶剂在特殊工艺中具有特殊作用,如静电喷涂时,可用来调整防火涂料的导电率,以改进雾化和上漆率;在分散聚合物中用来控制聚合物的粒度;在溶液聚合中用作链移剂来控制其相对分子质量及其分布等。

【主要参考资料】

[1] 陆刚. (2016). 有机溶剂在化工生产中的安全应用. 化学工业, (2016 年 01), 26-30.

[2] 化学词典

[3] 贾晓东, & 金锡鹏. (2000). 我国有机溶剂危害的现状和预防. 中华劳动卫生职业病杂志, 18(2), 65-67.

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