ГЛАВА 1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПРИМЕНЕНИЕ ИЗОПРОПИЛАТА АЛЮМИНИЯ 1.1. Свойства и технические характеристики изопропилата алюминия Изопропилат алюминия представляет собой соединение, в котором алюминий связан с тремя изопропокси-лигандами. В чистом сухом виде это обычно твердый порошок или кристаллы, чувствительные к влаге. Основной характерной чертой является высокая гигроскопичность: при контакте с влагой воздуха происходит гидролиз, который ведет к продукции изопропанола и к гидроксидным/гидроксокислотным формам алюминия, а при более значительном нагреве и термической обработке может переходить в оксиды алюминия. Растворимость в воде практически нулевая, тогда как соединение хорошо растворимо в неполярных растворителях и умеренно в некоторых органических средах, например в изопропаноле. С химической точки зрения это прекурсор, широко применяемый в катализаторах полимеризации и в сол-гель технологиях для получения алюминатов и оксидов алюминия, а также в подготовке пористых материалов. Промышленная технология производства ориентировочно предусматривает получение Al(OiPr)3 с минимальным содержанием воды и примесей, обеспечение сухости сырья и оборудования, а также защиту от влаги на всех стадиях процессов. Основные подходы к производству, которые применяются на практике, можно рассматривать как схемы с минимизацией образования кислотных побочных продуктов, с контролем скорости обмена алкокси и с сушкой и очисткой готового продукта. В рамках промышленного описания выделяют несколько маршрутов. - Маршрут A (алкилалюминиевые хлориды + ROH): алюминий хлорид AlCl3 реагирует с изопропанолом (ROH = iPrOH) в присутствии базового поглотителя или с удалением HCl, образуя Al(OiPr)3 и хлорсодержащие побочные продукты, которые затем удаляют. Промежуточные смеси очищают вакуумной перегонкой/фильтрацией, удаляют изопропанол, сушат и упаковывают под инертной средой.
- Маршрут B (переработка существующих алкоксидов): переработка коммерческих алюминиевых алкоксидов через обмен алкокси-связей (transesterification) с избранными изопропаноловыми средами, регулирование константы равновесия, удаление избыточного спирта и примесей, финальная сушка и упаковка.
- Маршрут C (контроль состава через водное уравнение и гидролиз): при необходимости может применяться ограниченный водный этап в условиях контролируемого гидролиза, с целью регулирования степени полимеризации и олигомерного характера Al(OiPr)3, затем высушивание и удаление воды.
Ключевые аспекты технологии: - Сухость и инертная атмосфера: из-за гидролиза Al(OiPr)3 с влагой воздуха, производство и хранение проходят в сухих/Inert условиях (инертная атмосфера, высушенный аппарат, дегазация растворителей).
- Контроль очищения: удаление HCl и прочих побочных газов, очистка путем перегонки/фильтрации.
- Контроль степени полимеризации: поскольку Al(OiPr)3 может существовать как мономер/олигомер в зависимости от условий, параметры реакции подбираются для достижения желаемой молекулярной архитектуры и стабильности.
- Очистка и упаковка: после удаления растворителей продукт чаще всего получают как сухой порошок/кристаллы; хранение в герметичных контейнерах под инертной газовой средой.
Таблица 1.1 Физико-химические характеристики изопропилата алюминия | Параметр | Значение | Примечания | | Химическая формула | Al(OiPr)3 | Три изопропилокси лиганда | | Молярная масса | ≈ 204.24 г/моль | Для монолитного молекулярного вида; может незначительно варьироваться при различной степени полимеризации | | Степень чистоты | 98–99+ % | Зависит от торговой марки и категории продукта; указывают в спецификациях поставщика | | Физическое состояние | Белый порошок или кристаллы | Может быть аморфным в зависимости от синтеза | | Гигроскопичность | Высокая | Чувствителен к влаге; хранение под инертной атмосферой предпочтительно | | Растворимость | Не растворим в воде; растворим в неполярных/аполярных растворителях (толуол, ксилол, бензол); умеренная растворимость в некоторых органических растворителях (изопропанол) | Растворимость зависит от растворителя и степени полимеризации | | Температура разложения | Разлагается при нагревании в сухом виде; точная температура зависит от степени полимеризации и условий хранения | Динамика термической устойчивости обусловлена структурой образцов | | Токсичность/безопасность | Раздражает кожу и глаза; реагирует с влагой, выделяя изопропанол и водные алюминиевые соединения | Требуются средства защиты и хранение в сухом месте; пары воспламеняемы в сочетании с некоторыми растворителями | | Плотность | Не публикуется в общедоступной форме; зависит от формы выпуска | Определяется для конкретной упаковки товара | | Среда хранения | Инертная атмосфера (N2/Ar), сухой контейнер | Хранение в сухом, защищенном от влаги месте; избегать контакта с воздухом | Источник: по данным открытых источников информации 1.2. Применение изопропилата алюминия Таблица 1.2 Отрасли потребления изопропилата алюминия | № | Отрасль промышленности | Подотрасли | Ключевые потребители | | 1 | Химическая промышленность | Катализаторы и каталитические системы (Полимеризационные катализаторы (Циглера-Натта), Катализаторы гидрирования/дегидрирования, Катализаторы Фриделя-Крафтса, Катализаторы олигомеризации олефинов), Органический синтез (Восстановительные реакции, Алкоголяты, Синтез металлоорганических соединений) | Химические компании, НИИ | | 2 | Электроника и микроэлектроника | Полупроводниковые технологии (ALD-процессы, Диэлектрические слои, Покрытия для солнечных элементов), Оптоэлектроника (Люминофоры, Светодиоды), Микроэлектромеханические системы (MEMS-устройства, Сенсоры) | Полупроводниковые компании, Производители электроники | | 3 | Фармацевтическая промышленность | Синтез активных фармацевтических ингредиентов (Катализаторы, Промежуточные продукты), Вспомогательные вещества (Стабилизаторы, Носители), Контроль качества (Стандартные образцы, Аналитические реагенты) | Фармацевтические компании, НИИ | | 4 | Нефтегазовая отрасль | Каталитические процессы (Катализаторы крекинга, Гидроочистка), Буровые растворы и реагенты (Ингибиторы коррозии, Стабилизаторы), Процессы переработки (Дегидратация, Очистка) | Нефтеперерабатывающие заводы, Сервисные компании | | 5 | Автомобильная промышленность | Катализаторы выхлопных газов (Трехкомпонентные катализаторы), Керамические компоненты (Термобарьерные покрытия, Изоляторы), Специальные покрытия (Антикоррозионные, Износостойкие) | Автопроизводители, Поставщики компонентов | | 6 | Аэрокосмическая отрасль | Термобарьерные покрытия (Для турбинных лопаток, Теплозащитные системы), Высокотемпературные смазки и герметики, Специальные материалы (Композиты, Керамики) | Авиастроительные компании, Космические агентства | | 7 | Производство полимеров | Катализаторы полимеризации (Для полиолефинов, Для полиэфиров), Модификаторы полимеров (Совместители, Стабилизаторы), Специальные добавки (Огнезащитные, Антистатики) | Полимерные компании, Производители пластиков | | 8 | Текстильная промышленность | Огнезащитные составы (Для технических тканей, Для спецодежды), Красители и пигменты (Металлокомплексные красители), Антипирены и модификаторы | Текстильные предприятия, Производители спецодежды | | 9 | Строительная отрасль | Огнеупорные материалы (Для печей и котлов, Теплоизоляция), Специальные цементы и вяжущие, Защитные покрытия (Огнестойкие, Коррозионностойкие) | Строительные компании, Производители стройматериалов | | 10 | Военно-промышленный комплекс | Специальные материалы (Пирогенные составы, Термобарьерные покрытия), Катализаторы для ракетного топлива, Защитные системы (Теплозащита, Камуфляж) | Оборонные предприятия, Военные НИИ | | 11 | Научные исследования | Фундаментальные исследования (Координационная химия, Катализ), Аналитическая химия (Стандарты, Реагенты), Образовательные программы (Лабораторные работы, Демонстрации) | Университеты, Научно-исследовательские институты | | 12 | Производство керамики | Специальные керамики (Высокотемпературные, Функциональные), Керамические покрытия (Защитные, Декоративные), Керамические композиты (Упрочненные, Многофункциональные) | Керамические заводы, Производители огнеупоров | | 13 | Энергетика | Катализаторы для топливных элементов, Материалы для солнечной энергетики, Термостойкие покрытия для энергооборудования | Энергетические компании, Производители оборудования | | 14 | Медицинская техника | Биосовместимые покрытия (Для имплантатов, Для инструментов), Стерилизационные материалы, Диагностические реагенты | Медицинские компании, Производители оборудования | | 15 | Производство красок и лаков | Сиккативы и ускорители сушки, Модификаторы свойств (Антикоррозионные, Огнестойкие), Специальные пигменты (Металлические, Функциональные) | Лакокрасочные заводы, Химические компании | Источник: по данным открытых источников информации Таблица 1.3 Отраслевая структура потребления изопропилата алюминия в мире | Отрасль | Доля рынка | Годовой объем (тонн) | Тенденция | Источник: по данным открытых источников информации
|
