Naftenian miedzi
| Nazwy | |
|---|---|
|
nazwy IUPAC
Sól miedzi Kwas naftenowy |
|
| Inne nazwy QNAP, Cunapsol, CuNap, Cuprinol
|
|
| Identyfikatory | |
|
Model 3D ( JSmol )
|
|
| ChemSpider | |
| Karta informacyjna ECHA | 100.014.234 |
| Numer WE |
|
|
Identyfikator klienta PubChem
|
|
| Numer RTECS |
|
| UNII | |
|
Pulpit nawigacyjny CompTox ( EPA )
|
|
|
|
|
|
| Nieruchomości | |
|
CuCnH2n - _ _ _ z04n : 10-24 ; _ _ z : 0, 1, 2 |
|
| Masa cząsteczkowa | ~346-782 |
| Wygląd |
Niebiesko-zielone bezpostaciowe ciało stałe lub lepka ciecz. Zawsze formułowany jako płynny roztwór lub emulsja. |
| Gęstość |
1,055 g/cm3 ( 1,02 g/cm3 jako 8% roztwór Cu w oleju napędowym nr 2) |
| Temperatura wrzenia | Nielotne: > 100 ° C (212 ° F; 373 K) |
| Zasadniczo nierozpuszczalny; 46 mg/l | |
| Zagrożenia | |
| Punkt zapłonu |
> 37,8 ° C (100,0 ° F; 310,9 K) jako roztwór w spirytusie mineralnym |
|
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w stanie normalnym (przy 25°C [77°F], 100 kPa).
|
|
Naftenian miedzi to sól miedziowa kwasu naftenowego . Kwas naftenowy jest terminem powszechnie używanym w przemyśle naftowym w odniesieniu do wszystkich kwasów karboksylowych naturalnie występujących w ropie naftowej. Kwasy naftenowe są głównie cykloalifatycznymi kwasami karboksylowymi zawierającymi od 10 do 24 lub więcej atomów węgla, chociaż obecne są również znaczne ilości niecyklicznych, aromatycznych i zawierających heteroatomy kwasów karboksylowych. Naftenian miedzi jest najczęściej stosowany do konserwacji drewna i do ochrony innych materiałów celulozowych, takich jak tekstylia i wyroby powroźnicze, przed uszkodzeniem przez grzyby rozkładające i owady. Inne nafteniany metali są stosowane jako suszarki do farb, promotory przyczepności gumy, dodatki do smarów i katalizatory tam, gdzie wymagana jest rozpuszczalność w oleju.
Kompozycja
Kwas naftenowy to złożona grupa kwasów karboksylowych o wzorze ogólnym CnH2n - zO2, gdzie n oznacza liczbę atomów węgla, az oznacza niedobór wodoru wynikający z tworzenia się pierścieni . Kwasy naftenowe występują naturalnie w ropie naftowej w różnych stężeniach, a ich skład zmienia się w zależności od składu ropy naftowej i warunków rafinacji. Oleje surowe o całkowitej liczbie kwasowej (TAN) zaledwie 0,5 mg KOH/g kwasu lub frakcje ropy naftowej większe niż około 1,0 mg KOH/g oleju zwykle kwalifikują się jako surowiec lub olej o wysokiej kwasowości. Na poziomie 1,0 mg/g TAN kwaśne rope naftowe zaczynają być mocno przecenione i dlatego są określane jako rope okazjonalne. Handlowe gatunki kwasu naftenowego są najczęściej odzyskiwane z frakcji nafty/paliwa do silników odrzutowych i oleju napędowego, gdzie ich korozyjność i negatywny wpływ na właściwości palne wymagają ich usunięcia. Kwasy naftenowe są również głównym zanieczyszczeniem wody powstającej podczas wydobycia ropy z piasków roponośnych Athabasca .
Nafteniany metali
Sole metali kwasów naftenowych, zwane naftenianami, są szeroko stosowane jako hydrofobowe źródła jonów metali w różnych zastosowaniach. Mają wzór M(naftenian) 2 lub M 3 O(naftenian) 6 dla tlenków zasadowych. Nafteniany metali nie są dobrze zdefiniowane w konwencjonalnym sensie chemicznym, ponieważ są raczej złożoną mieszaniną niż konkretnym pojedynczym składnikiem, strukturą lub wzorem. Naftenian miedzi ma ogólny wzór Cu (RCOO) n , gdzie n wynosi zazwyczaj 2. Struktura proponowana dla dimerów miedzi z mostkami karboksylanowymi jest pokazana na rysunku 1, gdzie R oznacza alkil, cykloalkil i aryl składników ugrupowania naftenianu podobnego do RCOOH dla kwasów karboksylowych.
Złożona mieszanina i hydrofobowy charakter kwasu naftenowego sprawiają, że nafteniany metali są dobrze rozpuszczalne w mediach organicznych, takich jak węglowodory ropopochodne, często znacznie lepiej niż karboksylany pojedynczych izomerów, takie jak octany metali i stearyniany. Ich zastosowania przemysłowe wykorzystują tę właściwość, gdzie są stosowane jako detergenty na bazie oleju , smary , inhibitory korozji, dodatki do paliw i olejów smarowych, środki do konserwacji drewna , insektycydy , fungicydy , akarycydy , środki zwilżające , środki suszące olej (osuszacze) stosowane w farby olejne i obróbka powierzchni drewnianych, w tym lakierowanie . Przemysłowo użyteczne nafteniany metali obejmują nafteniany glinu, baru, wapnia, kobaltu, miedzi, żelaza, ołowiu, magnezu, manganu, niklu, potasu, wanadu, cynku i cyrkonu.
Przygotowanie i właściwości
Naftenian miedzi można zsyntetyzować dowolną z trzech metod, ale dominującym procesem komercyjnym jest fuzja kwasu naftenowego ze związkami miedzi (II), takimi jak zasadowy węglan miedzi, hydrat miedzi lub wodorotlenek miedzi. Te dwa ostatnie reagenty wytwarzają tylko wodę jako produkt uboczny, podczas gdy te pierwsze wytwarzają wodę i dwutlenek węgla. Rzadziej stosowany proces obejmuje reakcję podwójnego rozkładu, w której wodne nieorganiczne sole miedzi, takie jak siarczan miedzi, poddaje się reakcji ze stechiometrycznymi ilościami soli metali alkalicznych kwasu naftenowego, takich jak naftenian sodu lub potasu w roztworach wodnych. Ta reakcja generuje wodną solankę, taką jak siarczan sodu, jako produkt uboczny reakcji. Bezpośrednia reakcja metalu miedzi z kwasem naftenowym była stosowana komercyjnie, ale wymaga surowych warunków reakcji i generuje nadmierne zanieczyszczenia. Rzadziej praktykowane metody syntezy obejmują reakcję octanu miedzi z kwasem naftenowym, w wyniku której jako produkt uboczny powstaje kwas octowy, oraz elektrochemiczną z użyciem elektrod miedzianych.
Czysty naftenian miedzi to ciemnozielone, bezpostaciowe, przypominające szkło ciało stałe, pasta lub lepka ciecz, dobrze rozpuszczalne w różnych rozpuszczalnikach organicznych, w tym spirytusie mineralnym, oleju napędowym i innych olejach opałowych oraz mieszaninach kreozotu i ropy naftowej. Naftenian miedzi wolny od jakiegokolwiek rozpuszczalnika ma zawartość miedzi w zakresie od 10-13% wagowych, w zależności od liczby kwasowej/masy cząsteczkowej użytego kwasu naftenowego. Właściwości roztworów do obróbki naftenianu miedzi zależą od rodzaju oleju użytego jako nośnik. Naftenian miedzi sprzedawany do obróbki ciśnieniowej drewna jest zwykle dostarczany jako 8% koncentrat miedzi (w postaci metalu) do rozcieńczania do 0,5-1,5% roztworów miedzi (w postaci metalu). Naftenian miedzi sprzedawany w sprzedaży detalicznej do użytku konsumenckiego to zazwyczaj 1% lub 2% gotowy do użycia roztwór miedzi w spirytusie mineralnym lub innych podobnych rozpuszczalnikach. Wodne preparaty naftenianu miedzi są również dostępne w postaci 5% koncentratu miedzi (w postaci metalu) i stosowane po dalszym rozcieńczeniu wodą.
Środek do konserwacji drewna i inne zastosowania
Naftenian miedzi jest aktywnym składnikiem stosowanym głównie w przemysłowej i komercyjnej konserwacji drewna do obróbki bezciśnieniowej (zanurzenie/pędzel/natrysk) i ciśnieniowej (próżnia/pełna komora) w celu ochrony przed gniciem grzybów, próchnicą, termitami i owadami drążącymi drewno w niedokończonych drewno i różne wyroby z drewna. Ten środek konserwujący jest również używany do zabiegów naprawczych na eksploatowanych słupach, w tym na powierzchniach wewnętrznych / zewnętrznych na poziomie gruntu lub poniżej poziomu gruntu, za pomocą pędzla / kielni, wtrysku mechanicznego lub bandaża. Drewno impregnowane naftenianem miedzi jest przeznaczone do zastosowań zewnętrznych nad ziemią, w kontakcie z ziemią, pod ziemią iw kontakcie ze świeżą wodą. Naftenian miedzi jest również stosowany jako środek ochronny do konserwacji powierzchni drewna, gdy jest nakładany na surowe, sezonowane drewno. Do tego zastosowania jest łatwo dostępny dla ogółu społeczeństwa i sprzedawany konsumentom bez recepty jako powłoki do ochrony drewna i środki hydrofobowe.
Naftenian miedzi jest produkowany komercyjnie i wykorzystywany w przemyśle jako środek do konserwacji drewna od czasu jego pierwszego zastosowania w Europie w 1889 r. Zwykle jest formułowany w rozpuszczalnikach węglowodorowych, takich jak olej napędowy, cięższe oleje opałowe lub benzyna lakowa, chociaż preparaty na bazie wody są również stosowane do konserwacji drewna wymiarowego oraz w zastosowaniach bezciśnieniowych, takich jak drewniane pokrycia dachowe i gonty. Naftenian miedzi w oleju jest środkiem do konserwacji drewna o dużej wytrzymałości, stosowanym do słupów użytkowych, poprzeczek kolejowych i belek mostowych, konstrukcji autostrad, takich jak słupki i poręcze, słupki ogrodzeniowe i pale.
Oprócz szerokiej skuteczności przeciwko grzybom rozkładającym i niszczącym drewno, jego niska toksyczność dla ssaków jest kluczowym powodem, dla którego naftenian miedzi zyskał akceptację rynkową jako sprawdzony skuteczny środek do konserwacji drewna, który jest określany i szeroko stosowany ze względów środowiskowych przez zakłady użyteczności publicznej i koleje jako środek konserwujący mniej toksyczna alternatywa dla kreozotu, pentachlorofenolu i arsenu w żerdziach, krzyżakach i belkach mostowych. W przeciwieństwie do środków konserwujących zawierających kreozot, pentachlorofenol i arsen, naftenian miedzi został sklasyfikowany przez amerykańską Agencję Ochrony Środowiska jako pestycyd „ogólnego użytku” (nie „ograniczony”) ze względu na stosunkowo łagodny profil toksyczności, tj. ograniczone wyłącznie do lub pod bezpośrednim nadzorem przeszkolonych i certyfikowanych aplikatorów. Jako taki, naftenian miedzi jest dostępny bez recepty w postaci gotowych do użycia preparatów do użytku konsumenckiego/mieszkaniowego. Jest również stosowany w zastosowaniach bezciśnieniowych do konserwacji tekstyliów i powrozów oraz jest szeroko stosowany do naprawy słupów użytkowych w eksploatacji oraz do obróbki końcówek, otworów i innych uszkodzeń powierzchni impregnowanego drewna. Naftenian miedzi, zarówno w preparatach na bazie oleju, jak i na bazie wody, został przyjęty przez American Wood Protection Association jako standaryzowany przez AWPA środek do konserwacji drewna.
Komercyjne zastosowanie towarów o dużej wytrzymałości, takich jak tyczki, wiązania i drewno, odbywa się głównie poprzez obróbkę ciśnieniową. Stosowano również metody bezciśnieniowe, takie jak zanurzanie termiczne (bezciśnieniowe) słupów elektroenergetycznych od kolby ponad linię gruntu, szczególnie w przypadku gatunków naturalnie trwałych, takich jak cedr czerwony zachodni. Konsumenckie metody aplikacji obejmują zanurzenie, pędzel lub natrysk; szczegółowe wskazówki dotyczące stosowania znajdują się na etykiecie pestycydu na pojemniku. Kolor drewna poddanego obróbce CuN może wahać się od jasnobrązowo-zielonego do ciemnobrązowego w zależności od rodzaju oleju i procesu obróbki. Ekspozycja na światło słoneczne nadaje drewnu średnio brązowy kolor z czasem.
Naftenian miedzi jest również stosowany jako przeciwdrobnoustrojowy składnik aktywny i środek osuszający w zatwierdzonych przez FDA lekach na pleśniawki kopyt u koni. Jako składnik obojętny naftenian miedzi jest stosowany głównie w preparatach owadobójczych i nicieniobójczych do stosowania na glebę i / lub rosnące rośliny (przed utworzeniem części jadalnych). Nafteniany metali są stosowane jako dodatki suszące w farbach alkidowych. Zwiększają szybkość wysychania naniesionej farby na powierzchnię.
Stan prawny i aspekty środowiskowe
Właściwości przeciwdrobnoustrojowe związków miedzi od dawna są wykorzystywane jako pestycydy ze względu na ich szerokie działanie przeciwko różnym grzybom rozkładającym się i owadom niszczącym drewno, w tym termitom. Naftenian miedzi, stosowany jako środek konserwujący do drewna i innych materiałów celulozowych, takich jak tkaniny bawełniane i powrozy, jest z definicji pestycydem i dlatego musi być zarejestrowany przez amerykańską Agencję Ochrony Środowiska (EPA). Naftenian miedzi jest zarejestrowany w EPA od 29 października 1951 r. Kod PC EPA dla naftenianu miedzi to 23102, a zarejestrowane pestycydy można wyszukiwać pod tym kodem PC na stronie http://ppis.ceris.purdue.edu/ . Naftenian miedzi jest klasyfikowany przez EPA jako pestycyd ogólnego zastosowania (tj. nieograniczony) ze względu na jego względnie łagodny profil toksyczności. Naftenian miedzi to jedyny nieograniczony środek konserwujący do drewna, który jest szeroko stosowany w towarach „ciężkich”, takich jak słupy, poprzeczki kolejowe i belki, pale i słupki ogrodzeniowe. Klasyfikacja ogólnego zastosowania pozwala również na sprzedaż naftenianu miedzi bez recepty do zastosowań konsumenckich, takich jak impregnowane drewno do ogrodzeń i desek, oraz do nakładania pędzlem na końcówki i inne obszary, w których odsłonięte drewno może być narażone na atak owadów lub rozkład. Produkty sformułowane lub przepakowane z tych związków muszą być oznaczone jako „Tylko do użytku zewnętrznego”. Zabezpieczone materiały drewniane zakonserwowane środkami konserwującymi w postaci soli naftenianu miedzi są przeznaczone wyłącznie do zastosowań zewnętrznych; instalacja i użytkowanie w pomieszczeniach są niedozwolone.
Naftenian miedzi, podobnie jak wszystkie karboksylany metali, łatwo dysocjuje na wolny metal i wolny kwas w odwracalnym procesie, w którym część obecnej zdysocjowanej soli zależy od pH i pKa (stała dysocjacji). Stopień dysocjacji wpływa na zachowanie się substancji w środowisku, ponieważ wolny kwas (kwas naftenowy) i odpowiadający mu wolny metal (miedź) mają inne właściwości rozpuszczalności, adsorpcji i toksyczności niż niezdysocjowana sól. Sole karboksylanowe występują jako częściowo zdysocjowane produkty w środowisku otoczenia przy pH zbliżonym do obojętnego; w środowisku o niskim pH, takim jak przewód pokarmowy (np. pH 1,2), nastąpi całkowita dysocjacja karboksylanów metali. Kwas naftenowy jest biodegradowalny; rodzime bakterie obecne w odpadach z piasków roponośnych mogą wykorzystywać kwas naftenowy jako jedyne źródło węgla, przekształcając około 50% węgla w dwutlenek węgla.
Naftenian miedzi nie jest wymieniony jako niebezpieczna substancja zanieczyszczająca powietrze ani toksyna reprodukcyjna, nie zawiera wymienionych czynników rakotwórczych i wykazuje niską toksyczność dla ssaków drogą narażenia drogą pokarmową, skórną i inhalacyjną. Podobnie jak w przypadku wszystkich innych środków konserwujących, drewno impregnowane naftenianem miedzi nie jest uważane za odpad niebezpieczny. W przeciwieństwie do innych ciężkich środków do konserwacji drewna, których stosowanie jest ograniczone, ani naftenian miedzi, ani odpady z operacji obróbki drewna naftenianem miedzi nie są wymienione jako odpady niebezpieczne.