Кислородсодержащие растворители представляют собой важный класс органических соединений, содержащих атом кислорода в виде гидроксильной, карбонильной, эфирной или карбоксильной групп. Они характеризуются высокой полярностью, способностью образовывать водородные связи и хорошей растворяющей способностью по отношению к широкому спектру полярных и неполярных веществ. Основными представителями являются спирты, кетоны, альдегиды, простые и сложные эфиры, а также гликоли и их производные.
В промышленной петрохимии кислородсодержащие растворители получают преимущественно из нефтехимического сырья — углеводородов парафинового и олефинового ряда, подвергаемых окислению, гидратации или другим процессам функционализации.
Метанол (CH₃OH) — важнейший представитель спиртовых растворителей, используемый в качестве исходного сырья для синтеза формальдегида, метилацетата и других производных. В нефтехимии метанол получают из синтез-газа (смеси CO и H₂), получаемого при паровой конверсии метана: [ CO + 2H_2 CH_3OH] Метанол обладает высокой полярностью, смешивается с водой и большинством органических соединений, используется в процессах экстракции, как компонент антифризов и растворитель для красок и лаков.
Этанол (C₂H₅OH) промышленно получают гидратацией этилена: [ C_2H_4 + H_2O C_2H_5OH] Этанол применяется как универсальный растворитель для смол, эфирных масел, красителей, а также как компонент топливных смесей. Он характеризуется умеренной летучестью и низкой токсичностью.
Изопропанол (C₃H₇OH) получают гидратацией пропилена. Этот растворитель широко используется в лакокрасочной промышленности, фармацевтике и в производстве бытовой химии. Благодаря оптимальному сочетанию полярности и летучести изопропанол часто применяют для обезжиривания поверхностей и очистки электроники.
Ацетон (CH₃COCH₃) — один из наиболее востребованных кетоновых растворителей. Промышленное получение осуществляется дегидрированием изопропанола: [ (CH_3)_2CHOH (CH_3)_2CO + H_2] Ацетон характеризуется высокой растворяющей способностью по отношению к полимерам, жировым и смолистым веществам. Он применяется в производстве пластмасс, нитроцеллюлозных лаков, клеев и синтетических волокон.
Метилэтилкетон (бутанон) образуется при окислении бутана или дегидрировании 2-бутанола. Обладает более высокой температурой кипения и меньшей скоростью испарения по сравнению с ацетоном, что делает его удобным растворителем в производстве полиуретановых и нитроцеллюлозных композиций.
Альдегиды, такие как формальдегид (HCHO) и ацетальдегид (CH₃CHO), выступают не только как растворители, но и как важные промежуточные продукты в химии полимеров и смол. Формальдегид получают каталитическим окислением метанола, а ацетальдегид — окислением этанола или гидратацией ацетилена. Эти соединения используются при производстве фенолформальдегидных и мочевиноформальдегидных смол, а также в качестве реагентов при синтезе сложных эфиров и ацеталей.
Диэтиловый эфир (C₂H₅OC₂H₅) получают дегидратацией этанола в присутствии серной кислоты. Он отличается высокой летучестью и используется как растворитель для жиров, восков и алкалоидов, а также как экстрагент.
Метилтретбутиловый эфир (МТБЭ) и этилтретбутиловый эфир (ЭТБЭ) представляют собой продукты реакции изобутилена с метанолом или этанолом. Эти вещества находят применение не только в качестве растворителей, но и как высокооктановые добавки к бензину.
Сложные эфиры (например, бутилацетат, этилформиат, метилацетат) характеризуются приятным запахом и хорошими растворяющими свойствами для смол, красителей и нитроцеллюлоз. Они применяются в лакокрасочной и полиграфической промышленности.
Этиленгликоль (HOCH₂CH₂OH) и пропиленгликоль (HOCH₂CHOHCH₃) образуются при гидратации соответствующих окислов — этиленоксида и пропиленоксида. Они обладают низкой летучестью, высокой вязкостью и способностью растворять как полярные, так и неполярные соединения. Этиленгликоль является основным компонентом антифризов и тормозных жидкостей, а также используется как растворитель в производстве полиэфирных волокон.
Гликолевые эфиры (например, этилцеллозольв, бутилкарбитол) получают реакцией гликолей с соответствующими спиртами или галогенпроизводными. Эти соединения совмещают свойства спиртов и эфиров, применяются в красках, очистителях и как пластификаторы.
Кислородсодержащие растворители обладают высокой диэлектрической проницаемостью, что обеспечивает их эффективность при растворении полярных веществ и ионных соединений. Температуры кипения варьируются в широких пределах — от 56 °C для ацетона до 197 °C для этиленгликоля. Большинство из них легко смешиваются с водой, образуют азеотропные смеси и проявляют хорошие экстракционные свойства.
В производственной практике кислородсодержащие растворители применяются в следующих направлениях:
Многие кислородсодержащие растворители характеризуются меньшей токсичностью и более высокой биоразлагаемостью по сравнению с ароматическими и хлорированными растворителями. Однако метанол и ацетон требуют строгого соблюдения норм безопасности из-за их летучести и способности образовывать взрывоопасные пары. Современные технологические подходы направлены на снижение эмиссии летучих органических соединений (ЛОС) и использование водных растворов спиртов и гликолей как более экологичных альтернатив.
В рамках устойчивой петрохимии развивается производство кислородсодержащих растворителей из возобновляемого сырья, в частности биоэтанола, биобутанола и биогликолей, что способствует уменьшению углеродного следа и повышению экологической эффективности отрасли.