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第一部分 第三课
简介
精细化学品简介
直到二十世纪七十年代早期,生产原料,中间产品和销售产品的能力被认为 是化学工业的核心竞争力.在写这篇文章时,情况发生了根本转变,尤其是那些 专注于高附加值专用化学品的公司认为:高效的研究与开发,充满活力的市场以 及对人力,技术资源及资金资源的合理利用,是比生产更为重要的成功因素.这 种政策上的改变在由生命科学工业组成的农用化学品和医药工业中更为明显. 在 生产活动中,生产被重新分成不同分支.在某些情况下,大的生命科学公司已经 减少他们在化工生产上投资.除了政策上的改变,对高端精细化学品的需求呼唤 精细化工作为单独的实体出现.精细化学品制造商们开始重新整合,以生产为导 向, 为大的化工企业提供服务.精细化学品有它自身的研究,发展,生产,销售 和财务特点. 在化工交易中,产品可被称为大宗化学品,精细化学品和专用化学品.大宗 化学品有石油化学品,基础化学品,有机化学品,单体,纤维和塑料.高级的中 间产品,建构模块,医药,杀虫剂,活性组分,维生素,香精和香料都是精细化 学品.胶黏剂,消毒剂,电子化学品,食品添加剂,矿用化学品,杀虫剂,医药, 光学化学品, 专用聚合物, 水处理剂都是专用化学品. 专用化学品和附加值最高. 这一点对大宗化学品和精细化学品来说是共同的, 即这两类都是根据它们的 产品规格指标即它们的内在属性进行分类的,这些物质是在化工范围内出售的, 顾客比供应商更知道如何使用它们.专用化学品根据它们的功能而确定.消费者 是公众,供应商必须提供技术支持.一种物质可能既是精细化学品又是专用化学 品.例如.只要 2-氯-5-(1-羟基 3-氧-1-异二氢氮杂茚基)苯磺胺根据规格出售, 那么它就是精细化学品.但是一旦它被压成片并标注为利尿的氯噻酮,那么它就 是专用化学品.大宗化学品与精细化学品的界定并不是固定不变的. 大宗化学品与精细化学品的体积界限为 1000 吨/年和 10000 吨/年, 单价界限 为$
  2.5/kg 和$10/kg, 设定更精确的界限是不现实的, 尽管大量众所周知的中间产 品在这个界限内,例如,N-乙酰乙酰基苯胺,氯甲酸酯,三聚氯氰,对苯二酚, 丙二酸,吡啶,甲基吡啶和山梨酸.氨基酸和维生系是两类典型的精细化学品, 也是两种产量最大的产品,L-赖氨酸,抗坏血酸,烟酸出售的数量都超过 10000
吨/年,单价也超过$10/kg. 产品 如果精细化学品根据应用来分类,用量最大的是农用化学品中的精细化学 品,其次是医用精细化学品.在农用化学品中,由三聚氯氰生产的三嗪除草剂, 每年的产量超过 100000 吨. 2, 由 6-二乙基苯胺和氯乙酰基氯生产的氯乙酰苯胺, 由 L-2-氯丙酸生产的苯氧除草剂产量在 50000 吨/年和 100000 吨/年之间. 由光气 生产的三氨基甲酸酯和尿素类除草剂和二硫代氨基甲酸酯杀菌剂一样, 都是大批 量的产品.但是,杀菌剂的主要成分是大宗化学品.对于由三氯氧磷生产的有机 磷酸盐杀虫剂也是如此.所有这些农用化学品的产量不增长或负增长,是因为它 们逐渐被活性更高的,用量更少的对农作物有保护作用的化学品所取代.众所周 知的例子是磺酰脲类,其中含有 2-氨基 4,6-取代嘧啶基咪唑啉,这是抗生素吡 啶-2,3-二羧酸的重要中间产品. 在药品中, 产量最大的是维生素止痛药和 β-内酰胺抗生素, 世界年产量约为 50000 吨,抗坏血酸(维生素 C)年产量为 50000 吨,烟酸(维生素 PP)年产量 为 25000 吨, β-内酰胺抗生素的原料, 例如 6-氨基青霉烷酸和 7-氨基头孢烷酸 和 支链的 D-苯甘氨酸 和 D-p-甘氨酸的产量很大,这些原料作为首批半合成青霉素不断发展,每年的 产量为近万吨.2-氨基噻唑肟基 醋酸纤维素,用来作为第三代的头孢菌素,每年 的产量为几百吨,这个五元杂环化合物是由叠氮化钠如 5-巯基-1-甲基四氮唑和 2-巯基-5-甲基-1,3,4-噻二唑的衍生物. 讲到分子结构类型,杂环化合物是精细化学品中最重要的一类,尤其是含有 N 原子的杂环精细化学品,如维生素 B2,维生素 B6,维生素 H,维生素 PP 和叶 酸.这些和其它的天然物质在现代医药和杀虫剂中起着重要作用.甚至是现代颜 料,工程塑料中都有 N-杂环结构. 从应用的角度来看,不管是从产品的数量还是销售量来看,药用精细化学品 占精细化学品的大部分.销售的精细化学品中有 40%-50%是医用精细化学品, 20%-25%是农用精细化学品,剩余的是其它类型的精细化学品. 没有多少精细化学品每年的产值超过$10,000,0
  00.少于 12 种精细化学品的 年产量超过 10000 吨,年销售收入超过$100,000,0
  00.除了医用化学品和杀虫剂 外,这些精细化学品包括氨基酸作为食品添加剂的 L-赖氨酸,D,L-蛋氨酸,维
生素抗坏血酸和烟碱. 精细化工将来的发展取决于对精细化学品的需求. 精细化工贸易的增长依赖 于由高价值的有机中间体合成的新的医药,农用化学品,工程塑料和其它专用化 学品的引入.
第二部分 第四课
精细化学品概述 表面活性剂 表面活性剂
"surfactant"这个词是由"surface active agent"合成的,表面活性剂 通常是两性的有机化合物,意思是它们既包含疏水集团(其"尾部"),又包含亲 水集团(其"头部"),因而,它们既可溶于有机溶剂,又可溶于水中. 表面活性剂通过在气液界面上的吸附作用来降低水的表面张力, 它们也通过 在液液界面上的吸附降低油水界面上的张力, 许多表面活性剂在液相主体排列成 为凝聚体,这样一些凝聚体称为胶束,表面活性剂开始形成胶束时的浓度称为临 界胶束浓度或 CMC,当在水中形成胶束时,胶束的尾形成一个能包住油滴的核, 它们的头形成一个球形外壳,有利于对水的接触.当表面活性剂在水中时,凝聚 体称之为反胶束,在反胶束中,头部是在核中,尾部保持与油的接触. 表面活性剂通常分为基本的四类:阴离子型,阳离子型,非离子型和两性表 面活性剂. 无论是理论上还是实际上,表面活性剂体系的热力学性质都是非常重要的, 这是因为表面活性剂体系代表了物质介于有序和无序之间的状态, 表面活性剂溶 液包含了有序相(胶束)和无序相(自由的表面活性剂分子和(或)溶液中的离子). 例如, 普通的餐具洗涤剂能够促进水渗透于土壤中, 但其效果只持续数天(尽 管很多标准的日用洗衣粉包含一定水平的钠和硼,其对植物构成危害,因而不可 用于土壤中),商用土壤湿润剂将会继续使用相当长的一段时间,但他们终将会 被土壤中的微生物降解.然而,一些土壤湿润剂会干扰水中生物的生命循环,因 而,必须十分小心,以防这些产品进入河流中,不得将过量的土壤湿润剂经排水 沟冲掉. 表面活性剂在很多实际应用和产品中发挥了重要作用,包含:洗涤剂,纤维
柔软剂,乳化剂,涂料,黏合剂,墨水,防雾剂,土壤改良剂,湿润,发泡,消 泡,除草剂,杀虫剂,生物杀灭剂与头发调理剂.
第五课
不同类型的表面活性剂
不同类型的表面活性剂范围很广,每种类型都具有独特的性质和特点:作用 其上使用效果最佳的污物和纤维种类,他们是如何处理硬质水的.洗涤剂采用不 同种类的表面活性剂的复合来获取最佳的洗涤效果. 在洗涤和清洗产品中使用的 表面活性剂主要有四类:阴离子型,阳离子型,非离子型和两性表面活性剂,这 取决于其携带的电荷类型. 阴离子型表面活性剂: 溶液中,表面活性剂的"头"部是携带负电荷的.由于其良好的洗涤性能, 这种类型的表面活性剂广泛用于清洗, 餐具洗涤和洗发剂, 它在使污物脱离纤维, 脱除纤维上残留的织物柔软剂效果也特别好. 阴离子表面活性剂在清洗油污及油/粘土污物特别有限,而且,在水中他们 能与带正电荷的例子发生反应(钙和镁离子),这能够导致部分失活.水中的钙镁 离子越多,阴离子表面活性剂体系活性丧失越大,为避免此类现象,阴离子表面 活性剂需要其他组分的帮助,因而硬水中需要加入更多洗涤剂. 应用最广泛的阴离子表面活性剂是烷基硫酸盐,烷基乙氧基硫酸盐和肥皂. 阳离子表面活性剂 在溶液中,阳离子表面活性剂头部携带正电荷,有三种不同种类的阳离子, 每种都有独特的应用. 在纤维柔软剂和表面活性剂中,表面活性剂提供了柔软性.在洗涤产品中其 主要功能是清洗和柔软,如酯基季铵盐,一种用于清洗和柔软纤维应用最广泛的 表面活性剂. 阳离子表面活性剂的一个例子是酯基季铵盐. 酯基季铵盐(图) 在衣物洗涤剂中,阳离子表面活性剂(正电荷)改善了正电荷在污物/水界面 上的排列,这有助于以一种非常有效的方式减小污物/水的界面张力,从而形成 更有效的脱除污物体系.它们对脱除油污更有效.
这一类中使用的阳离子表面活性剂的例子是单烷基季铵盐. 单烷基季铵盐体系(图) 在家用和浴室用洗涤剂中,阳离子表面活性剂有助于消毒功能. 非离子表面活性剂 这些表面活性剂不含电荷,这使得它们能阻止硬水中的失活.它们是很好的 去油污剂因而用于衣物洗涤,家庭日用品洗涤剂和洗手液. 大部分衣物洗涤剂既含有非离子又含有阴离子表面活性剂, 因为可相互补充 洗涤功能.非离子表面活性剂有助于减少表面活性剂体系对硬水的敏感性. 应用最广泛的非离子表面活性剂是脂肪醇醚. 非离子表面活性剂(图) 两性表面活性剂 这些表面活性剂非常温和,使得他们特别适合于个人护理和家用洗涤产品. 它们可以为阴离子(负电荷),阳离子(正电荷)或非离子(不带电荷),这取决于水 的酸度或 pH 值. 他们可以与其他所有类型的表面活性剂共存,且在高浓度电解质,酸,碱存 在的情况下可溶,有效. 这些表面活性剂可携带两类不同符号的电荷基团,正电荷几乎总是铵根离 子,负电荷来源多种(羧酸盐,硫酸盐,磺酸盐).这些表面活性剂具有优良的皮 肤病学性质.他们通常用于洗发香波和化妆品中,并且因其良好的起泡性也用于 洗手液中. 两性表面活性剂的一个例子是烷基甜菜碱. 烷基甜菜碱(图)
第六课
黏合剂
黏合剂是一种将两种物体黏附或结合在一起的化合物, 黏合剂可来源于天然 或合成,现代的一些黏合剂相当强力,在现代建筑和工业上变得越来越重要. 最早的粘合剂是天然树胶和其他植物树脂,考古学家们发现 6000 年前的陶 器破损后采用植物胶修补过.大部分早期的粘合剂是动物胶,通过熬煮动物产品
如美洲牛蹄制得. 美国的土著人在现在的美国东部使用云杉胶和脂肪的混合物作 为粘合剂,并且在桦皮舟上用其填缝以防水.在 Babylonia 时代,使用焦油沥青 来粘结雕塑,埃及是最重要的使用黏合剂的国家之一,埃及人使用动物胶来黏附 坟墓,家具,象牙和纸.蒙古人使用黏合剂制作短弓,在欧洲的中世纪,蛋白粉 用来装饰带有金叶的羊皮纸,在 1700 年,第一个生产皮胶的胶水厂建于荷兰, , 后来,在 1750 年,英国人引入了鱼胶,随着现代化的进行,使用橡胶,骨头, 淀粉,鱼和干酪素的专利得以公布,现代黏合剂已改进了弹性,强度,固化速度 和耐热,耐化学性能. 可以将黏合剂分类如下:天然黏合剂,合成黏合剂,挥发性黏合剂,压合式 黏合剂,热熔胶(热塑性黏合剂),化学反应性黏合剂,紫外光固化黏合剂,热敏 黏合剂. 黏合剂与底物之间的粘合或连接强度取决于许多因素,包含粘结方式.黏合 可以通过粘合剂作用于底物的小孔产生的机械作用而发生, 或者通过几种化学方 式中的一种而发生. 某些情况下黏合剂与底物间可以产生化学键,另一些情况下,静电引力将物 质结合在一起,第三种方式包含发生于物质分子之间的范德华力,第四种方式包 含黏合剂借助于湿分扩散到底物内部,随后便是硬化.
第七课
增塑剂
向塑料或弹性体中加入增塑剂可以使其更有弹性,改进加工性,或使其能发 泡.增塑剂通常是低分子量的液体,少数情况下为低分子量或高分子量的固体. 弹性体主要由矿物油来增塑,如典型的橡胶轮胎含 40%的矿物油.邻苯二甲酸酯 是弹性体的主要增塑剂,其中邻苯二甲酸二异辛酯(DOP)应用最多.聚合体增塑 剂只在相对少量的情况下使用,主要为聚酯和聚醚,高分子量的聚酯用于聚合体 混合物,低分子量的聚酯用作增塑剂,由于后者由缩聚反应产生,它们
 

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