บทนำเกี่ยวกับไฮโดรเปอร์ออกไซด์ของคูมีน
ไฮโดรเปอร์ออกไซด์คูมีน (CHP) หรือที่รู้จักกันในชื่อคูมิล ไฮโดรเปอร์ออกไซด์ เป็นหนึ่งในไฮโดรเปอร์ออกไซด์อินทรีย์ที่มีความสำคัญทางอุตสาหกรรมมากที่สุด ด้วยหมายเลขทะเบียน CAS 80-15-9 และสูตรโมเลกุล C₉H₁₂O₂, CHP เป็นสารกลางสำคัญในกระบวนการผลิตฟีนอลและอะซีโตนระดับโลกผ่านกระบวนการ Hock ซึ่งคิดเป็นกว่า 95% ของกำลังการผลิตฟีนอลทั่วโลก
ข้อมูลสำคัญ: คูเมนไฮโดรเปอร์ออกไซด์ (CHP)
- หมายเลข CAS: 80-15-9
- สูตรโมเลกุล: C₉H₁₂O₂
- น้ำหนักโมเลกุล: 152.19 g/mol
- ลักษณะ: ของเหลวไม่มีสีถึงสีเหลืองอ่อน
- จุดเดือด: 153°C (สลายตัว)
- ความหนาแน่น: ~1.06 g/cm³ ที่ 20°C
- อุณหภูมิครึ่งชีวิต 10 ชั่วโมง: ~155°C
- ปริมาณออกซิเจนที่ใช้งานได้: ~10.5% (ตามทฤษฎี)
- การใช้งานหลัก: สารตั้งต้นในการผลิตฟีนอล/อะซีโตน (กระบวนการฮอก)
- ปริมาณการผลิตทั่วโลก: มากกว่า 12 ล้านเมตริกตัน/ปี (ในฐานะสารกลาง ไม่ใช่สารที่แยกออกมา)
คุณสมบัติทางกายภาพและเคมี
| คุณสมบัติ | ค่า |
|---|---|
| ลักษณะ | ของเหลวไม่มีสีถึงสีเหลืองอ่อน |
| กลิ่น | กลิ่นหอมเฉพาะตัว |
| ความหนาแน่นที่ 20°C | 1.06 g/cm³ |
| ดัชนีหักเห (nD²⁰) | 1.522-1.525 |
| จุดวาบไฟ | ~79°C (ถ้วยปิด) |
| ความดันไอที่ 20°C | <0.1 hPa |
| ความละลายในน้ำ | ละลายได้เล็กน้อย (~1.5 g/100 mL) |
| ความละลายในตัวทำละลายอินทรีย์ | ละลายได้ในแอลกอฮอล์, คีโตน, เอสเตอร์, และไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติก |
| SADT | ~80°C |
การผลิต: กระบวนการออกซิเดชันของคูเมน
CHP ผลิตในอุตสาหกรรมโดยการออกซิเดชันของคูมีน (ไอโซโพรพิลเบนซีน) ด้วยอากาศในเฟสของเหลว ปฏิกิริยานี้ดำเนินไปตามกลไกของโซ่เรดิคัลอิสระ:
C₆H₅CH(CH₃)₂ + O₂ → C₆H₅C(CH₃)₂OOH
การออกซิเดชันนี้มักดำเนินการที่อุณหภูมิ 90-120°C และแรงดัน 4-6 bar ในระบบปฏิกิริยาแบบคาสเคด เพิ่มโซเดียมคาร์บอเนตหรือโซเดียมไฮดรอกไซด์เพื่อรักษาสภาพเป็นด่างเล็กน้อย (pH 8-10) ซึ่งช่วยยับยั้งการสลายตัวของผลิตภัณฑ์ CHP ที่ถูกเร่งปฏิกิริยาด้วยกรด การแปลงคัมเอนถูกจำกัดไว้ที่ประมาณ 20-25% ต่อรอบ เพื่อลดการเกิดผลิตภัณฑ์ข้างเคียงให้น้อยที่สุด; คัมเอนที่ยังไม่เกิดปฏิกิริยาจะถูกแยกออกด้วยการกลั่นและนำกลับมาใช้ใหม่
การใช้งานหลัก
1. การผลิตฟีนอลและอะซีโตน (กระบวนการฮอก)
ส่วนใหญ่ของ CHP ที่ผลิตทั่วโลกถูกใช้ภายในโรงงานผลิตเฟโนล/อะซีโตนแบบบูรณาการเอง กระบวนการ Hock เกี่ยวข้องกับการสลาย CHP เป็นเฟโนลและอะซีโตนโดยใช้กรดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา:
C₆H₅C(CH₃)₂OOH → C₆H₅OH + (CH₃)₂CO
ปฏิกิริยานี้มักดำเนินการโดยใช้กรดซัลฟิวริกเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่อุณหภูมิ 50-90°C อัตราส่วนของฟีนอลต่ออะซีโตนอยู่ที่ประมาณ 1:0.62 ตามน้ำหนัก ฟีนอลเป็นวัตถุดิบหลักสำหรับบิสเฟนอล เอ (โพลีคาร์บอเนตและเรซินอีพ็อกซี), เรซินฟีนอลิก, แคโปรแลคแทม (ไนลอน 6) และแอลคิลฟีนอล อะซีโตนใช้หลักๆ เป็นตัวทำละลาย และเป็นวัตถุดิบสำหรับการผลิตเมทิลเมทาคริเลต (MMA) และบิสเฟนอล เอ
2. ตัวเริ่มต้นการโพลิเมอไรเซชัน
CHP ทำหน้าที่เป็นตัวเริ่มต้นปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูง สำหรับการโพลิเมอไรเซชันแบบฟรีเรดิคัลของสไตรีน อะคริเลต และโมโนเมอร์วินิลอื่น ๆ อุณหภูมิครึ่งชีวิต 10 ชั่วโมงที่สูง (~155°C) ทำให้มันเหมาะอย่างยิ่งสำหรับกระบวนการโพลิเมอไรเซชันแบบมวลและแบบสารละลายที่ทำงานที่อุณหภูมิสูง CHP ยังถูกใช้เป็นตัวเริ่มต้นในการผลิตเรซิน ABS (อะคริโลไนไตรล์-บิวทาไดอีน-สไตรีน) ผ่านกระบวนการโพลิเมอไรเซชันแบบมวล
3. การบ่มเรซินโพลีเอสเตอร์ไม่อิ่มตัว
เมื่อใช้ร่วมกับตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะ (โดยทั่วไปคือเกลือโคบอลต์หรือแมงกานีส) CHP สามารถเริ่มต้นกระบวนการบ่มของเรซินโพลีเอสเตอร์ไม่อิ่มตัวได้ที่อุณหภูมิห้องหรืออุณหภูมิที่สูงขึ้นเล็กน้อย ระบบการเริ่มต้นปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชันนี้ให้ความสมดุลระหว่างระยะเวลาการใช้งาน (pot life) และความเร็วในการบ่ม สำหรับการใช้งานต่าง ๆ เช่น สารเคลือบ สารยึดติด และชิ้นงานหล่อ
4. การสังเคราะห์ทางเคมี
CHP ถูกใช้เป็นตัวออกซิไดซ์ในกระบวนการแปลงสารอินทรีย์ต่าง ๆ รวมถึงการเอพอกซิเดชันของอัลเคน การออกซิเดชันของซัลไฟด์เป็นซัลฟอกไซด์ และการผลิตโพรพิลีนออกไซด์ในอุตสาหกรรมผ่านกระบวนการ Sumitomo PO-only (การเอพอกซิเดชันของโพรพิลีนด้วยคูเมนไฮโดรเปอร์ออกไซด์)
ความปลอดภัยและการจัดการ
CHP ถูกจัดประเภทเป็นเปอร์ออกไซด์อินทรีย์ประเภท E หรือประเภท F (UN 3109 หรือ 3110) ซึ่งบ่งชี้ถึงระดับความเสี่ยงที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับเปอร์ออกไซด์อินทรีย์อื่น ๆ หลายชนิด อย่างไรก็ตาม การปฏิบัติตามมาตรการความปลอดภัยอย่างถูกต้องเป็นสิ่งจำเป็น:
- ความเสถียรทางความร้อน: CHP มีความเสถียรทางความร้อนที่ค่อนข้างสูงสำหรับเพอร์ออกไซด์อินทรีย์ แต่การสลายตัวจะเร่งตัวขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิเกิน 100°C ควรหลีกเลี่ยงการร้อนเกินในบริเวณเฉพาะจุด
- ความไวต่อการปนเปื้อน: CHP มีความไวต่อการปนเปื้อนจากกรดแรง ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการสลายตัวแบบคายความร้อน อุปกรณ์ต้องได้รับการทำความสะอาดอย่างละเอียดและไม่มีสารตกค้างของกรด
- การเก็บรักษา: เก็บรักษาในอุณหภูมิไม่เกิน 30°C ในภาชนะเดิม ต้องมีระบบระบายอากาศที่เพียงพอและระบบกักเก็บสำรอง
- การดับเพลิง: ใช้การพ่นน้ำแบบสเปรย์หรือแบบหมอกเพื่อดับเพลิง ให้อพยพออกจากพื้นที่หากเกิดเพลิงไหม้ที่เกี่ยวข้องกับ CHP ในปริมาณมาก
- อุปกรณ์ป้องกันส่วนบุคคล (PPE): ถุงมือทนสารเคมี (ยางบิวทิลหรือ PVA), แว่นตานิรภัย, หน้ากากป้องกันใบหน้า และเสื้อผ้าทนไฟ
คำถามที่มักถูกถาม
Q: CHP แตกต่างจากเพอร์ออกไซด์อินทรีย์อื่น ๆ อย่างไรในด้านการจัดประเภทอันตราย?
A: คูเมนไฮโดรเปอร์ออกไซด์ถูกจัดประเภทเป็นเปอร์ออกไซด์อินทรีย์ประเภท E หรือประเภท F (ขึ้นอยู่กับความเข้มข้น/สูตร) ทำให้เป็นหนึ่งในเปอร์ออกไซด์อินทรีย์ที่มีความเสี่ยงต่ำที่สุดด้านความเสี่ยงจากไฟและระเบิด สิ่งนี้เกิดจากความเสถียรทางความร้อนที่ค่อนข้างสูง จุดเดือดสูง และความดันไอต่ำ อย่างไรก็ตาม CHP ยังสามารถเกิดการสลายตัวแบบคายความร้อนได้หากถูกปนเปื้อนด้วยกรดแรง หรือถูกให้ความร้อนเกิน SADT ของมัน
Q: ความสัมพันธ์ระหว่าง CHP กับตลาดฟีนอลระดับโลกเป็นอย่างไร?
A: โดยพื้นฐานแล้ว ฟีนอลที่ผลิตเชิงพาณิชย์ทั้งหมดถูกผลิตผ่านกระบวนการ Hock โดยใช้ CHP เป็นสารกลางหลัก โดยมีการใช้คูเมนประมาณ 1.35 เมตริกตันต่อเมตริกตันของฟีนอลที่ผลิตได้ ตลาดเฟโนลระดับโลกมีปริมาณเกิน 12 ล้านเมตริกตันในปี 2023 และเติบโตประมาณ 3-4% ต่อปี โดยได้รับแรงผลักดันจากความต้องการบิสเฟโนล เอ เรซินเฟโนลิก และพลาสติกโพลีคาร์บอเนต ดังนั้น ความต้องการ CHP จึงเชื่อมโยงโดยตรงกับสภาพความมั่นคงของอุตสาหกรรมเฟโนล/อะซีโตน
จุดสำคัญ
- คูเมนไฮโดรเปอร์ออกไซด์ (CHP, CAS 80-15-9) เป็นสารตัวกลางหลักในการผลิตฟีนอล/อะซีโตนระดับโลกผ่านกระบวนการฮอก (Hock process)
- ด้วยอุณหภูมิครึ่งชีวิต 10 ชั่วโมงที่ ~155°C CHP แสดงความเสถียรทางความร้อนที่ยอดเยี่ยมเมื่อเทียบกับเปอร์ออกไซด์อินทรีย์อื่น ๆ
- นอกจากการผลิตฟีนอลแล้ว CHP ยังทำหน้าที่เป็นตัวเริ่มต้นการโพลิเมอไรเซชันที่อุณหภูมิสูง ตัวเร่งการบ่ม UPR และตัวออกซิไดซ์ในการสังเคราะห์ทางเคมี
- CHP ถูกจัดประเภทเป็นเพอร์ออกไซด์อินทรีย์ที่มีความเสี่ยงต่ำ (ประเภท E/F) แต่การปฏิบัติในการจัดการและเก็บรักษาอย่างถูกต้องยังคงเป็นสิ่งจำเป็น
- ตลาด CHP ระดับโลกมีความเชื่อมโยงอย่างลึกซึ้งกับความต้องการเฟโนล ซึ่งยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่องตามการขยายตัวของการผลิตโพลีคาร์บอเนตและเรซินอีพ็อกซี
- Shandong Do Sender Chemicals จัดหาไฮโดรเปอร์ออกไซด์คูเมนคุณภาพสูงสำหรับใช้ในกระบวนการโพลิเมอไรเซชันและการสังเคราะห์ทางเคมี