Кіріспе
1=Химиялық топ (–N=C=O)
Органикалық химияда изоцианат – формуласы R–N=C=O болатын функционалдық топ. Изоцианат тобын қамтитын органикалық қосылыстар изоцианаттар деп аталады. Екі изоцианат тобы бар органикалық қосылыс диизоцианат деп аталады. Диизоцианаттар полиуретандар өндірісі үшін жасалады, полиуретандар – полимерлер класы. Изоцианаттарды цианат эфирлерімен және изоцианидтермен шатастыруға болмайды, себебі бұл өте әртүрлі қосылыстар отбасылары. Цианат (цианат эфирі) функционалдық тобы (R–O–C≡N) изоцианат тобынан (R–N=C=O) құрылымымен өзгеше. Изоцианидтер цианат топтарындағы оттегінсіз, R–N≡C байланысына ие.
Құрылымы мен жабысуы
Байланыс тұрғысынан алғанда, изоцианаттар көмірқышқыл газымен (CO2) және карбодимидтермен (C(NR)2) тығыз байланысты. Изоцианаттарды сипаттайтын C−N=C=O тобы жазық, ал N=C=O байланысы дерлік түзу. Фенил изоцианатында C=N және C=O арақашықтықтары сәйкесінше 1,195 және 1,173 Å құрайды. C−N=C бұрышы 134,9°, ал N=C=O бұрышы 173,1°.
Циклдендіру
Изоцианаттар өздерімен де реакцияға түседі. Алифалық диизоцианаттар алмастырылған изоцианур қышқылы топтарын түзету үшін тримеризациялануы мүмкін. Бұл полиизоцианурат шайырларының (ПИР) пайда болуында көрініс береді, олар көбінесе қатаң жылу оқшаулағыш ретінде қолданылады. Изоцианаттар диельс-алдер реакцияларына диенофилдер рөлінде қатысады.
Қарапайым изоцианаттар
2000 жылы диизоцианаттардың әлемдік нарығы 4,4 миллион тоннаны құрады, оның 61,3% метилендифенилдиизоцианат (MDI), 34,1% толуол диизоцианат (TDI), 3,4% гексаметилендиизоцианат (HDI) және изофорон диизоцианат (IPDI) есімділерінің жалпы көлемі, ал 1,2% басқа түрлі диизоцианаттардың жалпы көлемі болды. Өнеркәсіптік маңызы бар монофункционалды изоцианат – пестицидтерді өндіруде қолданылатын метил изоцианат (MIC).
Жалпы қолданылу
MDI қатаң көбіктерді және беттік қаптамаларды өндіруде жиі қолданылады. Полиуретан көбік тақталары құрылыста жылу оқшаулау үшін пайдаланылады. TDI көбінесе икемді көбіктер қолданылатын салаларда қолданылады, мысалы, жиһаз және төсек-орын жасауда. MDI және TDI екеуі де ауа райына төзімді қасиеттерінің арқасында жабыстырғыштар мен герметиктер жасауға қолданылады. Изоцианаттар, MDI және TDI екеуі де изоляцияны бүрку кезінде жылдамдық және икемділіктеріне байланысты кеңінен қолданылады. Көбіктер құрылымдарға бүркітіліп, қатайтылуы мүмкін немесе қолданылу талаптарына сәйкес белгілі бір икемділігін сақтай алады. HDI жоғары сапалы беттік қаптамаларда, соның ішінде автомобиль бояуларында қолданылады.
Денсаулық және қауіпсіздік
Изоцианаттардың қауіптілігі 1984 жылы Бопал апатында әлем назарына түсті, онда метил изоцианатының кездейсоқ шығарылуы салдарынан шамамен 4000 адам қаза тапты. 2008 жылы Батыс Вирджиния штатындағы пестицидтер өндіретін зауытта болған жарылыста да осы химиялық зат қолданылған. Изоцианаттардың LD50 көрсеткіші әдетте килограммға бірнеше жүз миллиграммды құрайды. Бұл төменгі жедел уыттылыққа қарамастан, Ұлыбританияда барлық изоцианаттар үшін (метил изоцианаттан басқа: 0,02 мг/м3) заңмен белгіленген қысқа мерзімді әсер ету шегі (STEL) 0,07 мг/м3 құрайды. Бұл шектер жұмысшыларды кәсіби астма, контактты дерматит немесе тыныс жолдарының тітіркенуі сияқты созылмалы денсаулық салдарынан қорғау мақсатында белгіленген. Олар көбіне шашыратылатындықтан, олардың аэрозольдік қасиеттеріне назар аударылады. АҚШ-та OSHA 2013 жылдан бастап изоцианаттар бойынша ұлттық басымдық бағдарламасын іске қосты, мақсаты жұмыс берушілер мен жұмыскерлерді денсаулыққа қауіптің бар екені туралы хабардар ету. Полиуретандардың қатаю уақыты әртүрлі болады, сондықтан көбіктегі бос изоцианаттардың мөлшері де сәйкесінше өзгереді. АҚШ Ұлттық токсикологиялық бағдарламасы (NTP) және Халықаралық қатерлі ісіктерді зерттеу агенттігі (IARC) TDI-ді адам үшін әлеуетті канцероген ретінде және 2B тобына – «адам үшін канцероген болуы мүмкін» деп бағалаған. MDI салыстырмалы түрде қауіпсіз болып көрінеді және адам үшін канцерогенді болуы екіталай. MDI және TDI-дің барлық ірі өндірушілері MDI және TDI-ді қауіпсіз пайдалануды ілгерілететін Халықаралық изоцианат институтының мүшелері болып табылады.
Уыттылық
Изоцианаттар бөлшектер, булар немесе аэрозоль түрінде тыныс алу жолдарына қауіп төндіреді. Автомобильдерді бояу цехының жұмысшылары изоцианаттарға жиі ұшырайтын топ болып табылады, себебі олар автомобильдерді сырлау кезінде үнемі, ал жүк көліктеріне төсеме орнату кезінде де изоцианаттарға ұшырауы мүмкін. Гиперсезімталдық пневмониті баяу дамиды және өкпелердің суретке түсірілуінде көрінетін созылмалы қабынумен сипатталады. Кәсіптік астма – изоцианаттарға тыныс алу жолдарының сезімталдығының салдарынан туындайтын және қауіпті жағдай, себебі ол өлімге әкелуі мүмкін. Кәсіптік астманы диагностикалау үшін әдетте өкпе функциясын тексеру (ӨФТ) қолданылады, оны пульмонология немесе еңбек медицинасының дәрігерлері жүргізеді. Кәсіптік астма, жалпы астма сияқты, эпизодтық демқынқыс пен сырыл тудырады. Изоцианаттарға ұшыраудың дозасы да, ұзақтығы да тыныс алу жолдарының сезімталдығына әкелуі мүмкін. Изоцианаттарға тері арқылы ұшырау, адамды тыныс алу ауруларына сезімтал етеді. Тері арқылы ұшырау, қоспаларды дайындау, сырлау немесе жабу арқылы болуы мүмкін. Изоцианаттарға тері арқылы ұшырау тыныс алу жолдарының сезімталдығын тудырады. Дұрыс жеке қорғаныш құралдарын (ЖҚҚ) қолданған кезде де, толық жабылмаған дене бөліктері зардап шегуі мүмкін. Изоцианаттар дұрыс емес ЖҚҚ арқылы өтуі мүмкін, сондықтан шамадан тыс әсер еткен жағдайда, бір рет қолданылатын қолғаптар мен костюмдерді жиі ауыстыру қажет.
Жанып кету қабілеті
Метил изоцианаты (МИК) өте жанғыш. МДИ және ТДИ әлдеқайда аз жанғыш. Материалдардың жанғыштығы жиһаз дизайнында қарастырылады. Нақты изоцианаттардың жанғыштық қаупі қауіпсіздік деректер парағында (ҚДП) көрсетілген.
Қауіптілікті азайту
Өнеркәсіптік ғылым изоцианаттардың зияндылығын азайту үшін бірнеше техника қолданады. EPA изоцианатсыз полиуретан өндірісі бойынша үздіксіз зерттеулерге қаржылай қолдау көрсетеді. Егер изоцианаттарды болдырмау мүмкін болмаса, бірақ оларды алмастыруға болады, онда оларды аз зиянды изоцианаттармен ауыстыру қауіпті азайтуға көмектеседі. Желдету және автоматтандыру жұмысшылардың қолданылатын изоцианаттарға ұшырауын азайтуы мүмкін. Егер адамдар изоцианаттармен ластанған аймақтарға кіруі керек болса, жеке қорғаныш құралдары (ЖҚҚ) олардың денсаулығына тигізетін зиянды азайтуға болады. Жалпы, жұмысшылар көздерін қорғайтын құралдарды киеді. Кейбір автокөлік бояуы мен жылтырату жабынының шашырату кезінде толық бет маскасы қажет. Сонымен қатар, OSHA кәсіби зиян шегін бұзуды болдырмау үшін изоцианат концентрациясын стандартталған өлшемдермен бағалауды талап етеді. MDI жағдайында, OSHA стандартты ауа ағынымен шыны талшықты сүзгілерді пайдаланып сынама алуды және содан кейін сұйық хроматографияны жүргізуді күтеді. Кәсіптік гигиена және медициналық бақылауды біріктіру еңбекке байланысты астманың таралуын айтарлықтай азайтуы мүмкін. Изоцианатқа ұшырағандықты анықтау үшін биологиялық тесттер бар; АҚШ Әскери-теңіз күштері тұрақты түрде өкпе функциясын тексеру және сауалнамаларды қолданады. Төтенше жағдайларды басқару – дайындықтан тұратын күрделі процесс және бұл процесс химиялық заттардың көп мөлшерде шығарылуы халықтың денсаулығына қауіп төндіретін жағдайларда қарастырылуы керек. Бхопал апатында бақылаусыз MIC шығарылуы мыңдаған адамның өліміне әкелді, жүздеген мың адам зардап шекті және қазіргі заманғы апатқа дайындық жүйесін дамытуға түрткі болды.
Халықаралық топтар
Біріккен Ұлттар Ұйымы Дүниежүзілік денсаулық сақтау ұйымы (ДДҰ) арқылы, Халықаралық еңбек ұйымы (ХЕҰ) және Біріккен Ұлттар Ұйымының қоршаған ортаны қорғау бағдарламасы (БҰҰҚОҚБ) химиялық заттар туралы ақпараттық құжаттарды жариялау мақсатында Халықаралық химиялық қауіпсіздік бағдарламасы (ХХҚҚБ) аясында бірлесіп жұмыс істейді. ХХҚҚБ 2000 жылы МДИ бойынша ғылыми білімнің қалып-күйін баяндайтын мұндай құжатты жариялады. IARC химиялық заттардың қауіптілік туралы мәліметтерін бағалайды және канцерогенез қаупіне қарай санаттайды. ТДИ жағдайында соңғы бағалау бойынша, адам үшін күдікті канцероген (2B тобы). МДИ үшін соңғы бағалау бойынша, адамға қатысты канцерогенділігін анықтау мүмкін емес (3 тобы). Халықаралық изоцианат институты – үздік тәжірибелерді тарату арқылы изоцианаттарды қауіпсіз пайдалануды ілгерілетуге ұмтылған халықаралық өнеркәсіптік консорциум.