Формальдегид что это такое и где применяется
Формальдегид (Е240)
Название “формальдегид” хотя бы раз в жизни слышал каждый человек. Вещество имеет широкий спектр применения – от мебельного производства до пищевой промышленности, и потребитель ежедневно сталкивается с ним, даже не догадываясь об этом факте. Формальдегиду присвоено кодовое обозначение “Е240”, раньше его называли муравьиным альдегидом или альдегидом муравьиной кислоты, а на международном уровне он имеет название “метаналь”. Эта добавка, хотя и присутствует в классификациях пищевых добавок, именно в продуктах питания применяться не может из-за своей высокой канцерогенности и сильного негативного влияния на организм человека. Тем не менее, недобросовестные производители не всегда готовы отказаться от этого мощного консерванта и антисептика.
Свойства вещества и механизм его получения
Формальдегид относится к гомологическому ряду алифатических альдегидов. В своём нормальном состоянии это бесцветный газ с резким раздражающим запахом. В составе формальдегида могут быть примеси муравьиной кислоты, различных полимеров и метанола. В воде и спиртах вещество обладает хорошей растворимостью. Именно водный раствор формальдегида называется формалином и часто применяется в медицинских целях. Также добавка Е240 может полимеризоваться, иногда произвольно, приобретая твёрдую форму и переходя в триоксан, полиформальдегид, параформальдегид или тетраоксан. При температуре 19,2 градуса Цельсия вещество начинает закипать, а при 118 градусах Цельсия – плавиться. 435 градусов – температура самовоспламенения.
Именно из-за склонности к полимеризации в промышленной сфере его применяют чаще в виде растворов – водных (до 10%) или спиртовых (в 10-процентном спирте до 37%), либо связанным в соединениях в виде параформальдегида или гексаметилентетрамина. Последние подвергаются разведению и реакции с кислотой, в результате чего и выделяется формальдегид.
Промышленное получение добавки происходит в лабораторных условиях путём окисления метанола или метана. Реакции проходят при повышенном давлении, высокой температуре и с использованием катализаторов.
По состоянию на 2015-2016 годы, в мире было произведено около 8,8 миллиона тонн формальдегида. Около 38 процентов объёма всего метанола в мире расходуется для этой цели. Большая часть выработки приходится на страны Европы и Соединённые Штаты Америки. Лидерами в этой отрасли являются компании Dynea, Nexion Specialty Chemicals, BASF.
Добавка Е240 ценится как мощный консервант и антисептик, способный уничтожать значительное количество видов патогенных микроорганизмов и их споры, тем самым увеличивая срок хранения продуктов.
Формальдегид в природе
Достаточно опасное и токсичное вещество метаналь встречается в живой природе. Элемент является одним из компонентов процесса метаболизма, так как связан с обменом производных тетрагидрофолиевой кислоты в организме. При этом в теле человека он обезвреживается посредством окисления, после чего выводится почками.
Кроме того, метаналь присутствует и в атмосфере, особенно высока его концентрация над крупными городами. Существует несколько источников его появления в воздухе:
После дождей, а также зимой концентрация формальдегида в воздухе природным образом снижается.
В естественной среде вещество усваивается метанотрофными бактериями, которые обитают в водоёмах и почвах.
Табачный дым, некоторые виды натуральных вин, овощей и фруктов, пиво и коньяки также могут выделять метаналь в окружающую среду.
Добавка Е240 – в помощь человеку
Ещё в 20-м веке значительная часть формальдегида потреблялась пищевой промышленностью. На сегодняшний день баланс сдвинулся в сторону химической отрасли: его применяют для производства различных видов смол (фенолоформальдегидных, меламиноформальдегидных и других). Смолы, в свою очередь, используются как элемент для изготовления древесностружечных и древесноволокнистых плит, фенопластов и аминопластов, шлифовальных материалов, лаков, клеев, покрытий и грунтовок.
Многие химикаты, например, уротропин, этриол, пентаэритрит, также производятся на основе метаналя.
Несмотря на строгие запреты, некоторые корпорации пищевой отрасли по-прежнему выпускают продукты с добавкой Е240 в составе, например:
В России около 10 лет назад ещё было разрешено использование Е240 как пеногасителя и антисептика в процессе переработки сахарной свеклы, а также для изготовления дрожжей.
Формалин – вещество, широко применяемое в медицине и биологии: из-за того, что раствор обладает свойством свёртывания белка, с его помощью осуществляют консервацию биологического материала, дезинфицирующую обработку поверхностей и инструментов.
Существуют лекарственные препараты с формальдегидом в таких формах:
В средствах личной гигиены консервант Е240 присутствует как компонент, не позволяющий развиваться патогенной микрофлоре. Его можно обнаружить в шампунях, гелях для душа, моющих средствах. С этой же целью может применяться в косметике, средствах по уходу за ногтями, товарами для полости рта.
С помощью формальдегида происходит дубление желатина для производства киноплёнки.
Особенности тары для хранения добавки Е240
Формальдегид чаще всего транспортируют и хранят в виде раствора, а не газа. Для этих целей используют стеклянную посуду, например, бутыли, а также бочки и цистерны из нержавеющей стали. Для некоторых металлов формальдегид становится причиной образования коррозии, и этот факт нужно учитывать при выборе материала упаковки для него.
Нормативные требования выделения вещества из различных материалов
Международное сообщество урегулировало вопрос нормирования эмиссии паров формальдегида в отношении формальдегидосодержащих элементов, определив три класса требований безопасности такой эмиссии: Е1, Е2, Е3. Например, для мебели установлен самый строгий класс требований Е1 – то есть при изготовлении материалов для её производства количество метаналя не может превышать 10 мг на 100 г сухого сырья для России, или 8 мг для Европы, соответственно, и выделение отравляющих паров должно быть незначительным.
Высокое содержание формальдегидных смол в таких материалах как древесностружечные и древесноволокнистые плиты, обуславливает их большую прочность, но и сильную токсичность. Сегодня производители мебели предлагают потребителям ещё один вариант исходных материалов – МДФ или древесноволокнистые плиты средней плотности. Содержание опасных смол в них не превышает норму за счёт некоторой специфики процесса производства.
Предельно допустимое количество метаналя в воздухе также регламентировано нормами международного сообщества и каждого конкретного государства. Например, требования для России установлены Гигиеническими нормативами. В них указано, что разовая концентрация для населённых пунктов не должна превышать 0,035 мг на 1 кубический метр воздуха, а допустимая среднесуточная концентрация не может быть более 0,003 мг на 1 кубический метр.
Воздействие на человека: отравление формальдегидом и другие опасности
По результатам исследований Всемирной организации здоровья, добавка Е240 вообще не может никак соприкасаться с пищевыми продуктами, так как обладает сильным токсическим, аллергическим и онкогенным действием. Пары формальдегида влияют на слизистые носоглотки таким образом, что в них начинают образовываться злокачественные опухоли. Кроме того, метаналь негативно воздействует и на кровь, из-за чего может развиваться анемия и лейкозы.
Смертельная доза формальдегида для человека – половина чайной ложки водного раствора.
Кроме того, при постоянном вдыхании паров формальдегида из воздуха, например, при курении, у человека могут развиваться симптомы отравления, которые имеют хронический характер: тошнота, головная боль, слабость, апатия, ухудшение зрения, тремор конечностей.
Добавка крайне опасна для детей, беременных и кормящих женщин, астматиков и аллергиков, а также людей, которые страдают от заболеваний дыхательных органов. Впрочем, и для полностью здоровых обладателей крепкого организма формальдегид и его пары очень вредны.
Добавка Е240, формальдегид или метаналь все ещё находится в международных классификациях пищевых добавок, хотя использовать её для приготовления продуктов питания категорически запрещено почти во всех странах мира. Сильный канцероген, аллерген и токсин способен сильно подорвать здоровье не только через еду, но и посредством использования мебели и различных химикатов, в которых он содержится. Формальдегидовые смолы, хотя и используются в химической промышленности повсеместно, тоже не являются безопасными для человека.
Формальдегид
Чистый газообразный формальдегид относительно стабилен при 80-100 о C, при температурах ниже 80 о C медленно полимеризуется; процесс ускоряется в присутствии полярных растворителей (в том числе воды), кислот и щелочей.
Формальдегид хорошо растворим в воде, спиртах и других полярных растворителях. При низких температурах смешивается в любых соотношениях с неполярными растворителями: толуолом, диэтиловым эфиром, этилацетатом, CHCl3 (с увеличением температуры растворимость падает), не растворим в петролейном эфире. Водные растворы формальдегида содержат равновесную смесь моногидрата CH2(OH)2 (99,9%), неустойчивого в свободном состоянии, и полимергидратов HO(CH2O)nH (n=2-8), устойчивых кристаллических соединений. При продолжительном хранении водных растворов (особенно при низких температурах) и при их концентрировании степень полимеризации увеличивается. Для хранения водных растворов формальдегида их стабилизируют метанолом. При упаривании водных растворов в вакууме образуется параформ, или параформальдегид (CH2O)n (n=8-12), при действии щелочи на концентрированные водные растворы – так называемый a-полиоксиметилен (n>100). Полимеризация в неполярном растворителе приводит к полиформальдегиду (n>1000).
Параформ – бесцветные кристаллы с запахом формальдегида, температура плавления 120-170 о С, в холодной воде растворяется медленно, в горячей – быстро, образуя растворы формальдегида, плохо растворим в ацетоне; горюч, температура воспламенения 72 о С.
Известны циклические полимеры формальдегида: триоксан (формула I, температура плавления 64 о С), получаемый перегонкой 60%-ного водного раствора формальдегида с разбавленой H2SO4, и тетраоксиметилен (формула II, температура плавления 112 о С), образующийся при нагревании диацетата высокомолекулярного полиоксиметилена.
Формальдегид обладает высокой реакционной способностью. Восстанавливается H2 в присутствии многих металлов или их оксидов (например, Ni, Pt, Cu) до метанола; окисляется HNO3, KMnO4 до муравьиной кислоты или CO2 и H2O; осаждает многие металлы (Ag, Pt, Au, Bi и другие) из растворов их солей, окисляясь при этом в муравьиную кислоту.
С альдегидами в присутствии сильных щелочей формальдегид вступает в так называемую перекрестную реакцию Канниццаро (C6H5CHO + HCHO = C6H5CH2OH + HCOONa); с ацетальдегидом в присутствии Ca(OH)2 образует пентаэритрит, в паровой фазе при 285 о С – акролеин; под действием алкоголятов Al или Mg формальдегид подвергается диспропорционированию с образованием метилфомиата.
Реакция формальдегида со спиртами в присутствии сильных кислот приводит к ацеталям (формалям), с H2S – к циклическому тритиану, с HCN в присутствии щелочей – к циангидрину.
Формальдегид присоединяется к олефинам в присутствии кислых катализаторов с образованием 1,3-дигликолей и 1,3-диоксанов, реакция формальдегида с изобутиленом дает изопрен, жидкофазная конденсация с пропиленом в присутствии BF3 или H2SO4 – бутадиен. Из формальдегида и кетена в промышленности получают b-пропиолактон.
Реакция формальдегида с ацетиленом – промышленный способ получения бутадиена, при взаимодействии двух молекул формальдегида с ацетиленом образуется 2-бутин-1,4-диол.
Соединение с подвижным атомом водорода реагируют с формальдегидом и NH3 (или аминами) по Манниха реакции. Реакция формальдегида с NH4Cl промышленный способ получения метиламина: 2НСНО + NH4Cl = CH3NH2 · HCl + HCOOH (реакция может идти дальше с образованием ди- и триметиламинов). С мочевиной в щелочной среде формальдегид дает моно- и диметилольные производные, поликонденсацией которых получают мочевино-формальдегидные смолы, а из меламина и формальдегид-меламино-формальдегидные смолы.
Ароматические соединения (бензол, анилин, толуол) образуют с формальдегидом соответствующие диарилметаны; в присутствии HCl бензол хлор-метилируется формальдегид по Блана реакции, образуя бензилхлорид; с фенолами в присутствии кислот или оснований формальдегид конденсируется с образованием орто- и пара-метилольных производных, которые далее превращаются в феноло-формалъдегидные смолы. Продукты конденсации формальдегида с фенол- и нафталинсульфокислотами используют как дубильные вещества (неразол и другие).
В промышленности формальдегид получают окислительным дегидрированием метанола в паровой фазе O2 воздуха в присутствии Ag при 680-720 о С (конверсия метанола 97-98%) либо в присутствии Ag или серебряной сетки при 600-650 о С (конверсия 77-87%) с возвращением непрореагировавшего метанола в рециклинге. Процесс можно проводить в избытке воздуха в присутствии оксидов металлов (Fe-Mo-V) при 250-400 о С (конверсия 98-99%). Формальдегид может быть получен окислением метана, пропана, бутана, этилена, гидрированием СО, однако эти методы не имеют промышленного значения по экономическим причинам.
В лабораторных условиях формальдегид получают дегидрированием метанола над медью, термическим разложением формиата цинка, деполимеризацией параформа.
Дня обнаружения формальдегида используют реагент Шиффа или реакцию формальдегида с фенилгидразином и K3(Fe(CN)6) в щелочной среде (красное окрашивание). Определяют формальдегид йодометрически либо применяют реакцию формальдегида с сульфитом Na с последующим титрованием выделившейся щелочи кислотой: HCHO + Na2SO3 = HOCH2SO3Na + NaOH, а также жидкостной хроматографией и другими методами.
Формальдегид используют в органическом синтезе, в производстве синтетических смол и пластмасс, для синтеза многих лекарственных веществ и красителей, для дубления кож, как дезинфицирующее, антисептические и дезодорирующее средство.
Формальдегид токсичен, вызывает дегенеративные процессы в паренхиматозных органах. Сильное действие на нервную систему, по-видимому, связано с наличием примесей метанола в техническом формальдегиде или превращением формальдегида в организме в метанол и муравьиную кислоту. В то же время считается, что формальдегид быстро окисляется в организме до CO2 (на 70-80%).
Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на
Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на
Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий
Пластмассовая жизнь: формальдегид и мы
Пластмассовая жизнь: формальдегид и мы
Что такое формальдегид и зачем он нужен?
Самое естественное состояние формальдегида – газ. Но он легко растворяется в жидкостях, и это его свойство охотно используют в промышленности. Например, водный раствор формальдегида необходим для производства материалов из спрессованной древесины: фанеры, древесно-стружечных и древесноволокнистых плит (ДСП и ДВП), МДФ. Часто можно слышать, что новая мебель пахнет формальдегидом. На самом деле, пахнет она не только им. Любой новый стол или стул — это целый букет веществ и запахов. Однако формальдегид действительно занимает там львиную долю. В общем, если Вы хотите получить некоторое представление о том, как пахнет формальдегид в мебели, зайдите в любой специализированный магазин.
Формальдегид также применяется для производства пластмасс и смол, красок, текстиля, кожаных изделий, моющих средств и шампуней. Формальдегид – сильный консервант, поэтому его используют в пищевых и косметических продуктах (очень часто — в лаках для ногтей).
Откуда берется формальдегид?
Для промышленных нужд его получают из метана и метанола.
Но формальдегид содержится и в атмосфере. Там он появляется в результате фотохимических реакций и процессов трансформации органических соединений (метан, метиловый спирт и др.). Огромное количество формальдегида выделяется в атмосферу из-за деятельности человека. Автомобильный транспорт, химические предприятия, мусоросжигательные заводы, деревообрабатывающие фабрики – все это источники формальдегида в наружном воздухе. “Богат” формальдегидом табачный дым и другие продукты горения.
В моей квартире есть формальдегид?
Ответить однозначно можно только после химического анализа воздуха в конкретном помещении. Однако с большой долей вероятности можно предположить, что уровень формальдегида во многих квартирах выше желаемого.
Откуда формальдегид берется в квартире? Во-первых, он проникает вместе с воздухом снаружи. Во-вторых, он появляется внутри помещения из различных предметов, которые его выделяют.
Что выделяет формальдегид в квартире?
Формальдегид опасен?
Определенно, да. В России его относят ко второму (из пяти) классу опасности – высокоопасным веществам. Вред формальдегида для здоровья давно доказан. Всемирная организация здравоохранения включила его в список веществ, которые могут вызвать нарушения здоровья.
Степень опасности каждого конкретного предмета зависит от:
В 2014 году ПДК формальдегида в воздухе были пересмотрены в сторону повышения. Это свидетельствует об ухудшении экологической ситуации, а также о том, что низкие концентрации в жилых помещениях, где находится множество изделий из клееной древесины и пластика, труднодостижимы.
Формальдегид в воздухе вреден в первую очередь для слизистых и кожных покровов. Он вызывает раздражение, зуд, сыпь. Другие распространенные признаки отравления формальдегидом от мебели и прочих предметов — это вялость, частые головные боли, трудности со сном. Возможны также регулярные воспаления глаз и кожные проявления.
Формальдегид внесен в список канцерогенов, поэтому постоянный контакт с этим веществом резко повышает вероятность заболевания раком.
Формальдегид
| Формальдегид | |
 | |
 | |
| Общие | |
|---|---|
| Химическая формула | HCHO |
| Эмпирическая формула | CH2O |
| Физические свойства | |
| Состояние (ст. усл.) | газ с острым запахом |
| Молярная масса | 30,03 г/моль |
| Термические свойства | |
| Температура плавления | -118 °C |
| Температура кипения | −19 °C |
| Энтальпия образования (ст. усл.) | −115,9 кДж/моль |
| Классификация | |
| Рег. номер CAS | 50-00-0 |
| SMILES | C=O |
Формальдегид (от лат. formīca «муравей») — бесцветный газ с резким запахом, хорошо растворимый в воде, спиртах и полярных растворителях. Ирритант, токсичен.
Формальдегид — первый член гомологического ряда алифатических альдегидов, альдегид муравьиной кислоты.
Содержание
Физические свойства
| Величина | Значение |
|---|---|
| Ст. энергия Гиббса образования ΔG | −110 кДж/моль (г) |
| Ст. энтропия образования S | 218,66 Дж/моль·K (г) |
| Ст. мольная теплоёмкость Cp | 35,35 Дж/моль·K (г) |
| Энтальпия кипения ΔHкип | 23,3 кДж/моль |
Химические свойства
Из-за низкой электронной плотности на атоме углерода формальдегид легко вступает в реакции даже со слабыми нуклеофилами. Этим, в частности, объясняется тот факт, что в водных растворах формальдегид находится в гидратированной форме.
Формальдегид вступает во все реакции, характерные для алифатических альдегидов. В частности, в реакции с нуклеофилами и восстановительными реагентами.
Получение
Основной промышленный метод получения формальдегида — окисление метанола:
Процесс дегидрирования метанола, осуществлённый на цинк-медных катализаторах при 600 °C, пока не получил широкого развития, однако он является очень перспективным, поскольку позволяет получать формальдегид, не содержащий воды.
Существует также промышленный способ получения формальдегида окислением метана:
Процесс проводят при температуре 450 °C и давлении 1—2 МПа, в качестве катализатора применяется фосфат алюминия AlPO4.
Безопасность и токсические свойства
Формальдегид образуется в организме путём окисления метанола.
Обладает токсичностью, негативно воздействует на генетический материал, репродуктивные органы, дыхательные пути, глаза, кожный покров. Оказывает сильное действие на центральную нервную систему.
Смертельная доза 40 % водного раствора формальдегида (формалина) составляет 10—50 г.
Воздействие на организм и симптомы хронического отравления
Формальдегид оказывает отрицательное влияние на органы дыхания, вызывая парез дыхательных путей (остановку дыхания), на кожный покров (ярко выраженные дерматиты, экземы, язвы), нервную систему (энцефалопатии). При длительном воздействии формалин оказывает аллергенное, мутогенное и канцерогенное воздействие. При постоянном воздействии высоких концентраций этого вещества могут возникнуть мутации органов. Оно влияет на почки и печень, а также на центральную нервную систему, вызывая головные боли, усталость и депрессию. Потенциально он может вызывать астму и астматические приступы. Формальдегид накапливается в организме и трудно выводится. [5]
Симптомы отравления: бледность, упадок сил, бессознательное состояние, депрессия, затруднённое дыхание, головная боль, нередко судороги по ночам.
При остром ингаляционном отравлении: конъюнктивит, острый бронхит, вплоть до отёка лёгких. Постепенно нарастают признаки поражения центральной нервной системы (головокружение, чувство страха, шаткая походка, судороги).
При отравлении через рот: ожог слизистых оболочек пищеварительного тракта (жжение, боль в глотке, по ходу пищевода, в желудке, рвота кровавыми массами, понос), геморрагический нефрит, анурия. Возможны отёк гортани, рефлекторная остановка дыхания.
Хроническое отравление у работающих с техническим формалином проявляется похуданием, диспепсическими симптомами, поражением центральной нервной системы (психическое возбуждение, дрожание, атаксия, расстройства зрения, упорные головные боли, плохой сон). Описаны органические заболевания нервной системы (таламический синдром), расстройства потоотделения, температурная асимметрия. Отмечены случаи бронхиальной астмы.
Канцерогенность
По официальным данным Международного агентства по исследованию рака, доказана связь формальдегида, применяющегося в производстве смол, пластиков, красок, текстиля, в качестве дезинфицирующего и консервирующего средства, с повышенным риском развития раковых опухолей носоглотки. [10]
Применение
Водный раствор формальдегида — формалин — вызывает денатурацию белков, поэтому он применяется в качестве дубителя в кожевенном производстве и дубления желатина при производстве кинофотоплёнки. Из-за сильного дубящего эффекта формальдегид также является и сильным антисептиком, это свойство формалина используется в медицине, как антисептик (формидрон, Формагель и подобные препараты) и для консервации биологических материалов (создание анатомических и других препаратов).
Основная часть формальдегида идёт на изготовление полимеров-реактопластов (фенолформальдегидные, карбамидформальденидные и меламинформальдегидные смолы), он также широко используется в промышленном органическом синтезе (пентаэритрит, триметилолпропан и т. д.).
При хранении (при температуре ниже 9 С) раствор формальдегида мутнеет, выпадает белый осадок (параформальдегид).
Использование формальдегида в составе косметических средств
Директивой 76/768 ЕЭС допускается применение формальдегида в качестве консерванта в количестве до 0,1% в составе косметических средств, предназначенных для гигиены полости рта, и до 0,2% в прочих косметических препаратах. В фармакологии препараты, содержащие до 0,5% формальдегида, применяются для снижения потливости без каких-либо ограничений, и только при применении мази, содержащей 5% этого вещества, рекомендуется не наносить ее на кожу лица. [11] Запрещается применять для консервации средств в аэрозольной упаковке, спреев. Продукция должна иметь предупреждение «содержит формальдегид», если содержание формальдегида в готовой продукции превышает 0,05%. С точки зрения спектра противомикробной активности, формальдегид проявляет активность в отношении грамположительных, грамотрицательных бактерий, дрожжеподобных и плесневых грибов. В то же время формальдегид и парабены снижают противомикробные свойства в присутствии белков. [12] Рядом с этим установлено улучшение физико-механических свойств волоса после обработки его формалином. Кератин с формальдегидом может взаимодействовать по-разному. Формальдегид может реагировать с — S — Н группами, образуя связи — S — СН2 — S — С — NH2 группами боковых цепей и т. д. Например, прочная связь — NH- СН образуется при взаимодействии формальдегида с амидогруппами остатков дикарбоновых кислот и аминогруппами гуанидиновых групп аргинина. [13]
В литературе сведения о влиянии разбавленных растворов формальдегида на кожу человека практически отсутствуют. Известно, что если выдержать ухо кролика в формалине (37%-й раствор формальдегида) в течение 30 минут, то оно покраснеет и начнет шелушиться, а впоследствии полностью восстановится (регенерирует).
Так как формальдегид в развитых странах используется исключительно в композиции косметических препаратов, не остающихся на коже, вероятность возникновения кожной реакции была рассчитана для случаев использования шампуня, содержащего в качестве консерванта 0,1% формальдегида. Расчет показал, что нежелательная кожная реакция при применении такого шампуня возникнет только у 1 человека из 75 000. При этом в действительности эта цифра будет еще менее значимой, поскольку при проведении расчетов не учитывался ряд факторов, не поддающихся точному учету, но неопровержимо снижающих эту вероятность. Во-первых, расчет основывался на базовых данных по содержанию формальдегида непосредственно на коже человека. При мытье волос в непосредственном контакте с кожей находится лишь незначительная часть формальдегида, находящегося в шампуне. Во-вторых, в связи с невысокой стойкостью формальдегида в водных растворах (испарение), его концентрация с течением времени понижается. [11]