Октаноат олова(II), или 2-этилгексаноат олова(II), катализирует три несвязанные реакции из одной молекулы: гелеобразование полиуретановой пены, раскрытие кольца полимолочной кислоты и отверждение RTV-2 силикона.
Для составителя рецептур полезные вопросы более узкие. Какой маршрут изготовил бочку, которую вы только что получили, соответствует ли цифра по олову на этикетке реальности и почему катализатор может выйти из строя до того, как реакция вообще начнется.
Содержание олова зафиксировано одной формулой, C16H30O4Sn, поэтому спецификация, заявляющая 36–37 процентов олова, сообщает число, которое молекула не может удержать. Та же реакционная способность к воде, которая делает его самым быстрым катализатором отверждения силикона, разрушает его во влажной полиольной премиксе.
Правильно читайте анализ и держите материал сухим — и он работает во всех трех химиях.
Что такое октаноат олова(II)
Октаноат олова(II) — это оловянная(II) соль 2-этилгексановой кислоты, формула C16H30O4Sn, CAS 301-10-0, молярная масса 405,12 г/моль. Это прозрачная, почти бесцветная жидкость, которая часто выглядит бледно-желтой, когда часть Sn(II) окислилась до Sn(IV). Поставщики также указывают его как 2-этилгексаноат олова(II), октоат олова или катализатор T9.
| Свойство | Значение |
|---|---|
| Номер CAS | 301-10-0 |
| Молекулярная формула | C16H30O4Sn |
| Молярная масса | 405,12 г/моль |
| Содержание олова, теоретическое | 29.3% |
| Содержание олова, коммерческое | ~28-29% |
| Плотность | ~1,25 г/см3 |
| Внешний вид | Прозрачная или бледно-желтая жидкость |
Как читать этикетку октаноата олова(II)
Цифра по олову — та, на которой стоит остановиться, потому что именно по ней покупатель фактически дозирует. Олово составляет 118,71 из 405,12 г/моль, что закрепляет теоретический анализ на уровне 29,3 процента по массе.
Выданный патент измерил свой продукт на уровне 28,63–28,72 процента. Поэтому, когда страница поставщика печатает 36–37 процентов олова и молекулярную массу около 325, обе цифры неверны для этой молекулы.
Сертификат анализа с содержанием олова 28–29 процентов — это правильный, а не заниженный. Анализ, а не название продукта, говорит вам, сколько олова вы дозируете.
Слово «октоат» — другая ловушка. Здесь оно означает разветвленный ион 2-этилгексаноата, а не линейный н-октаноат, поэтому соль построена на C8-кислоте с боковой ветвью.
Это соглашение об именовании проходит через все семейство соли 2-этилгексановой кислоты, и специфический для олова момент только такой: сопоставляйте по числу, а не по этикетке.
Как получают октаноат олова(II) из 2-этилгексановой кислоты
Октаноат олова(II) получают из 2-этилгексановой кислоты двумя маршрутами, оба из которых удаляют воду в конце. Сырьем для обоих является 2-этилгексановая кислота, та же разветвленная C8-кислота, которая дает название соли.
Прямой маршрут
Прямой маршрут реагирует оксид олова(II) или металлическое олово с 2-этилгексановой кислотой, затем удаляет воду для завершения. На бумаге это более простая идея, поэтому полностью параметризованные рецептуры, как правило, описывают вместо этого водный маршрут.
Маршрут двойного разложения
Водный маршрут нейтрализует кислоту до 2-этилгексаноата натрия, затем заменяет натрий на олово с помощью хлорида олова(II). Это маршрут, который выданный патент CN108947808B излагает полностью.
Этот патент нейтрализует кислоту гидроксидом натрия, затем реагирует натриевую соль с хлоридом олова(II) под азотом. Смесь работает при 80–90 °C в течение 30–50 минут, затем нагревается до 130–160 °C в течение 4–8 часов для завершения и сушки.
Продукт патента показал 28,6–28,7 процента олова при выходе 84–88 процентов, что соответствует 28–29 процентам, которые сообщает реальный COA. Тот же маршрут двойного разложения производит октоату кобальта, заменяя другой хлорид металла.
Что катализирует октаноат олова(II)
Октаноат олова(II) ускоряет три реакции образования связей, и в каждой он действует как катализатор кислоты Льюиса, который активирует карбонил или силанол для атаки. В полиуретановой пене он ведет реакцию гелеобразования, в PLA открывает кольца лактида, а в RTV-2 силиконе сшивает силанольные цепи. Меняется партнер, которому он передает субстрат.
Гелеобразование полиуретановой пены
В полиуретановой пене октаноат олова(II) катализирует реакцию гелеобразования — ту, что между изоцианатом и полиолом, которая строит полимерную сеть. Карбоксилаты олова(II) повышают скорость реакции уретана NCO плюс OH, поэтому пена набирает структуру, пока третичный аминовый катализатор ведет реакцию вспенивания вода-изоцианат, которая генерирует газ.
Типичные загрузки составляют 0,05–0,5 phr, частей на сто полиола, и олово — специалист по гелеобразованию, который отдает предпочтение реакции полиол-изоцианат перед реакцией вода-изоцианат. Увеличьте его — и пена загелируется до того, как закончит подъем. Уменьшите — и ячейки огрубеют.
Балансировка олова против амина — это все искусство гибкого слябстока и формованной пены, и они всегда настраиваются вместе, никогда независимо.
Полимеризация с раскрытием кольца PLA и лактонов
В PLA и других лактоновых полимеризациях октаноат олова(II) на самом деле не является катализатором, пока не встретит гидроксил. Он реагирует со спиртом или инициатором, содержащим гидроксил, с образованием алкоксида олова(II), и этот алкоксид координирует карбонил мономера и вставляет его в связь олово-кислород. Это механизм координационно-вставочной полимеризации, лежащий в основе полимеризации с раскрытием кольца, или ROP.
Пунидом и коллеги измерили энергию активации около 65–70 кДж/моль для версии с капролактоном и обнаружили, что цепь становится длиннее по мере падения соотношения катализатора к спирту.
Практическое следствие состоит в том, что молекулярная масса отслеживает соотношение октаноата олова(II) к гидроксилу, а не только загрузку олова. Вы задаете длину цепи, контролируя инициатор, и используете олово, чтобы сделать вставку быстрой.
Остаточное олово здесь важно, потому что PLA и PCL идут в рассасывающиеся швы, каркасы и детали, контактирующие с пищей, где выщелачивание олова — реальная проблема. 2-этилгексаноат олова(II) действительно появляется в записи FDA, но только как объемный ингредиент для компаундирования ветеринарных препаратов, что является узким путем, а не общим разрешением на контакт с пищей.
Конденсационное отверждение RTV-2 силикона
В RTV-2 силиконе октаноат олова(II) катализирует конденсационное отверждение, которое сшивает PDMS с силанольными окончаниями через алкокси- или ацетокси-сшиватель. Сообщается, что это самый быстрый из распространенных оловянных отверждающих агентов, часто достигающий отверждения за час или меньше.
Загрузки составляют около 0,01–0,20 процента на листе данных TIB KAT 129 и до примерно 0,5 процента по массе в других описанных системах.
Загвоздка напрямую связана с обращением. Влага частично гидролизует октоат олова в более активный гидроксооктоат олова плюс свободную 2-этилгексановую кислоту, что помогает системе отверждения, но портит хранящуюся бочку. Это та же реакция, которая определяет поведение материала везде в остальных случаях.
Как обращаться с октоатом олова и хранить его
Октоат олова необходимо держать вдали от воды. Влага превращает его в гидроксооктоат олова и свободную 2-этилгексановую кислоту, а Sn(II) по пути деградирует до Sn(IV).
Правило, которое из этого следует, — это единственная ошибка обращения, которую стоит предотвратить. Не смешивайте его заранее с полиолом, содержащим воду, и не держите во влажной системе, иначе он израсходуется до начала реакции.
Материал поставляется в виде родительской кислоты или эфира, либо в смеси со спиртом, а не продаётся в чистом сухом виде. В техническом описании TIB KAT 129 указано, что его можно добавлять как есть или смешивать со спиртами.
Материал, который нужно сушить для получения, — это материал, реагирующий с водой, что как раз и происходило при удалении воды при 130–160 °C в производственном процессе.
На практике это означает три привычки:
- Держите барабан герметичным и сухим, не оставляйте его открытым во влажном воздухе дольше необходимого.
- Дозируйте олово поздно в систему, а не во влажную мастербатч-смесь или полиол, содержащий воду.
- Пожелтевший барабан читайте как Sn(II), частично окислившийся до Sn(IV), и проверяйте активность перед использованием.
Ничто из этого не делает его сложным катализатором, но всё это невидимо в спецификации.
Где формуляторы ошибаются с октоатом олова
Два отказа, которые портят хороший октоат олова, происходят до того, как катализатор достигает реакции.
Первый — доверие к указанному содержанию олова вместо фактического анализа. Лист с указанием 36–37 процентов описывает молекулу, которая не существует, а реальное значение составляет 28–29 процентов.
Второй — предварительное смешивание с чем-либо, содержащим воду, что гидролизует олово до его дозирования.
Получите правильный анализ и держите барабан сухим — и та же жидкость загелирует пену, откроет лактидное кольцо или отвердит силикон без проблем. Этот катализатор определяется его формулой и реакционной способностью к воде, а не заявлениями, напечатанными на странице поставщика.