Caprolactam là hợp chất gì? Tổng hợp theo quy trình nào?

Caprolactam là gì? Đặc điểm chính của caprolactam? Hợp chất này có tham gia phản ứng trùng hợp không? Toàn bộ những thông tin trên sẽ được LabVIETCHEM giải đoán qua bài viết dưới đây.

1. Hợp chất caprolactam là gì?

Caprolactam có cấu trúc vòng lactam và là một hợp chất hữu cơ đặc biệt quan trọng trong ngành công nghiệp hóa chất. Bởi vì để sản xuất Nylon - 6, một loại polyme sợi tổng hợp thông dụng nó đóng vai trò là nguyên liệu chính. Caprolactam có tham gia vào phản ứng trùng hợp tạo ra polime.

Tên danh pháp IUPAC: Azepan-2-one.

Các tên gọi khác: 1-Aza-2-cycloheptanone, 2-Azacycloheptanone, ε-Caprolactam, Capron PK4, Cyclohexanone iso-oxime, Hexahydro-2-azepinone, Hexahydro-2H-azepin-2-one (9CI), Aminocaproic lactam…

2. Cấu trúc hóa học và tính chất của Caprolactam

2.1. Cấu trúc

Công thức hóa học của Caprolactam (ɛ-caprolactam) là C6H11NO. Hợp chất hữu cư này có cấu trúc hóa học như sau: H2N-(CH2)5-CO.

Hình 1: Cấu trúc hợp chất caprolactam

2.2. Tính chất vật lý

- Dạng tồn tại của Caprolactam thường ở dạng chất rắn, màu trắng.

- Khối lượng phân tử: 113,160 g/mol.

- Tỷ trọng: 1,01 g/cm3.

- Nhiệt độ nóng chảy: 69,2 độ C tương ứng với 156,6 độ F hoặc 342,3K.

- Nhiệt độ sôi: 270,8 độ C tương ứng với 519,4 độ F hoặc 544K.

- Độ hòa tan trong nước tại 22 độ C: 866,89 g/l.

2.3. Tính chất hóa học

Tính chất hóa học của Caprolactam khá đặc biệt. Nó vừa mang tính bazo, có thể kết hợp để tạo ra axit hoặc muối. Đồng thời, caprolactam cũng có khả năng tạo ra liên kết hidro oxi và hidro trong phân tử của mình. Điều này khiến cho nó có tính chất hòa tan trong một số dung môi hữu cơ và nước vô cùng tốt.

Hình 2. Tính chất hóa học của caprolactam

3. Caprolactam được tổng hợp theo quy trình nào?

Thông qua phản ứng trùng ngưng của axit adipic sẽ diễn ra quy trình tổng hợp caprolactam. Quá trình tổng hợp caprolactam được thực hiện theo các bước sau:

- Bước 1: Chuẩn bị nguyên liệu

+ Axit adipic là nguyên liệu chính cần có cho quá trình tổng hợp caprolactam với công thức hóa học là HOOC(CH2)4COOH.

+ Dựa trên phản ứng oxi hóa của xiclohexan và tạo thành axit adipic.

+ Điều kiện phản ứng diễn ra cần có nhiệt độ và chất xúc tác.

- Bước 2: Phản ứng trùng ngưng

+ Axit adipic sẽ trùng hợp trong quá trình phản ứng trùng ngưng, hợp thành caprolactam với công thức hóa học là NH2(CH2)5C(=O)O.

+ Phản ứng này xảy ra trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, chủ yếu được thực hiện trong các thiết bị như lò ống.

- Bước 3: Tách lọc và tái chế sản phẩm của quá trình tổng hợp

+ Caprolactam được tách ra khỏi các chất còn lại trong hỗn hợp phản ứng sau khi hoàn tất phản ứng trùng ngưng.

+ Caprolactam có thể được tinh chế và sử dụng trong đa dạng các lĩnh vực khác nhau như sản xuất sản phẩm công nghiệp hay sợi nylon.

+ Tái chế và xử lý các sản phẩm phụ và chất thải khác nhằm đảm bảo an toàn môi trường.

Hình 3: Quy trình tổng hợp tạo nên Caprolactam

4. Ứng dụng của caprolactam

Caprolactam chủ yếu được sử dụng trong ngành công nghiệp các loại sợi tổng hợp như nilon-6. Đặc tính của loại sợi tổng hợp này là bền, kháng mài mòn và đàn hồi, được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất dệt may, quần áo, đồng phục cơ quan, lưới truyền liệu, ống tăng áp và các lĩnh vực khác.

Hình 4: Quần áo làm từ sợi tổng hợp nilon-6

Ngoài ra, tính chất của caprolactam cũng đa dạng về ứng dụng. Vì không dễ cháy và các chất làm đồng đều màu nên nó được sử dụng rộng rãi trong việc sản xuất cao su, nylon 6 và phụ gia hợp chất. Caprolactam cũng được ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất dược phẩm, thuốc nhuộm và các chất chống ô nhiễm môi trường.

Đồng thời, trong sản xuất các thành phần, chất hỗ trợ giảm ma sát, chống cháy, chống ồn, caprolactam cũng được sử dụng vì có khả năng tạo ra sản phẩm có tính cơ học tốt và tính năng kháng chịu nhiệt. Trong ngành mỹ phẩm, Caprolactam không phổ biến và nó được tìm thấy trong một vài sản phẩm tạo mùi nước hoa.

5. Tác động của caprolactam với môi trường và sức khỏe con người

Tùy thuộc vào cách sử dụng và lượng chất này được tiếp xúc để quyết định mức độ ảnh hưởng của caprolactam đến môi trường và sức khỏe con người. Một số ảnh hưởng của Caprolactam đối với con người, môi trường cụ thể như sau:

- Đối với môi trường:

+ Trong trường hợp xả thải Caprolactam không đúng quy định có thể làm môi trường bị ô nhiễm. Thậm chí nó có thể gây nhiễm độc môi trường đất và nguồn nước nếu không được xử lý đúng cách.

+ Caprolactam có khả năng gây độc cho các loài thủy sinh khi tiếp xúc với nước và khiến cho hệ sinh thái nước giảm chất lượng.

- Đối với sức khỏe con người

+ Khi Caprolactam được sử dụng trong các sản phẩm gia dụng như nhựa, sợi nylon và chất bảo quản, nó sẽ không được coi là chất độc hại. Tuy nhiên, có thể có hiện tượng kích ứng da hoặc dị ứng nếu trực tiếp tiếp xúc với caprolactam trong môi trường nồng độ cao hoặc trong một thời gian dài.

+ Việc sử dụng và xử lý caprolactam phải tuân theo quy định và quy trình xử lý rác thải đúng cách để đảm bảo an toàn cho sức khỏe con người và môi trường. Ngoài ra, việc nghiên cứu tiềm năng và giám sát vẫn đang được tiến hành nhằm bảo vệ môi trường và đảm bảo tính an toàn cho sức khỏe con người.

Trên đây là những giải thích về hợp chất caprolactam. Hy vọng rằng bạn đã có thêm kiến thức hữu ích về hợp chất này để ứng dụng trong cuộc sống.