Giriş: Garden Grove’daki Metil Metakrilat Tankı Olayı
Geçtiğimiz uzun hafta sonu Garden Grove’daki metil metakrilat tankının dramatik hikayesi kaçırılmış olabilir, ancak neyse ki acil tehlike atlatılmış görünüyor. Bu olay, geniş çapta uygulanabilir kimya prensiplerini açıklamak için harika bir fırsat sunuyor. Bazıları, metil metakrilatın ‘Çalışmayacağım Şeyler’ listemde olup olmadığını sordu, ancak dürüst olmak gerekirse bu kategoriye girmekten çok uzak. Benzer bileşiklerle (metil akrilat, akrilik asit, akrolein, akrilonitril vb.) çalışmış olsam da, kimya endüstrisinde çoğu zaman kullanıldıkları amaç için kullanmıyorum. Dustin Hoffman’ın ‘The Graduate’ filmindeki karakterinin aldığı tek tavsiye budur: plastikler. Daha doğrusu, polimerler.
Polimerleşme Kimyası: Zincir Reaksiyonunun Temelleri
Karbon-Karbon Çift Bağının Rolü
Yukarıda listelenen tüm bileşikler ortak bir özelliğe sahiptir: bir uçta sübstitüe olmamış, diğer uçta ise elektron çeken bir grup (ester, asit, aldehit, nitril vb.) taşıyan bir karbon-karbon çift bağına sahiptirler. Bu yapı, çift bağdan elektron yoğunluğunu çekerek onu kimyasal olarak daha aktif hale getirir ve örneğin tek elektronlu bir serbest radikal türünün ona saldırmasını daha uygun kılar; işte ilginç kısım da burada başlar.
Böyle bir serbest radikal, çift bağın sübstitüe olmamış ucuna saldırdığında, diğer uçta (karbonilin hemen yanında) yeni bir tek elektronlu serbest radikal oluşur. Bu yeni radikal hemen dönüp başka bir molekülün çift bağına saldırabilir, bu da başka bir serbest radikal yaratır ve bu zincir böylece devam eder. Bu, serbest radikal zincir polimerizasyonudur ve 1800’lerde ve 1900’lerin başlarında oldukça bir gizemdi. Akrilat esterlerinin ve benzeri bileşiklerin erken sentezleri, açıkta (özellikle güneş ışığında) bırakıldıklarında geri döndürülemez bir şekilde berrak, sert malzemelere dönüştükleri gözlemleriyle birlikte geliyordu, ancak kimse nasıl olduğundan emin değildi. Poli(metil metakrilat) veya PMMA’nın kendisi ilk kez 1930’ların başında ticarileştirildi ve Plexiglas, Perspex ve Lucite gibi birçok eski marka adıyla tanınıyor. Akrilik boya, su içinde PMMA ve pigmentlerle birlikte, her şeyi homojen tutmak için bazı katkı maddeleridir.
Polimerleşmenin Tarihçesi ve Ürünleri
Polimerleşmenin detaylarını artık anlıyoruz ve gerçekten de çok fazla detayı var. Polimer kimyası neredeyse sonsuz derecede karmaşıktır, çünkü karışımları (iki, üç veya daha fazla bileşeni her türlü oranlarda) polimerleştirebilirsiniz ve bunları her türlü koşulda (kalıplama, ekstrüzyon ve daha fazlası), farklı sıcaklıklarda ve karıştırma koşullarında yapabilirsiniz. (Ayrıca, iyonik polimerizasyon ve zincir reaksiyonlarına hiç dayanmayan yöntemler gibi, bunun gerçekleşmesi için serbest radikal zincirleri dışında başka yollar da vardır.) Bunlar, ürettiğiniz polimer zincirlerinin geometrisini ve uzunluğunu etkileyecek ve bu olanaklar, ölçek boyunca her türlü özelliğe sahip çılgın bir ürün çeşitliliğine yol açacaktır: sertlik, şeffaflık, esneklik, kimyasal ve termal stabilite, çatlamaya, darbeye veya aşınmaya karşı direnç — ne ararsanız. Artık günlük hayatımızda o kadar çevriliyiz ki, onları fark bile etmiyoruz. Ancak önceki çağlardan insanlar, cam, çömlek, taş veya ahşap olmayan ve tanıyabilecekleri başka hiçbir şeye benzemeyen bu garip malzemeler karşısında gerçekten şaşkına dönerlerdi.
Polimer Kimyasının Karmaşıklığı ve Termodinamik Etkileri
Çeşitlilik ve Ürün Özellikleri
Bu polimerizasyonların anahtar bir enerjik yönü vardır: termodinamik olarak elverişlidirler ve bu bağ oluşumları meydana geldikçe bir miktar ısı açığa çıkarır. Bu, çözeltiyi bir bütün olarak ısıtır ve bu da reaksiyonları kendi başına hızlandırır! Bu da daha fazla molekül polimerleştikçe daha fazla ısı anlamına gelir… ve şimdi neden bu monomer bileşiklerin büyük miktarlarının depolanmasının dikkatsizler için olmadığı anlıyorsunuz. Bunları bir serbest radikal zincir reaksiyonunu başlatabilecek her şeyden uzak tutmalısınız ve bu, başlangıç için ışık ve ısı anlamına gelir, ancak aynı zamanda birçok metal ve alaşımla temas halinde bırakmamalısınız vb.
Polimerleşmenin Enerjik Yönü: Isı ve Risk
- Işık ve ısı gibi serbest radikal zincir reaksiyonlarını başlatabilecek her şeyden uzak tutulmalıdır.
- Birçok metal ve alaşımla temastan kaçınılmalıdır.
Metil Metakrilat Depolama Güvenliği ve Acil Durum Yönetimi
İnhibitörler ve Oksijenin Rolü
Birçok tezgah seviyesi organik kimyacının (benim gibi!) içgüdüsü, metil metakrilat gibi bir maddeyi oksijenden (serbest radikal kimyasının kötü şöhretli bir kaynağı) uzak tutmak olacaktır, ancak ticari malzemeye, oksijen varlığıyla aktive olan polimerizasyon inhibitörleri eklenir. Bu nedenle, başınız belaya girmek istemiyorsanız, sanayi ölçeğinde inert atmosfer altında saklamazsınız – inhibitörlerin çalışması için en az %5 oksijene ihtiyaç duyulduğuna inanıyorum. Miktarları ve türleri (hidrokinonlar ve BHT gibi ikameli fenol karışımları) genellikle ne kadar süreyle ve hangi sıcaklıkta saklamayı planladığınıza göre ayarlanır, ancak genellikle birkaç ay için iyidirler. Depolama sıcaklıkları çok yükselirse, bu inhibitörler tükenecektir, tıpkı malzemeyi çok uzun süre depoda bıraktığınız gibi. Bir tanktaki korozyon da, güvenlik marjınızı tüketecek birçok serbest radikal başlatıcı türü sağlayabilir. Ayrıca, tanklarınızın dibinde kademeli olarak ayrı bir sulu faz gelişmediğinden emin olmak istersiniz, çünkü bu inhibitörlerin bazıları orada ayrışma eğiliminde olacak ve tankın geri kalanını daha az stabil hale getirecektir (ve ayrıca korozyona yol açabilir). Artan ısı açıkça bir endişe kaynağıdır; MMA tankları ve benzerleri, güneş ışığından kaynaklanan ısınmayı en aza indirmek için genellikle beyaza boyanır.
Güvenlik Marjını Azaltan Faktörler
Genel olarak, bir metil metakrilat tankındaki herhangi bir sıcaklık artışı, polimerizasyonun gerçekleştiğini şiddetle gösteren ve acil dikkat gerektiren kötü bir işarettir – ve eğer öyleyse, yalnızca kötüleşecektir. Polimer varlığını test etmek için basit bir yöntemin, tank içeriğinden bir örneği metanolde çözmek olduğunu okumuştum – herhangi bir bulanıklık polimerik türlerin varlığını gösterir. Ancak sürekli ısınan bir tankın böyle bir onaya ihtiyacı yoktur – saatte bir veya iki derece C’lik bir yükseliş acil dikkat gerektirir ve saatte beş derecelik bir yükseliş kırmızı ışık ve siren anlamına gelir.
Polimerleşme Belirtileri ve Acil Müdahale
Durumun ne kadar kötüleştiğine bağlı olarak çeşitli seçenekler vardır. Fenotiazin gibi ‘kısa durdurucu’ bir polimerizasyon inhibitörü kesinlikle bir seçenektir ve bu tür depolama tesislerinde acil bir durumda bunu eklemek için ekipman bulunması gerekir. Fenotiazin, zincir reaksiyonunu (oksijene ihtiyaç duymadan) durdurabilir, ancak bu, tank içeriğinin kullanılamaz hale gelmesi pahasına olabilir, ancak muhtemelen zaten o noktadasınızdır. Ancak, tank üzerinde zaten çok fazla aşırı basınç varsa, içine daha fazla madde pompalamak seçeneğiniz olmayabilir. Bu noktada yapılacak ana şey, püskürtülen suyla şeyleri soğutmaya çalışmaktır – tankın içeriği zaten polimerleşecektir, bu nedenle sizin göreviniz, tankın patlamasını ve toksik ve yanıcı bir monomer ve polimerik madde karışımını tüm araziye yaymasını önlemek için bunu çok hızlı yapmasını engellemektir.
Acil Durum Müdahale Seçenekleri
Bu, geçtiğimiz hafta sonu Garden Grove’da tam olarak yaşanan şeydi ve neyse ki olay kontrol altına alınmış görünüyor. O MMA tankı ve içeriği kesinlikle tamamen bir kayıptır, ancak bu, her şeyin aniden Los Angeles banliyö bölgesine dağılmasından sonsuz derecede daha iyidir. Kimya endüstrisi bu tür maddeleri (ve diğer reaktif monomerleri) uzun zamandır işliyor ve on yıllar boyunca birçok benzer olay meydana geldi, ancak zor kazanılmış deneyim, onları giderek daha nadir hale getirmeyi öğretti. Bu olayın temel nedenlerine ilişkin olay raporunu dört gözle bekliyorum – eğer içinde bulunduğumuz bu #$%@! Altın Çağ’da hala böyle şeyler yapıyorsak – çünkü bu da ileriye dönük olarak işleri daha güvenli hale getirecektir. Umut ediyoruz.
Garden Grove Olayından Çıkarılan Dersler ve Gelecek Güvenliği
Olayın sonucu, tank ve içeriği kayıp. Daha kötüsü önlendi. Kimya endüstrisi deneyimleri, olayları seyreltme. Olay raporunun önemi, gelecekteki güvenlik için.
