Vinylklorid (vinylklorid): egenskaper, formel, industriell produktion i Ryssland

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-02 14:03

Vinylklorid är ett av de enklaste derivaten av acetylen som erhålls genom att tillsätta väteklorid. Den huvudsakliga typen av kemiska reaktioner där detta ämne är involverat är polymerisationsprocessen. Slutprodukten - PVC - används i stor utsträckning inom alla områden av mänsklig aktivitet. Processen för att tillverka föreningen och dess derivat åtföljs av frisättning av flyktiga ämnen, som har en stark toxisk effekt på människokroppen.

Allmän beskrivning

Vinylklorid (vinylklorid) är en av de mest använda kemiska föreningarna eftersom det är råvaran för PVC-produktion. Detta ämne erhölls först av Liebig 1830 i Tyskland från dikloretan och alkoholh altigt kaliumkarbonat. Efter 42 år uppmärksammade en annan tysk kemist, Eugen Baumann, att när de förvaras i ljuset börjar flingor fällas ut från vinylklorid. Denna vetenskapsman anses vara upptäckaren av polyvinylklorid.

Till en början väckte denna förening inget intresse bland handlare och tillverkare av kemiska produkter. Dess produktion i industriell skalabörjade på 30-talet. XX-talet.

Den empiriska formeln för vinylklorid är: C₂H_{3Cl. Strukturformeln visas i figuren nedan.}

Under normala förhållanden är vinylklorid en färglös gas, men eftersom dess kokpunkt är -13 °C hanteras den vanligtvis i flytande tillstånd.

Kemiska egenskaper hos vinylklorid

De huvudsakliga reaktionerna i detta ämne är:

• Polymerisation.
• Substitution på kol-klorbindningen. Denna process producerar alkoholater och vinylestrar. Kloratomen ersätts i närvaro av katalysatorer: halogenider, palladium och s alter av andra metaller. Om alkohol används som lösningsmedel, syntetiseras estrar.
• Oxidation med syre i gasfasen. Produkterna av denna reaktion är formylklorid, kolmonoxid, s altsyra och myrsyra. Fullständig oxidation observeras med deltagande av en koboltkromitkatalysator eller i en vattenlösning med användning av kaliumpermanganat. Reaktion med ozon i vinylklorids flytande och gasformiga tillstånd leder till bildning av formylklorid och myrsyra. Spontan förbränning producerar kolmonoxid, s altsyra och giftig fosgen (i små mängder).
• Tilläggsreaktioner. För att erhålla trikloretan, som används som lösningsmedel, utförs kloradditionsreaktionen: genom jonmekanismen (i vätskefasen, i frånvaro av ljus, med en katalysator baserad på övergångsmetaller) eller genom radikalenreaktioner (vid förhöjd temperatur). Användbara vinylkloridprodukter syntetiseras också genom syrakatalys och hydrering.
• Fotodissociation. Under inverkan av ljus med en våglängd på 193 nm delas HCl- och Cl-grupperna av från vinylkloridmolekylen.
• Pyrolys. Vinylklorid är mer resistent mot termisk nedbrytning än andra haloalkaner av denna typ. Pyrolys startar vid 550°C. Vid 680°C är utbytet av acetylen, s altsyra, kloropren och vinylacetylen cirka 35 %. I närvaro av vatten kommer vinylklorid att korrodera järn, stål och aluminium genom att frigöra HCl.

Polymeriseringsreaktion

Vinylkloridmonomer kan existera länge under normala förhållanden. Uppkomsten av radikaler som ett resultat av foto- eller termokemiska reaktioner leder till aktivering av polymerisation.

Denna process sker i 3 steg och visas i figuren nedan.

Fysiska egenskaper

De huvudsakliga fysikaliska egenskaperna hos föreningen under normala förhållanden är följande:

• molekylvikt – 62 499;
• smältpunkt - 119 K;
• kokpunkt - 259 K;
• värmekapacitet i flytande tillstånd – 84 J/(mol∙K);
• ångtryck vid 0 °C - 175 kPa;
• Viskositet vid -20 °C – 0,272 mPa∙s;
• nedre explosivgräns - 8,6 % (i volym);
• självantändningstemperatur - 745 K.

Ämnet har god löslighet i kolväten,oljor, alkoholer, organiska vätskor; praktiskt taget oblandbar med vatten.

Receive

Det finns flera industriella sätt att få vinylklorid:

• som ett resultat av reaktionen mellan s altsyra och acetylen;
• från eten och klor (direkt klorering av eten, erhåller etylendiklorid, dess pyrolys till vinylklorid);
• etylenoxiklorering;
• kombinerad metod (direktklorering, pyrolys av etylendiklorid, oxiklorering) - en jämviktsprocess av eten och klor utan bildning eller förbrukning av s altsyra.

För närvarande är det senare alternativet det vanligaste och mest kostnadseffektiva. Mängden vinylklorid som erhålls med denna teknik är mer än 95% av den totala världsproduktionen. Reaktionernas kemi visas i figuren nedan.

Hela volymen syra, som erhålls under pyrolysen av etylendiklorid, används som råvara i nästa produktionsled (oxiklorering). Den resulterande produkten renas genom destillation, biprodukter används vid framställning av lösningsmedel eller återvinns.

Produktion i Ryssland

I Ryssland sker tillverkningen av vinylklorid från acetylen på följande företag:

• AK Azot, (Novomoskovsk, Tula-regionen).
• JSC Plastcard (Volgograd).
• JSC Khimprom(Volgograd).
• Usolekhimprom JSC, (Usolye-Sibirskoye, Irkutsk-regionen).

På basis av eten utförs syntesen av ett ämne i organisationer som:

• JSC "Sayanskhimplast" (Sayansk).
• JSC Sibur-Neftekhim (Caprolactam, Dzerzhinsk).
• ZAO Kaustik (Sterlitamak).

Syntes från acetylen anses vara föråldrad teknik. Att använda eten som råvara har följande fördelar:

• billigare och mer prisvärda råvaror;
• högt utbyte av färdig produkt;
• låg energi- och vattenförbrukning;
• möjlighet att bygga produktionslinjer med hög kapacitet.

Denna metod har använts av världens ledande tillverkare i över 40 år. De viktigaste lovande riktningarna för utvecklingen av industriell produktion av vinylklorid i Ryssland är införandet av ny kapacitet, övergången till etanråvara, spridningen av syreassisterad oxykloreringsteknologi och utvecklingen av relaterade industrier för försäljning av kaustiksoda, som bildas som en biprodukt.

Application

Den stora majoriteten av vinylklorid som produceras används för att tillverka polyvinylklorid (PVC). Enligt statistik sker mer än 50 % av produktionen av denna polymer i Asien.

Polyvinylklorid är det mest mångsidiga materialet av alla polymerer. Den kan användas för att producera både styva byggnadskonstruktioner (rör, ytterväggsbeklädnad, profiler) ochelastiska produkter (trådar, kablar, takmaterial). Till skillnad från andra polymera material bryter polyvinylklorid under påverkan av ultravioletta strålar, oxidation och flytande kolväten inte bara ned, utan tvärbinder också delvis polymerkedjor. Denna egenskap är associerad med närvaron av kloratomer i föreningens struktur. PVCs höga konkurrenskraft förklaras också av dess låga pris.

PVC används för att tillverka följande produkter (i fallande produktionsvolym):

• rör och deras kopplingar;
• siding;
• fönster, dörrar;
• profiler (inklusive staket och trädäck);
• golvbeläggningar;
• takmaterial;
• konsumentprodukter;
• packaging;
• kablar och ledningar (mantel, isolering);
• medicinska förnödenheter;
• beläggningar, lim.

Andra användningsområden

En liten andel vinylklorid (cirka 1%) används för att framställa sampolymerer, av vilka kombinationer med vinylacetat, vinylidenklorid, akrylseriemonomerer och alfa-olefiner är av praktisk betydelse. Den första typen av sampolymerer är den mest utbredda. Dessa material har följande handelsnamn:

• vestolite;
• hostalit;
• winnol;
• lukovil;
• corvik;
• jeon;
• sikron och andra.

De används för att tillverka produkter som:

• linoleum och andra golvbeläggningar;
• fönsterramar;
• motstående plattor;
• konstläder;
• film;
• lacker;
• nonwovens.

Toxicity

Vinylklorid avser mycket farliga föreningar som leder till allvarlig försämring av människokroppen. Ämnet är flyktigt och den huvudsakliga inträdesvägen är inandning. Källan är tillverkning av vinylklorid, PVC och produkter därav.

Vinylklorid orsakar störningar i följande organ och system:

• CNS-depression (yrsel, desorientering, giftig koma);
• skador på bindväv och blodkärl;
• försämring av reproduktiv funktion;
• cancerframkallande effekt (angiosarkom i levern upptäcks oftast, tumörer och andra lokaliseringar utvecklas);
• matsmältningssystemet – hepatit, kolecystit, kolangit, gastrit, magsår;
• cirkulations- och hematopoietiska system - högt blodtryck, kranskärlssjukdom, eosinofili, trombocytopeni;
• störning av kolesterol och allmän metabolism;
• mutagen effekt, bildande av kromosomavvikelser;
• hämning av antimikrobiellt skydd, minskade immunförsvar.

Vid långvarig exponering (från sex månader till 3 år) av toxiska doser av detta ämne, uppstår "vinylkloridsjukdom". Dess utveckling går igenom 3 stadier, som kännetecknas av följande egenskaper:

1. Svaghet, migrän, illamående, anemi, ömhet i benens nagelfalanger, såväl som deras förstörelseben. När den skadliga påverkan upphör är förändringarna reversibla.
2. Inflammation i de perifera nerverna, vilket leder till förlust av känsel; arytmi, smärta i hjärtområdet, brott mot termoregleringen.
3. Minnesförsämring, hallucinationer, ofrivilliga ögonfluktuationer, dubbelbild, sömnstörningar, nedsatt prestationsförmåga, smärta i magen, illamående, kräkningar, ökning av benpatologier.