Vinylchlorid (vinylchlorid): egenskaber, formel, industriel produktion i Rusland

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-02 13:52

Vinylchlorid er et af de enkleste derivater af acetylen opnået ved at tilsætte hydrogenchlorid. Den vigtigste type kemiske reaktioner, som dette stof er involveret i, er polymerisationsprocessen. Det endelige produkt - PVC - er meget udbredt inden for alle områder af menneskelig aktivitet. Processen med at fremstille forbindelsen og dens derivater ledsages af frigivelse af flygtige stoffer, som har en stærk toksisk virkning på den menneskelige krop.

Generel beskrivelse

Vinylchlorid (vinylchlorid) er en af de mest udbredte kemiske forbindelser, da det er råmaterialet til PVC-produktion. Dette stof blev først opnået af Liebig i 1830 i Tyskland fra dichlorethan og alkoholisk kaliumcarbonat. Efter 42 år henledte en anden tysk kemiker, Eugen Baumann, opmærksomheden på, at når de opbevares i lyset, begynder der at udfælde flager fra vinylchlorid. Denne videnskabsmand betragtes som opdageren af polyvinylchlorid.

I begyndelsen vakte denne forbindelse ingen interesse blandt handlende og producenter af kemiske produkter. Dens produktion i industriel skalastartede i 30'erne. XX århundrede.

Den empiriske formel for vinylchlorid er: C₂H_{3Cl. Strukturformlen er vist i figuren nedenfor.}

Vinylchlorid er under normale forhold en farveløs gas, men da dets kogepunkt er -13 °C, håndteres det norm alt i flydende tilstand.

Kemiske egenskaber ved vinylchlorid

De vigtigste reaktioner i dette stof er:

• Polymerisering.
• Substitution på carbon-chlor-bindingen. Denne proces producerer alkoholater og vinylestere. Kloratomet udskiftes i nærvær af katalysatorer: halogenider, palladium og s alte af andre metaller. Hvis alkohol bruges som opløsningsmidler, syntetiseres estere.
• Oxidation med oxygen i gasfasen. Produkterne af denne reaktion er formylchlorid, carbonmonoxid, s altsyre og myresyre. Fuldstændig oxidation observeres med deltagelse af en koboltchromitkatalysator eller i en vandig opløsning under anvendelse af kaliumpermanganat. Reaktion med ozon i vinylchlorids flydende og gasformige tilstand fører til dannelsen af formylchlorid og myresyre. Spontan forbrænding producerer kulilte, s altsyre og giftigt fosgen (i små mængder).
• Tilføjelsesreaktioner. For at opnå trichlorethan, der anvendes som opløsningsmiddel, udføres chloradditionsreaktionen: ved ionmekanismen (i væskefasen, i fravær af lys, ved hjælp af en katalysator baseret på overgangsmetaller) eller ved radikaletreaktioner (ved forhøjet temperatur). Nyttige vinylchloridprodukter syntetiseres også ved syrekatalyse og hydrogenering.
• Fotodissociation. Under påvirkning af lys med en bølgelængde på 193 nm sp altes HCl- og Cl-grupperne fra vinylchlorid-molekylet.
• Pyrolyse. Vinylchlorid er mere modstandsdygtig over for termisk nedbrydning end andre haloalkaner af denne type. Pyrolyse starter ved 550°C. Ved 680°C er udbyttet af acetylen, s altsyre, chloropren og vinylacetylen ca. 35%. I nærværelse af vand vil vinylchlorid korrodere jern, stål og aluminium ved at frigive HCl.

Polymeriseringsreaktion

Vinylchloridmonomer kan eksistere i lang tid under normale forhold. Forekomsten af radikaler som et resultat af foto- eller termokemiske reaktioner fører til aktivering af polymerisation.

Denne proces foregår i 3 trin og er vist i nedenstående figur.

Fysiske karakteristika

De vigtigste fysiske egenskaber af forbindelsen under normale forhold er som følger:

• molekylvægt – 62.499;
• smeltepunkt - 119 K;
• kogepunkt - 259 K;
• varmekapacitet i flydende tilstand – 84 J/(mol∙K);
• damptryk ved 0 °C - 175 kPa;
• Viskositet ved -20 °C – 0,272 mPa∙s;
• nedre eksplosivgrænse - 8,6 % (efter volumen);
• automatisk tændingstemperatur - 745 K.

Stoffet har god opløselighed i kulbrinter,olier, alkoholer, organiske væsker; praktisk t alt ikke blandbar med vand.

Modtag

Der er flere industrielle måder at få vinylchlorid på:

• som et resultat af reaktionen mellem s altsyre og acetylen;
• fra ethylen og klor (direkte chlorering af ethylen, opnåelse af ethylendichlorid, dets pyrolyse til vinylchlorid);
• ethylenoxychlorering;
• kombineret metode (direkte chlorering, pyrolyse af ethylendichlorid, oxychlorering) - en ligevægtsproces af ethylen og chlor uden dannelse eller forbrug af s altsyre.

I øjeblikket er sidstnævnte mulighed den mest almindelige og omkostningseffektive. Mængden af vinylchlorid opnået ved denne teknologi er mere end 95% af den samlede verdensproduktion. Reaktionernes kemi er vist i figuren nedenfor.

Hele mængden af syre, som opnås under pyrolysen af ethylendichlorid, bruges som råmateriale i det næste produktionstrin (oxychlorering). Det resulterende produkt renses ved destillation, biprodukter bruges til fremstilling af opløsningsmidler eller genbruges.

Produktion i Rusland

I Rusland udføres produktionen af vinylchlorid fra acetylen hos følgende virksomheder:

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

På basis af ethylen udføres syntesen af et stof i organisationer som:

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

Syntese fra acetylen betragtes som forældet teknologi. Brug af ethylen som råmateriale har følgende fordele:

• billigere og mere overkommelige råvarer;
• højt udbytte af færdigt produkt;
• lavt strøm- og vandforbrug;
• mulighed for at bygge produktionslinjer med høj kapacitet.

Denne metode er blevet brugt af verdens førende producenter i over 40 år. De vigtigste lovende retninger for udviklingen af industriel produktion af vinylchlorid i Rusland er introduktionen af nye kapaciteter, overgangen til ethanråvare, spredningen af oxygen-assisteret oxychloreringsteknologi og udviklingen af relaterede industrier til salg af kaustisk soda, som er dannet som et biprodukt.

Application

Langt størstedelen af produceret vinylchlorid bruges til fremstilling af polyvinylchlorid (PVC). Ifølge statistikker er mere end 50 % af produktionen af denne polymer i Asien.

Polyvinylchlorid er det mest alsidige materiale af alle polymerer. Den kan bruges til at fremstille både stive bygningskonstruktioner (rør, ydervægsbeklædning, profiler) ogelastiske produkter (tråde, kabler, tagmaterialer). I modsætning til andre polymere materialer nedbryder polyvinylchlorid under påvirkning af ultraviolette stråler, oxidation og flydende kulbrinter ikke kun, men tværbinder også delvist polymerkæder. Denne egenskab er forbundet med tilstedeværelsen af chloratomer i strukturen af forbindelsen. PVCs høje konkurrenceevne forklares også af dens lave pris.

PVC bruges til at fremstille følgende produkter (i faldende rækkefølge efter produktionsvolumen):

• rør og deres fittings;
• sidespor;
• vinduer, døre;
• profiler (inklusive hegn og dæk);
• gulvbelægning;
• tagmaterialer;
• forbrugerprodukter;
• emballage;
• kabler og ledninger (kappe, isolering);
• medicinske forsyninger;
• belægninger, klæbemidler.

Anden anvendelse

En lille andel vinylchlorid (ca. 1%) bruges til at fremstille copolymerer, hvoraf kombinationer med vinylacetat, vinylidenchlorid, akrylseriemonomerer og alfa-olefiner er af praktisk betydning. Den første type copolymerer er den mest udbredte. Disse materialer har følgende handelsnavne:

• vestolite;
• hostalitis;
• winnol;
• lukovil;
• corvik;
• jeon;
• sikron og andre.

De bruges til at fremstille produkter som:

• linoleum og andre gulvbelægninger;
• vinduesrammer;
• vendende fliser;
• imiteret læder;
• film;
• lakker;
• nonwovens.

Toksicitet

Vinylchlorid henviser til meget farlige forbindelser, der fører til alvorlig forringelse af den menneskelige krop. Stoffet er flygtigt, og hovedindgangsvejen er indånding. Kilden er produktionen af vinylchlorid, PVC og produkter derfra.

Vinylchlorid forårsager forstyrrelser i følgende organer og systemer:

• CNS-depression (svimmelhed, desorientering, giftig koma);
• skade på bindevæv og blodkar;
• forringelse af reproduktiv funktion;
• kræftfremkaldende virkning (angiosarkom i leveren opdages oftest, tumorer og andre lokaliseringer udvikles);
• fordøjelsessystem – hepatitis, cholecystitis, cholangitis, gastritis, mavesår;
• kredsløbs- og hæmatopoietiske system - hypertension, koronar hjertesygdom, eosinofili, trombocytopeni;
• forstyrrelse af kolesterol og generel stofskifte;
• mutagen effekt, dannelse af kromosomafvigelser;
• hæmning af antimikrobiel beskyttelse, reducerede immunforsvar.

Ved langvarig eksponering (fra seks måneder til 3 år) for toksiske doser af dette stof opstår "vinylchloridsygdom". Dens udvikling går gennem 3 faser, som er kendetegnet ved følgende funktioner:

1. Svaghed, migræne, kvalme, anæmi, ømhed i lemmernes neglefalanger samt deres ødelæggelseknogler. Når den skadelige påvirkning ophører, er ændringerne reversible.
2. Bændelse i de perifere nerver, hvilket resulterer i tab af følelse; arytmi, smerter i hjerteområdet, overtrædelse af termoregulering.
3. Hukommelsessvigt, hallucinationer, ufrivillige øjenfluktuationer, dobbeltbillede, søvnforstyrrelser, nedsat ydeevne, smerter i maven, kvalme, opkastning, stigning i knoglesygdomme.