Vinilchloridas (vinilo chloridas): savybės, formulė, pramoninė gamyba Rusijoje

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-02 13:59

Vinilo chloridas yra vienas iš paprasčiausių acetileno darinių, gaunamų pridedant vandenilio chlorido. Pagrindinis cheminių reakcijų, kuriose dalyvauja ši medžiaga, tipas yra polimerizacijos procesas. Galutinis produktas – PVC – plačiai naudojamas visose žmogaus veiklos srityse. Junginio ir jo darinių gamybos procesą lydi lakiųjų medžiagų, turinčių stiprų toksinį poveikį žmogaus organizmui, išsiskyrimas.

Bendras aprašymas

Vinilchloridas (vinilo chloridas) yra vienas iš plačiausiai naudojamų cheminių junginių, nes jis yra PVC gamybos žaliava. Pirmą kartą šią medžiagą Liebigas gavo 1830 m. Vokietijoje iš dichloretano ir alkoholinio kalio karbonato. Po 42 metų kitas vokiečių chemikas Eugenas Baumannas atkreipė dėmesį į tai, kad laikant šviesoje, nuo vinilo chlorido pradeda nusėsti dribsniai. Šis mokslininkas laikomas polivinilchlorido atradėju.

Iš pradžių šis junginys nesukėlė jokio susidomėjimo tarp prekybininkų ir chemijos produktų gamintojų. Jo gamyba pramoniniu mastuprasidėjo 30-aisiais. XX amžius.

Empirinė vinilo chlorido formulė yra: C₂H_{3Cl. Struktūrinė formulė parodyta paveikslėlyje žemiau.}

Įprastomis sąlygomis vinilo chloridas yra bespalvės dujos, tačiau kadangi jo virimo temperatūra yra –13 °C, jis paprastai tvarkomas skystas.

Cheminės vinilo chlorido savybės

Pagrindinės šiai medžiagai būdingos reakcijos yra šios:

• Polimerizacija.
• Anglies ir chloro jungties pakeitimas. Šio proceso metu susidaro alkoholatai ir vinilo esteriai. Chloro atomas pakeičiamas esant katalizatoriams: halogenidams, paladžiui ir kitų metalų druskoms. Jei alkoholis naudojamas kaip tirpiklis, sintetinami esteriai.
• Oksidacija deguonimi dujų fazėje. Šios reakcijos produktai yra formilo chloridas, anglies monoksidas, druskos rūgštis ir skruzdžių rūgštis. Visiška oksidacija stebima dalyvaujant kob alto chromito katalizatoriui arba vandeniniame tirpale naudojant kalio permanganatą. Reakcija su ozonu skystoje ir dujinėje vinilo chlorido būsenoje sukelia formilo chlorido ir skruzdžių rūgšties susidarymą. Savaiminio užsidegimo metu susidaro anglies monoksidas, druskos rūgštis ir toksiškas fosgenas (mažais kiekiais).
• Papildymo reakcijos. Norint gauti trichloretaną, kuris naudojamas kaip tirpiklis, chloro pridėjimo reakcija vykdoma: joniniu mechanizmu (skystoje fazėje, nesant šviesos, naudojant pereinamųjų metalų katalizatorių) arba radikalu.reakcijos (aukštesnėje temperatūroje). Naudingi vinilo chlorido produktai taip pat sintetinami rūgštinės katalizės ir hidrinimo būdu.
• Fotodisociacija. Veikiant šviesai, kurios bangos ilgis 193 nm, HCl ir Cl grupės atsiskiria nuo vinilo chlorido molekulės.
• Pirolizė. Vinilo chloridas yra atsparesnis terminiam skilimui nei kiti šio tipo halogenalkanai. Pirolizė prasideda 550°C temperatūroje. 680°C temperatūroje acetileno, druskos rūgšties, chloropreno ir vinilacetileno išeiga yra apie 35%. Esant vandeniui, vinilo chloridas rūdys geležį, plieną ir aliuminį, išskirdamas HCl.

Polimerizacijos reakcija

Vinilchlorido monomeras normaliomis sąlygomis gali egzistuoti ilgą laiką. Dėl foto- arba termocheminių reakcijų atsiradę radikalai suaktyvina polimerizaciją.

Šis procesas vyksta 3 etapais ir parodytas toliau esančiame paveikslėlyje.

Fizinės savybės

Pagrindinės fizinės junginio savybės normaliomis sąlygomis yra šios:

• molekulinė masė – 62 499;
• lydymosi temperatūra – 119 K;
• virimo temperatūra – 259 K;
• šiluminė talpa skystoje būsenoje – 84 J/(mol∙K);
• garų slėgis 0 °C temperatūroje – 175 kPa;
• Klampumas esant -20 °C – 0,272 mPa∙s;
• apatinė sprogumo riba – 8,6 % (pagal tūrį);
• savaiminio užsidegimo temperatūra – 745 K.

Medžiaga gerai tirpsta angliavandeniliuose,aliejai, alkoholiai, organiniai skysčiai; praktiškai nesimaišo su vandeniu.

Gauti

Yra keli pramoniniai būdai gauti vinilo chlorido:

• dėl druskos rūgšties reakcijos su acetilenu;
• iš etileno ir chloro (tiesioginis etileno chlorinimas, gaunamas etileno dichloridas, jo pirolizė iki vinilo chlorido);
• etileno oksichlorinimas;
• kombinuotas metodas (tiesioginis chlorinimas, etileno dichlorido pirolizė, oksichlorinimas) – etileno ir chloro pusiausvyros procesas, nesusidarantis ir nenaudojant druskos rūgšties.

Šiuo metu pastarasis variantas yra labiausiai paplitęs ir ekonomiškiausias. Šia technologija išgaunamo vinilchlorido kiekis sudaro daugiau nei 95% visos pasaulio produkcijos. Reakcijų chemija parodyta paveikslėlyje žemiau.

Visas rūgšties kiekis, gaunamas etileno dichlorido pirolizės metu, naudojamas kaip žaliava kitame gamybos etape (oksichlorinimas). Gautas produktas išvalomas distiliuojant, šalutiniai produktai naudojami tirpiklių gamyboje arba perdirbami.

Gamyba Rusijoje

Rusijoje vinilo chlorido iš acetileno gamyba vykdoma šiose įmonėse:

• AK Azotas, (Novomoskovskas, Tulos sritis).
• JSC Plastcard (Volgogradas).
• JSC Khimprom(Volgogradas).
• Usolekhimprom JSC, (Usoloje-Sibirskoje, Irkutsko sritis).

Etileno pagrindu medžiagos sintezė vykdoma tokiose organizacijose kaip:

• JSC "Sayanskkhimplast" (Sajanskas).
• JSC Sibur-Neftekhim (Kaprolaktamas, Dzeržinskas).
• ZAO Kaustik (Sterlitamak).

Sintezė iš acetileno laikoma pasenusia technologija. Etileno kaip žaliavos naudojimas turi šiuos privalumus:

• pigesnės ir pigesnės žaliavos;
• didelė gatavo produkto išeiga;
• mažas energijos ir vandens suvartojimas;
• galimybė statyti didelio pajėgumo gamybos linijas.

Šį metodą pirmaujantys pasaulio gamintojai taiko daugiau nei 40 metų. Pagrindinės perspektyvios pramoninės vinilo chlorido gamybos plėtros kryptys Rusijoje yra naujų pajėgumų diegimas, perėjimas prie etano žaliavos, deguonies oksichlorinimo technologijos plitimas ir susijusių pramonės šakų, skirtų kaustinės sodos pardavimui, plėtra. susidaro kaip šalutinis produktas.

Programa

Didžioji dalis pagaminto vinilchlorido naudojama polivinilchloridui (PVC) gaminti. Remiantis statistika, daugiau nei 50 % šio polimero pagaminama Azijoje.

Polivinilchloridas yra universaliausia medžiaga iš visų polimerų. Iš jo galima gaminti tiek standžias statybines konstrukcijas (vamzdžius, išorės sienų apkalą, profilius), tiekelastiniai gaminiai (laidai, kabeliai, stogo dangos medžiagos). Skirtingai nuo kitų polimerinių medžiagų, polivinilchloridas, veikiamas ultravioletinių spindulių, oksidacijos ir skystų angliavandenilių, ne tik suyra, bet ir iš dalies sujungia polimerų grandines. Ši savybė siejama su chloro atomų buvimu junginio struktūroje. Didelis PVC konkurencingumas taip pat paaiškinamas maža kaina.

PVC naudojamas šiems produktams gaminti (mažėjančia gamybos apimties tvarka):

• vamzdžiai ir jų jungiamosios detalės;
• atšaka;
• langai, durys;
• profiliai (įskaitant tvoras ir paklotus);
• grindų dangos;
• stogo dangos medžiagos;
• vartojimo prekės;
• pakavimas;
• kabeliai ir laidai (apvalkalas, izoliacija);
• medicininės prekės;
• dangos, klijai.

Kita paskirtis

Nedidelė vinilo chlorido dalis (apie 1 %) naudojama kopolimerams gaminti, kurių deriniai su vinilo acetatu, vinilideno chloridu, akrilo serijos monomerais ir alfa-olefinais turi praktinę reikšmę. Pirmojo tipo kopolimerai yra labiausiai paplitę. Šios medžiagos turi šiuos prekinius pavadinimus:

• vestolitas;
• hostalitas;
• winnol;
• lukovil;
• corvik;
• jeon;
• sikron ir kt.

Jie naudojami gaminant tokius produktus kaip:

• linoleumas ir kitos grindų dangos;
• langų rėmeliai;
• apdailos plytelės;
• dirbtinė oda;
• filmas;
• lakai;
• neaustinės medžiagos.

Toksiškumas

Vinilchloridas reiškia labai pavojingus junginius, kurie labai pablogina žmogaus kūno būklę. Medžiaga yra laki, o pagrindinis patekimo būdas yra įkvėpus. Š altinis yra vinilo chlorido, PVC ir gaminių iš jo gamyba.

Vinilchloridas sukelia šių organų ir sistemų sutrikimus:

• CNS depresija (galvos svaigimas, dezorientacija, toksinė koma);
• jungiamojo audinio ir kraujagyslių pažeidimas;
• reprodukcinės funkcijos pablogėjimas;
• kancerogeninis poveikis (dažniausiai nustatoma kepenų angiosarkoma, vystosi navikai ir kitos lokalizacijos);
• virškinimo sistema – hepatitas, cholecistitas, cholangitas, gastritas, pepsinė opa;
• kraujotakos ir kraujodaros sistema – hipertenzija, koronarinė širdies liga, eozinofilija, trombocitopenija;
• cholesterolio ir bendros medžiagų apykaitos sutrikimas;
• mutageninis poveikis, chromosomų aberacijų susidarymas;
• antimikrobinės apsaugos slopinimas, sumažintos imuninės jėgos.

Ilgai veikiant (nuo šešių mėnesių iki 3 metų) toksiškomis šios medžiagos dozėmis, atsiranda „vinilchlorido liga“. Jo kūrimas vyksta 3 etapais, kuriems būdingos šios savybės:

1. Silpnumas, migrena, pykinimas, anemija, galūnių nagų falangų skausmas, taip pat jų sunaikinimaskaulų. Kai žalingas poveikis nutrūksta, pokyčiai yra grįžtami.
2. Periferinių nervų uždegimas, dėl kurio prarandamas jutimas; aritmija, skausmas širdies srityje, termoreguliacijos pažeidimas.
3. Atminties sutrikimas, haliucinacijos, nevalingi akių svyravimai, dvigubas vaizdas, miego sutrikimas, sumažėjęs darbingumas, skrandžio skausmas, pykinimas, vėmimas, kaulų patologijų padidėjimas.