Chlorek winylu (chlorek winylu): właściwości, formuła, produkcja przemysłowa w Rosji

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-02 14:01

Chlorek winylu jest jedną z najprostszych pochodnych acetylenu otrzymywanych przez dodanie chlorowodoru. Głównym rodzajem reakcji chemicznych, w których uczestniczy ta substancja, jest proces polimeryzacji. Produkt finalny - PVC - znajduje szerokie zastosowanie we wszystkich sferach działalności człowieka. Procesowi wytwarzania związku i jego pochodnych towarzyszy uwalnianie substancji lotnych, które mają silne działanie toksyczne na organizm człowieka.

Opis ogólny

Chlorek winylu (chlorek winylu) jest jednym z najczęściej stosowanych związków chemicznych, ponieważ stanowi surowiec do produkcji PVC. Substancja ta została po raz pierwszy uzyskana przez Liebiga w 1830 roku w Niemczech z dichloroetanu i alkoholowego węglanu potasu. Po 42 latach inny niemiecki chemik, Eugen Baumann, zwrócił uwagę na fakt, że podczas przechowywania na świetle płatki zaczynają wytrącać się z chlorku winylu. Ten naukowiec jest uważany za odkrywcę polichlorku winylu.

Początkowo związek ten nie wzbudzał zainteresowania kupców i producentów wyrobów chemicznych. Jego produkcja na skalę przemysłowąrozpoczęła się w latach 30-tych. XX wiek.

Wzorzec empiryczny dla chlorku winylu to: C₂H_{3Cl. Wzór strukturalny pokazano na poniższym rysunku.}

W normalnych warunkach chlorek winylu jest bezbarwnym gazem, ale ponieważ jego temperatura wrzenia wynosi -13°C, zwykle używa się go w stanie ciekłym.

Właściwości chemiczne chlorku winylu

Główne reakcje związane z tą substancją to:

• Polimeryzacja.
• Podstawienie na wiązaniu węgiel-chlor. W procesie tym powstają alkoholany i estry winylowe. Atom chloru jest zastępowany w obecności katalizatorów: halogenków, palladu i soli innych metali. Jeśli alkohol jest używany jako rozpuszczalnik, wówczas syntetyzowane są estry.
• Utlenianie tlenem w fazie gazowej. Produktami tej reakcji są chlorek formylu, tlenek węgla, kwas solny i kwas mrówkowy. Całkowite utlenienie obserwuje się przy udziale katalizatora z chromitu kob altowego lub w roztworze wodnym z użyciem nadmanganianu potasu. Reakcja z ozonem w stanie ciekłym i gazowym chlorku winylu prowadzi do powstania chlorku formylu i kwasu mrówkowego. Spontaniczne spalanie wytwarza tlenek węgla, kwas solny i toksyczny fosgen (w niewielkich ilościach).
• Reakcje dodawania. W celu uzyskania trichloroetanu, który jest stosowany jako rozpuszczalnik, reakcja addycji chloru odbywa się: za pomocą mechanizmu jonowego (w fazie ciekłej, przy braku światła, przy użyciu katalizatora opartego na metalach przejściowych) lub za pomocą rodnikareakcje (w podwyższonej temperaturze). Przydatne produkty z chlorku winylu są również syntetyzowane przez katalizę kwasową i uwodornienie.
• Fotodysocjacja. Pod działaniem światła o długości fali 193 nm, grupy HCl i Cl oddzielają się od cząsteczki chlorku winylu.
• Piroliza. Chlorek winylu jest bardziej odporny na rozkład termiczny niż inne haloalkany tego typu. Piroliza rozpoczyna się w 550°C. W temperaturze 680°C wydajność acetylenu, kwasu solnego, chloroprenu i winyloacetylenu wynosi około 35%. W obecności wody chlorek winylu koroduje żelazo, stal i aluminium uwalniając HCl.

Reakcja polimeryzacji

Monomer chlorku winylu może istnieć przez długi czas w normalnych warunkach. Pojawienie się rodników w wyniku reakcji foto- lub termochemicznych prowadzi do aktywacji polimeryzacji.

Ten proces przebiega w 3 etapach i jest przedstawiony na poniższym rysunku.

Cechy fizyczne

Główne właściwości fizyczne związku w normalnych warunkach są następujące:

• masa cząsteczkowa – 62, 499;
• temperatura topnienia - 119 K;
• temperatura wrzenia - 259 K;
• pojemność cieplna w stanie ciekłym – 84 J/(mol∙K);
• ciśnienie pary przy 0 °C - 175 kPa;
• Lepkość w temperaturze -20 °C – 0,272 mPa∙s;
• dolna granica wybuchowości - 8,6% (objętościowo);
• temperatura samozapłonu - 745 K.

Substancja ma dobrą rozpuszczalność w węglowodorach,oleje, alkohole, płyny organiczne; praktycznie nie miesza się z wodą.

Odbierz

Istnieje kilka przemysłowych sposobów na uzyskanie chlorku winylu:

• w wyniku reakcji kwasu solnego z acetylenem;
• z etylenu i chloru (bezpośrednie chlorowanie etylenu, otrzymywanie dichlorku etylenu, jego piroliza do chlorku winylu);
• oksychlorowanie etylenu;
• metoda łączona (bezpośrednie chlorowanie, piroliza dichlorku etylenu, oksychlorowanie) - proces równowagi etylenu i chloru bez tworzenia lub zużycia kwasu solnego.

Obecnie ta druga opcja jest najbardziej powszechna i opłacalna. Ilość chlorku winylu uzyskanego tą technologią stanowi ponad 95% całkowitej światowej produkcji. Chemię reakcji przedstawiono na poniższym rysunku.

Cała objętość kwasu, który jest uzyskiwany podczas pirolizy dichlorku etylenu, jest wykorzystywana jako surowiec w kolejnym etapie produkcji (oksychlorowanie). Powstały produkt jest oczyszczany przez destylację, produkty uboczne są wykorzystywane w produkcji rozpuszczalników lub poddawane recyklingowi.

Produkcja w Rosji

W Rosji produkcja chlorku winylu z acetylenu odbywa się w następujących przedsiębiorstwach:

• AK Azot, (Nowomoskowsk, region Tula).
• JSC Plastcard (Wołgograd).
• JSC Chimprom(Wołgograd).
• Usolekhimprom JSC, (Usolye-Sibirskoye, obwód irkucki).

Na bazie etylenu synteza substancji prowadzona jest w takich organizacjach jak:

• JSC „Sayanskkhimplast” (Sajańsk).
• JSC Sibur-Neftekhim (Kaprolaktam, Dzierżyńsk).
• ZAO Kaustik (Sterlitamak).

Synteza z acetylenu jest uważana za przestarzałą technologię. Stosowanie etylenu jako surowca ma następujące zalety:

• tańsze i bardziej przystępne cenowo surowce;
• wysoka wydajność gotowego produktu;
• niskie zużycie energii i wody;
• możliwość budowy linii produkcyjnych o dużej wydajności.

Ta metoda jest stosowana przez wiodących światowych producentów od ponad 40 lat. Główne obiecujące kierunki rozwoju przemysłowej produkcji chlorku winylu w Rosji to wprowadzenie nowych mocy produkcyjnych, przejście na wsad etanu, upowszechnienie technologii oksychlorowania wspomaganego tlenem oraz rozwój branż pokrewnych w zakresie sprzedaży sody kaustycznej, które powstaje jako produkt uboczny.

Aplikacja

Zdecydowana większość produkowanego chlorku winylu jest wykorzystywana do produkcji polichlorku winylu (PVC). Według statystyk ponad 50% produkcji tego polimeru przypada na Azję.

Polichlorek winylu jest najbardziej wszechstronnym materiałem spośród wszystkich polimerów. Może być stosowany zarówno do produkcji sztywnych konstrukcji budowlanych (rury, okładziny ścian zewnętrznych, profile) jak iprodukty elastyczne (przewody, kable, pokrycia dachowe). W przeciwieństwie do innych materiałów polimerowych, polichlorek winylu pod wpływem promieni ultrafioletowych, utleniania i ciekłych węglowodorów nie tylko rozkłada się, ale także częściowo sieciuje łańcuchy polimerowe. Ta właściwość jest związana z obecnością atomów chloru w strukturze związku. Wysoką konkurencyjność PVC tłumaczy się również niską ceną.

PVC jest używany do wytwarzania następujących produktów (w porządku malejącym według wielkości produkcji):

• rury i ich kształtki;
• bocznica;
• okna, drzwi;
• profile (w tym ogrodzenia i tarasy);
• wykładziny podłogowe;
• materiały dachowe;
• produkty konsumenckie;
• opakowanie;
• kable i przewody (osłona, izolacja);
• zaopatrzenie medyczne;
• powłoki, kleje.

Inne zastosowania

Niewielka ilość chlorku winylu (około 1%) jest wykorzystywana do produkcji kopolimerów, z których kombinacje z octanem winylu, chlorkiem winylidenu, monomerami serii akrylowej i alfa-olefinami mają znaczenie praktyczne. Najbardziej rozpowszechniony jest pierwszy rodzaj kopolimerów. Materiały te mają następujące nazwy handlowe:

• westolit;
• zapalenie hostal;
• winnol;
• lukovil;
• corvik;
• jeon;
• sikron i inne.

Służą do wytwarzania produktów takich jak:

• linoleum i inne wykładziny podłogowe;
• ramki okienne;
• płytki licowe;
• sztuczna skóra;
• film;
• lakiery;
• włókniny.

Toksyczność

Chlorek winylu odnosi się do wysoce niebezpiecznych związków, które prowadzą do poważnego pogorszenia stanu ludzkiego ciała. Substancja jest lotna, a główną drogą wnikania jest inhalacja. Źródłem jest produkcja chlorku winylu, PCV i produktów z niego.

Chlorek winylu powoduje zaburzenia w następujących narządach i układach:

• depresja OUN (zawroty głowy, dezorientacja, toksyczna śpiączka);
• uszkodzenie tkanki łącznej i naczyń krwionośnych;
• pogorszenie funkcji rozrodczych;
• działanie rakotwórcze (najczęściej wykrywany jest naczyniakomięsak wątroby, rozwijają się guzy i inne lokalizacje);
• układ pokarmowy – zapalenie wątroby, zapalenie pęcherzyka żółciowego, zapalenie dróg żółciowych, zapalenie żołądka, wrzód trawienny;
• układ krążenia i krwiotwórczy - nadciśnienie, choroba wieńcowa, eozynofilia, małopłytkowość;
• zaburzenia cholesterolu i ogólnego metabolizmu;
• efekt mutagenny, powstawanie aberracji chromosomowych;
• zahamowanie ochrony przeciwdrobnoustrojowej, zmniejszenie sił odpornościowych.

Przy długotrwałym narażeniu (od sześciu miesięcy do 3 lat) na toksyczne dawki tej substancji pojawia się „choroba chlorku winylu”. Jego rozwój przebiega przez 3 etapy, które charakteryzują się następującymi cechami:

1. Osłabienie, migrena, nudności, anemia, bolesność paliczków kończyn, a także ich zniszczeniekości. Kiedy szkodliwy wpływ ustanie, zmiany są odwracalne.
2. Zapalenie nerwów obwodowych, powodujące utratę czucia; arytmia, bóle w okolicy serca, zaburzenia termoregulacji.
3. Upośledzenie pamięci, halucynacje, mimowolne fluktuacje oczu, podwójny obraz, zaburzenia snu, obniżona wydajność, ból żołądka, nudności, wymioty, wzrost patologii kości.