Βινυλοχλωρίδιο (βινυλοχλωρίδιο): ιδιότητες, φόρμουλα, βιομηχανική παραγωγή στη Ρωσία

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-02 13:52

Το βινυλοχλωρίδιο είναι ένα από τα απλούστερα παράγωγα ακετυλενίου που λαμβάνεται με την προσθήκη υδροχλωρίου. Ο κύριος τύπος χημικών αντιδράσεων στις οποίες εμπλέκεται αυτή η ουσία είναι η διαδικασία πολυμερισμού. Το τελικό προϊόν - PVC - χρησιμοποιείται ευρέως σε όλους τους τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας. Η διαδικασία παρασκευής της ένωσης και των παραγώγων της συνοδεύεται από την απελευθέρωση πτητικών ουσιών, οι οποίες έχουν ισχυρή τοξική επίδραση στον ανθρώπινο οργανισμό.

Γενική περιγραφή

Το χλωριούχο βινύλιο (βινυλοχλωρίδιο) είναι μια από τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες χημικές ενώσεις καθώς είναι η πρώτη ύλη για την παραγωγή PVC. Αυτή η ουσία ελήφθη για πρώτη φορά από τον Liebig το 1830 στη Γερμανία από διχλωροαιθάνιο και αλκοολικό ανθρακικό κάλιο. Μετά από 42 χρόνια, ένας άλλος Γερμανός χημικός, ο Eugen Baumann, επέστησε την προσοχή στο γεγονός ότι όταν αποθηκεύονται στο φως, οι νιφάδες αρχίζουν να καθιζάνουν από το χλωριούχο βινύλιο. Αυτός ο επιστήμονας θεωρείται ο ανακάλυψε το πολυβινυλοχλωρίδιο.

Αρχικά, αυτή η ένωση δεν προκάλεσε κανένα ενδιαφέρον μεταξύ των εμπόρων και των κατασκευαστών χημικών προϊόντων. Η παραγωγή του σε βιομηχανική κλίμακαξεκίνησε τη δεκαετία του '30. ΧΧ αιώνα.

Ο εμπειρικός τύπος για το χλωριούχο βινύλιο είναι: C₂H_{3Cl. Ο δομικός τύπος φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.}

Υπό κανονικές συνθήκες, το χλωριούχο βινύλιο είναι ένα άχρωμο αέριο, αλλά επειδή το σημείο βρασμού του είναι -13 ° C, συνήθως χρησιμοποιείται σε υγρή κατάσταση.

Χημικές ιδιότητες του βινυλοχλωριδίου

Οι κύριες αντιδράσεις που είναι εγγενείς σε αυτήν την ουσία είναι:

• Πολυμερισμός.
• Υποκατάσταση στον δεσμό άνθρακα-χλωρίου. Αυτή η διαδικασία παράγει αλκοολικούς εστέρες και βινυλεστέρες. Το άτομο χλωρίου αντικαθίσταται παρουσία καταλυτών: αλογονίδια, παλλάδιο και άλατα άλλων μετάλλων. Εάν χρησιμοποιείται αλκοόλη ως διαλύτες, τότε συντίθενται εστέρες.
• Οξείδωση με οξυγόνο στην αέρια φάση. Τα προϊόντα αυτής της αντίδρασης είναι φορμυλοχλωρίδιο, μονοξείδιο του άνθρακα, υδροχλωρικό οξύ και μυρμηκικό οξύ. Παρατηρείται πλήρης οξείδωση με τη συμμετοχή καταλύτη χρωμίτη κοβαλτίου ή σε υδατικό διάλυμα με χρήση υπερμαγγανικού καλίου. Η αντίδραση με το όζον στην υγρή και αέρια κατάσταση του χλωριούχου βινυλίου οδηγεί στο σχηματισμό φορμυλοχλωριδίου και μυρμηκικού οξέος. Η αυθόρμητη καύση παράγει μονοξείδιο του άνθρακα, υδροχλωρικό οξύ και τοξικό φωσγένιο (σε μικρές ποσότητες).
• Αντιδράσεις προσθήκης. Για να ληφθεί τριχλωροαιθάνιο, το οποίο χρησιμοποιείται ως διαλύτης, πραγματοποιείται αντίδραση προσθήκης χλωρίου: με τον ιοντικό μηχανισμό (στην υγρή φάση, απουσία φωτός, χρησιμοποιώντας έναν καταλύτη που βασίζεται σε μέταλλα μεταπτώσεως) ή με τη ρίζααντιδράσεις (σε αυξημένη θερμοκρασία). Χρήσιμα προϊόντα χλωριούχου βινυλίου συντίθενται επίσης με όξινη κατάλυση και υδρογόνωση.
• Photodissociation. Υπό τη δράση του φωτός με μήκος κύματος 193 nm, οι ομάδες HCl και Cl διαχωρίζονται από το μόριο χλωριούχου βινυλίου.
• Πυρόλυση. Το χλωριούχο βινύλιο είναι πιο ανθεκτικό στη θερμική αποσύνθεση από άλλα αλογονοαλκάνια αυτού του τύπου. Η πυρόλυση ξεκινά στους 550°C. Στους 680°C, η απόδοση σε ακετυλένιο, υδροχλωρικό οξύ, χλωροπρένιο και βινυλακετυλένιο είναι περίπου 35%. Παρουσία νερού, το χλωριούχο βινύλιο θα διαβρώσει τον σίδηρο, τον χάλυβα και το αλουμίνιο απελευθερώνοντας HCl.

αντίδραση πολυμερισμού

Το μονομερές χλωριούχου βινυλίου μπορεί να υπάρχει για μεγάλο χρονικό διάστημα υπό κανονικές συνθήκες. Η εμφάνιση ριζών ως αποτέλεσμα φωτο- ή θερμοχημικών αντιδράσεων οδηγεί στην ενεργοποίηση του πολυμερισμού.

Αυτή η διαδικασία πραγματοποιείται σε 3 στάδια και φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Φυσικά χαρακτηριστικά

Οι κύριες φυσικές ιδιότητες της ένωσης υπό κανονικές συνθήκες είναι οι εξής:

• μοριακό βάρος – 62, 499;
• σημείο τήξης - 119 K;
• σημείο βρασμού - 259 K;
• θερμοχωρητικότητα σε υγρή κατάσταση – 84 J/(mol∙K);
• πίεση ατμών στους 0 °C - 175 kPa;
• Ιξώδες στους -20 °C – 0,272 mPa∙s;
• κατώτερο εκρηκτικό όριο - 8,6% (κατ' όγκο);
• θερμοκρασία αυτόματης ανάφλεξης - 745 K.

Η ουσία έχει καλή διαλυτότητα στους υδρογονάνθρακες,έλαια, αλκοόλες, οργανικά υγρά. πρακτικά δεν αναμιγνύεται με νερό.

Λήψη

Υπάρχουν διάφοροι βιομηχανικοί τρόποι για να αποκτήσετε βινυλοχλωρίδιο:

• ως αποτέλεσμα της αντίδρασης υδροχλωρικού οξέος με ακετυλένιο;
• από αιθυλένιο και χλώριο (άμεση χλωρίωση του αιθυλενίου, λήψη διχλωριούχου αιθυλενίου, πυρόλυση του σε χλωριούχο βινύλιο);
• αιθυλενοοξυχλωρίωση;
• συνδυασμένη μέθοδος (άμεση χλωρίωση, πυρόλυση διχλωριούχου αιθυλενίου, οξυχλωρίωση) - μια διεργασία ισορροπίας αιθυλενίου και χλωρίου χωρίς σχηματισμό ή κατανάλωση υδροχλωρικού οξέος.

Προς το παρόν, η τελευταία επιλογή είναι η πιο κοινή και οικονομικά αποδοτική. Η ποσότητα χλωριούχου βινυλίου που λαμβάνεται με αυτήν την τεχνολογία είναι μεγαλύτερη από το 95% της συνολικής παγκόσμιας παραγωγής. Η χημεία των αντιδράσεων φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Ολόκληρος ο όγκος του οξέος, που λαμβάνεται κατά την πυρόλυση του διχλωριούχου αιθυλενίου, χρησιμοποιείται ως πρώτη ύλη στο επόμενο στάδιο παραγωγής (οξυχλωρίωση). Το προϊόν που προκύπτει καθαρίζεται με απόσταξη, τα υποπροϊόντα χρησιμοποιούνται για την παραγωγή διαλυτών ή ανακυκλώνονται.

Παραγωγή στη Ρωσία

Στη Ρωσία, η παραγωγή χλωριούχου βινυλίου από ακετυλένιο πραγματοποιείται στις ακόλουθες επιχειρήσεις:

• AK Azot, (Novomoskovsk, περιοχή Τούλα).
• JSC Plastcard (Volgograd).
• JSC Khimprom(Βόλγκογκραντ).
• Usolekhimprom JSC, (Usolye-Sibirskoye, περιοχή Ιρκούτσκ).

Με βάση το αιθυλένιο, η σύνθεση μιας ουσίας πραγματοποιείται σε οργανισμούς όπως:

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

Η σύνθεση από ακετυλένιο θεωρείται ξεπερασμένη τεχνολογία. Η χρήση αιθυλενίου ως πρώτης ύλης έχει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:

• φθηνότερες και πιο προσιτές πρώτες ύλες;
• υψηλή απόδοση τελικού προϊόντος;
• χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και νερού;
• δυνατότητα κατασκευής γραμμών παραγωγής υψηλής χωρητικότητας.

Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται από τους κορυφαίους κατασκευαστές στον κόσμο για περισσότερα από 40 χρόνια. Οι κύριες ελπιδοφόρες κατευθύνσεις για την ανάπτυξη της βιομηχανικής παραγωγής χλωριούχου βινυλίου στη Ρωσία είναι η εισαγωγή νέων παραγωγικών δυνατοτήτων, η μετάβαση στην πρώτη ύλη αιθανίου, η εξάπλωση της τεχνολογίας οξυχλωρίωσης με τη βοήθεια οξυγόνου και η ανάπτυξη σχετικών βιομηχανιών για την πώληση καυστικής σόδας. σχηματίζεται ως υποπροϊόν.

Αίτηση

Η συντριπτική πλειονότητα του χλωριούχου βινυλίου που παράγεται χρησιμοποιείται για την παραγωγή πολυβινυλοχλωριδίου (PVC). Σύμφωνα με στατιστικά στοιχεία, περισσότερο από το 50% της παραγωγής αυτού του πολυμερούς βρίσκεται στην Ασία.

Το πολυβινυλοχλωρίδιο είναι το πιο ευέλικτο υλικό από όλα τα πολυμερή. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή άκαμπτων κτιριακών κατασκευών (σωλήνες, εξωτερική επένδυση τοίχων, προφίλ) καιελαστικά προϊόντα (σύρματα, καλώδια, υλικά στέγης). Σε αντίθεση με άλλα πολυμερή υλικά, το χλωριούχο πολυβινύλιο υπό την επίδραση των υπεριωδών ακτίνων, της οξείδωσης και των υγρών υδρογονανθράκων όχι μόνο αποσυντίθεται, αλλά και εν μέρει διασυνδέει τις πολυμερείς αλυσίδες. Αυτή η ιδιότητα σχετίζεται με την παρουσία ατόμων χλωρίου στη δομή της ένωσης. Η υψηλή ανταγωνιστικότητα του PVC εξηγείται επίσης από τη χαμηλή τιμή του.

Το PVC χρησιμοποιείται για την κατασκευή των ακόλουθων προϊόντων (με φθίνουσα σειρά όγκου παραγωγής):

• σωλήνες και τα εξαρτήματά τους;
• sideing;
• παράθυρα, πόρτες;
• προφίλ (συμπεριλαμβανομένων περιφράξεων και καταστρωμάτων);
• επενδύσεις δαπέδου;
• υλικά στέγης;
• καταναλωτικά προϊόντα;
• packaging;
• καλώδια και σύρματα (θηκάρι, μόνωση);
• ιατρικές προμήθειες;
• επικαλύψεις, κόλλες.

Άλλες χρήσεις

Μια μικρή αναλογία χλωριούχου βινυλίου (περίπου 1%) χρησιμοποιείται για την παραγωγή συμπολυμερών, εκ των οποίων οι συνδυασμοί με οξικό βινύλιο, χλωριούχο βινυλιδένιο, μονομερή ακρυλικής σειράς και άλφα-ολεφίνες είναι πρακτικής σημασίας. Ο πρώτος τύπος συμπολυμερών είναι ο πιο διαδεδομένος. Αυτά τα υλικά έχουν τις ακόλουθες εμπορικές ονομασίες:

• vestolite;
• hostalitis;
• winnol;
• lukovil;
• corvik;
• jeon;
• sikron και άλλα.

Χρησιμοποιούνται για την παρασκευή προϊόντων όπως:

• λινέλαιο και άλλες επενδύσεις δαπέδου;
• πλαίσια παραθύρων;
• πλακίδια με όψη;
• ψεύτικο δέρμα;
• ταινία;
• βερνίκια;
• nonwovens.

Τοξικότητα

Το Το χλωριούχο βινύλιο αναφέρεται σε εξαιρετικά επικίνδυνες ενώσεις που οδηγούν σε σοβαρή φθορά στο ανθρώπινο σώμα. Η ουσία είναι πτητική και η κύρια οδός εισόδου είναι η εισπνοή. Η πηγή είναι η παραγωγή βινυλοχλωριδίου, PVC και προϊόντων από αυτό.

Το χλωριούχο βινύλιο προκαλεί διαταραχές στα ακόλουθα όργανα και συστήματα:

• Καταστολή ΚΝΣ (ζάλη, αποπροσανατολισμός, τοξικό κώμα);
• βλάβη συνδετικού ιστού και αιμοφόρων αγγείων;
• επιδείνωση της αναπαραγωγικής λειτουργίας;
• καρκινογόνο αποτέλεσμα (το αγγειοσάρκωμα του ήπατος ανιχνεύεται συχνότερα, αναπτύσσονται όγκοι και άλλοι εντοπισμοί)
• πεπτικό σύστημα – ηπατίτιδα, χολοκυστίτιδα, χολαγγειίτιδα, γαστρίτιδα, πεπτικό έλκος;
• κυκλοφορικό και αιμοποιητικό σύστημα - υπέρταση, στεφανιαία νόσο, ηωσινοφιλία, θρομβοπενία;
• διαταραχή της χοληστερόλης και του γενικού μεταβολισμού;
• μεταλλαξιογόνος δράση, σχηματισμός χρωμοσωμικών ανωμαλιών;
• αναστολή της αντιμικροβιακής προστασίας, μειωμένες ανοσοποιητικές δυνάμεις.

Με παρατεταμένη έκθεση (από έξι μήνες έως 3 χρόνια) σε τοξικές δόσεις αυτής της ουσίας, εμφανίζεται "νόσος του χλωριούχου βινυλίου". Η ανάπτυξή του περνά από 3 στάδια, τα οποία χαρακτηρίζονται από τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

1. Αδυναμία, ημικρανία, ναυτία, αναιμία, πόνος στις φάλαγγες των νυχιών των άκρων, καθώς και η καταστροφή τουςοστά. Όταν σταματήσει η επιβλαβής επιρροή, οι αλλαγές είναι αναστρέψιμες.
2. Φλεγμονή των περιφερικών νεύρων, με αποτέλεσμα την απώλεια της αίσθησης. αρρυθμία, πόνος στην περιοχή της καρδιάς, παραβίαση της θερμορύθμισης.
3. Βλάβη μνήμης, ψευδαισθήσεις, ακούσιες οφθαλμικές διακυμάνσεις, διπλή εικόνα, διαταραχή ύπνου, μειωμένη απόδοση, πόνος στο στομάχι, ναυτία, έμετος, αύξηση των παθολογιών των οστών.