Vinylchlorid (vinylchlorid): vlastnosti, vzorec, priemyselná výroba v Rusku

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-02 14:02

Vinylchlorid je jedným z najjednoduchších derivátov acetylénu, ktorý sa získava pridaním chlorovodíka. Hlavným typom chemických reakcií, na ktorých sa táto látka podieľa, je proces polymerizácie. Konečný produkt - PVC - má široké využitie vo všetkých sférach ľudskej činnosti. Proces výroby zlúčeniny a jej derivátov je sprevádzaný uvoľňovaním prchavých látok, ktoré majú silný toxický účinok na ľudský organizmus.

Všeobecný popis

Vinylchlorid (vinylchlorid) je jednou z najpoužívanejších chemických zlúčenín, pretože je surovinou na výrobu PVC. Túto látku prvýkrát získal Liebig v roku 1830 v Nemecku z dichlóretánu a alkoholického uhličitanu draselného. Ďalší nemecký chemik Eugen Baumann po 42 rokoch upozornil na fakt, že pri skladovaní na svetle sa z vinylchloridu začnú zrážať vločky. Tento vedec je považovaný za objaviteľa polyvinylchloridu.

Spočiatku táto zlúčenina nevzbudila medzi obchodníkmi a výrobcami chemických produktov žiaden záujem. Jeho výroba v priemyselnom meradlezačala v 30-tych rokoch. XX storočia.

Empirický vzorec pre vinylchlorid je: C₂H_{3Cl. Štrukturálny vzorec je znázornený na obrázku nižšie.}

Za normálnych podmienok je vinylchlorid bezfarebný plyn, ale keďže jeho bod varu je -13 °C, zvyčajne sa s ním manipuluje v kvapalnom stave.

Chemické vlastnosti vinylchloridu

Hlavné reakcie obsiahnuté v tejto látke sú:

• Polymerizácia.
• Substitúcia na väzbe uhlík-chlór. Tento proces produkuje alkoholáty a vinylestery. Atóm chlóru je nahradený v prítomnosti katalyzátorov: halogenidy, paládium a soli iných kovov. Ak sa ako rozpúšťadlá použije alkohol, potom sa syntetizujú estery.
• Oxidácia kyslíkom v plynnej fáze. Produkty tejto reakcie sú formylchlorid, oxid uhoľnatý, kyselina chlorovodíková a kyselina mravčia. Úplná oxidácia sa pozoruje za účasti kob alt-chromitového katalyzátora alebo vo vodnom roztoku s použitím manganistanu draselného. Reakcia s ozónom v kvapalnom a plynnom stave vinylchloridu vedie k tvorbe formylchloridu a kyseliny mravčej. Pri samovoľnom spaľovaní vzniká oxid uhoľnatý, kyselina chlorovodíková a toxický fosgén (v malých množstvách).
• Reakcie pridávania. Na získanie trichlóretánu, ktorý sa používa ako rozpúšťadlo, sa uskutočňuje adičná reakcia chlóru: iónovým mechanizmom (v kvapalnej fáze, za neprítomnosti svetla, s použitím katalyzátora na báze prechodných kovov) alebo radikálomreakcie (pri zvýšenej teplote). Užitočné vinylchloridové produkty sa tiež syntetizujú kyslou katalýzou a hydrogenáciou.
• Fotodisociácia. Pôsobením svetla s vlnovou dĺžkou 193 nm sa z molekuly vinylchloridu odštiepia skupiny HCl a Cl.
• Pyrolýza. Vinylchlorid je odolnejší voči tepelnému rozkladu ako iné halogénalkány tohto typu. Pyrolýza začína pri 550 °C. Pri 680 °C je výťažok acetylénu, kyseliny chlorovodíkovej, chloroprénu a vinylacetylénu asi 35 %. V prítomnosti vody bude vinylchlorid korodovať železo, oceľ a hliník uvoľňovaním HCl.

Polymerizačná reakcia

Za normálnych podmienok môže monomér vinylchloridu existovať dlhú dobu. Výskyt radikálov ako výsledok foto- alebo termochemických reakcií vedie k aktivácii polymerizácie.

Tento proces prebieha v 3 fázach a je znázornený na obrázku nižšie.

Fyzické vlastnosti

Hlavné fyzikálne vlastnosti zlúčeniny za normálnych podmienok sú nasledovné:

• molekulová hmotnosť – 62 499;
• teplota topenia - 119 K;
• bod varu – 259 K;
• tepelná kapacita v kvapalnom stave – 84 J/(mol∙K);
• tlak pár pri 0 °C - 175 kPa;
• Viskozita pri -20 °C – 0,272 mPa∙s;
• dolný limit výbušnosti – 8,6 % (objemovo);
• teplota samovznietenia – 745 K.

Látka má dobrú rozpustnosť v uhľovodíkoch,oleje, alkoholy, organické kvapaliny; prakticky nemiešateľný s vodou.

Prijať

Existuje niekoľko priemyselných spôsobov, ako získať vinylchlorid:

• ako výsledok reakcie kyseliny chlorovodíkovej s acetylénom;
• z etylénu a chlóru (priama chlorácia etylénu, získanie etyléndichloridu, jeho pyrolýza na vinylchlorid);
• etylénoxychlorácia;
• kombinovaná metóda (priama chlorácia, pyrolýza etyléndichloridu, oxychlorácia) - rovnovážny proces etylénu a chlóru bez tvorby alebo spotreby kyseliny chlorovodíkovej.

V súčasnosti je najbežnejšia a cenovo najefektívnejšia posledná možnosť. Množstvo vinylchloridu získaného touto technológiou je viac ako 95% z celkovej svetovej produkcie. Chémia reakcií je znázornená na obrázku nižšie.

Celý objem kyseliny, ktorý sa získa pri pyrolýze etyléndichloridu, sa používa ako surovina v ďalšej fáze výroby (oxychlorácia). Výsledný produkt sa čistí destiláciou, vedľajšie produkty sa používajú pri výrobe rozpúšťadiel alebo sa recyklujú.

Výroba v Rusku

V Rusku sa výroba vinylchloridu z acetylénu vykonáva v týchto podnikoch:

• AK Azot, (Novomoskovsk, región Tula).
• JSC Plastcard (Volgograd).
• JSC Khimprom(Volgograd).
• Usolekhimprom JSC, (Usolye-Sibirskoye, Irkutská oblasť).

Na báze etylénu sa syntéza látky uskutočňuje v organizáciách ako:

• JSC "Sayanskkhimplast" (Sayansk).
• JSC Sibur-Neftekhim (Caprolaktam, Dzeržinsk).
• ZAO Kaustik (Sterlitamak).

Syntéza z acetylénu sa považuje za zastaranú technológiu. Použitie etylénu ako suroviny má nasledujúce výhody:

• lacnejšie a dostupnejšie suroviny;
• vysoká výťažnosť hotového výrobku;
• nízka spotreba energie a vody;
• možnosť výstavby vysokokapacitných výrobných liniek.

Túto metódu používajú poprední svetoví výrobcovia už viac ako 40 rokov. Hlavnými sľubnými smermi rozvoja priemyselnej výroby vinylchloridu v Rusku sú zavedenie nových kapacít, prechod na etánovú surovinu, rozšírenie technológie oxychlorácie s pomocou kyslíka a rozvoj príbuzných odvetví na predaj lúhu sodného, ktorý vzniká ako vedľajší produkt.

Aplikácia

Prevažná väčšina vyrobeného vinylchloridu sa používa na výrobu polyvinylchloridu (PVC). Podľa štatistík je viac ako 50 % produkcie tohto polyméru v Ázii.

Polyvinylchlorid je najuniverzálnejší materiál zo všetkých polymérov. Je možné z neho vyrábať ako tuhé stavebné konštrukcie (rúry, obklady vonkajších stien, profily), tak ajelastické výrobky (drôty, káble, strešné materiály). Na rozdiel od iných polymérnych materiálov sa polyvinylchlorid pod vplyvom ultrafialových lúčov, oxidácie a kvapalných uhľovodíkov nielen rozkladá, ale aj čiastočne zosieťuje polymérne reťazce. Táto vlastnosť je spojená s prítomnosťou atómov chlóru v štruktúre zlúčeniny. Vysoká konkurencieschopnosť PVC sa vysvetľuje aj jeho nízkou cenou.

PVC sa používa na výrobu nasledujúcich produktov (v zostupnom poradí podľa objemu výroby):

• potrubia a ich tvarovky;
• siding;
• okná, dvere;
• profily (vrátane plotov a terás);
• podlahové krytiny;
• strešné materiály;
• spotrebiteľské produkty;
• balenie;
• káble a vodiče (plášť, izolácia);
• zdravotnícky materiál;
• nátery, lepidlá.

Iné použitia

Malý podiel vinylchloridu (asi 1 %) sa používa na výrobu kopolymérov, ktorých praktický význam majú kombinácie s vinylacetátom, vinylidénchloridom, monomérmi akrylovej série a alfa-olefínmi. Prvý typ kopolymérov je najrozšírenejší. Tieto materiály majú nasledujúce obchodné názvy:

• vestolite;
• hostalitis;
• winnol;
• lukovil;
• corvik;
• jeon;
• sikron a ďalšie.

Vyrábajú sa z nich produkty ako:

• linoleum a iné podlahové krytiny;
• rámy okien;
• obkladové dlaždice;
• umelá koža;
• film;
• laky;
• netkané textílie.

Toxicita

Vinylchlorid označuje vysoko nebezpečné zlúčeniny, ktoré vedú k vážnemu poškodeniu ľudského tela. Látka je prchavá a hlavnou vstupnou cestou je vdýchnutie. Zdrojom je výroba vinylchloridu, PVC a výrobkov z neho.

Vinylchlorid spôsobuje poruchy v nasledujúcich orgánoch a systémoch:

• útlm CNS (závrat, dezorientácia, toxická kóma);
• poškodenie spojivového tkaniva a krvných ciev;
• zhoršenie reprodukčných funkcií;
• karcinogénny účinok (najčastejšie sa zistí angiosarkóm pečene, vzniknú nádory a iné lokalizácie);
• tráviaci systém – hepatitída, cholecystitída, cholangitída, gastritída, peptický vred;
• obehový a hematopoetický systém - hypertenzia, ischemická choroba srdca, eozinofília, trombocytopénia;
• narušenie cholesterolu a celkového metabolizmu;
• mutagénny účinok, tvorba chromozomálnych aberácií;
• inhibícia antimikrobiálnej ochrany, znížené imunitné sily.

Pri dlhšom vystavení (od šiestich mesiacov do 3 rokov) toxickým dávkam tejto látky dochádza k „ochoreniu vinylchloridu“. Jeho vývoj prechádza 3 fázami, ktoré sa vyznačujú nasledujúcimi vlastnosťami:

1. Slabosť, migréna, nevoľnosť, anémia, bolestivosť nechtových článkov končatín, ako aj ich zničeniekosti. Keď sa škodlivý vplyv zastaví, zmeny sú reverzibilné.
2. Zápal periférnych nervov, ktorý vedie k strate citlivosti; arytmia, bolesť v oblasti srdca, porušenie termoregulácie.
3. Zhoršenie pamäti, halucinácie, mimovoľné kolísanie očí, dvojitý obraz, poruchy spánku, znížená výkonnosť, bolesť žalúdka, nevoľnosť, vracanie, nárast kostných patológií.