Vinüülkloriid (vinüülkloriid): omadused, valem, tööstuslik tootmine Venemaal

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-02 13:53

Vinüülkloriid on üks lihtsamaid atsetüleeni derivaate, mis saadakse vesinikkloriidi lisamisel. Peamine keemiliste reaktsioonide liik, milles see aine osaleb, on polümerisatsiooniprotsess. Lõppprodukti - PVC - kasutatakse laialdaselt kõigis inimtegevuse valdkondades. Ühendi ja selle derivaatide valmistamise protsessiga kaasneb lenduvate ainete eraldumine, millel on tugev toksiline toime inimorganismile.

Üldkirjeldus

Vinüülkloriid (vinüülkloriid) on üks enim kasutatavaid keemilisi ühendeid, kuna see on PVC tootmise tooraine. Seda ainet sai Liebig esmakordselt 1830. aastal Saksamaal dikloroetaanist ja alkohoolsest kaaliumkarbonaadist. 42 aasta pärast juhtis teine saksa keemik Eugen Baumann tähelepanu asjaolule, et valguse käes hoidmisel hakkavad vinüülkloriidist helbed sadestuma. Seda teadlast peetakse polüvinüülkloriidi avastajaks.

Algul ei äratanud see ühend kaupmeestes ja keemiatoodete tootjates huvi. Selle tootmine tööstuslikus mastaabisalgas 30ndatel. XX sajand.

Vinüülkloriidi empiiriline valem on: C₂H_{3Cl. Struktuurivalem on näidatud alloleval joonisel.}

Tavatingimustes on vinüülkloriid värvitu gaas, kuid kuna selle keemistemperatuur on –13 °C, käideldakse seda tavaliselt vedelas olekus.

Vinüülkloriidi keemilised omadused

Sellele ainele omased peamised reaktsioonid on:

• Polümerisatsioon.
• Süsinik-kloori sideme asendus. Selle protsessi käigus saadakse alkoholaate ja vinüülestreid. Kloori aatom asendatakse katalüsaatorite juuresolekul: halogeniidid, pallaadium ja teiste metallide soolad. Kui lahustina kasutatakse alkoholi, sünteesitakse estreid.
• Oksüdeerimine hapnikuga gaasifaasis. Selle reaktsiooni produktid on formüülkloriid, süsinikoksiid, vesinikkloriidhape ja sipelghape. Täielikku oksüdeerumist täheldatakse koob altkromiitkatalüsaatori osalusel või kaaliumpermanganaati kasutavas vesilahuses. Reaktsioon osooniga vinüülkloriidi vedelas ja gaasilises olekus viib formüülkloriidi ja sipelghappe moodustumiseni. Isesüttimine tekitab süsinikmonooksiidi, vesinikkloriidhapet ja mürgist fosgeeni (väikestes kogustes).
• Lisamisreaktsioonid. Lahustina kasutatava trikloroetaani saamiseks viiakse läbi kloori lisamise reaktsioon: ioonmehhanismi abil (vedelas faasis, valguse puudumisel siirdemetallidel põhineva katalüsaatori abil) või radikaali abil.reaktsioonid (kõrgendatud temperatuuril). Kasulikke vinüülkloriidi tooteid sünteesitakse ka happekatalüüsi ja hüdrogeenimise teel.
• Fotodisotsiatsioon. Valguse toimel lainepikkusega 193 nm eralduvad HCl- ja Cl-rühmad vinüülkloriidi molekulist.
• Pürolüüs. Vinüülkloriid on termilise lagunemise suhtes vastupidavam kui teised seda tüüpi haloalkaanid. Pürolüüs algab temperatuuril 550 °C. 680 °C juures on atsetüleeni, vesinikkloriidhappe, kloropreeni ja vinüülatsetüleeni saagis umbes 35%. Vee juuresolekul korrodeerib vinüülkloriid rauda, terast ja alumiiniumi, vabastades HCl.

Polümerisatsioonireaktsioon

Vinüülkloriidmonomeer võib tavatingimustes eksisteerida pikka aega. Radikaalide ilmumine foto- või termokeemiliste reaktsioonide tulemusena viib polümerisatsiooni aktiveerumiseni.

See protsess toimub 3 etapis ja on näidatud alloleval joonisel.

Füüsilised omadused

Ühise peamised füüsikalised omadused tavatingimustes on järgmised:

• molekulmass – 62 499;
• sulamistemperatuur – 119 K;
• keemistemperatuur – 259 K;
• soojusmaht vedelas olekus – 84 J/(mol∙K);
• aururõhk 0 °C juures – 175 kPa;
• Viskoossus -20 °C juures – 0,272 mPa∙s;
• alumine plahvatuspiir – 8,6% (mahu järgi);
• isesüttimistemperatuur – 745 K.

Aine lahustub hästi süsivesinikes,õlid, alkoholid, orgaanilised vedelikud; veega praktiliselt segunematu.

Võta vastu

Vinüülkloriidi saamiseks on mitu tööstuslikku viisi:

• vesinikkloriidhappe ja atsetüleeni reaktsiooni tulemusena;
• etüleenist ja kloorist (etüleeni otsene kloorimine, etüleendikloriidi saamine, selle pürolüüs vinüülkloriidiks);
• etüleeni oksükloorimine;
• kombineeritud meetod (otsene kloorimine, etüleendikloriidi pürolüüs, oksükloorimine) – etüleeni ja kloori tasakaaluprotsess ilma vesinikkloriidhappe moodustumise või tarbimiseta.

Praegu on viimane variant kõige levinum ja kulutõhusam. Selle tehnoloogia abil saadud vinüülkloriidi kogus moodustab üle 95% maailma kogutoodangust. Reaktsioonide keemia on näidatud alloleval joonisel.

Kogu happe kogus, mis saadakse etüleendikloriidi pürolüüsi käigus, kasutatakse järgmises tootmisetapis (oksükloorimine) toorainena. Saadud saadus puhastatakse destilleerimisega, kõrvalsaadusi kasutatakse lahustite tootmisel või võetakse ringlusse.

Tootmine Venemaal

Venemaal toodetakse atsetüleenist vinüülkloriidi järgmistes ettevõtetes:

• AK Azot, (Novomoskovski, Tula piirkond).
• JSC Plastcard (Volgograd).
• JSC Khimprom(Volgograd).
• Usolekhimprom JSC, (Usolje-Sibirskoje, Irkutski piirkond).

Etüleeni baasil toimub aine süntees sellistes organisatsioonides nagu:

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

Atsetüleenist sünteesi peetakse aegunud tehnoloogiaks. Etüleeni kasutamisel lähteainena on järgmised eelised:

• odavam ja soodsam tooraine;
• valmistoote kõrge saagis;
• väike voolu- ja veekulu;
• suure võimsusega tootmisliinide ehitamise võimalus.

Seda meetodit on maailma juhtivad tootjad kasutanud juba üle 40 aasta. Peamised paljulubavad suunad vinüülkloriidi tööstusliku tootmise arendamiseks Venemaal on uute võimsuste kasutuselevõtt, etaani lähteainele üleminek, hapnikuga abistatava oksükloorimise tehnoloogia levik ja sellega seotud tööstusharude arendamine seebikivi müügiks, mis moodustub kõrvalsaadusena.

Rakendus

Valdav enamus toodetud vinüülkloriidist kasutatakse polüvinüülkloriidi (PVC) valmistamiseks. Statistika kohaselt toodetakse enam kui 50% selle polümeeri toodangust Aasias.

Polüvinüülkloriid on kõigist polümeeridest kõige mitmekülgsem materjal. Seda saab kasutada nii jäikade ehituskonstruktsioonide (torud, välisseinakatted, profiilid) kui kaelastsed tooted (traadid, kaablid, katusematerjalid). Erinev alt teistest polümeersetest materjalidest polüvinüülkloriid ultraviolettkiirte, oksüdatsiooni ja vedelate süsivesinike mõjul mitte ainult ei lagune, vaid ka osaliselt ristseob polümeeri ahelaid. See omadus on seotud klooriaatomite olemasoluga ühendi struktuuris. PVC kõrget konkurentsivõimet seletab ka selle madal hind.

PVC-d kasutatakse järgmiste toodete valmistamiseks (tootmismahu kahanevas järjekorras):

• torud ja nende liitmikud;
• vooder;
• aknad, uksed;
• profiilid (sh aiad ja terrassid);
• põrandakatted;
• katusematerjalid;
• tarbekaubad;
• pakend;
• kaablid ja juhtmed (ümbris, isolatsioon);
• meditsiinitarbed;
• katted, liimid.

Muud kasutusalad

Väikest osa vinüülkloriidist (umbes 1%) kasutatakse kopolümeeride tootmiseks, millest praktilise tähtsusega on kombinatsioonid vinüülatsetaadi, vinülideenkloriidi, akrüülseeria monomeeride ja alfa-olefiinidega. Esimest tüüpi kopolümeerid on kõige levinumad. Nendel materjalidel on järgmised kaubanimed:

• vestoliit;
• hostaliit;
• winnol;
• lukovil;
• corvik;
• jeon;
• sikron ja teised.

Neid kasutatakse selliste toodete valmistamiseks:

• linoleum ja muud põrandakatted;
• aknaraamid;
• fassaadiplaadid;
• kunstnahk;
• film;
• lakid;
• lausriie.

Toksilisus

Vinüülkloriid viitab väga ohtlikele ühenditele, mis põhjustavad inimkeha tõsiseid kahjustusi. Aine on lenduv ja peamine sisenemisviis on sissehingamine. Allikas on vinüülkloriidi, PVC ja sellest valmistatud toodete tootmine.

Vinüülkloriid põhjustab häireid järgmistes organites ja süsteemides:

• KNS-i depressioon (peapööritus, desorientatsioon, toksiline kooma);
• sidekoe ja veresoonte kahjustus;
• reproduktiivfunktsiooni halvenemine;
• kantserogeenne toime (kõige sagedamini tuvastatakse maksa angiosarkoom, tekivad kasvajad ja muud lokalisatsioonid);
• seedesüsteem – hepatiit, koletsüstiit, kolangiit, gastriit, peptiline haavand;
• vereringe- ja vereloomesüsteem – hüpertensioon, südame isheemiatõbi, eosinofiilia, trombotsütopeenia;
• kolesterooli ja üldise ainevahetuse häired;
• mutageenne toime, kromosoomaberratsioonide teke;
• antimikroobse kaitse pärssimine, immuunjõudude vähenemine.

Pikaajalisel kokkupuutel (kuuest kuust kuni 3 aastani) selle aine toksiliste annustega tekib "vinüülkloriidi haigus". Selle areng läbib 3 etappi, mida iseloomustavad järgmised omadused:

1. Nõrkus, migreen, iiveldus, aneemia, jäsemete küünefalangide valulikkus, samuti nende hävimineluud. Kui kahjulik mõju lakkab, on muudatused pöörduvad.
2. Perifeersete närvide põletik, mille tagajärjeks on tundlikkuse kaotus; arütmia, valu südame piirkonnas, termoregulatsiooni rikkumine.
3. Mälukahjustus, hallutsinatsioonid, tahtmatud silmade kõikumised, topeltpilt, unehäired, töövõime langus, kõhuvalu, iiveldus, oksendamine, luupatoloogiate sagenemine.