Kas ir propilēna polimerizācija? Kādas ir šīs ķīmiskās reakcijas īpašības? Mēģināsim atrast detalizētas atbildes uz šiem jautājumiem.
Savienojumu raksturojums
Etilēna un propilēna polimerizācijas reakcijas shēmas parāda tipiskās ķīmiskās īpašības, kas piemīt visiem olefīnu klases pārstāvjiem. Šī klase saņēma tik neparastu nosaukumu no vecā ķīmiskajā ražošanā izmantotās eļļas nosaukuma. 18. gadsimtā tika iegūts etilēnhlorīds, kas bija eļļaina šķidra viela.
Starp visu nepiesātināto alifātisko ogļūdeņražu klases pārstāvju pazīmēm mēs atzīmējam vienas dubultsaites klātbūtni tajos.
Propilēna radikālā polimerizācija ir tieši izskaidrojama ar dubultsaites klātbūtni vielas struktūrā.
Vispārīgā formula
Visiem alkēnu homologās sērijas pārstāvjiem vispārīgā formula ir formā СpН2p. Nepietiekošais ūdeņraža daudzums struktūrā izskaidro šo ogļūdeņražu ķīmisko īpašību īpatnības.
Propilēna polimerizācijas reakcijas vienādojumsir tiešs apstiprinājums šāda savienojuma pārrāvuma iespējamībai, izmantojot paaugstinātu temperatūru un katalizatoru.
Nepiesātināto radikāli sauc par alilgrupu vai propenil-2. Kāpēc polimerizēt propilēnu? Šīs mijiedarbības produkts tiek izmantots sintētiskā kaučuka sintezēšanai, kas, savukārt, ir pieprasīta mūsdienu ķīmiskajā rūpniecībā.
Fizikālās īpašības
Propilēna polimerizācijas vienādojums apstiprina ne tikai šīs vielas ķīmiskās, bet arī fizikālās īpašības. Propilēns ir gāzveida viela ar zemu viršanas un kušanas temperatūru. Šim alkēnu klases pārstāvim ir neliela šķīdība ūdenī.
Ķīmiskās īpašības
Propilēna un izobutilēna polimerizācijas reakcijas vienādojumi parāda, ka procesi notiek caur dubultsaiti. Alkēni darbojas kā monomēri, un šādas mijiedarbības galaprodukti būs polipropilēns un poliizobutilēns. Tā ir oglekļa-oglekļa saite, kas šādas mijiedarbības laikā tiks iznīcināta, un galu galā tiks izveidotas atbilstošas struktūras.
Pie dubultās saites veidojas jaunas vienkāršas saites. Kā notiek propilēna polimerizācija? Šī procesa mehānisms ir līdzīgs procesam, kas notiek visos citos šīs nepiesātināto ogļūdeņražu klases pārstāvjos.
Propilēna polimerizācijas reakcija ietver vairākas iespējasnoplūdes. Pirmajā gadījumā process tiek veikts gāzes fāzē. Saskaņā ar otro variantu reakcija notiek šķidrā fāzē.
Turklāt propilēna polimerizācija notiek arī saskaņā ar dažiem novecojušiem procesiem, kas ietver piesātināta šķidra ogļūdeņraža izmantošanu kā reakcijas vidi.
Modernas tehnoloģijas
Propilēna beztaras polimerizācija, izmantojot Spheripol tehnoloģiju, ir vircas reaktora kombinācija homopolimēru ražošanai. Process ietver gāzes fāzes reaktora izmantošanu ar pseidošķidro slāni, lai izveidotu bloku kopolimērus. Šajā gadījumā propilēna polimerizācijas reakcija ietver papildu saderīgu katalizatoru pievienošanu ierīcei, kā arī iepriekšēju polimerizāciju.
Procesa līdzekļi
Tehnoloģija ietver komponentu sajaukšanu īpašā ierīcē, kas paredzēta iepriekšējai pārveidošanai. Tālāk šo maisījumu pievieno cilpas polimerizācijas reaktoriem, kur ieplūst gan ūdeņradis, gan izlietotais propilēns.
Reaktori darbojas temperatūrā no 65 līdz 80 grādiem pēc Celsija. Spiediens sistēmā nepārsniedz 40 bar. Reaktorus, kas ir izvietoti sērijveidā, izmanto rūpnīcās, kas paredzētas polimēru izstrādājumu liela apjoma ražošanai.
Polimēra šķīdums tiek izņemts no otrā reaktora. Propilēna polimerizācija ietver šķīduma pārnešanu uz spiediena degazētāju. Šeit tiek veikta pulvera homopolimēra noņemšana no šķidrā monomēra.
Bloku kopolimēru ražošana
Propilēna polimerizācijas vienādojums CH2 =CH - CH3 šajā situācijā ir standarta plūsmas mehānisms, atšķirības ir tikai procesa apstākļos. Kopā ar propilēnu un etēnu pulveris no degazētāja nonāk gāzes fāzes reaktorā, kas darbojas aptuveni 70 grādu pēc Celsija temperatūrā un spiedienā, kas nepārsniedz 15 bārus.
Pēc izņemšanas no reaktora blokkopolimēri nonāk īpašā sistēmā polimēra pulvera noņemšanai no monomēra.
Propilēna un triecienizturīgo butadiēnu polimerizācija ļauj izmantot otru gāzes fāzes reaktoru. Tas ļauj palielināt propilēna līmeni polimērā. Turklāt gatavajam produktam ir iespējams pievienot piedevas, granulācijas izmantošanu, kas uzlabo iegūtā produkta kvalitāti.
Alkēnu polimerizācijas specifika
Pastāv dažas atšķirības starp polietilēna un polipropilēna ražošanu. Propilēna polimerizācijas vienādojums skaidri parāda, ka ir paredzēts cits temperatūras režīms. Turklāt dažas atšķirības pastāv tehnoloģiskās ķēdes beigu posmā, kā arī galaproduktu izmantošanas jomās.
Peroksīdu izmanto sveķiem, kuriem ir izcilas reoloģiskās īpašības. Tiem ir paaugstināts kausējuma plūsmas līmenis, līdzīgas fizikālās īpašības tiem materiāliem, kuriem ir mazs plūsmas ātrums.
Sveķi,kam piemīt izcilas reoloģiskās īpašības, tiek izmantoti iesmidzināšanas formēšanas procesā, kā arī šķiedru ražošanā.
Lai palielinātu polimēru materiālu caurspīdīgumu un izturību, ražotāji mēģina reakcijas maisījumam pievienot īpašas kristalizējošas piedevas. Daļa polipropilēna caurspīdīgo materiālu pakāpeniski tiek aizstāti ar citiem materiāliem pūšanas un liešanas jomā.
Polimerizācijas pazīmes
Propilēna polimerizācija aktivētās ogles klātbūtnē norit ātrāk. Pašlaik tiek izmantots oglekļa katalītiskais komplekss ar pārejas metālu, pamatojoties uz oglekļa adsorbcijas spēju. Polimerizācijas rezultāts ir produkts ar izcilu veiktspēju.
Galvenie polimerizācijas procesa parametri ir reakcijas ātrums, kā arī polimēra molekulmasa un stereoizomēriskais sastāvs. Svarīgas ir arī katalizatora fizikālās un ķīmiskās īpašības, polimerizācijas vide, reakcijas sistēmas komponentu tīrības pakāpe.
Lineāru polimēru iegūst gan homogēnā, gan neviendabīgā fāzē, ja runa ir par etilēnu. Iemesls ir telpisko izomēru trūkums šajā vielā. Izotaktiskā polipropilēna iegūšanai cenšas izmantot cietos titāna hlorīdus, kā arī alumīnija organiskos savienojumus.
Izmantojot kompleksu, kas adsorbēts uz kristāliskā titāna hlorīda (3), ir iespējams iegūt produktu ar vēlamajām īpašībām. Atbalsta režģa regularitāte nav pietiekams faktors, laikatalizatora augstas stereospecifitātes iegūšana. Piemēram, ja tiek izvēlēts titāna jodīds (3), tiek iegūts vairāk ataktisks polimērs.
Aplūkotajiem katalītiskajiem komponentiem ir Lūisa raksturs, tāpēc tie ir saistīti ar barotnes izvēli. Visizdevīgākā vide ir inertu ogļūdeņražu izmantošana. Tā kā titāna (5) hlorīds ir aktīvs adsorbents, parasti tiek izvēlēti alifātiskie ogļūdeņraži. Kā notiek propilēna polimerizācija? Produkta formula ir (-CH2-CH2-CH2-) lpp. Pats reakcijas algoritms ir līdzīgs reakcijas gaitai citos šīs homologās sērijas pārstāvjiem.
Ķīmiskā mijiedarbība
Analizēsim galvenās propilēna mijiedarbības iespējas. Ņemot vērā, ka tās struktūrā ir dubultsaite, galvenās reakcijas notiek tieši ar tās iznīcināšanu.
Halogenēšana notiek normālā temperatūrā. Sarežģītās saites pārrāvuma vietā notiek netraucēta halogēna pievienošana. Šīs mijiedarbības rezultātā veidojas dihalogenēts savienojums. Grūtākā daļa ir jodēšana. Bromēšana un hlorēšana notiek bez papildu nosacījumiem un enerģijas izmaksām. Propilēna fluorēšana ir sprādzienbīstama.
Hidrogenēšanas reakcija ietver papildu paātrinātāja izmantošanu. Platīns un niķelis darbojas kā katalizators. Propilēna ķīmiskās mijiedarbības rezultātā ar ūdeņradi veidojas propāns - piesātināto ogļūdeņražu klases pārstāvis.
Hidrācija (ūdens pievienošana)veikta saskaņā ar V. V. Markovņikova likumu. Tās būtība ir pievienot ūdeņraža atomu propilēna dubultsaitei, kurai ir maksimālais daudzums. Šajā gadījumā halogēns pievienosies tai C, kurā ir minimālais ūdeņraža skaits.
Propilēnam ir raksturīga sadegšana atmosfēras skābeklī. Šīs mijiedarbības rezultātā tiks iegūti divi galvenie produkti: oglekļa dioksīds, ūdens tvaiki.
Kad šī ķīmiskā viela tiek pakļauta spēcīgiem oksidētājiem, piemēram, kālija permanganātam, tiek novērota tās krāsas maiņa. Starp ķīmiskās reakcijas produktiem būs divvērtīgs spirts (glikols).
Propilēna ražošana
Visas metodes var iedalīt divās galvenajās grupās: laboratorijas, rūpnieciskās. Laboratorijas apstākļos propilēnu var iegūt, atdalot ūdeņraža halogenīdu no sākotnējās halogēnalkilgrupas, pakļaujot tos nātrija hidroksīda spirta šķīdumam.
Propilēnu veido propilēna katalītiskā hidrogenēšana. Laboratorijas apstākļos šo vielu var iegūt, dehidratējot propanolu-1. Šajā ķīmiskajā reakcijā kā katalizatorus izmanto fosforskābi vai sērskābi, alumīnija oksīdu.
Kā propilēns tiek ražots lielos apjomos? Tā kā šī ķīmiskā viela dabā ir reta, ir izstrādātas rūpnieciskas iespējas tās ražošanai. Visizplatītākā ir alkēna izdalīšana no naftas produktiem.
Piemēram, jēlnafta tiek krekinga īpašā verdošā slānī. Propilēnu iegūst benzīna frakcijas pirolīzē. ATpašlaik alkēns ir izolēts arī no saistītās gāzes, ogļu koksēšanas gāzveida produktiem.
Ir dažādas propilēna pirolīzes iespējas:
- cauruļu krāsnīs;
- reaktorā, kurā izmanto kvarca dzesēšanas šķidrumu;
- Lavrovska process;
- autotermiskā pirolīze pēc Bartloma metodes.
Starp pārbaudītajām rūpnieciskajām tehnoloģijām jāatzīmē arī piesātināto ogļūdeņražu katalītiskā dehidrogenēšana.
Pieteikums
Propilēnam ir dažādi pielietojumi, un tāpēc to rūpniecībā ražo plašā mērogā. Šis nepiesātinātais ogļūdeņradis ir parādā savu izskatu Natta darbam. Divdesmitā gadsimta vidū viņš izstrādāja polimerizācijas tehnoloģiju, izmantojot Ziegler katalītisko sistēmu.
Natta spēja iegūt stereoregulāru produktu, ko viņš sauca par izotaktisko, jo struktūrā metilgrupas atradās vienā ķēdes pusē. Pateicoties šāda veida polimēru molekulu "iepakojumam", iegūtajai polimēra vielai ir lieliskas mehāniskās īpašības. Polipropilēnu izmanto sintētisko šķiedru ražošanai, un tas ir pieprasīts kā plastmasas masa.
Aptuveni desmit procenti naftas propilēna tiek patērēti tā oksīda ražošanai. Līdz pagājušā gadsimta vidum šī organiskā viela tika iegūta ar hlorhidrīna metodi. Reakcija noritēja, veidojot starpproduktu propilēnhlorhidrīnu. Šai tehnoloģijai ir daži trūkumi, kas saistīti ar dārga hlora un dzēsto kaļķu izmantošanu.
Mūsu laikos šī tehnoloģija ir aizstāta ar halkona procesu. Tā pamatā ir propēna ķīmiskā mijiedarbība ar hidroperoksīdiem. Propilēnoksīdu izmanto propilēnglikola sintēzē, ko izmanto poliuretāna putu ražošanā. Tos uzskata par lieliskiem amortizācijas materiāliem, no tiem ražo iepakojumu, paklājus, mēbeles, siltumizolācijas materiālus, absorbējošus šķidrumus un filtru materiālus.
Turklāt starp galvenajiem propilēna pielietojumiem ir jāmin acetona un izopropilspirta sintēze. Izopropilspirts, kas ir lielisks šķīdinātājs, tiek uzskatīts par vērtīgu ķīmisko produktu. Divdesmitā gadsimta sākumā šo organisko produktu ieguva ar sērskābes metodi.
Turklāt ir izstrādāta propēna tiešās hidratācijas tehnoloģija ar skābes katalizatoru ievadīšanu reakcijas maisījumā. Apmēram puse no visa saražotā propanola tiek tērēta acetona sintēzei. Šī reakcija ietver ūdeņraža izvadīšanu, tiek veikta 380 grādos pēc Celsija. Katalizatori šajā procesā ir cinks un varš.
Starp svarīgākajiem propilēna lietojumiem hidroformilēšana ieņem īpašu vietu. Propēnu izmanto aldehīdu ražošanai. Oksisintēze mūsu valstī tiek izmantota kopš pagājušā gadsimta vidus. Šobrīd šī reakcija ieņem nozīmīgu vietu naftas ķīmijā. Propilēna ķīmiskā mijiedarbība ar sintēzes gāzi (oglekļa monoksīda un ūdeņraža maisījumu) 180 grādu temperatūrā, kob alta oksīda katalizatorā un 250 atmosfēru spiedienā, tiek novērota divu aldehīdu veidošanās. Vienam ir normāla struktūra, otrai ir izliektaoglekļa ķēde.
Tūlīt pēc šī tehnoloģiskā procesa atklāšanas tieši šī reakcija kļuva par daudzu zinātnieku izpētes objektu. Viņi meklēja veidus, kā mīkstināt tā plūsmas apstākļus, mēģināja samazināt sazarotā aldehīda procentuālo daudzumu iegūtajā maisījumā.
Šim nolūkam tika izgudroti ekonomiski procesi, kas ietver citu katalizatoru izmantošanu. Bija iespējams samazināt temperatūru, spiedienu, palielināt lineārā aldehīda iznākumu.
Akrilskābes esteri, kas ir saistīti arī ar propilēna polimerizāciju, tiek izmantoti kā kopolimēri. Apmēram 15 procentus naftas ķīmijas propēna izmanto kā izejmateriālu akrionitrila radīšanai. Šī organiskā sastāvdaļa ir nepieciešama vērtīgas ķīmiskās šķiedras - nitrona ražošanai, plastmasas radīšanai, gumijas ražošanai.
Secinājums
Polipropilēns pašlaik tiek uzskatīts par lielāko naftas ķīmijas nozari. Pieprasījums pēc šī kvalitatīvā un lētā polimēra pieaug, tāpēc tas pamazām nomaina polietilēnu. Tas ir neaizstājams cietā iepakojuma, plākšņu, plēvju, automobiļu detaļu, sintētiskā papīra, virvju, paklāju detaļu izveidē, kā arī dažāda sadzīves tehnikas izveidē. Divdesmit pirmā gadsimta sākumā polipropilēna ražošana ieņēma otro vietu polimēru rūpniecībā. Ņemot vērā dažādu nozaru prasības, varam secināt, ka propilēna un etilēna lielapjoma ražošanas tendence turpināsies arī tuvākajā nākotnē.
