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

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-02 13:51

Vinylchlorid je jedním z nejjednodušších derivátů acetylenu, který se získává přidáním chlorovodíku. Hlavním typem chemických reakcí, kterých se tato látka účastní, je proces polymerace. Konečný produkt - PVC - je široce používán ve všech sférách lidské činnosti. Proces výroby sloučeniny a jejích derivátů je doprovázen uvolňováním těkavých látek, které mají silný toxický účinek na lidský organismus.

Obecný popis

Vinylchlorid (vinylchlorid) je jednou z nejpoužívanějších chemických sloučenin, protože je surovinou pro výrobu PVC. Tuto látku poprvé získal Liebig v roce 1830 v Německu z dichlorethanu a alkoholického uhličitanu draselného. Po 42 letech upozornil další německý chemik Eugen Baumann na fakt, že při skladování na světle se začnou z vinylchloridu srážet vločky. Tento vědec je považován za objevitele polyvinylchloridu.

Zpočátku tato sloučenina nevzbudila mezi obchodníky a výrobci chemických produktů žádný zájem. Jeho výroba v průmyslovém měřítkuzačala ve 30. letech. XX století.

Empirický vzorec pro vinylchlorid je: C₂H_{3Cl. Strukturní vzorec je znázorněn na obrázku níže.}

Za normálních podmínek je vinylchlorid bezbarvý plyn, ale protože jeho bod varu je -13 °C, obvykle se s ním manipuluje v kapalném stavu.

Chemické vlastnosti vinylchloridu

Hlavní reakce vlastní této látce jsou:

• Polymerizace.
• Substituce na vazbě uhlík-chlór. Tento proces produkuje alkoholáty a vinylestery. Atom chloru je nahrazen v přítomnosti katalyzátorů: halogenidy, palladium a soli jiných kovů. Pokud se jako rozpouštědla použije alkohol, pak se syntetizují estery.
• Oxidace kyslíkem v plynné fázi. Produkty této reakce jsou formylchlorid, oxid uhelnatý, kyselina chlorovodíková a kyselina mravenčí. Úplná oxidace je pozorována za účasti kob alt-chromitového katalyzátoru nebo ve vodném roztoku za použití manganistanu draselného. Reakce s ozonem v kapalném a plynném stavu vinylchloridu vede ke vzniku formylchloridu a kyseliny mravenčí. Spontánním spalováním vzniká oxid uhelnatý, kyselina chlorovodíková a toxický fosgen (v malých množstvích).
• Reakce přidání. K získání trichlorethanu, který se používá jako rozpouštědlo, se provádí adiční reakce chloru: iontovým mechanismem (v kapalné fázi, za nepřítomnosti světla, za použití katalyzátoru na bázi přechodných kovů) nebo radikálemreakce (při zvýšené teplotě). Užitečné vinylchloridové produkty se také syntetizují kyselou katalýzou a hydrogenací.
• Fotodisociace. Působením světla o vlnové délce 193 nm se z molekuly vinylchloridu odštěpí skupiny HCl a Cl.
• Pyrolýza. Vinylchlorid je odolnější vůči tepelnému rozkladu než jiné halogenalkany tohoto typu. Pyrolýza začíná při 550 °C. Při 680 °C je výtěžek acetylenu, kyseliny chlorovodíkové, chloroprenu a vinylacetylenu asi 35 %. V přítomnosti vody bude vinylchlorid korodovat železo, ocel a hliník uvolňováním HCl.

Polymerizační reakce

Vinylchloridový monomer může za normálních podmínek existovat po dlouhou dobu. Vznik radikálů jako výsledek foto- nebo termochemických reakcí vede k aktivaci polymerace.

Tento proces probíhá ve 3 fázích a je znázorněn na obrázku níže.

Fyzikální vlastnosti

Hlavní fyzikální vlastnosti sloučeniny za normálních podmínek jsou následující:

• molekulární hmotnost – 62 499;
• bod tání - 119 K;
• bod varu – 259 K;
• tepelná kapacita v kapalném stavu – 84 J/(mol∙K);
• tlak par při 0 °C - 175 kPa;
• Viskozita při -20 °C – 0,272 mPa∙s;
• spodní mez výbušnosti – 8,6 % (objemově);
• teplota samovznícení - 745 K.

Látka má dobrou rozpustnost v uhlovodících,oleje, alkoholy, organické kapaliny; prakticky nemísitelný s vodou.

Přijmout

Existuje několik průmyslových způsobů, jak získat vinylchlorid:

• jako výsledek reakce kyseliny chlorovodíkové s acetylenem;
• z etylenu a chloru (přímá chlorace etylenu, získání ethylendichloridu, jeho pyrolýza na vinylchlorid);
• ethylenoxychlorace;
• kombinovaná metoda (přímá chlorace, pyrolýza ethylendichloridu, oxychlorace) - rovnovážný proces etylenu a chloru bez tvorby nebo spotřeby kyseliny chlorovodíkové.

V současné době je nejběžnější a cenově nejvýhodnější druhá možnost. Množství vinylchloridu získaného touto technologií tvoří více než 95 % celkové světové produkce. Chemie reakcí je znázorněna na obrázku níže.

Veškerý objem kyseliny, který se získá při pyrolýze ethylendichloridu, je použit jako surovina v další fázi výroby (oxychlorace). Výsledný produkt se čistí destilací, vedlejší produkty se používají při výrobě rozpouštědel nebo se recyklují.

Výroba v Rusku

V Rusku se výroba vinylchloridu z acetylenu provádí v následujících podnicích:

• AK Azot, (Novomoskovsk, Tula region).
• JSC Plastcard (Volgograd).
• JSC Khimprom(Volgograd).
• Usolekhimprom JSC, (Usolye-Sibirskoye, Irkutsk region).

Na bázi ethylenu se syntéza látky provádí v organizacích jako:

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

Syntéza z acetylenu je považována za zastaralou technologii. Použití etylenu jako suroviny má následující výhody:

• levnější a dostupnější suroviny;
• vysoká výtěžnost hotového výrobku;
• nízká spotřeba energie a vody;
• možnost výstavby vysokokapacitních výrobních linek.

Tuto metodu používají přední světoví výrobci již více než 40 let. Hlavními slibnými směry rozvoje průmyslové výroby vinylchloridu v Rusku jsou zavádění nových kapacit, přechod na ethanové suroviny, rozšíření technologie oxychlorace za pomoci kyslíku a rozvoj souvisejících průmyslových odvětví pro prodej louhu sodného, který vzniká jako vedlejší produkt.

Aplikace

Naprostá většina vyrobeného vinylchloridu se používá k výrobě polyvinylchloridu (PVC). Podle statistik je více než 50 % produkce tohoto polymeru v Asii.

Polyvinylchlorid je nejuniverzálnější materiál ze všech polymerů. Lze z něj vyrábět jak tuhé stavební konstrukce (potrubí, vnější obklady stěn, profily), tak ielastické výrobky (dráty, kabely, střešní materiály). Na rozdíl od jiných polymerních materiálů se polyvinylchlorid pod vlivem ultrafialových paprsků, oxidace a kapalných uhlovodíků nejen rozkládá, ale také částečně zesíťuje polymerní řetězce. Tato vlastnost je spojena s přítomností atomů chloru ve struktuře sloučeniny. Vysoká konkurenceschopnost PVC je také vysvětlena jeho nízkou cenou.

PVC se používá k výrobě následujících produktů (v sestupném pořadí podle objemu výroby):

• potrubí a jejich tvarovky;
• siding;
• okna, dveře;
• profily (včetně plotů a palubek);
• podlahové krytiny;
• střešní materiály;
• spotřební produkty;
• packaging;
• kabely a dráty (plášť, izolace);
• zdravotnické potřeby;
• nátěry, lepidla.

Další použití

Malý podíl vinylchloridu (asi 1 %) se používá k výrobě kopolymerů, jejichž praktický význam mají kombinace s vinylacetátem, vinylidenchloridem, akrylovými sériovými monomery a alfa-olefiny. První typ kopolymerů je nejrozšířenější. Tyto materiály mají následující obchodní názvy:

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

Vyrábějí se z nich produkty jako:

• linoleum a další podlahové krytiny;
• rámy oken;
• obkladové dlaždice;
• umělá kůže;
• film;
• laky;
• netkané textilie.

Toxicita

Vinylchlorid označuje vysoce nebezpečné sloučeniny, které vedou k vážnému poškození lidského těla. Látka je těkavá a hlavní cestou vstupu je vdechování. Zdrojem je výroba vinylchloridu, PVC a výrobků z něj.

Vinylchlorid způsobuje poruchy v následujících orgánech a systémech:

• útlum CNS (závratě, dezorientace, toxické kóma);
• poškození pojivové tkáně a krevních cév;
• zhoršení reprodukční funkce;
• karcinogenní účinek (nejčastěji je detekován angiosarkom jater, vznikají nádory a další lokalizace);
• trávicí systém – hepatitida, cholecystitida, cholangitida, gastritida, peptický vřed;
• oběhový a hematopoetický systém – hypertenze, ischemická choroba srdeční, eozinofilie, trombocytopenie;
• narušení cholesterolu a celkového metabolismu;
• mutagenní účinek, tvorba chromozomálních aberací;
• inhibice antimikrobiální ochrany, snížení imunitních sil.

Při dlouhodobé expozici (od šesti měsíců do 3 let) toxickým dávkám této látky dochází k „vinylchloridové nemoci“. Jeho vývoj prochází 3 fázemi, které se vyznačují následujícími rysy:

1. Slabost, migréna, nevolnost, anémie, bolestivost nehtových článků končetin a jejich zničeníkosti. Když škodlivý vliv ustane, změny jsou vratné.
2. Zánět periferních nervů vedoucí ke ztrátě citlivosti; arytmie, bolest v oblasti srdce, porušení termoregulace.
3. Poškození paměti, halucinace, mimovolní kolísání očí, dvojitý obraz, poruchy spánku, snížená výkonnost, bolest žaludku, nevolnost, zvracení, nárůst kostních patologií.