Mi a propilén polimerizációja? Mik ennek a kémiai reakciónak a jellemzői? Próbáljunk részletes választ találni ezekre a kérdésekre.
Kapcsolatok jellemzői
Etilén és propilén polimerizációs reakcióvázlatai bemutatják azokat a tipikus kémiai tulajdonságokat, amelyekkel az olefin osztály minden tagja rendelkezik. Ez az osztály egy ilyen szokatlan nevet kapott a vegyipari termelésben használt olaj régi nevéből. A 18. században etilén-kloridot nyertek, amely olajos folyékony anyag volt.
A telítetlen alifás szénhidrogének osztályának valamennyi képviselője között megjegyezzük egy kettős kötés jelenlétét bennük.
A propilén gyökös polimerizációját pontosan egy kettős kötés jelenléte magyarázza az anyag szerkezetében.
Általános képlet
Az alkének homológ sorozatának minden képviselője esetében az általános képlet a következő: СpН2p. A szerkezetben lévő hidrogének elégtelen mennyisége magyarázza e szénhidrogének kémiai tulajdonságainak sajátosságát.
Propilén polimerizációs reakcióegyenleteközvetlen megerősítése annak lehetőségének, hogy egy ilyen kapcsolat megszakad, ha emelt hőmérsékletet és katalizátort használunk.
A telítetlen gyököt allil- vagy propenil-2-nek nevezik. Miért polimerizáljuk a propilént? Ennek a kölcsönhatásnak a termékét szintetikus gumi szintetizálására használják, amely viszont keresett a modern vegyiparban.
Fizikai tulajdonságok
A propilén polimerizációs egyenlete nemcsak a kémiai, hanem az anyag fizikai tulajdonságait is megerősíti. A propilén gáz halmazállapotú anyag, alacsony forrás- és olvadásponttal. Az alkén osztály ezen képviselője csekély mértékben oldódik vízben.
Kémiai tulajdonságok
A propilén és izobutilén polimerizációjára vonatkozó reakcióegyenletek azt mutatják, hogy a folyamatok kettős kötésen keresztül mennek végbe. Az alkének monomerként működnek, és az ilyen kölcsönhatás végtermékei polipropilén és poliizobutilén. Egy ilyen kölcsönhatás során a szén-szén kötés tönkremegy, és végül kialakulnak a megfelelő struktúrák.
A kettős kötésnél új egyszerű kötések jönnek létre. Hogyan zajlik a propilén polimerizációja? Ennek a folyamatnak a mechanizmusa hasonló a telítetlen szénhidrogének ezen osztályának összes többi képviselőjénél előforduló folyamathoz.
A propilén polimerizációs reakciója több lehetőséget foglal magábanszivárog. Az első esetben az eljárást gázfázisban hajtják végre. A második lehetőség szerint a reakció folyadékfázisban megy végbe.
Ezenkívül a propilén polimerizációja is néhány elavult eljárás szerint megy végbe, amelyek során reakcióközegként telített folyékony szénhidrogént használnak.
Modern technológia
A propilén ömlesztett polimerizálása a Spheripol technológiával egy szuszpenziós reaktor kombinációja homopolimerek előállítására. Az eljárás során gázfázisú reaktort használnak pszeudo-folyékony ágyas blokk-kopolimerek létrehozására. Ebben az esetben a propilén polimerizációs reakciója magában foglalja további kompatibilis katalizátorok hozzáadását az eszközhöz, valamint előpolimerizációt.
Folyamatfunkciók
A technológia magában foglalja az összetevők összekeverését egy speciális berendezésben, amelyet előzetes átalakításra terveztek. Továbbá ezt a keveréket hozzáadják a hurokpolimerizációs reaktorokhoz, ahol a hidrogén és a használt propilén egyaránt belép.
A reaktorok 65 és 80 Celsius-fok közötti hőmérsékleten működnek. A nyomás a rendszerben nem haladja meg a 40 bar-t. A sorozatban elhelyezett reaktorokat polimer termékek nagy volumenű gyártására tervezett üzemekben használják.
A polimer oldatot eltávolítják a második reaktorból. A propilén polimerizálása során az oldatot nyomás alatti gáztalanítóba visszük át. Itt a por homopolimer eltávolítása a folyékony monomerből történik.
Tömb kopolimerek gyártása
Propilén polimerizációs egyenlete CH2 =A CH - CH3 ebben a helyzetben szabványos áramlási mechanizmussal rendelkezik, csak a folyamat körülményei között vannak eltérések. A gáztalanítóból származó por a propilénnel és az eténnel együtt egy gázfázisú reaktorba kerül, amely körülbelül 70 Celsius fokos hőmérsékleten és legfeljebb 15 bar nyomáson működik.
A blokk-kopolimerek, miután eltávolították őket a reaktorból, egy speciális rendszerbe kerülnek a polimer por eltávolítására a monomerből.
A propilén és az ütésálló butadiének polimerizálása lehetővé teszi egy második gázfázisú reaktor használatát. Lehetővé teszi a propilén szintjének növelését a polimerben. Ezen kívül lehetőség van a késztermékhez adalékanyagok hozzáadására, granulálás alkalmazására, ami javítja a kapott termék minőségét.
Alkének polimerizációjának sajátosságai
Van néhány különbség a polietilén és a polipropilén gyártása között. A propilén polimerizációs egyenlete világossá teszi, hogy más hőmérsékleti rendszert szándékoznak alkalmazni. Ezen túlmenően a technológiai lánc utolsó szakaszában, valamint a végtermékek felhasználási területein vannak eltérések.
A peroxidot olyan gyantákhoz használják, amelyek kiváló reológiai tulajdonságokkal rendelkeznek. Megnövekedett olvadékáramlási szinttel rendelkeznek, és hasonlóak a fizikai tulajdonságaik az alacsony áramlási sebességű anyagokhoz.
Gyanta,kiváló reológiai tulajdonságokkal rendelkeznek, a fröccsöntési eljárásban, valamint a szálak gyártásánál használják.
A polimer anyagok átlátszóságának és szilárdságának növelése érdekében a gyártók speciális kristályosító adalékokat próbálnak hozzáadni a reakcióelegyhez. A polipropilén átlátszó anyagok egy részét fokozatosan más anyagok váltják fel a fúvóformázás és öntés területén.
A polimerizáció jellemzői
A propilén polimerizációja aktív szén jelenlétében gyorsabban megy végbe. Jelenleg a szén adszorpciós képességén alapuló katalitikus komplexet alkalmaznak egy átmeneti fémmel. A polimerizáció eredménye egy kiváló teljesítményű termék.
A polimerizációs folyamat fő paraméterei a reakciósebesség, valamint a polimer molekulatömege és sztereoizomer összetétele. A katalizátor fizikai és kémiai természete, a polimerizációs közeg, a reakciórendszer komponenseinek tisztasági foka is fontos.
Ha etilénről van szó, lineáris polimert kapunk homogén és heterogén fázisban is. Ennek oka a térbeli izomerek hiánya ebben az anyagban. Az izotaktikus polipropilén előállításához szilárd titán-kloridokat, valamint szerves alumíniumvegyületeket próbálnak használni.
Ha kristályos titán-kloridon adszorbeált komplexet (3) használunk, lehetséges a kívánt tulajdonságokkal rendelkező termék előállítása. A tartórács szabályossága nem elégséges tényező ahhoza katalizátor nagy sztereospecifitásra tesz szert. Például, ha a titán-jodidot (3) választjuk, akkor ataktikusabb polimert kapunk.
A figyelembe vett katalitikus komponensek Lewis-jellegűek, ezért a közeg kiválasztásához kapcsolódnak. A legelőnyösebb közeg az inert szénhidrogének alkalmazása. Mivel a titán(5)-klorid aktív adszorbens, általában az alifás szénhidrogéneket választják. Hogyan zajlik a propilén polimerizációja? A termék képlete: (-CH2-CH2-CH2-) o. Maga a reakcióalgoritmus hasonló a reakció lefolyásához e homológ sorozat más képviselőiben.
Kémiai kölcsönhatás
Elemezzük a propilén fő interakciós lehetőségeit. Tekintettel arra, hogy szerkezetében kettős kötés van, a fő reakciók pontosan a megsemmisítésével mennek végbe.
A halogénezés normál hőmérsékleten megy végbe. A komplex kötés felszakadásának helyén a halogén akadálytalan hozzáadása következik be. E kölcsönhatás eredményeként dihalogénezett vegyület képződik. A legnehezebb része a jódozás. A brómozás és klórozás további feltételek és energiaköltségek nélkül megy végbe. A propilén fluorozása robbanásveszélyes.
A hidrogénezési reakció egy további gyorsító alkalmazását foglalja magában. A platina és a nikkel katalizátorként működik. A propilén és a hidrogén kémiai kölcsönhatása következtében propán képződik - a telített szénhidrogének osztályának képviselője.
Hidratálás (víz hozzáadása)V. V. Markovnyikov szabálya szerint hajtották végre. Lényege, hogy a propilén kettős kötéséhez hidrogénatomot kapcsolnak, aminek maximális mennyisége van. Ebben az esetben a halogén ahhoz a C-hez kapcsolódik, amelyben a minimális számú hidrogén van.
A propilént a légköri oxigénben történő égés jellemzi. Ennek a kölcsönhatásnak az eredményeként két fő termék keletkezik: szén-dioxid, vízgőz.
Ha ezt a vegyszert erős oxidálószereknek, például kálium-permanganátnak teszik ki, elszíneződése figyelhető meg. A kémiai reakció termékei között lesz egy kétértékű alkohol (glikol).
Propiléngyártás
Minden módszer két fő csoportra osztható: laboratóriumi, ipari. Laboratóriumi körülmények között a propilént úgy lehet előállítani, hogy a hidrogén-halogenidet leválasztják az eredeti halogén-alkilből úgy, hogy nátrium-hidroxid alkoholos oldatának tesszük ki.
A propilén a propilén katalitikus hidrogénezésével képződik. Laboratóriumi körülmények között ezt az anyagot propanol-1 dehidratálásával lehet előállítani. Ebben a kémiai reakcióban foszfor- vagy kénsavat, alumínium-oxidot használnak katalizátorként.
Hogyan állítják elő a propilént nagy mennyiségben? Tekintettel arra, hogy ez a vegyszer ritka a természetben, ipari lehetőségeket fejlesztettek ki az előállítására. A leggyakoribb az alkén izolálása kőolajtermékekből.
Például a kőolajat speciális fluidágyban krakkítják. A propilént a benzinfrakció pirolízisével nyerik. NÁL NÉLjelenleg az alként is izolálják a kapcsolódó gázokból, a szén kokszosításának gáznemű termékeiből.
A propilén pirolízisének többféle lehetősége van:
- csőkemencékben;
- kvarc hűtőfolyadékot használó reaktorban;
- Lavrovsky-folyamat;
- autotermikus pirolízis a Barthlom-módszer szerint.
A bevált ipari technológiák közül meg kell említeni a telített szénhidrogének katalitikus dehidrogénezését is.
Alkalmazás
A propilénnek számos felhasználási területe van, ezért az iparban nagy mennyiségben állítják elő. Ez a telítetlen szénhidrogén megjelenését Natta munkájának köszönheti. A huszadik század közepén polimerizációs technológiát fejlesztett ki Ziegler katalitikus rendszerrel.
Natta sztereoreguláris terméket tudott előállítani, amit izotaktikusnak nevezett, mivel a szerkezetben a metilcsoportok a lánc egyik oldalán helyezkedtek el. A polimer molekulák ilyen típusú "csomagolása" miatt a kapott polimer anyag kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik. A polipropilént szintetikus szálak előállítására használják, és műanyagmasszaként keresik.
A kőolaj-propilén körülbelül tíz százalékát használják fel oxidjának előállítására. Ezt a szerves anyagot a múlt század közepéig klórhidrin módszerrel állították elő. A reakció a propilén-klórhidrin intermedier képződésével megy végbe. Ennek a technológiának vannak bizonyos hátrányai, amelyek a drága klór és oltott mész használatához kapcsolódnak.
A mi korunkban ezt a technológiát a kalkonos eljárás váltotta fel. A propén és a hidroperoxidok közötti kémiai kölcsönhatáson alapul. A propilén-oxidot a propilénglikol szintézisében használják, amelyet poliuretán habok gyártásához használnak. Kiváló párnázóanyagként tartják számon, csomagolóanyagok, szőnyegek, bútorok, hőszigetelő anyagok, nedvszívó folyadékok és szűrőanyagok készítésére használják.
Emellett a propilén fő alkalmazásai között meg kell említeni az aceton és az izopropil-alkohol szintézisét. Az izopropil-alkohol, mivel kiváló oldószer, értékes vegyi terméknek számít. A huszadik század elején ezt a szerves terméket kénsavas módszerrel állították elő.
Ezen kívül kifejlesztették a propén közvetlen hidratálásának technológiáját, savkatalizátorok bevitelével a reakcióelegybe. Az előállított propanol körülbelül felét az aceton szintézisére fordítják. Ez a reakció magában foglalja a hidrogén eltávolítását 380 Celsius fokon. Ebben a folyamatban a katalizátorok a cink és a réz.
A propilén fontos felhasználási területei között a hidroformilezés különleges helyet foglal el. A propánt aldehidek előállítására használják. Hazánkban a múlt század közepe óta alkalmazzák az oxiszintézist. Jelenleg ez a reakció fontos helyet foglal el a petrolkémiában. A propilén kémiai kölcsönhatása szintézisgázzal (szén-monoxid és hidrogén keveréke) 180 fokos hőmérsékleten, kob alt-oxid katalizátorral és 250 atmoszféra nyomáson, két aldehid képződése figyelhető meg. Az egyik normál szerkezetű, a másik ívesszénlánc.
Közvetlenül ennek a technológiai folyamatnak a felfedezése után ez a reakció vált sok tudós kutatási tárgyává. Módszereket kerestek az áramlási feltételek enyhítésére, megpróbálták csökkenteni az elágazó láncú aldehid százalékos arányát a kapott keverékben.
Ehhez olyan gazdaságos eljárásokat találtak ki, amelyek más katalizátorok felhasználásával járnak. Lehetőség volt a hőmérséklet, a nyomás csökkentésére, a lineáris aldehid hozamának növelésére.
Akrilsav-észtereket, amelyek a propilén polimerizációjához is kapcsolódnak, kopolimerként használják. A petrolkémiai propén körülbelül 15 százalékát használják kiindulási anyagként akrionitril előállításához. Ez a szerves komponens szükséges egy értékes vegyi rost - nitron - előállításához, műanyagok előállításához, gumi előállításához.
Következtetés
A polipropilén jelenleg a legnagyobb petrolkémiai ipar. A jó minőségű és olcsó polimer iránti kereslet egyre nő, ezért fokozatosan felváltja a polietilént. Nélkülözhetetlen merev csomagolások, tányérok, fóliák, autóalkatrészek, szintetikus papír, kötelek, szőnyegalkatrészek készítéséhez, valamint különféle háztartási felszerelések készítéséhez. A huszonegyedik század elején a polipropilén gyártása a második helyen állt a polimeriparban. Figyelembe véve a különböző iparágak igényeit, megállapíthatjuk, hogy a propilén és etilén nagyüzemi termelése a közeljövőben is folytatódni fog.
