Propilēna polimerizācija: shēma, vienādojums, formula

Kāda ir propilēna polimerizācija? Kādas ir šīs ķīmiskās reakcijas gaitas īpašības? Mēģināsim atrast detalizētas atbildes uz šiem jautājumiem.

Savienojumu raksturojums

Reakcijas shēmas etilēna un propilēna polimerizācijai parāda tipiskās ķīmiskās īpašības, kādas piemīt visiem olefīna klases dalībniekiem. Šis neparasts vārds tika piešķirts šai klasei no vecā eļļas nosaukuma, ko izmanto ķīmiskajā rūpniecībā. 18. gs. Tika iegūts etilēna hlorīds, kas bija eļļainā šķidrā vielā.

Starp visu nepiesātināto alifātisko ogļūdeņražu klases pārstāvju iezīmēm mēs atzīmējam, ka tajās ir viena divkārša saite.

Propilēna radikālā polimerizācija ir precīzi izskaidrojama ar dubultās saites klātbūtni vielas struktūrā.

Vispārējā formula

Visiem homologu alkēnu sēriju pārstāvjiem vispārējā formula ir šāda: C _n H _2n . Ūdeņraža trūkums struktūrā izskaidro šo ogļūdeņražu ķīmisko īpašību īpatnības.

Propilēna polimerizācijas reakcijas vienādojums ir tiešs apstiprinājums tam, ka šāda sajaukšana var notikt, izmantojot paaugstinātu temperatūru un katalizatoru.

Nepiesātināto radikāļu sauc par alilu vai propenil-2. Kāpēc ir propilēna polimerizācija? Šīs mijiedarbības produkts tiek izmantots sintētiskā kaučuka sintēzei , kas savukārt ir pieprasīta mūsdienu ķīmiskajā rūpniecībā.

Fizikālās īpašības

Propilēna polimerizācijas vienādojums apstiprina ne tikai ķīmiskās vielas, bet arī vielas fizikālās īpašības. Propilēns ir gāzveida viela ar zemu viršanas temperatūru un kušanas temperatūru. Šis alkēna šķiras pārstāvis nesmēķē šķīdību ūdenī.

Ķīmiskās īpašības

Propilēna un izobutilēna polimerizācijas reakcijas vienādojumi rāda, ka procesi noris caur dubulto saiti. Alkēni darbojas kā monomēri, un šīs mijiedarbības gala produkti ir polipropilēns un poliizobutilēns. Šajā oglekļa-oglekļa saite šajā mijiedarbībā samazināsies, un galu galā tiks izveidotas atbilstošās struktūras.

Ar dubulto saiti veidojas jaunas vienkāršas obligācijas. Kā notiek propilēna polimerizācija? Šī procesa mehānisms ir analoģisks procesam, kas notiek visos pārējos šīs nepiesātināto ogļūdeņražu grupas pārstāvjos.

Propilēna polimerizācijas reakcija ietver vairākus perkolācijas variantus. Pirmajā gadījumā process tiek veikts gāzes fāzē. Otrajā variantā reakcija notiek šķidrā fāzē.

Turklāt propilēna polimerizācija notiek arī ar dažiem novecojušiem procesiem, kas ietver reaktīvās vides piesātinātā šķidrā ogļūdeņraža izmantošanu.

Mūsdienu tehnoloģijas

Propilēna polimerizācija masā pēc Spheripol tehnoloģijas ir vircas reaktora kombinācija homopolimēru iegūšanai. Šis process ietver gāzes fāzes reaktora izmantošanu ar pseido-šķidru slāni, lai izveidotu bloku kopolimērus. Šādā gadījumā propilēna polimerizācijas reakcija ietver ierīces papildu saderīgu katalizatoru pievienošanu, kā arī prepolimerizāciju.

Procesa funkcijas

Tehnoloģija ietver komponentu sajaukšanu īpašā ierīcē, kas paredzēta iepriekšējai transformācijai. Šis maisījums tiek pievienots cilpas polimerizācijas reaktoriem, kur tiek barots gan ūdeņradis, gan izlietotais propilēns.

Reaktori darbojas temperatūras diapazonā no 65 līdz 80 grādiem pēc Celsija. Spiediens sistēmā nepārsniedz 40 bārus. Reaktori, kas atrodas sērijās, tiek izmantoti rūpnīcās, kas paredzētas lieliem polimēru ražošanas apjomiem.

Polimēru šķīdums tiek noņemts no otrā reaktora. Propilēna polimerizācija ietver šķīduma pārnešanu uz paaugstināta spiediena degasseriem. Šeit pulvera homopolimērs tiek noņemts no šķidrā monomēra.

Bloku kopolimēru ražošana

Polimerizācijas vienādojums propilēnam CH2 = CH - CH3 šajā situācijā ir standarta plūsmas mehānisms, atšķirības ir tikai procesa apstākļos. Kopā ar propilēnu un etilēnu pulveri no degasseratora nonāk gāzes fāzes reaktorā, kas darbojas temperatūrā apmēram 70 ° C un spiedienā, kas nav lielāks par 15 bāriem.

Bloku kopolimēri pēc izņemšanas no reaktora ievada īpašu evakuācijas sistēmu no pulvera polimēra monomēra.

Triecienizturīga tipa propilēna un butadiēna polimerizācija ļauj izmantot otru gāzes fāzes reaktoru. Tas ļauj paaugstināt propilēna līmeni polimērā. Papildus tam ir iespējams pievienot piedevas gatavajam produktam, izmantojot granulāciju, palīdz uzlabot iegūtā produkta kvalitāti.

Alkēnu polimerizācijas specifika

Starp polietilēna un polipropilēna ražošanu ir dažas atšķirības. Propilēna polimerizācijas vienādojums ļauj saprast, ka tiek pieņemts cits temperatūras režīms. Turklāt ir dažas atšķirības procesa ķēdes pēdējā posmā, kā arī galaproduktu izmantošanas jomās.

Peroksīds tiek izmantots sveķiem, kuriem ir lielas reoloģiskās īpašības. Tiem ir paaugstināts kūstošo šķidrumu līmenis, līdzīgas fizikālās īpašības ar tiem materiāliem, kuriem ir zems ražas indekss.

Sveķi, kam piemīt lieliskas reoloģiskās īpašības, tiek izmantoti injekcijas formēšanas procesā, kā arī šķiedru izgatavošanā.

Lai palielinātu polimēru materiālu caurspīdīgumu un izturību, ražotāji mēģina pievienot reakcijas maisījumam īpašas kristalizējošas piedevas. Daži no polipropilēna pārredzamiem materiāliem pakāpeniski tiek aizstāti ar citiem materiāliem pūslīšanās un liešanas jomā.

Polimerizācijas īpatnības

Propilēna polimerizācija aktīvās ogles klātbūtnē notiek straujāk. Pašlaik tiek izmantots oglekļa katalītiskais komplekss ar pārejas metālu, kura pamatā ir oglekļa adsorbcijas spēja. Polimerizācijas rezultātā tiek iegūts produkts ar izcilām veiktspējas īpašībām.

Galvenie polimerizācijas procesa parametri ir reakcijas ātrums, kā arī polimēra molekulmasa un stereoizomēri. Svarīgi ir arī katalizatora fizikālā un ķīmiskā būtība, polimerizācijas barotne un reakcijas sistēmas sastāvdaļu tīrības pakāpe.

Lineāls polimērs tiek iegūts gan homogēnā, gan neviendabīgā fāzē, runājot par etilēnu. Iemesls ir tāds, ka attiecīgajai vielai nav telpisko izomēru. Lai iegūtu izotaktisko polipropilēnu, mēģiniet izmantot cietus titāna hlorīdus, kā arī organoalumīnvielas savienojumus.

Izmantojot kompleksu, kas adsorbēts uz kristāliska titāna hlorīda (3), ir iespējams iegūt produktu ar iepriekš noteiktiem raksturlielumiem. Nesošās režģa regularitāte nav pietiekams faktors, lai katalizators iegūtu augstu stereospecifiskumu. Piemēram, izvēloties titāna jodīdu (3), tiek novērots lielāks daudzums atactic polimēra.

Apsvērtie katalītiskie komponenti ir Lewis tipa, un tāpēc tie ir saistīti ar videi izvēlēto. Visizdevīgākā vide ir inerto ogļūdeņražu izmantošana. Tā kā titāna hlorīds (5) ir aktīvs adsorbents, parasti tiek izvēlēti alifātiskie ogļūdeņraži. Kā notiek propilēna polimerizācija? Produkta formula ir šāda (-CH2 _- CH2 _- CH2-) n. Pašas reakcijas algoritms ir analoģisks reakcijas virzienam pārējā konkrētās homologās sērijas pārstāvēs.

Ķīmiskā mijiedarbība

Izpētīsim propilēna mijiedarbības galvenās iespējas. Ņemot vērā, ka tās struktūrā ir divkārša saite, galvenās reakcijas turpinās tieši tā iznīcināšanā.

Halogenēšana notiek parastajā temperatūrā. Sarežģītā saziņas traucējumu vietā notiek netraucēta halogēna pievienošana. Šīs mijiedarbības rezultātā veidojas dihalogēna savienojums. Visgrūtākais ir jodēšana. Bromēšana un hlorēšana notiek bez papildu nosacījumiem un enerģijas izmaksām. Propilēna fluorēšana notiek ar sprādzienu.

Hidrogenēšanas reakcija ietver papildu akceleratora lietošanu. Katalizators ir platīns, niķelis. Propilona ķīmiskās mijiedarbības ar ūdeņradi rezultātā veidojas propāns - ierobežojošo ogļūdeņražu klases pārstāvis.

Hidratācija (ūdens pievienošana) tiek veikta saskaņā ar V.V. Markovnikova likumu. Tās būtība ir ūdeņraža atoma dubultsaite ar propilēna oglekļa savienojumu, kurai ir maksimālais daudzums. Šajā gadījumā halogēns tiks pievienots tilpumam C, kuram ir minimālais ūdeņraža daudzums.

Propilēnu raksturo degšana skābeklī gaisā. Šīs mijiedarbības rezultātā tiks iegūti divi galvenie produkti: oglekļa dioksīds, ūdens tvaiki.

Ja šīs ķīmiskās vielas iedarbojas uz spēcīgiem oksidējošiem līdzekļiem, piemēram, kālija permanganātu, tiek novērota krāsas maiņa. Starp ķīmiskās reakcijas produktiem ir dihidrogēns (glikols).

Propilēna sagatavošana

Visas metodes var iedalīt divās galvenajās grupās: laboratorijā, rūpniecībā. Laboratorijas apstākļos ir iespējams iegūt propilēnu, ja ūdeņraža halogenīds tiek atdalīts no sākuma haloalkilgrupas, kad tiem tiek pakļauts nātrija hidroksīda spirta šķīdums.

Propylene tiek veidota propīna katalītiskā hidrogenēšanas laikā. Laboratorijā šo vielu var iegūt, dehidrējot propanolu-1. Šajā ķīmiskajā reakcijā kā katalizatori tiek izmantota fosfora vai sērskābe, alumīnijs.

Kā propilēns tiek ražots lielos apjomos? Sakarā ar to, ka šī ķīmiskā viela reti sastopama dabā, ir izstrādātas rūpniecības iespējas tās sagatavošanā. Visizplatītākā ir alkēna izdalīšana no rafinētiem produktiem.

Piemēram, tiek veikta jēlnaftas plaisāšana īpašā vējainādaļā. Propilēnu ražo, izmantojot benzīna frakcijas pirolīzi. Šobrīd alēnu ekstrahē no saistītās gāzes, ogļskābās gāzveida produktu.

Propilēnam ir dažādas pirolīzes iespējas:

• Cauruļveida krāsnīs;
• Reaktorā, izmantojot kvarca dzesēšanas šķidrumu;
• Lavrovska process;
• Autothermal pirolīze saskaņā ar Bartlom metodi.

Starp izsmeltajām rūpnieciskajām tehnoloģijām ir jāņem vērā piesātināto ogļūdeņražu katalītiskā dehidrinācija.

Pieteikums

Propilēnam ir dažādas pielietošanas iespējas, tādēļ šajā nozarē tiek ražots plašā mērogā. Šīs nepiesātinātās ogļūdeņraža izskats ir saistīts ar Natta darbu. Divdesmitā gadsimta vidū, izmantojot Ciegler katalītisko sistēmu, viņš izstrādāja polimerizācijas tehnoloģiju.

Natta izdevās iegūt stereoregulāru produktu, ko viņš sauca par izotaktisku, jo struktūrā metilgrupas atradās vienā ķēdes pusē. Pateicoties polimēra molekulu "iepakojumam", iegūtais polimērmateriāls ir izcilas mehāniskās īpašības. Polipropilēnu izmanto sintētiskās šķiedras ražošanai, tā ir pieprasīta kā plastmasas masa.

Aptuveni desmit procenti naftas propilēna tiek patērēti tā oksīda iegūšanai. Līdz pagājušā gadsimta vidum šī organiskā viela tika iegūta ar hlorhidrīna metodi. Reakcija norisinājās, veidojot propilēna hlorohidrīna starpproduktu. Šai tehnoloģijai ir noteikti trūkumi, kas saistīti ar dārga hlora un hidratēto kaļķu izmantošanu.

Mūsdienās šī tehnoloģija ir aizstāta ar halkon procesu. Tas pamatojas uz propēna ķīmisko mijiedarbību ar hidroperoksīdiem. Propilēna oksīdu izmanto propilēnglikolu sintēzē, ko izmanto poliuretāna putu ražošanā. Tie tiek uzskatīti par lieliskiem polsterējošiem materiāliem, tāpēc viņi gatavojas izveidot pakas, paklājus, mēbeles, siltumizolācijas materiālus, sorbējošus šķidrumus un filtrēšanas materiālus.

Bez tam, starp galvenajiem propilēna lietojumiem jāuzsver acetona un izopropila spirta sintēze. Izopropilspirts, kas ir lielisks šķīdinātājs, tiek uzskatīts par vērtīgu ķīmisko produktu. Divdesmito gadu sākumā šo bioloģisko produktu ražoja ar sērskābes metodi.

Turklāt propena tiešās hidratācijas tehnoloģija ir izstrādāta, pievienojot skābes katalizatorus reakcijas maisījumam. Apmēram puse no visiem saražotajiem propanoliem nonāk pie acetona sintēzes. Šī reakcija ietver ūdeņraža izvadīšanu, veicot 380 ° C temperatūrā. Katalizatori šajā procesā ir cinks un varš.

Starp svarīgajiem propilēna lietojumiem īpaša nozīme ir hidroformilēšanai. Propēns tiek iegūts aldehīdu ražošanā. Oksinjonu mūsu valstī sāka lietot kopš pagājušā gadsimta vidus. Šobrīd šī reakcija aizņem nozīmīgu vietu naftas ķīmijas rūpniecībā. Propilēna ķīmiskā reakcija ar sintēzes gāzi (oglekļa monoksīda un ūdeņraža maisījumu) 180 grādu temperatūrā, kobalta oksīda katalizators un 250 atmosfēras spiediens, veido divus aldehīdus. Vienai ir normāla struktūra, otrai ir izliekta oglekļa ķēde.

Tieši pēc šī tehnoloģiskā procesa atklāšanas tieši šī reakcija kļuva par pētījumu objektu daudziem zinātniekiem. Viņi meklēja veidus, kā mazināt tā gaitas nosacījumus, mēģināja samazināt procentuālo daudzumu iegūtajā aldehīda sazarotās struktūras maisījumā.

Šim nolūkam tika izgudroti ekonomiskie procesi, kas ietver citu katalizatoru izmantošanu. Tika iespējams samazināt temperatūru, spiedienu, palielināt aldehīda lineārās struktūras iznākumu.

Kopolimēriem izmanto akrilskābes esterus, kas ir saistīti arī ar propilēna polimerizāciju. Aptuveni 15 procenti naftas ķīmijas propēna tiek izmantoti kā izejmateriāls, lai izveidotu akronitrilu. Šī organiskā sastāvdaļa ir nepieciešama vērtīgu ķīmisko šķiedru nitronu ražošanai, plastmasas veidošanai, gumijas ražošanai.

Secinājums

Polipropilēns tagad tiek uzskatīts par lielāko naftas ķīmijas produktu ražošanu. Pieprasījums pēc šīs kvalitātes un lēta polimēra aug, tādēļ tas pakāpeniski izspiež polietilēnu. Tas ir neaizstājams cieto iepakojumu, plākšņu, plēvju, automobiļu detaļu, sintētisko papīru, virvju, paklāju detaļu, kā arī dažādu sadzīves tehnikas izveidošanai. Divdesmit pirmā gadsimta sākumā polipropilēna ražošana bija otra lielākā polimēru industrijā. Ņemot vērā dažādu nozaru pieprasījumus, mēs varam secināt: tuvākajā nākotnē turpināsies propilēna un etilēna liela apjoma ražošanas tendence.