Mitä on propeenin polymerointi? Mitkä ovat tämän kemiallisen reaktion ominaisuudet? Yritetään löytää yksityiskohtaisia vastauksia näihin kysymyksiin.
Liitäntöjen ominaisuudet
Eteenin ja propeenin polymerointireaktiokaaviot osoittavat tyypilliset kemialliset ominaisuudet, jotka kaikilla olefiiniluokan jäsenillä on. Tämä luokka sai niin epätavallisen nimen kemian tuotannossa käytetyn öljyn vanhasta nimestä. 1700-luvulla saatiin eteenikloridia, joka oli öljyinen nestemäinen aine.
Kaikkien tyydyttymättömien alifaattisten hiilivetyjen luokan edustajien joukossa havaitsemme niissä yhden kaksoissidoksen.
Propyleenin radikaalipolymeroituminen selittyy juuri kaksoissidoksen läsnäololla aineen rakenteessa.
Yleinen kaava
Kaikille homologisen alkeenisarjan edustajille yleinen kaava on muotoa СpН2p. Vetyjen riittämätön määrä rakenteessa selittää näiden hiilivetyjen kemiallisten ominaisuuksien erikoisuuden.
Propyleenin polymerointireaktioyhtälöon suora vahvistus tällaisen yhteyden katkeamisen mahdollisuudesta käytettäessä korotettua lämpötilaa ja katalysaattoria.
Tydyttymätöntä radikaalia kutsutaan allyyliksi tai propenyyli-2:ksi. Miksi propeenia polymeroidaan? Tämän vuorovaikutuksen tuotetta käytetään synteettisen kumin syntetisoimiseen, jolla puolestaan on kysyntää nykyaikaisessa kemianteollisuudessa.
Fysikaaliset ominaisuudet
Propyleenin polymerointiyhtälö ei vahvista ainoastaan tämän aineen kemiallisia, vaan myös fysikaalisia ominaisuuksia. Propyleeni on kaasumainen aine, jolla on alhainen kiehumis- ja sulamispiste. Tällä alkeeniluokan edustajalla on heikko liukoisuus veteen.
Kemialliset ominaisuudet
Propyleenin ja isobuteenin polymeroinnin reaktioyhtälöt osoittavat, että prosessit etenevät kaksoissidoksen kautta. Alkeenit toimivat monomeereinä, ja tällaisen vuorovaikutuksen lopputuotteet ovat polypropeenia ja polyisobuteenia. Hiili-hiili-sidos tuhoutuu tällaisen vuorovaikutuksen aikana ja lopulta muodostuu vastaavat rakenteet.
Kaksoissidoksessa muodostuu uusia yksinkertaisia sidoksia. Miten propeenin polymerointi etenee? Tämän prosessin mekanismi on samanlainen kuin prosessi, joka esiintyy kaikissa tämän tyydyttymättömien hiilivetyjen luokan edustajissa.
Propyleenin polymerointireaktiossa on useita vaihtoehtojavuotoja. Ensimmäisessä tapauksessa prosessi suoritetaan kaasufaasissa. Toisen vaihtoehdon mukaan reaktio tapahtuu nestefaasissa.
Lisäksi propeenin polymerointi etenee myös joidenkin vanhentuneiden prosessien mukaan, joissa käytetään tyydyttynyttä nestemäistä hiilivetyä reaktioväliaineena.
Moderni tekniikka
Propyleenin bulkkipolymerointi Spheripol-teknologialla on slurryreaktorin yhdistelmä homopolymeerien tuotantoa varten. Prosessi sisältää kaasufaasireaktorin käytön pseudo-nestepedillä lohkokopolymeerien luomiseksi. Tässä tapauksessa propeenin polymerointireaktioon kuuluu yhteensopivien muiden katalyyttien lisääminen laitteeseen sekä esipolymerointi.
Prosessiominaisuudet
Teknologiaan kuuluu komponenttien sekoittaminen erityisessä laitteessa, joka on suunniteltu alustavaa muuntamista varten. Lisäksi tämä seos lisätään loop-polymerointireaktoreihin, joihin sekä vety että käytetty propeeni tulevat sisään.
Reaktorit toimivat 65–80 celsiusasteen lämpötiloissa. Järjestelmän paine ei ylitä 40 baaria. Sarjaan sijoitettuja reaktoreita käytetään laitoksissa, jotka on suunniteltu polymeerituotteiden suurtuotantoon.
Polymeeriliuos poistetaan toisesta reaktorista. Propeenin polymerointiin kuuluu liuoksen siirtäminen paineistettuun kaasunpoistolaitteeseen. Tässä suoritetaan jauhehomopolymeerin poistaminen nestemäisestä monomeerista.
Lohkopolymeerien valmistus
Propyleenin polymerointiyhtälö CH2 =CH - CH3:lla tässä tilanteessa on vakiovirtausmekanismi, eroja on vain prosessiolosuhteissa. Yhdessä propeenin ja eteenin kanssa kaasunpoistolaitteen jauhe menee kaasufaasireaktoriin, joka toimii noin 70 celsiusasteen lämpötilassa ja enintään 15 baarin paineessa.
Reaktorista poistamisen jälkeen lohkokopolymeerit siirtyvät erityiseen järjestelmään polymeerijauheen poistamiseksi monomeerista.
Propyleenin ja iskunkestävän butadieenin polymerointi mahdollistaa toisen kaasufaasireaktorin käytön. Sen avulla voit lisätä propeenin määrää polymeerissä. Lisäksi valmiiseen tuotteeseen on mahdollista lisätä lisäaineita, rakeistamista, mikä parantaa tuloksena olevan tuotteen laatua.
Aleenien polymerisaatiospesifisyys
Polyeteenin ja polypropeenin valmistuksessa on joitain eroja. Propyleenin polymerointiyhtälö tekee selväksi, että on tarkoitus käyttää erilaista lämpötilajärjestelmää. Lisäksi joitain eroja on teknologisen ketjun loppuvaiheessa sekä lopputuotteiden käyttöalueilla.
Peroksidia käytetään hartseissa, joilla on erinomaiset reologiset ominaisuudet. Niillä on korkeampi sulavirta, samanlaiset fysikaaliset ominaisuudet kuin materiaaleilla, joilla on alhainen virtausnopeus.
hartsi,joilla on erinomaiset reologiset ominaisuudet, niitä käytetään ruiskuvaluprosessissa sekä kuitujen valmistuksessa.
Polymeerimateriaalien läpinäkyvyyden ja lujuuden lisäämiseksi valmistajat yrittävät lisätä reaktioseokseen erityisiä kiteyttäviä lisäaineita. Osa läpinäkyvistä polypropeenimateriaaleista korvataan asteittain muilla puhallusmuovauksen ja valun materiaaleilla.
Polymeroinnin ominaisuudet
Propyleenin polymerointi aktiivihiilen läsnä ollessa etenee nopeammin. Tällä hetkellä käytetään katalyyttistä hiilen ja siirtymämetallin kompleksia, joka perustuu hiilen adsorptiokykyyn. Polymeroinnin tulos on tuote, jolla on erinomainen suorituskyky.
Polymerointiprosessin pääparametrit ovat reaktionopeus sekä polymeerin molekyylipaino ja stereoisomeerinen koostumus. Katalyytin fysikaalinen ja kemiallinen luonne, polymerointiväliaine ja reaktiojärjestelmän komponenttien puhtausaste ovat myös tärkeitä.
Lineaarinen polymeeri saadaan sekä homogeenisessa että heterogeenisessä faasissa, kun on kyse eteenistä. Syynä on spatiaalisten isomeerien puuttuminen tässä aineessa. Isotaktisen polypropeenin saamiseksi he yrittävät käyttää kiinteitä titaaniklorideja sekä organoalumiiniyhdisteitä.
Käytettäessä kompleksia, joka on adsorboitu kiteiseen titaanikloridiin (3), on mahdollista saada tuote, jolla on halutut ominaisuudet. Tukihilan säännöllisyys ei ole riittävä tekijäkatalyytin saavuttama korkea stereospesifisyys. Jos esimerkiksi valitaan titaanijodidi (3), saadaan enemmän ataktista polymeeriä.
Katalysoidut katalyyttikomponentit ovat Lewis-luonteisia, joten ne liittyvät väliaineen valintaan. Edullisin väliaine on inerttien hiilivetyjen käyttö. Koska titaani(5)kloridi on aktiivinen adsorbentti, valitaan yleensä alifaattiset hiilivedyt. Miten propeenin polymerointi etenee? Tuotekaava on (-CH2-CH2-CH2-) p. Itse reaktioalgoritmi on samanlainen kuin reaktion kulku tämän homologisen sarjan muissa edustajissa.
Kemiallinen vuorovaikutus
Analysoidaan propeenin tärkeimpiä vuorovaikutusvaihtoehtoja. Ottaen huomioon, että sen rakenteessa on kaksoissidos, pääreaktiot etenevät juuri sen tuhoamalla.
Halogenointi etenee normaalissa lämpötilassa. Kompleksisen sidoksen katkeamiskohdassa tapahtuu halogeenin esteetön lisäys. Tämän vuorovaikutuksen seurauksena muodostuu dihalogenoitu yhdiste. Vaikein osa on jodiointi. Bromaus ja klooraus etenevät ilman lisäolosuhteita ja energiakustannuksia. Propyleenin fluoraus on räjähtävää.
Hydrausreaktiossa käytetään lisäkiihdytintä. Platina ja nikkeli toimivat katalysaattorina. Propeenin ja vedyn kemiallisen vuorovaikutuksen seurauksena muodostuu propaania, joka on tyydyttyneiden hiilivetyjen luokan edustaja.
Nesteytys (veden lisäys)suoritetaan V. V. Markovnikovin säännön mukaisesti. Sen olemus on kiinnittää vetyatomi propeenin kaksoissidokseen, jolla on enimmäismäärä. Tässä tapauksessa halogeeni kiinnittyy siihen C:hen, jossa on vähimmäismäärä vetyä.
Propyleenille on ominaista palaminen ilmakehän hapessa. Tämän vuorovaikutuksen tuloksena saadaan kaksi päätuotetta: hiilidioksidi, vesihöyry.
Kun tämä kemikaali altistuu voimakkaille hapettimille, kuten kaliumpermanganaatille, sen väri muuttuu. Kemiallisen reaktion tuotteiden joukossa on kaksiarvoinen alkoholi (glykoli).
Propeenin tuotanto
Kaikki menetelmät voidaan jakaa kahteen pääryhmään: laboratorio, teollisuus. Laboratorio-olosuhteissa propeenia voidaan saada irrottamalla vetyhalogenidi alkuperäisestä halogeenialkyylistä altistamalla ne natriumhydroksidin alkoholiliuokselle.
Propyleeni muodostuu propeenin katalyyttisen hydrauksen seurauksena. Laboratorio-olosuhteissa tämä aine voidaan saada kuivaamalla propanoli-1. Tässä kemiallisessa reaktiossa katalyytteinä käytetään fosfori- tai rikkihappoa, alumiinioksidia.
Miten propeenia tuotetaan suuria määriä? Koska tämä kemikaali on harvinainen luonnossa, sen tuotantoon on kehitetty teollisia vaihtoehtoja. Yleisin on alkeenin eristäminen öljytuotteista.
Esimerkiksi raakaöljy krakataan erityisessä leijukerroksessa. Propyleeni saadaan pyrolyysillä bensiinijakeesta. ATtällä hetkellä alkeeni on eristetty myös siihen liittyvistä kaasuista, kivihiilen koksauksen kaasumaisista tuotteista.
Propyleenin pyrolyysissä on useita vaihtoehtoja:
- putkiuuneissa;
- reaktorissa, jossa käytetään kvartsijäähdytysnestettä;
- Lavrovskin prosessi;
- autoterminen pyrolyysi Barthlomen menetelmän mukaan.
Teollisten teknologioiden joukossa on myös huomattava tyydyttyneiden hiilivetyjen katalyyttinen dehydraus.
Hakemus
Propyleenillä on useita käyttökohteita, ja siksi sitä valmistetaan laajassa mittakaavassa teollisuudessa. Tämä tyydyttymätön hiilivety johtuu ulkonäöstä Nattan työstä. 1900-luvun puolivälissä hän kehitti polymerointiteknologiaa käyttämällä Ziegler-katalyyttijärjestelmää.
Natta onnistui saamaan stereosäännöllisen tuotteen, jota hän kutsui isotaktiseksi, koska rakenteessa metyyliryhmät sijaitsivat ketjun toisella puolella. Tämän tyyppisen polymeerimolekyylien "pakkauksen" ansiosta tuloksena olevalla polymeeriaineella on erinomaiset mekaaniset ominaisuudet. Polypropeenia käytetään synteettisten kuitujen valmistukseen, ja se on kysytty muovimassana.
Noin kymmenen prosenttia maaöljypropeenista kuluu sen oksidin tuottamiseen. Viime vuosisadan puoliväliin asti tämä orgaaninen aine saatiin kloorihydriinimenetelmällä. Reaktio eteni muodostamalla välituote propyleenikloorihydriiniä. Tällä tekniikalla on tiettyjä haittoja, jotka liittyvät kalliin kloorin ja sammutetun kalkin käyttöön.
Meidän aikanamme tämä tekniikka on korvattu kalkoniprosessilla. Se perustuu propeenin kemialliseen vuorovaikutukseen hydroperoksidien kanssa. Propyleenioksidia käytetään propyleeniglykolin synteesissä, jota käytetään polyuretaanivaahtojen valmistuksessa. Erinomaisina pehmustusmateriaaleina niistä valmistetaan pakkauksia, mattoja, huonekaluja, lämmöneristysmateriaaleja, imukykyisiä nesteitä ja suodatinmateriaaleja.
Lisäksi propeenin pääsovellusten joukossa on mainittava asetonin ja isopropyylialkoholin synteesi. Isopropyylialkoholia, joka on erinomainen liuotin, pidetään arvokkaana kemiallisena tuotteena. Tämä luomutuote valmistettiin 1900-luvun alussa rikkihappomenetelmällä.
Lisäksi on kehitetty propeenin suorahydraation tekniikkaa lisäämällä happokatalyyttejä reaktioseokseen. Noin puolet kaikesta tuotetusta propanolista käytetään asetonin synteesiin. Tämä reaktio sisältää vedyn poistamisen, suoritetaan 380 celsiusasteessa. Katalyytit tässä prosessissa ovat sinkki ja kupari.
Propeenin tärkeistä käyttötavoista hydroformylaatiolla on erityinen paikka. Propeenia käytetään aldehydien valmistukseen. Oksisynteesiä on käytetty maassamme viime vuosisadan puolivälistä lähtien. Tällä reaktiolla on tällä hetkellä tärkeä paikka petrokemiassa. Propyleenin kemiallinen vuorovaikutus synteesikaasun (hiilimonoksidin ja vedyn seos) kanssa 180 asteen lämpötilassa, kobolttioksidikatalyytissä ja 250 ilmakehän paineessa havaitaan kahden aldehydin muodostumista. Toisella on normaali rakenne, toisella on kaarevahiiliketju.
Välittömästi tämän teknisen prosessin löytämisen jälkeen tästä reaktiosta tuli monien tiedemiesten tutkimuskohde. He etsivät tapoja pehmentää sen virtausolosuhteita, yrittivät vähentää haaroittuneen aldehydin prosenttiosuutta tuloksena olevassa seoksessa.
Tätä varten keksittiin taloudellisia prosesseja, joihin liittyy muiden katalyyttien käyttö. Oli mahdollista alentaa lämpötilaa, painetta, lisätä lineaarisen aldehydin saantoa.
Akryylihapon estereitä, jotka liittyvät myös propeenin polymerointiin, käytetään kopolymeereinä. Noin 15 prosenttia petrokemian propeenista käytetään lähtöaineena akrionitriilin valmistuksessa. Tämä orgaaninen komponentti on välttämätön arvokkaan kemiallisen kuidun - nitronin - valmistukseen, muovien luomiseen, kumin valmistukseen.
Johtopäätös
Polypropeenia pidetään tällä hetkellä suurimpana petrokemian teollisuudenalana. Tämän korkealaatuisen ja edullisen polymeerin kysyntä kasvaa, joten se korvaa vähitellen polyeteenin. Se on välttämätön jäykkien pakkausten, levyjen, kalvojen, autonosien, synteettisen paperin, köysien, maton osien luomisessa sekä erilaisten kotitalouslaitteiden luomisessa. 2000-luvun alussa polypropeenin tuotanto sijoittui toiseksi polymeeriteollisuudessa. Eri toimialojen vaatimukset huomioon ottaen voidaan päätellä, että propeenin ja eteenin laajamittainen tuotanto jatkuu lähitulevaisuudessa.
