Vinylchloride (vinylchloride): eigenschappen, formule, industriële productie in Rusland

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-02 14:00

Vinylchloride is een van de eenvoudigste derivaten van acetyleen, verkregen door toevoeging van waterstofchloride. Het belangrijkste type chemische reacties waarbij deze stof betrokken is, is het polymerisatieproces. Het eindproduct - PVC - wordt veel gebruikt op alle gebieden van menselijke activiteit. Het productieproces van de verbinding en zijn derivaten gaat gepaard met het vrijkomen van vluchtige stoffen, die een sterk toxisch effect hebben op het menselijk lichaam.

Algemene beschrijving

Vinylchloride (vinylchloride) is een van de meest gebruikte chemische verbindingen omdat het de grondstof is voor de productie van PVC. Deze stof werd voor het eerst verkregen door Liebig in 1830 in Duitsland uit dichloorethaan en alcoholisch kaliumcarbonaat. Na 42 jaar vestigde een andere Duitse chemicus, Eugen Baumann, de aandacht op het feit dat wanneer ze in het licht worden bewaard, vlokken beginnen te precipiteren uit vinylchloride. Deze wetenschapper wordt beschouwd als de ontdekker van polyvinylchloride.

In het begin wekte deze verbinding geen interesse bij handelaren en fabrikanten van chemische producten. De productie ervan op industriële schaalbegon in de jaren '30. XX eeuw.

De empirische formule voor vinylchloride is: C₂H_{3Cl. De structuurformule wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding.}

Onder normale omstandigheden is vinylchloride een kleurloos gas, maar aangezien het kookpunt -13°C is, wordt het gewoonlijk in vloeibare toestand gehanteerd.

Chemische eigenschappen van vinylchloride

De belangrijkste reacties die inherent zijn aan deze stof zijn:

• Polymerisatie.
• Substitutie op de koolstof-chloorbinding. Dit proces produceert alcoholaten en vinylesters. Het chlooratoom wordt vervangen in aanwezigheid van katalysatoren: halogeniden, palladium en zouten van andere metalen. Als alcohol als oplosmiddel wordt gebruikt, worden esters gesynthetiseerd.
• Oxidatie met zuurstof in de gasfase. De producten van deze reactie zijn formylchloride, koolmonoxide, zoutzuur en mierenzuur. Volledige oxidatie wordt waargenomen met de deelname van een kob altchromietkatalysator of in een waterige oplossing met kaliumpermanganaat. Reactie met ozon in vloeibare en gasvormige toestand van vinylchloride leidt tot de vorming van formylchloride en mierenzuur. Bij spontane verbranding ontstaan koolmonoxide, zoutzuur en toxisch fosgeen (in kleine hoeveelheden).
• Toevoeging reacties. Om trichloorethaan te verkrijgen, dat als oplosmiddel wordt gebruikt, wordt een chlooradditiereactie uitgevoerd: door het ionische mechanisme (in de vloeibare fase, bij afwezigheid van licht, met behulp van een katalysator op basis van overgangsmetalen) of door het radicaalreacties (bij verhoogde temperatuur). Nuttige vinylchlorideproducten worden ook gesynthetiseerd door zure katalyse en hydrogenering.
• Fotodissociatie. Onder invloed van licht met een golflengte van 193 nm worden de HCl- en Cl-groepen afgesplitst van het vinylchloridemolecuul.
• Pyrolyse. Vinylchloride is beter bestand tegen thermische ontleding dan andere haloalkanen van dit type. Pyrolyse begint bij 550 °C. Bij 680°C is de opbrengst aan acetyleen, zoutzuur, chloropreen en vinylacetyleen ongeveer 35%. In aanwezigheid van water zal vinylchloride ijzer, staal en aluminium aantasten door HCl vrij te geven.

Polymerisatiereactie

Vinylchloridemonomeer kan onder normale omstandigheden lange tijd bestaan. Het verschijnen van radicalen als gevolg van foto- of thermochemische reacties leidt tot de activering van polymerisatie.

Dit proces vindt plaats in 3 fasen en wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding.

Fysieke kenmerken

De belangrijkste fysische eigenschappen van de verbinding onder normale omstandigheden zijn als volgt:

• molecuulgewicht – 62, 499;
• smeltpunt - 119 K;
• kookpunt - 259 K;
• warmtecapaciteit in vloeibare toestand – 84 J/(mol∙K);
• dampdruk bij 0 °C - 175 kPa;
• Viscositeit bij -20 °C – 0,272 mPa∙s;
• onderste explosiegrens - 8,6% (in volume);
• zelfontbrandingstemperatuur - 745 K.

De stof is goed oplosbaar in koolwaterstoffen,oliën, alcoholen, organische vloeistoffen; praktisch niet mengbaar met water.

Ontvangen

Er zijn verschillende industriële manieren om vinylchloride te krijgen:

• als gevolg van de reactie van zoutzuur met acetyleen;
• van ethyleen en chloor (directe chlorering van ethyleen, verkrijgen van ethyleendichloride, pyrolyse ervan tot vinylchloride);
• ethyleenoxychlorering;
• gecombineerde methode (directe chlorering, pyrolyse van ethyleendichloride, oxychlorering) - een evenwichtsproces van ethyleen en chloor zonder de vorming of consumptie van zoutzuur.

Momenteel is de laatste optie de meest voorkomende en kosteneffectieve. De hoeveelheid vinylchloride die met deze technologie wordt verkregen, is meer dan 95% van de totale wereldproductie. De chemie van de reacties wordt weergegeven in de onderstaande figuur.

Het volledige volume zuur, dat wordt verkregen tijdens de pyrolyse van ethyleendichloride, wordt gebruikt als grondstof in de volgende productiefase (oxychlorering). Het resulterende product wordt gezuiverd door destillatie, bijproducten worden gebruikt bij de productie van oplosmiddelen of gerecycled.

Productie in Rusland

In Rusland wordt de productie van vinylchloride uit acetyleen uitgevoerd bij de volgende ondernemingen:

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

Op basis van ethyleen wordt de synthese van een stof uitgevoerd in organisaties zoals:

• JSC "Sayanskkhimplast" (Sayansk).
• JSC Sibur-Neftekhim (Caprolactam, Dzerzhinsk).
• ZAO Kaustik (Sterlitamak).

Synthese uit acetyleen wordt als achterhaalde technologie beschouwd. Het gebruik van ethyleen als grondstof heeft de volgende voordelen:

• goedkopere en meer betaalbare grondstoffen;
• hoge opbrengst van eindproduct;
• laag stroom- en waterverbruik;
• mogelijkheid om productielijnen met hoge capaciteit te bouwen.

Deze methode wordt al meer dan 40 jaar door 's werelds toonaangevende fabrikanten gebruikt. De belangrijkste veelbelovende richtingen voor de ontwikkeling van de industriële productie van vinylchloride in Rusland zijn de introductie van nieuwe capaciteiten, de overgang naar ethaangrondstoffen, de verspreiding van zuurstofondersteunde oxychloreringstechnologie en de ontwikkeling van verwante industrieën voor de verkoop van bijtende soda, die wordt gevormd als een bijproduct.

Toepassing

Het overgrote deel van het geproduceerde vinylchloride wordt gebruikt om polyvinylchloride (PVC) te maken. Volgens statistieken vindt meer dan 50% van de productie van dit polymeer plaats in Azië.

Polyvinylchloride is het meest veelzijdige materiaal van alle polymeren. Het kan worden gebruikt om zowel stijve bouwconstructies (buizen, gevelbekleding, profielen) alselastische producten (draden, kabels, dakbedekkingsmaterialen). In tegenstelling tot andere polymere materialen, ontleedt polyvinylchloride onder invloed van ultraviolette stralen, oxidatie en vloeibare koolwaterstoffen niet alleen, maar verknoopt het ook gedeeltelijk polymeerketens. Deze eigenschap hangt samen met de aanwezigheid van chlooratomen in de structuur van de verbinding. Het hoge concurrentievermogen van PVC wordt ook verklaard door zijn lage prijs.

PVC wordt gebruikt om de volgende producten te maken (in afnemende volgorde van productievolume):

• buizen en hun hulpstukken;
• beplating;
• ramen, deuren;
• profiles (inclusief hekken en vlonders);
• vloerbedekking;
• dakmaterialen;
• consumentenproducten;
• verpakking;
• kabels en draden (mantel, isolatie);
• medische benodigdheden;
• coatings, lijmen.

Andere toepassingen

Een klein aandeel vinylchloride (ongeveer 1%) wordt gebruikt om copolymeren te produceren, waarvan combinaties met vinylacetaat, vinylideenchloride, acrylreeksmonomeren en alfa-olefinen van praktisch belang zijn. Het eerste type copolymeren is het meest wijdverbreid. Deze materialen hebben de volgende handelsnamen:

• vestoliet;
• hostalitis;
• winnol;
• lukovil;
• corvik;
• jeon;
• sikron en anderen.

Ze worden gebruikt om producten te maken zoals:

• linoleum en andere vloerbedekkingen;
• kozijnen;
• tegels;
• kunstleer;
• film;
• vernissen;
• nonwovens.

Toxiciteit

Vinylchloride verwijst naar zeer gevaarlijke verbindingen die leiden tot ernstige achteruitgang in het menselijk lichaam. De stof is vluchtig en de belangrijkste toegangsweg is inademing. De bron is de productie van vinylchloride, PVC en producten daaruit.

Vinylchloride veroorzaakt storingen in de volgende organen en systemen:

• CNS-depressie (duizeligheid, desoriëntatie, toxische coma);
• schade aan bindweefsel en bloedvaten;
• verslechtering van de voortplantingsfunctie;
• carcinogeen effect (angiosarcoom van de lever wordt meestal gedetecteerd, tumoren en andere lokalisaties ontwikkelen zich);
• spijsverteringsstelsel – hepatitis, cholecystitis, cholangitis, gastritis, maagzweer;
• bloedsomloop en hematopoëtisch systeem - hypertensie, coronaire hartziekte, eosinofilie, trombocytopenie;
• verstoring van cholesterol en algemene stofwisseling;
• mutageen effect, vorming van chromosomale afwijkingen;
• remming van antimicrobiële bescherming, verminderde immuunkrachten.

Bij langdurige blootstelling (van zes maanden tot 3 jaar) aan toxische doses van deze stof treedt "vinylchlorideziekte" op. De ontwikkeling ervan doorloopt 3 fasen, die worden gekenmerkt door de volgende kenmerken:

1. Zwakte, migraine, misselijkheid, bloedarmoede, pijn van de nagelkootjes van de ledematen, evenals hun vernietigingbotten. Wanneer de schadelijke invloed stopt, zijn de veranderingen omkeerbaar.
2. Ontsteking van de perifere zenuwen, resulterend in verlies van gevoel; aritmie, pijn in het hartgebied, schending van thermoregulatie.
3. Geheugenstoornis, hallucinaties, onwillekeurige oogfluctuaties, dubbel beeld, slaapstoornissen, verminderde prestaties, pijn in de maag, misselijkheid, braken, toename van botpathologieën.