Care este polimerizarea propilenei? Care sunt caracteristicile acestei reacții chimice? Să încercăm să găsim răspunsuri detaliate la aceste întrebări.
Caracteristicile conexiunilor
Schemele de reacție de polimerizare a etilenei și propilenei demonstrează proprietățile chimice tipice pe care le au toți membrii clasei olefinelor. Această clasă a primit un nume atât de neobișnuit de la vechiul nume al uleiului folosit în producția chimică. În secolul al XVIII-lea s-a obținut clorură de etilenă, care era o substanță lichidă uleioasă.
Printre caracteristicile tuturor reprezentanților clasei de hidrocarburi alifatice nesaturate, remarcăm prezența unei duble legături în ele.
Polimerizarea radicalică a propilenei se explică tocmai prin prezența unei duble legături în structura substanței.
Formula generală
Pentru toți reprezentanții seriei omoloage de alchene, formula generală are forma СpН2p. Cantitatea insuficientă de hidrogeni din structură explică particularitatea proprietăților chimice ale acestor hidrocarburi.
Ecuația reacției de polimerizare a propileneieste o confirmare directă a posibilității unei întreruperi a unei astfel de conexiuni atunci când se utilizează temperatură ridicată și un catalizator.
Radicalul nesaturat se numește alil sau propenil-2. De ce să polimerizezi propilena? Produsul acestei interacțiuni este folosit pentru a sintetiza cauciucul sintetic, care, la rândul său, este solicitat în industria chimică modernă.
Proprietăți fizice
Ecuația de polimerizare a propilenei confirmă nu numai proprietățile chimice, ci și fizice ale acestei substanțe. Propilena este o substanță gazoasă cu puncte de fierbere și de topire scăzute. Acest reprezentant al clasei alchenelor are o ușoară solubilitate în apă.
Proprietăți chimice
Ecuațiile de reacție pentru polimerizarea propilenei și izobutilenei arată că procesele decurg printr-o legătură dublă. Alchenele acționează ca monomeri, iar produșii finali ai unei astfel de interacțiuni vor fi polipropilena și poliizobutilena. Legătura carbon-carbon este cea care va fi distrusă în timpul unei astfel de interacțiuni și în cele din urmă se vor forma structurile corespunzătoare.
La legătura dublă se formează noi legături simple. Cum decurge polimerizarea propilenei? Mecanismul acestui proces este similar cu procesul care are loc la toți ceilalți reprezentanți ai acestei clase de hidrocarburi nesaturate.
Reacția de polimerizare a propilenei implică mai multe opțiuniscurgeri. În primul caz, procesul se desfășoară în fază gazoasă. Conform celei de-a doua opțiuni, reacția are loc în fază lichidă.
În plus, polimerizarea propilenei are loc, de asemenea, conform unor procedee învechite care implică utilizarea unei hidrocarburi lichide saturate ca mediu de reacție.
Tehnologie modernă
Polimerizarea propilenei în vrac folosind tehnologia Spheripol este o combinație a unui reactor cu suspensie pentru producerea de homopolimeri. Procesul implică utilizarea unui reactor în fază gazoasă cu un pat pseudo-lichid pentru a crea bloc copolimeri. În acest caz, reacția de polimerizare a propilenei implică adăugarea de catalizatori compatibili suplimentari la dispozitiv, precum și prepolimerizarea.
Funcții de proces
Tehnologia presupune amestecarea componentelor într-un dispozitiv special conceput pentru transformarea preliminară. În plus, acest amestec este adăugat la reactoarele de polimerizare în buclă, unde intră atât hidrogenul, cât și propilena uzată.
Reactoarele funcționează la temperaturi cuprinse între 65 și 80 de grade Celsius. Presiunea din sistem nu depășește 40 bar. Reactoarele, care sunt aranjate în serie, sunt utilizate în instalații proiectate pentru producția în volum mare de produse polimerice.
Soluția de polimer este îndepărtată din al doilea reactor. Polimerizarea propilenei implică transferul soluției într-un degazator sub presiune. Aici, se efectuează îndepărtarea homopolimerului pulbere din monomerul lichid.
Producerea de bloc copolimeri
Ecuația de polimerizare a propilenei CH2 =CH - CH3 în această situație are un mecanism de curgere standard, există diferențe doar în condițiile procesului. Împreună cu propilena și etena, pulberea de la degazor merge într-un reactor în fază gazoasă care funcționează la o temperatură de aproximativ 70 de grade Celsius și o presiune de cel mult 15 bari.
Copolimerii bloc, după ce au fost scoși din reactor, intră într-un sistem special de îndepărtare a pulberii de polimer din monomer.
Polimerizarea propilenei și a butadienelor rezistente la impact permite utilizarea unui al doilea reactor în fază gazoasă. Vă permite să creșteți nivelul de propilenă din polimer. În plus, este posibil să adăugați aditivi la produsul finit, utilizarea granulării, care îmbunătățește calitatea produsului rezultat.
Specificitatea polimerizării alchenelor
Există unele diferențe între fabricarea polietilenei și a polipropilenei. Ecuația de polimerizare a propilenei arată clar că se intenționează un regim diferit de temperatură. În plus, există unele diferențe în etapa finală a lanțului tehnologic, precum și în domeniile de utilizare a produselor finite.
Peroxidul este folosit pentru rășini care au proprietăți reologice excelente. Au un nivel crescut de curgere a topiturii, proprietăți fizice similare cu acele materiale care au un debit scăzut.
Rășină,având proprietăți reologice excelente, sunt utilizate în procesul de turnare prin injecție, precum și în cazul fabricării fibrelor.
Pentru a crește transparența și rezistența materialelor polimerice, producătorii încearcă să adauge aditivi speciali de cristalizare la amestecul de reacție. O parte din materialele transparente din polipropilenă sunt treptat înlocuite cu alte materiale în domeniul turnării prin suflare și turnare.
Caracteristici ale polimerizării
Polimerizarea propilenei în prezența cărbunelui activ are loc mai rapid. În prezent, se utilizează un complex catalitic de carbon cu un metal de tranziție, bazat pe capacitatea de adsorbție a carbonului. Rezultatul polimerizării este un produs cu performanțe excelente.
Principalii parametri ai procesului de polimerizare sunt viteza de reacție, precum și greutatea moleculară și compoziția stereoizomerică a polimerului. De asemenea, sunt importante natura fizică și chimică a catalizatorului, mediul de polimerizare, gradul de puritate al componentelor sistemului de reacție.
Un polimer liniar se obține atât într-o fază omogenă, cât și într-o fază eterogenă, când vine vorba de etilenă. Motivul este absența izomerilor spațiali în această substanță. Pentru a obține polipropilenă izotactică, ei încearcă să folosească cloruri solide de titan, precum și compuși de organoaluminiu.
La utilizarea unui complex adsorbit pe clorură de titan cristalin (3), este posibil să se obțină un produs cu caracteristicile dorite. Regularitatea rețelei de susținere nu este un factor suficient pentrudobândirea de stereospecificitate ridicată de către catalizator. De exemplu, dacă se alege iodură de titan (3), se obține mai mult polimer atactic.
Componentele catalitice considerate au un caracter Lewis, prin urmare, sunt asociate cu selectarea mediului. Mediul cel mai avantajos este utilizarea hidrocarburilor inerte. Deoarece clorura de titan (5) este un adsorbant activ, se aleg în general hidrocarburile alifatice. Cum decurge polimerizarea propilenei? Formula produsului este (-CH2-CH2-CH2-)p. Algoritmul de reacție în sine este similar cu cursul reacției la alți reprezentanți ai acestei serii omoloage.
Interacțiune chimică
Să analizăm principalele opțiuni de interacțiune pentru propilenă. Având în vedere că în structura sa există o legătură dublă, principalele reacții procedează tocmai cu distrugerea acesteia.
Halogenarea are loc la temperatura normală. La locul ruperii legăturii complexe are loc adăugarea nestingherită a halogenului. Ca rezultat al acestei interacțiuni, se formează un compus dihalogenat. Cea mai grea parte este iodarea. Bromurarea și clorarea se desfășoară fără condiții suplimentare și costuri energetice. Fluorurarea propilenei este explozivă.
Reacția de hidrogenare implică utilizarea unui accelerator suplimentar. Platina și nichelul acționează ca un catalizator. Ca rezultat al interacțiunii chimice a propilenei cu hidrogenul, se formează propan - un reprezentant al clasei de hidrocarburi saturate.
Hidratare (adăugarea de apă)efectuată după regula lui V. V. Markovnikov. Esența sa este de a atașa un atom de hidrogen la dubla legătură a propilenei, care are cantitatea sa maximă. În acest caz, halogenul se va atașa de acel C, care are numărul minim de hidrogen.
Propilena se caracterizează prin arderea în oxigenul atmosferic. În urma acestei interacțiuni, se vor obține două produse principale: dioxid de carbon, vapori de apă.
Când acest produs chimic este expus la agenți oxidanți puternici, cum ar fi permanganatul de potasiu, se observă decolorarea sa. Printre produșii reacției chimice va fi un alcool dihidroxilic (glicol).
Producție de propilenă
Toate metodele pot fi împărțite în două grupe principale: de laborator, industriale. În condiții de laborator, propilena poate fi obținută prin separarea halogenurilor de hidrogen din haloalchilul original prin expunerea acestora la o soluție alcoolică de hidroxid de sodiu.
Propilena se formează prin hidrogenarea catalitică a propinei. În condiții de laborator, această substanță poate fi obținută prin deshidratarea propanol-1. În această reacție chimică, acidul fosforic sau sulfuric, oxidul de aluminiu sunt utilizați ca catalizatori.
Cum se produce propilena în volume mari? Datorită faptului că această substanță chimică este rară în natură, au fost dezvoltate opțiuni industriale pentru producerea sa. Cea mai comună este izolarea alchenei din produsele petroliere.
De exemplu, țițeiul este crăpat într-un pat fluidizat special. Propilena se obține prin piroliza fracției de benzină. LAîn prezent, alchena este, de asemenea, izolată din gazul asociat, produse gazoase de cocsificare a cărbunelui.
Există diferite opțiuni pentru piroliza propilenei:
- în cuptoare cu tuburi;
- într-un reactor folosind un lichid de răcire cu cuarț;
- procesul Lavrovsky;
- piroliza autotermală conform metodei Barthlome.
Dintre tehnologiile industriale dovedite, trebuie remarcată și dehidrogenarea catalitică a hidrocarburilor saturate.
Aplicație
Propilena are o varietate de aplicații și, prin urmare, este produsă pe scară largă în industrie. Această hidrocarbură nesaturată își datorează aspectul muncii lui Natta. La mijlocul secolului al XX-lea, el a dezvoltat tehnologia de polimerizare folosind sistemul catalitic Ziegler.
Natta a reușit să obțină un produs stereoregulat, pe care l-a numit izotactic, deoarece în structură grupările metil erau situate pe o parte a lanțului. Datorită acestui tip de „ambalare” a moleculelor de polimer, substanța polimerică rezultată are caracteristici mecanice excelente. Polipropilena este folosită la fabricarea fibrelor sintetice și este solicitată ca masă de plastic.
Aproximativ zece la sută din propilena petrolieră este consumată pentru a produce oxidul său. Până la mijlocul secolului trecut, această substanță organică a fost obținută prin metoda clorhidrinei. Reacția a avut loc prin formarea produsului intermediar propilen clorhidrina. Această tehnologie are anumite dezavantaje, care sunt asociate cu utilizarea clorului scump și a varului stins.
În vremea noastră, această tehnologie a fost înlocuită cu procesul de chalcone. Se bazează pe interacțiunea chimică a propenei cu hidroperoxizii. Oxidul de propilenă este utilizat în sinteza propilenglicolului, care este utilizat la fabricarea spumei poliuretanice. Considerate a fi excelente materiale de amortizare, acestea sunt folosite pentru a face ambalaje, covoare, mobilier, materiale termoizolante, lichide absorbante și materiale filtrante.
În plus, printre principalele aplicații ale propilenei, este necesar să menționăm sinteza acetonei și a alcoolului izopropilic. Alcoolul izopropilic, fiind un solvent excelent, este considerat un produs chimic valoros. La începutul secolului al XX-lea, acest produs organic a fost obținut prin metoda acidului sulfuric.
În plus, a fost dezvoltată tehnologia de hidratare directă a propenei cu introducerea de catalizatori acizi în amestecul de reacție. Aproximativ jumătate din tot propanolul produs este cheltuit pentru sinteza acetonei. Această reacție presupune eliminarea hidrogenului, se efectuează la 380 de grade Celsius. Catalizatorii din acest proces sunt zincul și cuprul.
Printre utilizările importante ale propilenei, hidroformilarea ocupă un loc aparte. Propena este folosită pentru a produce aldehide. Oxisinteza este folosită în țara noastră încă de la mijlocul secolului trecut. În prezent, această reacție ocupă un loc important în petrochimie. Interacțiunea chimică a propilenei cu gazul de sinteză (un amestec de monoxid de carbon și hidrogen) la o temperatură de 180 de grade, un catalizator de oxid de cob alt și o presiune de 250 de atmosfere, se observă formarea a două aldehide. Unul are o structură normală, al doilea are o structură curbălanț de carbon.
Imediat după descoperirea acestui proces tehnologic, această reacție a devenit obiectul cercetării pentru mulți oameni de știință. Ei căutau modalități de a atenua condițiile curgerii sale, au încercat să reducă procentul de aldehidă ramificată din amestecul rezultat.
Pentru aceasta, au fost inventate procese economice care presupun folosirea altor catalizatori. A fost posibil să se reducă temperatura, presiunea, să crească randamentul de aldehidă liniară.
Esterii acidului acrilic, care sunt, de asemenea, asociați cu polimerizarea propilenei, sunt utilizați ca copolimeri. Aproximativ 15% din propena petrochimică este folosită ca materie primă pentru a crea acrionitril. Această componentă organică este necesară pentru fabricarea unei fibre chimice valoroase - nitron, crearea materialelor plastice, producerea cauciucului.
Concluzie
Polipropilena este considerată în prezent cea mai mare industrie petrochimică. Cererea pentru acest polimer de în altă calitate și ieftin este în creștere, așa că înlocuiește treptat polietilena. Este indispensabil în crearea de ambalaje rigide, plăci, filme, piese auto, hârtie sintetică, frânghii, piese de covoare, precum și pentru crearea unei varietăți de echipamente de uz casnic. La începutul secolului XXI, producția de polipropilenă ocupa locul al doilea în industria polimerilor. Ținând cont de cerințele diferitelor industrii, putem concluziona că tendința de producție pe scară largă de propilenă și etilenă va continua în viitorul apropiat.
