Jaka jest polimeryzacja propylenu? Jakie są cechy tej reakcji chemicznej? Spróbujmy znaleźć szczegółowe odpowiedzi na te pytania.
Charakterystyka połączeń
Schematy reakcji polimeryzacji etylenu i propylenu wykazują typowe właściwości chemiczne, które posiadają wszyscy członkowie klasy olefin. Ta klasa otrzymała tak niezwykłą nazwę od dawnej nazwy oleju używanego w produkcji chemicznej. W XVIII wieku uzyskano chlorek etylenu, który był oleistą substancją płynną.
Wśród cech wszystkich przedstawicieli klasy nienasyconych węglowodorów alifatycznych zwracamy uwagę na obecność w nich jednego wiązania podwójnego.
Polimeryzację rodnikową propylenu można dokładnie wyjaśnić obecnością podwójnego wiązania w strukturze substancji.
Ogólna formuła
Dla wszystkich przedstawicieli homologicznego szeregu alkenów wzór ogólny ma postać СpН2p. Niewystarczająca ilość wodorów w strukturze wyjaśnia specyfikę właściwości chemicznych tych węglowodorów.
Równanie reakcji polimeryzacji propylenujest bezpośrednim potwierdzeniem możliwości zerwania takiego połączenia przy zastosowaniu podwyższonej temperatury i katalizatora.
Nienasycony rodnik nazywa się allilem lub propenylem-2. Po co polimeryzować propylen? Produkt tej interakcji służy do syntezy kauczuku syntetycznego, który z kolei jest poszukiwany we współczesnym przemyśle chemicznym.
Właściwości fizyczne
Równanie polimeryzacji propylenu potwierdza nie tylko właściwości chemiczne, ale także fizyczne tej substancji. Propylen jest substancją gazową o niskiej temperaturze wrzenia i topnienia. Ten przedstawiciel klasy alkenów ma niewielką rozpuszczalność w wodzie.
Właściwości chemiczne
Równania reakcji polimeryzacji propylenu i izobutylenu pokazują, że procesy przebiegają przez wiązanie podwójne. Alkeny działają jak monomery, a końcowymi produktami takiego oddziaływania będą polipropylen i poliizobutylen. To właśnie wiązanie węgiel-węgiel zostanie zniszczone podczas takiej interakcji, a ostatecznie powstaną odpowiednie struktury.
Przy podwójnym wiązaniu powstają nowe proste wiązania. Jak przebiega polimeryzacja propylenu? Mechanizm tego procesu jest podobny do procesu zachodzącego u wszystkich innych przedstawicieli tej klasy węglowodorów nienasyconych.
Reakcja polimeryzacji propylenu obejmuje kilka opcjiprzecieki. W pierwszym przypadku proces prowadzony jest w fazie gazowej. Zgodnie z drugą opcją reakcja zachodzi w fazie ciekłej.
Ponadto, polimeryzacja propylenu również przebiega zgodnie z niektórymi przestarzałymi procesami obejmującymi użycie nasyconego ciekłego węglowodoru jako medium reakcji.
Nowoczesna technologia
Polimeryzacja propylenu luzem przy użyciu technologii Spheripol to połączenie reaktora zawiesinowego do produkcji homopolimerów. Proces polega na wykorzystaniu reaktora w fazie gazowej ze złożem pseudociekłym do tworzenia kopolimerów blokowych. W tym przypadku reakcja polimeryzacji propylenu obejmuje dodanie do urządzenia dodatkowych kompatybilnych katalizatorów, a także prepolimeryzację.
Funkcje procesu
Technologia polega na mieszaniu składników w specjalnym urządzeniu przeznaczonym do wstępnej transformacji. Następnie ta mieszanina jest dodawana do reaktorów polimeryzacji pętlowej, do których wchodzi zarówno wodór, jak i zużyty propylen.
Reaktory działają w temperaturach od 65 do 80 stopni Celsjusza. Ciśnienie w układzie nie przekracza 40 bar. Reaktory, które są ustawione szeregowo, znajdują zastosowanie w zakładach przeznaczonych do wielkoseryjnej produkcji wyrobów polimerowych.
Roztwór polimeru jest usuwany z drugiego reaktora. Polimeryzacja propylenu polega na przeniesieniu roztworu do ciśnieniowego odgazowywacza. Tutaj przeprowadza się usuwanie homopolimeru proszkowego z ciekłego monomeru.
Produkcja kopolimerów blokowych
Równanie polimeryzacji propylenu CH2 =CH - CH3 w tej sytuacji ma standardowy mechanizm przepływu, występują różnice tylko w warunkach procesu. Wraz z propylenem i etenem proszek z odgazowywacza trafia do reaktora w fazie gazowej pracującego w temperaturze około 70 stopni Celsjusza i ciśnieniu nie większym niż 15 bar.
Kopolimery blokowe po wyjęciu z reaktora wchodzą do specjalnego systemu usuwania proszku polimerowego z monomeru.
Polimeryzacja propylenu i butadienów odpornych na uderzenia umożliwia zastosowanie drugiego reaktora w fazie gazowej. Pozwala na zwiększenie poziomu propylenu w polimerze. Dodatkowo istnieje możliwość dodania dodatków do gotowego produktu, zastosowanie granulacji, co poprawia jakość produktu końcowego.
Swoistość polimeryzacji alkenów
Istnieją pewne różnice między produkcją polietylenu i polipropylenu. Równanie polimeryzacji propylenu wyjaśnia, że zamierzony jest inny reżim temperaturowy. Ponadto istnieją pewne różnice w końcowej fazie łańcucha technologicznego, a także w obszarach zastosowania produktów końcowych.
Nadtlenek jest używany do żywic, które mają doskonałe właściwości reologiczne. Charakteryzują się podwyższonym poziomem płynięcia stopu, podobnymi właściwościami fizycznymi do materiałów o niskim wskaźniku płynięcia.
Żywica,posiadają doskonałe właściwości reologiczne, znajdują zastosowanie w procesie formowania wtryskowego, a także w przypadku produkcji włókien.
Aby zwiększyć przezroczystość i wytrzymałość materiałów polimerowych, producenci starają się dodawać do mieszaniny reakcyjnej specjalne dodatki krystalizujące. Część przezroczystych materiałów polipropylenowych jest stopniowo zastępowana innymi materiałami w dziedzinie formowania z rozdmuchem i odlewania.
Cechy polimeryzacji
Polimeryzacja propylenu w obecności węgla aktywnego przebiega szybciej. Obecnie stosowany jest kompleks katalityczny węgla z metalem przejściowym, w oparciu o zdolność adsorpcji węgla. Rezultatem polimeryzacji jest produkt o doskonałych parametrach.
Głównymi parametrami procesu polimeryzacji są szybkość reakcji, a także masa cząsteczkowa i skład stereoizomeryczny polimeru. Istotny jest również fizyczny i chemiczny charakter katalizatora, ośrodek polimeryzacji, stopień czystości elementów układu reakcyjnego.
Liniowy polimer otrzymuje się zarówno w fazie homogenicznej, jak i niejednorodnej, jeśli chodzi o etylen. Powodem jest brak przestrzennych izomerów w tej substancji. Aby uzyskać polipropylen izotaktyczny, starają się używać stałych chlorków tytanu, a także związków glinoorganicznych.
W przypadku stosowania kompleksu zaadsorbowanego na krystalicznym chlorku tytanu (3) możliwe jest uzyskanie produktu o pożądanych właściwościach. Regularność siatki nośnej nie jest wystarczającym czynnikiem dla:nabycie wysokiej stereospecyficzności przez katalizator. Na przykład, jeśli zostanie wybrany jodek tytanu (3), uzyskuje się bardziej ataktyczny polimer.
Rozważane składniki katalityczne mają charakter Lewisa, dlatego są związane z doborem medium. Najkorzystniejszym medium jest zastosowanie obojętnych węglowodorów. Ponieważ chlorek tytanu (5) jest aktywnym adsorbentem, na ogół wybiera się węglowodory alifatyczne. Jak przebiega polimeryzacja propylenu? Wzór produktu to (-CH2-CH2-CH2-)str. Sam algorytm reakcji jest podobny do przebiegu reakcji u innych przedstawicieli tej serii homologicznej.
Interakcja chemiczna
Przeanalizujmy główne opcje interakcji dla propylenu. Biorąc pod uwagę, że w jego strukturze znajduje się wiązanie podwójne, główne reakcje przebiegają właśnie z jego zniszczeniem.
Halogenowanie przebiega w normalnej temperaturze. W miejscu zerwania wiązania kompleksowego następuje niezakłócone dodawanie halogenu. W wyniku tej interakcji powstaje związek dwuchlorowcowy. Najtrudniejszą częścią jest jodowanie. Bromowanie i chlorowanie przebiega bez dodatkowych warunków i kosztów energii. Fluorowanie propylenu jest wybuchowe.
Reakcja uwodornienia obejmuje użycie dodatkowego akceleratora. Platyna i nikiel działają jak katalizator. W wyniku chemicznego oddziaływania propylenu z wodorem powstaje propan – przedstawiciel klasy węglowodorów nasyconych.
Nawodnienie (dodawanie wody)przeprowadzone zgodnie z regułą V. V. Markovnikova. Jego istotą jest dołączenie atomu wodoru do podwójnego wiązania propylenu, które ma swoją maksymalną ilość. W tym przypadku halogen połączy się z tym C, który ma minimalną liczbę wodoru.
Propylen charakteryzuje się spalaniem w tlenie atmosferycznym. W wyniku tej interakcji zostaną uzyskane dwa główne produkty: dwutlenek węgla, para wodna.
Gdy ta substancja chemiczna jest wystawiona na działanie silnych środków utleniających, takich jak nadmanganian potasu, obserwuje się jej odbarwienie. Wśród produktów reakcji chemicznej będzie alkohol dwuwodorotlenowy (glikol).
Produkcja propylenu
Wszystkie metody można podzielić na dwie główne grupy: laboratoryjną, przemysłową. W warunkach laboratoryjnych propylen można otrzymać przez oddzielenie halogenowodoru od pierwotnego haloalkilu przez wystawienie ich na alkoholowy roztwór wodorotlenku sodu.
Propylen powstaje w wyniku katalitycznego uwodornienia propynu. W warunkach laboratoryjnych tę substancję można otrzymać przez odwodnienie propanolu-1. W tej reakcji chemicznej jako katalizatory stosuje się kwas fosforowy lub siarkowy, tlenek glinu.
Jak produkuje się propylen w dużych ilościach? Ze względu na fakt, że ta substancja chemiczna jest rzadka w przyrodzie, opracowano przemysłowe opcje jej produkcji. Najczęstszą jest izolacja alkenu z produktów naftowych.
Na przykład ropa naftowa jest krakowana w specjalnym złożu fluidalnym. Propylen otrzymuje się przez pirolizę frakcji benzyny. Wobecnie alken jest również izolowany z towarzyszącego gazu, gazowych produktów koksowania węgla.
Istnieją różne opcje pirolizy propylenu:
- w piecach rurowych;
- w reaktorze z chłodziwem kwarcowym;
- Proces Ławrowskiego;
- piroliza autotermiczna według metody Barthlome'a.
Wśród sprawdzonych technologii przemysłowych na uwagę zasługuje również katalityczne odwodornienie węglowodorów nasyconych.
Aplikacja
Propylen ma różnorodne zastosowania i dlatego jest produkowany na dużą skalę w przemyśle. Ten nienasycony węglowodór zawdzięcza swój wygląd pracy Natty. W połowie XX wieku opracował technologię polimeryzacji z wykorzystaniem systemu katalitycznego Zieglera.
Natta zdołał uzyskać stereoregularny produkt, który nazwał izotaktycznym, ponieważ w strukturze grupy metylowe znajdowały się po jednej stronie łańcucha. Dzięki temu rodzajowi „opakowania” cząsteczek polimeru uzyskana substancja polimerowa ma doskonałe właściwości mechaniczne. Polipropylen jest używany do produkcji włókien syntetycznych i jest poszukiwany jako masa plastyczna.
W przybliżeniu dziesięć procent propylenu naftowego jest zużywane do produkcji jego tlenku. Do połowy ubiegłego wieku tę substancję organiczną pozyskiwano metodą chlorohydrynową. Reakcja przebiegała przez utworzenie produktu pośredniego, propylenochlorohydryny. Technologia ta ma pewne wady, które wiążą się ze stosowaniem drogiego chloru i wapna gaszonego.
W naszych czasach ta technologia została zastąpiona przez proces chalcone. Opiera się na chemicznej interakcji propenu z wodoronadtlenkami. Tlenek propylenu wykorzystywany jest w syntezie glikolu propylenowego, który wykorzystywany jest do produkcji pianek poliuretanowych. Uważane za doskonałe materiały amortyzujące, są używane do produkcji opakowań, dywaników, mebli, materiałów termoizolacyjnych, płynów chłonnych i materiałów filtrujących.
Ponadto wśród głównych zastosowań propylenu należy wymienić syntezę acetonu i alkoholu izopropylowego. Alkohol izopropylowy, będąc doskonałym rozpuszczalnikiem, uważany jest za cenny produkt chemiczny. Na początku XX wieku ten organiczny produkt otrzymywano metodą kwasu siarkowego.
Ponadto opracowano technologię bezpośredniego uwodnienia propenu z wprowadzeniem do mieszaniny reakcyjnej katalizatorów kwasowych. Około połowa wyprodukowanego propanolu jest zużywana na syntezę acetonu. Ta reakcja polega na eliminacji wodoru, przeprowadzana jest w temperaturze 380 stopni Celsjusza. Katalizatorami w tym procesie są cynk i miedź.
Wśród ważnych zastosowań propylenu szczególne miejsce zajmuje hydroformylowanie. Propen jest używany do produkcji aldehydów. Oksysynteza stosowana jest w naszym kraju od połowy ubiegłego wieku. Obecnie reakcja ta zajmuje ważne miejsce w petrochemii. W wyniku chemicznego oddziaływania propylenu z gazem syntezowym (mieszanina tlenku węgla i wodoru) w temperaturze 180 stopni, katalizatorem tlenku kob altu i ciśnieniem 250 atmosfer, obserwuje się powstawanie dwóch aldehydów. Jeden ma normalną strukturę, drugi ma zakrzywionąłańcuch węglowy.
Zaraz po odkryciu tego procesu technologicznego to właśnie ta reakcja stała się przedmiotem badań wielu naukowców. Szukali sposobów na złagodzenie warunków jego przepływu, próbowali zmniejszyć procentową zawartość rozgałęzionego aldehydu w powstałej mieszaninie.
W tym celu wynaleziono ekonomiczne procesy, które wymagają użycia innych katalizatorów. Udało się obniżyć temperaturę, ciśnienie, zwiększyć wydajność aldehydu liniowego.
Estry kwasu akrylowego, które są również związane z polimeryzacją propylenu, są stosowane jako kopolimery. Około 15% propenu petrochemicznego jest wykorzystywane jako materiał wyjściowy do wytworzenia akronitrylu. Ten organiczny składnik jest niezbędny do produkcji cennego włókna chemicznego - nitronu, tworzenia tworzyw sztucznych, produkcji gumy.
Wniosek
Polipropylen jest obecnie uważany za największy przemysł petrochemiczny. Rośnie zapotrzebowanie na ten wysokiej jakości i niedrogi polimer, dlatego stopniowo zastępuje on polietylen. Jest niezastąpiony przy tworzeniu opakowań sztywnych, płyt, folii, części samochodowych, papieru syntetycznego, lin, części dywanowych, a także przy tworzeniu różnego rodzaju sprzętu gospodarstwa domowego. Na początku XXI wieku produkcja polipropylenu zajmowała drugie miejsce w branży polimerów. Biorąc pod uwagę wymagania różnych gałęzi przemysłu, możemy stwierdzić, że trend wielkoskalowej produkcji propylenu i etylenu utrzyma się w najbliższej przyszłości.
