Wat is de polymerisatie van propyleen? Wat zijn de kenmerken van deze chemische reactie? Laten we proberen gedetailleerde antwoorden op deze vragen te vinden.
Kenmerken van verbindingen
Ethyleen- en propyleenpolymerisatiereactieschema's demonstreren de typische chemische eigenschappen die alle leden van de olefineklasse hebben. Deze klasse kreeg zo'n ongebruikelijke naam vanwege de oude naam van de olie die wordt gebruikt bij de chemische productie. In de 18e eeuw werd ethyleenchloride verkregen, een olieachtige vloeibare substantie.
Onder de kenmerken van alle vertegenwoordigers van de klasse van onverzadigde alifatische koolwaterstoffen, merken we de aanwezigheid van één dubbele binding op.
De radicale polymerisatie van propyleen wordt precies verklaard door de aanwezigheid van een dubbele binding in de structuur van de stof.
Algemene formule
Voor alle vertegenwoordigers van de homologe reeks alkenen heeft de algemene formule de vorm СpН2p. De onvoldoende hoeveelheid waterstof in de structuur verklaart de eigenaardigheid van de chemische eigenschappen van deze koolwaterstoffen.
Propyleenpolymerisatiereactievergelijkingis een directe bevestiging van de mogelijkheid van een breuk in een dergelijke verbinding bij gebruik van verhoogde temperatuur en een katalysator.
Het onverzadigde radicaal wordt allyl of propenyl-2 genoemd. Waarom propyleen polymeriseren? Het product van deze interactie wordt gebruikt om synthetisch rubber te synthetiseren, waar op zijn beurt veel vraag naar is in de moderne chemische industrie.
Fysieke eigenschappen
De propyleenpolymerisatievergelijking bevestigt niet alleen de chemische, maar ook de fysische eigenschappen van deze stof. Propyleen is een gasvormige stof met een laag kook- en smeltpunt. Deze vertegenwoordiger van de alkeenklasse is licht oplosbaar in water.
Chemische eigenschappen
De reactievergelijkingen voor de polymerisatie van propyleen en isobutyleen laten zien dat de processen verlopen via een dubbele binding. Alkenen werken als monomeren en de eindproducten van een dergelijke interactie zullen polypropyleen en polyisobutyleen zijn. Het is de koolstof-koolstofbinding die tijdens zo'n interactie wordt vernietigd en uiteindelijk zullen de overeenkomstige structuren worden gevormd.
Bij de dubbele binding worden nieuwe enkelvoudige bindingen gevormd. Hoe verloopt de polymerisatie van propyleen? Het mechanisme van dit proces is vergelijkbaar met het proces dat optreedt bij alle andere vertegenwoordigers van deze klasse van onverzadigde koolwaterstoffen.
Propyleenpolymerisatiereactie omvat verschillende optieslekt. In het eerste geval wordt het proces uitgevoerd in de gasfase. Volgens de tweede optie vindt de reactie plaats in de vloeibare fase.
Bovendien verloopt de polymerisatie van propyleen ook volgens een aantal verouderde processen waarbij een verzadigde vloeibare koolwaterstof als reactiemedium wordt gebruikt.
Moderne technologie
Polymerisatie van propyleen in bulk met behulp van Spheripol-technologie is een combinatie van een slurryreactor voor de productie van homopolymeren. Het proces omvat het gebruik van een gasfasereactor met een pseudo-vloeibaar bed om blokcopolymeren te creëren. In dit geval omvat de polymerisatiereactie van propyleen de toevoeging van extra compatibele katalysatoren aan het apparaat, evenals pre-polymerisatie.
Procesfuncties
De technologie omvat het mengen van de componenten in een speciaal apparaat dat is ontworpen voor voorlopige transformatie. Verder wordt dit mengsel toegevoegd aan de luspolymerisatiereactoren, waar zowel waterstof als verbruikt propyleen binnenkomen.
Reactoren werken bij temperaturen van 65 tot 80 graden Celsius. De druk in het systeem is niet hoger dan 40 bar. De reactoren, die in serie zijn opgesteld, worden gebruikt in fabrieken die zijn ontworpen voor de productie van grote hoeveelheden polymeerproducten.
De polymeeroplossing wordt uit de tweede reactor verwijderd. De polymerisatie van propyleen omvat het overbrengen van de oplossing naar een onder druk staande ontgasser. Hier wordt de verwijdering van het poederhomopolymeer uit het vloeibare monomeer uitgevoerd.
Productie van blokcopolymeren
Propyleenpolymerisatievergelijking CH2 =CH - CH3 heeft in deze situatie een standaard stroommechanisme, er zijn alleen verschillen in de procesomstandigheden. Samen met propyleen en etheen gaat het poeder uit de ontgasser naar een gasfasereactor die werkt bij een temperatuur van ongeveer 70 graden Celsius en een druk van niet meer dan 15 bar.
De blokcopolymeren komen, nadat ze uit de reactor zijn verwijderd, in een speciaal systeem om het polymeerpoeder uit het monomeer te verwijderen.
Polymerisatie van propyleen en slagvaste butadienen maakt het gebruik van een tweede gasfasereactor mogelijk. Hiermee kunt u het geh alte aan propyleen in het polymeer verhogen. Bovendien is het mogelijk om additieven aan het eindproduct toe te voegen, het gebruik van granulatie, wat de kwaliteit van het resulterende product verbetert.
Specificiteit van polymerisatie van alkenen
Er zijn enkele verschillen tussen de productie van polyethyleen en polypropyleen. De propyleenpolymerisatievergelijking maakt duidelijk dat een ander temperatuurregime wordt beoogd. Daarnaast zijn er enkele verschillen in de laatste fase van de technologische keten, maar ook op het gebied van gebruik van eindproducten.
Peroxide wordt gebruikt voor harsen met uitstekende reologische eigenschappen. Ze hebben een verhoogde smeltvloei, vergelijkbare fysieke eigenschappen als die materialen met een lage stroomsnelheid.
Hars,met uitstekende reologische eigenschappen, worden gebruikt in het spuitgietproces, evenals in het geval van de vervaardiging van vezels.
Om de transparantie en sterkte van polymere materialen te vergroten, proberen fabrikanten speciale kristalliserende additieven aan het reactiemengsel toe te voegen. Een deel van de polypropyleen transparante materialen wordt geleidelijk vervangen door andere materialen op het gebied van blaasvormen en gieten.
Kenmerken van polymerisatie
Polymerisatie van propyleen in aanwezigheid van actieve kool verloopt sneller. Momenteel wordt een katalytisch complex van koolstof met een overgangsmetaal gebruikt, gebaseerd op het adsorptievermogen van koolstof. Het resultaat van polymerisatie is een product met uitstekende prestaties.
De belangrijkste parameters van het polymerisatieproces zijn de reactiesnelheid, evenals het molecuulgewicht en de stereoisomere samenstelling van het polymeer. De fysische en chemische aard van de katalysator, het polymerisatiemedium, de zuiverheidsgraad van de componenten van het reactiesysteem zijn ook belangrijk.
Een lineair polymeer wordt zowel in een homogene als in een heterogene fase verkregen, als het om ethyleen gaat. De reden is de afwezigheid van ruimtelijke isomeren in deze stof. Om isotactisch polypropyleen te verkrijgen, proberen ze vaste titaniumchloriden te gebruiken, evenals organoaluminiumverbindingen.
Bij gebruik van een complex geadsorbeerd op kristallijn titaanchloride (3), is het mogelijk om een product met gewenste eigenschappen te verkrijgen. De regelmaat van het steunrooster is niet voldoende voor:de verwerving van hoge stereospecificiteit door de katalysator. Als bijvoorbeeld titaniumjodide (3) wordt gekozen, wordt meer atactisch polymeer verkregen.
De beschouwde katalytische componenten hebben een Lewis-karakter, daarom worden ze geassocieerd met de selectie van het medium. Het meest voordelige medium is het gebruik van inerte koolwaterstoffen. Aangezien titaan(5)chloride een actief adsorbens is, worden in het algemeen alifatische koolwaterstoffen gekozen. Hoe verloopt de polymerisatie van propyleen? De productformule is (-CH2-CH2-CH2-)p. Het reactie-algoritme zelf is vergelijkbaar met het verloop van de reactie in andere vertegenwoordigers van deze homologe reeks.
Chemische interactie
Laten we de belangrijkste interactie-opties voor propyleen analyseren. Gezien het feit dat er een dubbele binding in zijn structuur zit, gaan de hoofdreacties precies door met de vernietiging ervan.
Halogenering verloopt bij normale temperatuur. Op de plaats van de breuk van de complexe binding vindt de ongehinderde toevoeging van het halogeen plaats. Als resultaat van deze interactie wordt een digehalogeneerde verbinding gevormd. Het moeilijkste is jodiseren. Bromering en chlorering verlopen zonder aanvullende voorwaarden en energiekosten. Propyleenfluorering is explosief.
De hydrogeneringsreactie omvat het gebruik van een extra versneller. Platina en nikkel werken als katalysator. Als gevolg van de chemische interactie van propyleen met waterstof wordt propaan gevormd - een vertegenwoordiger van de klasse van verzadigde koolwaterstoffen.
Hydratatie (toevoeging van water)uitgevoerd volgens de regel van V. V. Markovnikov. De essentie is om een waterstofatoom te hechten aan de dubbele binding van propyleen, die zijn maximale hoeveelheid heeft. In dit geval zal het halogeen zich hechten aan die C, die het minimum aantal waterstof heeft.
Propyleen wordt gekenmerkt door verbranding in zuurstof uit de lucht. Als resultaat van deze interactie zullen twee hoofdproducten worden verkregen: koolstofdioxide, waterdamp.
Wanneer deze chemische stof wordt blootgesteld aan sterke oxidatiemiddelen, zoals kaliumpermanganaat, wordt de verkleuring ervan waargenomen. Onder de producten van de chemische reactie zal een tweewaardige alcohol (glycol) zijn.
Propyleenproductie
Alle methoden kunnen worden onderverdeeld in twee hoofdgroepen: laboratorium, industrieel. Onder laboratoriumomstandigheden kan propyleen worden verkregen door waterstofhalogenide af te splitsen van het oorspronkelijke haloalkyl door ze bloot te stellen aan een alcoholische oplossing van natriumhydroxide.
Propyleen wordt gevormd door de katalytische hydrogenering van propyn. Onder laboratoriumomstandigheden kan deze stof worden verkregen door dehydratatie van propanol-1. Bij deze chemische reactie worden fosfor- of zwavelzuur en aluminiumoxide als katalysatoren gebruikt.
Hoe wordt propyleen in grote volumes geproduceerd? Vanwege het feit dat deze chemische stof zeldzaam van aard is, zijn industriële opties voor de productie ervan ontwikkeld. De meest voorkomende is de isolatie van alkeen uit aardolieproducten.
Ruwe olie wordt bijvoorbeeld gekraakt in een speciaal wervelbed. Propyleen wordt verkregen door pyrolyse van de benzinefractie. BIJop dit moment wordt alkeen ook geïsoleerd uit geassocieerd gas, gasvormige producten van kolencokes.
Er zijn verschillende opties voor propyleenpyrolyse:
- in buisovens;
- in een reactor met behulp van een kwartskoelmiddel;
- Lavrovsky-proces;
- autothermische pyrolyse volgens de Barthlome-methode.
Onder de bewezen industriële technologieën moet ook de katalytische dehydrogenering van verzadigde koolwaterstoffen worden vermeld.
Toepassing
Propyleen kent diverse toepassingen en wordt daarom op grote schaal in de industrie geproduceerd. Deze onverzadigde koolwaterstof dankt zijn uiterlijk aan het werk van Natta. In het midden van de twintigste eeuw ontwikkelde hij de polymerisatietechnologie met behulp van het Ziegler-katalytische systeem.
Natta was in staat om een stereoregulier product te verkrijgen, dat hij isotactisch noemde, omdat in de structuur de methylgroepen zich aan één kant van de keten bevonden. Door dit type "verpakking" van polymeermoleculen heeft de resulterende polymeersubstantie uitstekende mechanische eigenschappen. Polypropyleen wordt gebruikt om synthetische vezels te maken en er is veel vraag naar als plastic massa.
Ongeveer tien procent van petroleumpropyleen wordt verbruikt om zijn oxide te produceren. Tot het midden van de vorige eeuw werd deze organische stof verkregen door de chloorhydrinemethode. De reactie verliep door de vorming van het tussenproduct propyleenchloorhydrine. Deze technologie heeft bepaalde nadelen, die samenhangen met het gebruik van duur chloor en gebluste kalk.
In onze tijd is deze technologie vervangen door het chalconproces. Het is gebaseerd op de chemische interactie van propeen met hydroperoxiden. Propyleenoxide wordt gebruikt bij de synthese van propyleenglycol, dat wordt gebruikt bij de vervaardiging van polyurethaanschuim. Ze worden beschouwd als uitstekende dempingsmaterialen en worden gebruikt voor het maken van verpakkingen, vloerkleden, meubels, thermische isolatiematerialen, absorberende vloeistoffen en filtermaterialen.
Bovendien is het onder de belangrijkste toepassingen van propyleen noodzakelijk om de synthese van aceton en isopropylalcohol te vermelden. Isopropylalcohol, dat een uitstekend oplosmiddel is, wordt als een waardevol chemisch product beschouwd. Aan het begin van de twintigste eeuw werd dit organische product verkregen door middel van de zwavelzuurmethode.
Bovendien is de technologie ontwikkeld van directe hydratatie van propeen met de introductie van zure katalysatoren in het reactiemengsel. Ongeveer de helft van alle geproduceerde propanol wordt besteed aan de synthese van aceton. Deze reactie omvat de eliminatie van waterstof, wordt uitgevoerd bij 380 graden Celsius. De katalysatoren in dit proces zijn zink en koper.
Onder de belangrijke toepassingen van propyleen neemt hydroformylering een speciale plaats in. Propeen wordt gebruikt om aldehyden te produceren. Oxysynthese wordt in ons land sinds het midden van de vorige eeuw toegepast. Momenteel neemt deze reactie een belangrijke plaats in in de petrochemie. De chemische interactie van propyleen met synthesegas (een mengsel van koolmonoxide en waterstof) bij een temperatuur van 180 graden, een kob altoxidekatalysator en een druk van 250 atmosfeer, de vorming van twee aldehyden wordt waargenomen. De ene heeft een normale structuur, de tweede heeft een gebogenkoolstofketen.
Onmiddellijk na de ontdekking van dit technologische proces, werd deze reactie het onderwerp van onderzoek voor veel wetenschappers. Ze zochten naar manieren om de condities van de stroom te verzachten, probeerden het percentage vertakt aldehyde in het resulterende mengsel te verminderen.
Hiervoor werden economische processen uitgevonden waarbij andere katalysatoren werden gebruikt. Het was mogelijk om de temperatuur en druk te verlagen, de opbrengst aan lineair aldehyde te verhogen.
Esters van acrylzuur, die ook worden geassocieerd met de polymerisatie van propyleen, worden als copolymeren gebruikt. Ongeveer 15 procent van het petrochemische propeen wordt gebruikt als uitgangsmateriaal om acrionitril te maken. Deze organische component is nodig voor de vervaardiging van een waardevolle chemische vezel - nitron, het maken van kunststoffen, de productie van rubber.
Conclusie
Polypropyleen wordt momenteel beschouwd als de grootste petrochemische industrie. De vraag naar dit hoogwaardige en goedkope polymeer groeit, waardoor het geleidelijk polyethyleen vervangt. Het is onmisbaar bij het maken van harde verpakkingen, platen, films, auto-onderdelen, synthetisch papier, touwen, tapijtonderdelen, evenals voor het maken van een verscheidenheid aan huishoudelijke apparatuur. Aan het begin van de eenentwintigste eeuw stond de productie van polypropyleen op de tweede plaats in de polymeerindustrie. Rekening houdend met de eisen van verschillende industrieën, kunnen we concluderen dat de trend van grootschalige productie van propyleen en ethyleen zich in de nabije toekomst zal voortzetten.
