ויניל כלוריד (ויניל כלוריד): מאפיינים, נוסחה, ייצור תעשייתי ברוסיה

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-02 13:54

ויניל כלוריד הוא אחת הנגזרות הפשוטות ביותר של אצטילן המתקבלות על ידי הוספת מימן כלורי. הסוג העיקרי של תגובות כימיות שבהן חומר זה מעורב הוא תהליך הפילמור. המוצר הסופי - PVC - נמצא בשימוש נרחב בכל תחומי הפעילות האנושית. תהליך ייצור התרכובת ונגזרותיה מלווה בשחרור של חומרים נדיפים, בעלי השפעה רעילה חזקה על גוף האדם.

תיאור כללי

ויניל כלוריד (ויניל כלוריד) הוא אחת התרכובות הכימיות הנפוצות ביותר מכיוון שהיא חומר הגלם לייצור PVC. חומר זה הושג לראשונה על ידי ליביג בשנת 1830 בגרמניה מדיכלורואתן ואשלגן פחמתי אלכוהולי. לאחר 42 שנים, כימאי גרמני אחר, יוגן באומן, הפנה את תשומת הלב לעובדה שכאשר מאוחסנים באור, פתיתים מתחילים לנשור מויניל כלוריד. מדען זה נחשב למגלה הפוליוויניל כלוריד.

בתחילה, תרכובת זו לא עוררה שום עניין בקרב סוחרים ויצרנים של מוצרים כימיים. ייצורו בקנה מידה תעשייתיהתחיל בשנות ה-30. המאה העשרים.

הנוסחה האמפירית עבור ויניל כלוריד היא: C₂H_{3Cl. נוסחת המבנה מוצגת באיור למטה.}

בתנאים רגילים, ויניל כלוריד הוא גז חסר צבע, אך מכיוון שנקודת הרתיחה שלו היא -13 מעלות צלזיוס, הוא מטופל בדרך כלל במצב נוזלי.

מאפיינים כימיים של ויניל כלוריד

התגובות העיקריות הגלומות בחומר זה הן:

• פולימריזציה.
• החלפה על קשר פחמן-כלור. תהליך זה מייצר אלכוהולאטים ואסטרים ויניל. אטום הכלור מוחלף בנוכחות זרזים: הלידים, פלדיום ומלחים של מתכות אחרות. אם משתמשים באלכוהול כממיסים, אז אסטרים מסונתזים.
• חמצון עם חמצן בשלב הגז. התוצרים של תגובה זו הם פורמיל כלוריד, פחמן חד חמצני, חומצה הידרוכלורית וחומצה פורמית. חמצון מלא נצפה בהשתתפות זרז קובלט כרומיט או בתמיסה מימית באמצעות אשלגן פרמנגנט. תגובה עם אוזון במצב נוזלי וגזי של ויניל כלוריד מובילה להיווצרות פורמיל כלוריד וחומצה פורמית. בעירה ספונטנית מייצרת פחמן חד חמצני, חומצה הידרוכלורית ופוסגן רעיל (בכמויות קטנות).
• תגובות הוספה. כדי להשיג טריכלורואתן, המשמש כממס, מתבצעת תגובת הוספת כלור: על ידי המנגנון היוני (בשלב הנוזלי, בהיעדר אור, באמצעות זרז המבוסס על מתכות מעבר) או על ידי הרדיקל.תגובות (בטמפרטורה גבוהה). מוצרי ויניל כלוריד שימושיים מסונתזים גם על ידי קטליזה חומצית והידרוגנציה.
• Photodissociation. תחת פעולת אור עם אורך גל של 193 ננומטר, קבוצות HCl ו-Cl מתפצלות ממולקולת הויניל כלוריד.
• פירוליזה. ויניל כלוריד עמיד יותר לפירוק תרמי מאשר הלואלקנים אחרים מסוג זה. פירוליזה מתחילה ב-550 מעלות צלזיוס. ב-680 מעלות צלזיוס, התשואה של אצטילן, חומצה הידרוכלורית, כלורופרן ווינילאצטילן היא כ-35%. בנוכחות מים, ויניל כלוריד ישתד ברזל, פלדה ואלומיניום על ידי שחרור HCl.

תגובת פולימריזציה

מונומר ויניל כלוריד יכול להתקיים לאורך זמן בתנאים רגילים. הופעת רדיקלים כתוצאה מתגובות פוטו או תרמוכימיות מובילה להפעלת פילמור.

תהליך זה מתרחש בשלושה שלבים ומוצג באיור למטה.

מאפיינים פיזיים

התכונות הפיזיקליות העיקריות של המתחם בתנאים רגילים הם כדלקמן:

• משקל מולקולרי – 62, 499;
• נקודת התכה - 119 K;
• נקודת רתיחה - 259 K;
• קיבולת חום במצב נוזלי – 84 J/(mol∙K);
• לחץ אדים ב-0 °C - 175 kPa;
• צמיגות ב-20 מעלות צלזיוס – 0.272 mPa∙s;
• גבול נפץ נמוך יותר - 8.6% (בנפח);
• טמפרטורת הצתה אוטומטית - 745 K.

לחומר מסיסות טובה בפחמימנים,שמנים, אלכוהול, נוזלים אורגניים; כמעט בלתי לערבב עם מים.

קבל

ישנן מספר דרכים תעשייתיות להשיג ויניל כלוריד:

• כתוצאה מתגובה של חומצה הידרוכלורית עם אצטילן;
• מאתילן וכלור (הכלרה ישירה של אתילן, קבלת אתילן דיכלוריד, פירוליזה שלו לוויניל כלוריד);
• אתילן אוקסיכלורציה;
• שיטה משולבת (הכלרה ישירה, פירוליזה של אתילן דיכלוריד, אוקסיכלורציה) - תהליך שיווי משקל של אתילן וכלור ללא היווצרות או צריכה של חומצה הידרוכלורית.

כיום, האפשרות האחרונה היא הנפוצה והחסכונית ביותר. כמות הויניל כלוריד המתקבלת בטכנולוגיה זו היא יותר מ-95% מסך הייצור העולמי. הכימיה של התגובות מוצגת באיור למטה.

כל נפח החומצה, המתקבל במהלך פירוליזה של אתילן דיכלוריד, משמש כחומר גלם בשלב הבא של הייצור (אוקסיכלורציה). המוצר המתקבל מטוהר על ידי זיקוק, תוצרי לוואי משמשים לייצור ממיסים או ממוחזרים.

ייצור ברוסיה

ברוסיה, ייצור ויניל כלוריד מאצטילן מתבצע במפעלים הבאים:

• AK Azot, (נובומוסקובסק, אזור טולה).
• JSC Plastcard (וולגוגרד).
• JSC קימפרום(וולגוגרד).
• Usolekhimprom JSC, (Usolye-Sibirskoye, אזור אירקוטסק).

על בסיס אתילן, הסינתזה של חומר מתבצעת בארגונים כמו:

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

סינתזה מאצטילן נחשבת לטכנולוגיה מיושנת. לשימוש באתילן כחומר הזנה יש את היתרונות הבאים:

• חומרי גלם זולים יותר ובמחיר סביר יותר;
• תשואה גבוהה של המוצר המוגמר;
• צריכת חשמל ומים נמוכה;
• אפשרות לבניית קווי ייצור בקיבולת גבוהה.

שיטה זו נמצאת בשימוש על ידי היצרנים המובילים בעולם כבר למעלה מ-40 שנה. הכיוונים המבטיחים העיקריים לפיתוח הייצור התעשייתי של ויניל כלוריד ברוסיה הם הכנסת יכולות חדשות, המעבר לחומרי הזנה של אתאן, הפצת טכנולוגיית חמצן בעזרת חמצן ופיתוח תעשיות קשורות למכירת סודה קאוסטית, אשר נוצר כתוצר לוואי.

Application

הרוב המכריע של ויניל כלוריד המיוצר משמש לייצור פוליוויניל כלוריד (PVC). לפי הסטטיסטיקה, יותר מ-50% מהייצור של פולימר זה הוא באסיה.

פוליויניל כלוריד הוא החומר המגוון ביותר מבין כל הפולימרים. ניתן להשתמש בו לייצור גם מבני בניין קשיחים (צינורות, חיפוי קירות חיצוני, פרופילים) וגםמוצרים אלסטיים (חוטים, כבלים, חומרי קירוי). בניגוד לחומרים פולימריים אחרים, פוליוויניל כלוריד בהשפעת קרניים אולטרה סגולות, חמצון ופחמימנים נוזליים לא רק מתפרק, אלא גם מצלב חלקית שרשראות פולימר. תכונה זו קשורה לנוכחות של אטומי כלור במבנה התרכובת. התחרותיות הגבוהה של PVC מוסברת גם על ידי המחיר הנמוך שלו.

PVC משמש לייצור המוצרים הבאים (בסדר יורד של נפח הייצור):

• צינורות ואביזרים שלהם;
• ציפוי;
• חלונות, דלתות;
• פרופילים (כולל גדרות וסיפון);
• כיסויי רצפה;
• חומרי קירוי;
• מוצרי צריכה;
• packaging;
• כבלים וחוטים (מעטה, בידוד);
• ציוד רפואי;
• ציפויים, דבקים.

שימושים אחרים

חלק קטן של ויניל כלוריד (כ-1%) משמש לייצור קופולימרים, שלשילובים עם ויניל אצטט, וינילידן כלוריד, מונומרים מסדרת אקרילית ואלפא-אולפינים יש חשיבות מעשית. הסוג הראשון של קופולימרים הוא הנפוץ ביותר. לחומרים אלה יש את השמות המסחריים הבאים:

• vestolite;
• hostalitis;
• winnol;
• lukovil;
• corvik;
• jeon;
• sikron ואחרים.

הם משמשים לייצור מוצרים כגון:

• לינוליאום וכיסויי רצפה אחרים;
• frameswindow;
• אריחים מולים;
• דמוי עור;
• film;
• לכות;
• nonwovens.

רעילות

ויניל כלוריד מתייחס לתרכובות מסוכנות ביותר המובילות להידרדרות חמורה בגוף האדם. החומר נדיף ודרך הכניסה העיקרית היא שאיפה. המקור הוא ייצור ויניל כלוריד, PVC ומוצרים ממנו.

ויניל כלוריד גורם להפרעות באיברים ובמערכות הבאים:

• דיכאון CNS (סחרחורת, חוסר התמצאות, תרדמת רעילה);
• נזק לרקמת חיבור וכלי דם;
• הידרדרות בתפקוד הרבייה;
• אפקט מסרטן (אנגיוסרקומה של הכבד מתגלה לרוב, מתפתחים גידולים ולוקליזציות אחרות);
• מערכת העיכול - דלקת כבד, כיס המרה, כולנגיטיס, גסטריטיס, כיב פפטי;
• מערכת הדם וההמטופואטית - יתר לחץ דם, מחלת לב כלילית, אאוזינופיליה, טרומבוציטופניה;
• הפרעה בכולסטרול ובחילוף החומרים הכללי;
• אפקט מוטגני, היווצרות של סטיות כרומוזומליות;
• עיכוב של הגנה אנטי-מיקרוביאלית, הפחתת כוחות החיסון.

בחשיפה ממושכת (משישה חודשים עד 3 שנים) למינונים רעילים של חומר זה, מתרחשת "מחלת ויניל כלוריד". הפיתוח שלו עובר 3 שלבים, המאופיינים בתכונות הבאות:

1. חולשה, מיגרנה, בחילות, אנמיה, כאבים של פלנגות הציפורניים של הגפיים, כמו גם הרס שלהםעצמות. כאשר ההשפעה המזיקה נפסקת, השינויים הפיכים.
2. דלקת בעצבים ההיקפיים, וכתוצאה מכך לאובדן תחושה; הפרעת קצב, כאב באזור הלב, הפרה של ויסות חום.
3. ליקוי זיכרון, הזיות, תנודות עיניים לא רצוניות, תמונה כפולה, הפרעות שינה, ירידה בביצועים, כאבים בבטן, בחילות, הקאות, עלייה בפתולוגיות העצמות.