Վինիլքլորիդ (վինիլքլորիդ). հատկություններ, բանաձև, արդյունաբերական արտադրություն Ռուսաստանում

2024 Հեղինակ: Howard Calhoun | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-02 13:56

Վինիլքլորիդը ացետիլենի ամենապարզ ածանցյալներից մեկն է, որը ստացվում է քլորաջրածնի ավելացմամբ: Քիմիական ռեակցիաների հիմնական տեսակը, որոնցում ներգրավված է այս նյութը, պոլիմերացման գործընթացն է: Վերջնական արտադրանքը՝ ՊՎՔ-ն, լայնորեն կիրառվում է մարդու գործունեության բոլոր ոլորտներում։ Միացությունների և դրա ածանցյալների պատրաստման գործընթացն ուղեկցվում է ցնդող նյութերի արտազատմամբ, որոնք ուժեղ թունավոր ազդեցություն ունեն մարդու օրգանիզմի վրա։

Ընդհանուր նկարագրություն

Վինիլքլորիդը (վինիլքլորիդ) ամենալայն օգտագործվող քիմիական միացություններից է, քանի որ այն ՊՎՔ-ի արտադրության հումքն է: Այս նյութը առաջին անգամ ստացել է Լիբիգը 1830 թվականին Գերմանիայում՝ դիքլորէթանից և ալկոհոլային կալիումի կարբոնատից։ 42 տարի անց մեկ այլ գերմանացի քիմիկոս Յուգեն Բաումանը ուշադրություն հրավիրեց այն փաստի վրա, որ լույսի տակ պահվելիս փաթիլները սկսում են նստել վինիլքլորիդից: Այս գիտնականը համարվում է պոլիվինիլքլորիդի հայտնաբերողը։

Սկզբում այս միացությունը որևէ հետաքրքրություն չառաջացրեց առևտրականների և քիմիական արտադրանք արտադրողների շրջանում: Դրա արտադրությունը արդյունաբերական մասշտաբովսկսվել է 30-ական թթ. XX դար.

Վինիլքլորիդի էմպիրիկ բանաձևն է՝ C₂H_{3Cl: Կառուցվածքային բանաձևը ներկայացված է ստորև նկարում։}

Նորմալ պայմաններում վինիլքլորիդը անգույն գազ է, բայց քանի որ դրա եռման կետը -13 °C է, այն սովորաբար օգտագործվում է հեղուկ վիճակում:

Վինիլքլորիդի քիմիական հատկություններ

Այս նյութին բնորոշ հիմնական ռեակցիաներն են՝

• Պոլիմերացում.
• Փոխարինում ածխածին-քլոր կապի վրա: Այս գործընթացից առաջանում են սպիրտներ և վինիլային եթերներ: Քլորի ատոմը փոխարինվում է կատալիզատորների առկայությամբ՝ հալոգենիդներ, պալադիում և այլ մետաղների աղեր։ Եթե ալկոհոլը օգտագործվում է որպես լուծիչներ, ապա սինթեզվում են եթերներ։
• Օքսիդացում թթվածնով գազային փուլում. Այս ռեակցիայի արտադրանքներն են ֆորմիլ քլորիդը, ածխածնի մոնօքսիդը, աղաթթուն և մրջնաթթուն: Ամբողջական օքսիդացում նկատվում է կոբալտ քրոմիտային կատալիզատորի մասնակցությամբ կամ ջրային լուծույթում՝ օգտագործելով կալիումի պերմանգանատ։ Վինիլքլորիդի հեղուկ և գազային վիճակում օզոնի հետ ռեակցիան հանգեցնում է ֆորմիլքլորիդի և մրջնաթթվի ձևավորմանը։ Ինքնաբուխ այրման արդյունքում առաջանում է ածխածնի օքսիդ, աղաթթու և թունավոր ֆոսգեն (փոքր քանակությամբ):
• Ավելացման ռեակցիաներ. Որպես լուծիչ օգտագործվող տրիքլորէթան ստանալու համար իրականացվում է քլորի ավելացման ռեակցիա՝ իոնային մեխանիզմով (հեղուկ փուլում, լույսի բացակայության դեպքում, անցումային մետաղների վրա հիմնված կատալիզատորի միջոցով) կամ ռադիկալով.ռեակցիաներ (բարձր ջերմաստիճանում): Օգտակար վինիլքլորիդային արտադրանքները նույնպես սինթեզվում են թթվային կատալիզով և հիդրոգենացմամբ:
• Ֆոտոդիսոցիացիա. 193 նմ ալիքի երկարությամբ լույսի ազդեցության տակ HCl և Cl խմբերը բաժանվում են վինիլքլորիդի մոլեկուլից։
• Պիրոլիզ. Վինիլքլորիդն ավելի դիմացկուն է ջերմային տարրալուծման նկատմամբ, քան այս տեսակի այլ հալոալկանները։ Պիրոլիզը սկսվում է 550°C-ից: 680°C ջերմաստիճանում ացետիլենի, աղաթթվի, քլորոպրենի և վինիլացետիլենի ելքը կազմում է մոտ 35%: Ջրի առկայության դեպքում վինիլքլորիդը կոռոզիայի կենթարկի երկաթը, պողպատը և ալյումինը` ազատելով HCl:

Պոլիմերացման ռեակցիա

Վինիլքլորիդ մոնոմերը կարող է երկար ժամանակ գոյություն ունենալ նորմալ պայմաններում: Ֆոտո- կամ ջերմաքիմիական ռեակցիաների արդյունքում ռադիկալների հայտնվելը հանգեցնում է պոլիմերացման ակտիվացման։

Այս գործընթացը տեղի է ունենում 3 փուլով և ներկայացված է ստորև նկարում:

Ֆիզիկական բնութագրեր

Նորմալ պայմաններում միացության հիմնական ֆիզիկական հատկությունները հետևյալն են.

• մոլեկուլային քաշ – 62, 499;
• հալման կետ - 119 Կ;
• եռման կետ - 259 Կ;
• ջերմային հզորություն հեղուկ վիճակում – 84 J/(mol∙K);
• գոլորշիների ճնշում 0 °C - 175 կՊա;
• Մածուցիկություն -20 °C – 0,272 mPa∙s;
• պայթուցիկության ստորին սահման - 8,6% (ըստ ծավալի);
• ավտոբռնկման ջերմաստիճան - 745 Կ.

Նյութը լավ լուծելի է ածխաջրածիններում,յուղեր, սպիրտներ, օրգանական հեղուկներ; գործնականում չի խառնվում ջրի հետ։

Ստանալ

Վինիլքլորիդ ստանալու մի քանի արդյունաբերական եղանակ կա.

• աղաթթվի և ացետիլենի ռեակցիայի արդյունքում;
• էթիլենից և քլորից (էթիլենի ուղղակի քլորացում, էթիլեն երկքլորիդի ստացում, դրա պիրոլիզի վերածում վինիլքլորիդ);
• էթիլենօքսիքլորացում;
• համակցված մեթոդ (ուղղակի քլորացում, էթիլեն երկքլորիդի պիրոլիզ, թթվածաքլորացում) - էթիլենի և քլորի հավասարակշռված գործընթաց առանց աղաթթվի ձևավորման կամ սպառման։

Ներկայումս վերջին տարբերակը ամենատարածվածն է և ծախսարդյունավետը: Այս տեխնոլոգիայով ստացված վինիլքլորիդի քանակը կազմում է համաշխարհային արտադրության ընդհանուր ծավալի ավելի քան 95%-ը։ Ռեակցիաների քիմիան ներկայացված է ստորև նկարում։

Թթվի ամբողջ ծավալը, որը ստացվում է էթիլենդիքլորիդի պիրոլիզի ժամանակ, որպես հումք օգտագործվում է արտադրության հաջորդ փուլում (օքսիքլորացում)։ Ստացված արտադրանքը զտվում է թորման միջոցով, ենթամթերքներն օգտագործվում են լուծիչների արտադրության մեջ կամ վերամշակվում։

Արտադրություն Ռուսաստանում

Ռուսաստանում ացետիլենից վինիլքլորիդի արտադրությունն իրականացվում է հետևյալ ձեռնարկություններում՝

• ԱԿ Ազոտ, (Նովոմոսկովսկ, Տուլայի շրջան).
• JSC Plastcard (Վոլգոգրադ).
• ԲԸ Խիմպրոմ(Վոլգոգրադ).
• Usolekhimprom JSC, (Usolye-Sibirskoye, Irkutsk region).

Էթիլենի հիման վրա նյութի սինթեզն իրականացվում է այնպիսի կազմակերպություններում, ինչպիսիք են՝

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

Ացետիլենից սինթեզը համարվում է հնացած տեխնոլոգիա։ Էթիլենի օգտագործումը որպես հումք ունի հետևյալ առավելությունները՝

• ավելի էժան և մատչելի հումք;
• պատրաստի արտադրանքի բարձր եկամտաբերություն;
• ցածր էներգիայի և ջրի սպառում;
• հնարավորություն բարձր հզորությամբ արտադրական գծերի կառուցման։

Այս մեթոդը կիրառվում է աշխարհի առաջատար արտադրողների կողմից ավելի քան 40 տարի: Ռուսաստանում վինիլքլորիդի արդյունաբերական արտադրության զարգացման հիմնական խոստումնալից ուղղություններն են նոր հզորությունների ներդրումը, անցումը էթանի հումքի, թթվածնի օգնությամբ թթվածնի քլորացման տեխնոլոգիայի տարածումը և հարակից արդյունաբերության զարգացումը կաուստիկ սոդայի վաճառքի համար, որը ձևավորվում է որպես կողմնակի արտադրանք։

Դիմում

Արտադրված վինիլքլորիդի ճնշող մեծամասնությունն օգտագործվում է պոլիվինիլքլորիդ (PVC) պատրաստելու համար: Վիճակագրության համաձայն՝ այս պոլիմերի արտադրության ավելի քան 50%-ը Ասիայում է։

Պոլիվինիլքլորիդը բոլոր պոլիմերներից ամենաբազմակողմանի նյութն է: Այն կարող է օգտագործվել ինչպես կոշտ շինությունների (խողովակներ, արտաքին պատերի երեսպատում, պրոֆիլներ) արտադրելու համար, այնպես էլառաձգական արտադրանք (լարեր, մալուխներ, տանիքի նյութեր): Ի տարբերություն այլ պոլիմերային նյութերի, պոլիվինիլքլորիդը ուլտրամանուշակագույն ճառագայթների, օքսիդացման և հեղուկ ածխաջրածինների ազդեցության տակ ոչ միայն քայքայվում է, այլև մասամբ խաչաձեւ կապում է պոլիմերային շղթաները։ Այս հատկությունը կապված է միացության կառուցվածքում քլորի ատոմների առկայության հետ։ ՊՎՔ-ի բարձր մրցունակությունը բացատրվում է նաև ցածր գնով։

PVC-ն օգտագործվում է հետևյալ ապրանքների պատրաստման համար (արտադրության ծավալի նվազման կարգով).

• խողովակներ և դրանց կցամասեր;
• սայդինգ;
• պատուհաններ, դռներ;
• պրոֆիլներ (ներառյալ ցանկապատերը և տախտակամածները);
• հատակի ծածկույթներ;
• տանիքի նյութեր;
• սպառողական ապրանքներ;
• փաթեթավորում;
• մալուխներ և լարեր (պատյան, մեկուսացում);
• բժշկական պարագաներ;
• ծածկույթներ, սոսինձներ.

Այլ կիրառումներ

Վինիլքլորիդի փոքր մասնաբաժինը (մոտ 1%) օգտագործվում է համապոլիմերների արտադրության համար, որոնցից վինիլացետատի, վինիլիդեն քլորիդի, ակրիլային շարքի մոնոմերների և ալֆա-օլեֆինների հետ համակցությունները գործնական նշանակություն ունեն: Ամենատարածվածը համապոլիմերների առաջին տեսակն է։ Այս նյութերն ունեն հետևյալ ֆիրմային անվանումները՝

• vestolite;
• հոստալիտ;
• winnol;
• լուկովիլ;
• corvik;
• jeon;
• sikron և այլն։

Դրանք օգտագործվում են այնպիսի ապրանքներ պատրաստելու համար, ինչպիսիք են՝

• լինոլեում և այլ հատակի ծածկույթներ;
• պատուհանների շրջանակներ;
• երեսապատման սալիկներ;
• կեղծ կաշի;
• ֆիլմ;
• լաքեր;
• ոչ գործվածքներ.

Թունավորություն

Վինիլքլորիդը վերաբերում է խիստ վտանգավոր միացություններին, որոնք հանգեցնում են մարդու օրգանիզմի լուրջ վատթարացման: Նյութը ցնդող է, և մուտքի հիմնական ուղին ինհալացիա է: Աղբյուրը վինիլքլորիդի, ՊՎՔ-ի և դրանից ստացված արտադրանքի արտադրությունն է։

Վինիլքլորիդը առաջացնում է խանգարումներ հետևյալ օրգաններում և համակարգերում.

• CNS դեպրեսիա (գլխապտույտ, ապակողմնորոշում, թունավոր կոմա);
• վնաս շարակցական հյուսվածքի և արյան անոթների;
• վերարտադրողական ֆունկցիայի վատթարացում;
• քաղցկեղածին ազդեցություն (առավել հաճախ հայտնաբերվում է լյարդի անգիոսարկոմա, զարգանում են ուռուցքներ և այլ տեղայնացումներ);
• մարսողական համակարգ – հեպատիտ, խոլեցիստիտ, խոլանգիտ, գաստրիտ, պեպտիկ խոց;
• շրջանառու և արյունաստեղծ համակարգ - հիպերտոնիա, սրտի կորոնար հիվանդություն, էոզինոֆիլիա, թրոմբոցիտոպենիա;
• խոլեստերինի և ընդհանուր նյութափոխանակության խանգարում;
• մուտագեն ազդեցություն, քրոմոսոմային շեղումների ձևավորում;
• հակամանրէային պաշտպանության արգելակում, իմունային ուժերի նվազեցում:

Այս նյութի թունավոր չափաբաժինների երկարատև ազդեցության (վեց ամսից մինչև 3 տարի) դեպքում առաջանում է «վինիլքլորիդային հիվանդություն»: Նրա զարգացումն անցնում է 3 փուլով, որոնք բնութագրվում են հետևյալ հատկանիշներով՝.

1. Թուլություն, միգրեն, սրտխառնոց, անեմիա, վերջույթների եղունգների ֆալանգների ցավ, ինչպես նաև դրանց ոչնչացումոսկորներ. Երբ վնասակար ազդեցությունը դադարում է, փոփոխությունները շրջելի են։
2. Ծայրամասային նյարդերի բորբոքում, որը հանգեցնում է զգայունության կորստի; առիթմիա, ցավ սրտի շրջանում, ջերմակարգավորման խախտում։
3. Հիշողության խանգարում, հալյուցինացիաներ, աչքի ակամա տատանումներ, կրկնակի պատկեր, քնի խանգարում, կատարողականի նվազում, ստամոքսի ցավ, սրտխառնոց, փսխում, ոսկրային պաթոլոգիաների ավելացում։