Jaká je polymerace propylenu? Jaké jsou vlastnosti této chemické reakce? Pokusme se najít podrobné odpovědi na tyto otázky.
Charakteristiky spojení
Schémata polymeračních reakcí ethylenu a propylenu demonstrují typické chemické vlastnosti, které mají všichni členové třídy olefinů. Tato třída získala takové neobvyklé jméno podle starého názvu oleje používaného v chemické výrobě. V 18. století byl získán ethylenchlorid, což byla olejovitá kapalná látka.
Mezi znaky všech zástupců třídy nenasycených alifatických uhlovodíků zaznamenáváme přítomnost jedné dvojné vazby v nich.
Radikální polymerace propylenu se vysvětluje právě přítomností dvojné vazby ve struktuře látky.
Obecný vzorec
Pro všechny zástupce homologní řady alkenů má obecný vzorec tvar СpН2p. Nedostatečné množství vodíků ve struktuře vysvětluje zvláštnost chemických vlastností těchto uhlovodíků.
Rovnice reakce polymerace propylenuje přímým potvrzením možnosti přerušení takového spojení při použití zvýšené teploty a katalyzátoru.
Nenasycený radikál se nazývá allyl nebo propenyl-2. Proč polymerovat propylen? Produkt této interakce se používá k syntéze syntetického kaučuku, který je zase žádaný v moderním chemickém průmyslu.
Fyzikální vlastnosti
Rovnice polymerace propylenu potvrzuje nejen chemické, ale i fyzikální vlastnosti této látky. Propylen je plynná látka s nízkými body varu a tání. Tento zástupce třídy alkenů je mírně rozpustný ve vodě.
Chemické vlastnosti
Reakční rovnice pro polymeraci propylenu a isobutylenu ukazují, že procesy probíhají přes dvojnou vazbu. Alkeny působí jako monomery a konečnými produkty takové interakce budou polypropylen a polyisobutylen. Je to vazba uhlík-uhlík, která bude během takové interakce zničena a nakonec se vytvoří odpovídající struktury.
Na dvojné vazbě se tvoří nové jednoduché vazby. Jak probíhá polymerace propylenu? Mechanismus tohoto procesu je podobný procesu probíhajícímu u všech ostatních zástupců této třídy nenasycených uhlovodíků.
Reakce polymerace propylenu zahrnuje několik možnostíúniky. V prvním případě se proces provádí v plynné fázi. Podle druhé možnosti reakce probíhá v kapalné fázi.
Navíc polymerace propylenu také probíhá podle některých zastaralých procesů zahrnujících použití nasyceného kapalného uhlovodíku jako reakčního média.
Moderní technologie
Polymerizace propylenu ve velkém pomocí technologie Spheripol je kombinací suspenzního reaktoru pro výrobu homopolymerů. Proces zahrnuje použití reaktoru v plynné fázi s pseudokapalným ložem k vytvoření blokových kopolymerů. V tomto případě polymerační reakce propylenu zahrnuje přidání dalších kompatibilních katalyzátorů do zařízení a také předpolymeraci.
Funkce procesu
Technologie zahrnuje míchání složek ve speciálním zařízení určeném pro předběžnou transformaci. Dále se tato směs přidává do smyčkových polymeračních reaktorů, kam vstupuje vodík i vyčerpaný propylen.
Reaktory pracují při teplotách v rozmezí od 65 do 80 stupňů Celsia. Tlak v systému nepřesahuje 40 barů. Reaktory, které jsou uspořádány v sérii, se používají v závodech určených pro velkoobjemovou výrobu polymerních produktů.
Roztok polymeru se odstraní z druhého reaktoru. Polymerace propylenu zahrnuje převedení roztoku do tlakového odplyňovače. Zde se provádí odstranění práškového homopolymeru z kapalného monomeru.
Výroba blokových kopolymerů
Rovnice polymerace propylenu CH2 =CH - CH3 má v této situaci standardní průtokový mechanismus, rozdíly jsou pouze v podmínkách procesu. Spolu s propylenem a etenem jde prášek z odplyňovače do reaktoru s plynnou fází, který pracuje při teplotě asi 70 stupňů Celsia a tlaku nejvýše 15 barů.
Po vyjmutí z reaktoru blokové kopolymery vstupují do speciálního systému pro odstraňování polymerního prášku z monomeru.
Polymerizace propylenu a nárazuvzdorných butadienů umožňuje použití druhého reaktoru v plynné fázi. Umožňuje zvýšit hladinu propylenu v polymeru. Navíc je možné do hotového výrobku přidávat aditiva, použití granulace, která zlepšuje kvalitu výsledného produktu.
Specificita polymerace alkenů
Mezi výrobou polyetylenu a polypropylenu existují určité rozdíly. Z rovnice polymerace propylenu je zřejmé, že je zamýšlen jiný teplotní režim. Kromě toho existují určité rozdíly v konečné fázi technologického řetězce a také v oblastech použití konečných produktů.
Peroxid se používá pro pryskyřice, které mají vynikající reologické vlastnosti. Mají zvýšenou úroveň toku taveniny, podobné fyzikální vlastnosti jako materiály, které mají nízkou rychlost toku.
Pryskyřice,s vynikajícími reologickými vlastnostmi se používají v procesu vstřikování, stejně jako v případě výroby vláken.
Pro zvýšení průhlednosti a pevnosti polymerních materiálů se výrobci snaží do reakční směsi přidávat speciální krystalizační přísady. Část polypropylenových transparentních materiálů je postupně nahrazována jinými materiály v oblasti vyfukování a odlévání.
Vlastnosti polymerace
Polymerizace propylenu v přítomnosti aktivního uhlí probíhá rychleji. V současnosti se používá katalytický komplex uhlíku s přechodným kovem, založený na adsorpční kapacitě uhlíku. Výsledkem polymerace je produkt s vynikajícím výkonem.
Hlavními parametry polymeračního procesu jsou reakční rychlost, molekulová hmotnost a stereoizomerní složení polymeru. Důležitá je také fyzikální a chemická povaha katalyzátoru, polymerizační médium a stupeň čistoty složek reakčního systému.
Lineární polymer se získává jak v homogenní, tak v heterogenní fázi, pokud jde o ethylen. Důvodem je absence prostorových izomerů v této látce. K získání izotaktického polypropylenu se snaží použít pevné chloridy titanu a také organohlinité sloučeniny.
Při použití komplexu adsorbovaného na krystalický chlorid titaničitý (3) je možné získat produkt s požadovanými vlastnostmi. Pravidelnost nosné mřížky není dostatečným faktorem prozískání vysoké stereospecifičnosti katalyzátorem. Pokud je například zvolen jodid titaničitý (3), získá se ataktičtější polymer.
Uvažované katalytické složky mají Lewisův charakter, proto jsou spojeny s výběrem média. Nejvýhodnějším médiem je použití inertních uhlovodíků. Protože chlorid titaničitý je aktivním adsorbentem, volí se obecně alifatické uhlovodíky. Jak probíhá polymerace propylenu? Vzorec produktu je (-CH2-CH2-CH2-)p. Samotný reakční algoritmus je podobný průběhu reakce u ostatních zástupců této homologní řady.
Chemická interakce
Pojďme analyzovat hlavní možnosti interakce pro propylen. Vzhledem k tomu, že v jeho struktuře je dvojná vazba, hlavní reakce probíhají přesně při jeho zničení.
Halogenace probíhá při normální teplotě. V místě přetržení komplexní vazby dochází k nerušené adici halogenu. V důsledku této interakce vzniká dihalogenovaná sloučenina. Nejtěžší je jodizace. Bromace a chlorace probíhá bez dalších podmínek a nákladů na energii. Fluorace propylenu je výbušná.
Hydrogenační reakce zahrnuje použití dalšího urychlovače. Platina a nikl působí jako katalyzátor. V důsledku chemické interakce propylenu s vodíkem vzniká propan - zástupce třídy nasycených uhlovodíků.
Hydrace (přidání vody)prováděno podle pravidla V. V. Markovnikova. Jeho podstatou je navázání atomu vodíku na dvojnou vazbu propylenu, kterého je jeho maximální množství. V tomto případě se halogen připojí k tomu C, který má minimální počet vodíku.
Propylen se vyznačuje spalováním v atmosférickém kyslíku. Výsledkem této interakce budou dva hlavní produkty: oxid uhličitý, vodní pára.
Když je tato chemikálie vystavena silným oxidačním činidlům, jako je manganistan draselný, je pozorováno její zbarvení. Mezi produkty chemické reakce bude dvojsytný alkohol (glykol).
Výroba propylenu
Všechny metody lze rozdělit do dvou hlavních skupin: laboratorní, průmyslové. V laboratorních podmínkách lze propylen získat odštěpením halogenovodíku z původního halogenalkylu jeho vystavením alkoholovému roztoku hydroxidu sodného.
Propylen vzniká katalytickou hydrogenací propinu. V laboratorních podmínkách lze tuto látku získat dehydratací propanolu-1. Při této chemické reakci se jako katalyzátory používají kyselina fosforečná nebo sírová, oxid hlinitý.
Jak se vyrábí propylen ve velkých objemech? Vzhledem k tomu, že tato chemikálie je v přírodě vzácná, byly vyvinuty průmyslové možnosti její výroby. Nejběžnější je izolace alkenu z ropných produktů.
Například surová ropa se krakuje ve speciálním fluidním loži. Propylen se získává pyrolýzou benzinové frakce. Vv současnosti se alken izoluje také z přidruženého plynu, plynných produktů koksování uhlí.
Existují různé možnosti pyrolýzy propylenu:
- v trubkových pecích;
- v reaktoru využívajícím křemenné chladivo;
- Lavrovského proces;
- autotermální pyrolýza podle Barthlomeovy metody.
Z osvědčených průmyslových technologií je třeba zmínit také katalytickou dehydrogenaci nasycených uhlovodíků.
Aplikace
Propylen má různé aplikace, a proto se vyrábí ve velkém měřítku v průmyslu. Tento nenasycený uhlovodík vděčí za svůj vzhled práci Natty. V polovině dvacátého století vyvinul polymerační technologii využívající Zieglerův katalytický systém.
Natta byl schopen získat stereoregulární produkt, který nazval izotaktický, protože ve struktuře byly methylové skupiny umístěny na jedné straně řetězce. Díky tomuto typu „balení“molekul polymeru má výsledná polymerní látka vynikající mechanické vlastnosti. Polypropylen se používá k výrobě syntetických vláken a je žádaný jako plastová hmota.
Na výrobu jeho oxidu se spotřebuje přibližně deset procent ropného propylenu. Až do poloviny minulého století se tato organická látka získávala chlorhydrinovou metodou. Reakce probíhala tvorbou meziproduktu propylenchlorhydrinu. Tato technologie má určité nevýhody, které jsou spojeny s použitím drahého chlóru a hašeného vápna.
V naší době byla tato technologie nahrazena chalkonovým procesem. Je založen na chemické interakci propenu s hydroperoxidy. Propylenoxid se používá při syntéze propylenglykolu, který se používá při výrobě polyuretanových pěn. Jsou považovány za vynikající tlumící materiály a používají se k výrobě obalů, koberečků, nábytku, tepelně izolačních materiálů, absorbujících kapalin a filtračních materiálů.
Mezi hlavní aplikace propylenu je navíc nutné zmínit syntézu acetonu a isopropylalkoholu. Isopropylalkohol je vynikajícím rozpouštědlem a je považován za cenný chemický produkt. Na počátku dvacátého století byl tento organický produkt získáván metodou kyseliny sírové.
Navíc byla vyvinuta technologie přímé hydratace propenu se zaváděním kyselých katalyzátorů do reakční směsi. Asi polovina veškerého vyrobeného propanolu se spotřebuje na syntézu acetonu. Tato reakce zahrnuje eliminaci vodíku, probíhá při 380 stupních Celsia. Katalyzátory v tomto procesu jsou zinek a měď.
Mezi důležitými způsoby použití propylenu zaujímá zvláštní místo hydroformylace. Propen se používá k výrobě aldehydů. Oxysyntéza se u nás používá od poloviny minulého století. V současné době zaujímá tato reakce významné místo v petrochemii. Při chemické interakci propylenu se syntézním plynem (směs oxidu uhelnatého a vodíku) při teplotě 180 stupňů, katalyzátoru na bázi oxidu kob altu a tlaku 250 atmosfér je pozorována tvorba dvou aldehydů. Jedna má normální strukturu, druhá má zakřivenouuhlíkový řetězec.
Bezprostředně po objevení tohoto technologického postupu se právě tato reakce stala předmětem výzkumu mnoha vědců. Hledali způsoby, jak změkčit podmínky jeho proudění, snažili se snížit procento rozvětveného aldehydu ve výsledné směsi.
Za tímto účelem byly vynalezeny ekonomické procesy, které zahrnují použití jiných katalyzátorů. Bylo možné snížit teplotu, tlak, zvýšit výtěžek lineárního aldehydu.
Estery kyseliny akrylové, které jsou rovněž spojovány s polymerací propylenu, se používají jako kopolymery. Asi 15 procent petrochemického propenu se používá jako výchozí materiál k vytvoření akrionitrilu. Tato organická složka je nezbytná pro výrobu cenného chemického vlákna - nitronu, tvorbu plastů, výrobu pryže.
Závěr
Polypropylen je v současnosti považován za největší petrochemický průmysl. Poptávka po tomto kvalitním a levném polymeru roste, a tak postupně nahrazuje polyetylen. Je nepostradatelný při výrobě pevných obalů, desek, fólií, automobilových dílů, syntetického papíru, lan, kobercových dílů a také při výrobě nejrůznějšího vybavení domácnosti. Na počátku jednadvacátého století byla výroba polypropylenu na druhém místě v průmyslu polymerů. Vezmeme-li v úvahu požadavky různých průmyslových odvětví, můžeme usoudit, že trend velkovýroby propylenu a etylenu bude v blízké budoucnosti pokračovat.
