Пропиленнің полимерленуі дегеніміз не? Бұл химиялық реакцияның ерекшеліктері қандай? Осы сұрақтарға толық жауап табуға тырысайық.
Байланыс сипаттамалары
Этилен және пропиленді полимерлеу реакциясының схемалары олефин класының барлық мүшелеріне тән типтік химиялық қасиеттерді көрсетеді. Бұл класс химиялық өндірісте қолданылатын мұнайдың ескі атауынан осындай ерекше атау алды. 18 ғасырда этилен хлориді алынды, ол майлы сұйық зат болды.
Қанықпаған алифатты көмірсутектер класының барлық өкілдерінің ерекшеліктерінің ішінде оларда бір қос байланыстың болуын атап өтеміз.
Пропиленнің радикалды полимерленуі заттың құрылымында қос байланыстың болуымен нақты түсіндіріледі.
Жалпы формула
Алкендердің гомологтық қатарының барлық өкілдері үшін жалпы формула СpН2p түрінде болады. Құрылымдағы сутегінің жеткіліксіз мөлшері бұл көмірсутектердің химиялық қасиеттерінің ерекшелігін түсіндіреді.
Пропиленнің полимерлену реакциясының теңдеуіжоғары температура мен катализаторды пайдаланған кезде мұндай қосылымның үзілу мүмкіндігінің тікелей растауы болып табылады.
Қанықпаған радикал аллил немесе пропенил-2 деп аталады. Неліктен пропиленді полимерлеу керек? Бұл әрекеттесу өнімі синтетикалық каучукты синтездеу үшін пайдаланылады, ол өз кезегінде қазіргі химия өнеркәсібінде сұранысқа ие.
Физикалық қасиеттері
Пропиленді полимерлеу теңдеуі осы заттың тек химиялық емес, физикалық қасиеттерін де растайды. Пропилен - қайнау және балқу температурасы төмен газ тәрізді зат. Алкендер класының бұл өкілінің суда ерігіштігі аз.
Химиялық қасиеттері
Пропилен мен изобутиленнің полимерленуінің реакция теңдеулері процестердің қос байланыс арқылы жүретінін көрсетеді. Алкендер мономерлер ретінде әрекет етеді және мұндай әрекеттесудің соңғы өнімдері полипропилен және полиизобутилен болады. Дәл осындай әрекеттесу кезінде көміртегі-көміртек байланысы жойылып, сайып келгенде сәйкес құрылымдар пайда болады.
Қос байланыста жаңа қарапайым байланыстар түзіледі. Пропиленнің полимерленуі қалай жүреді? Бұл процестің механизмі қанықпаған көмірсутектердің осы класының барлық басқа өкілдерінде болатын процеске ұқсас.
Пропиленді полимерлеу реакциясы бірнеше нұсқаны қамтидыағып кетеді. Бірінші жағдайда процесс газ фазасында жүзеге асырылады. Екінші нұсқа бойынша реакция сұйық фазада жүреді.
Сонымен қатар пропиленнің полимерленуі реакция ортасы ретінде қаныққан сұйық көмірсутекті пайдалануды қамтитын кейбір ескірген процестерге сәйкес жүреді.
Заманауи технология
Spheripol технологиясын қолдана отырып, пропиленді үйіндіде полимерлеу гомополимерлерді өндіруге арналған суспензия реакторының комбинациясы болып табылады. Процесс блок-сополимерлерді жасау үшін псевдосұйық қабаты бар газ фазалық реакторды пайдалануды қамтиды. Бұл жағдайда пропиленді полимерлеу реакциясы құрылғыға қосымша үйлесімді катализаторларды қосуды, сондай-ақ алдын ала полимерлеуді қамтиды.
Процесс мүмкіндіктері
Технология компоненттерді алдын ала түрлендіруге арналған арнайы құрылғыда араластыруды қамтиды. Әрі қарай бұл қоспа сутегі де, пайдаланылған пропилен де енетін контурлы полимерлеу реакторларына қосылады.
Реакторлар 65 пен 80 градус Цельсий аралығындағы температурада жұмыс істейді. Жүйедегі қысым 40 бардан аспайды. Тізбектей орналасқан реакторлар полимерлі өнімдерді жоғары көлемді өндіруге арналған зауыттарда қолданылады.
Полимер ерітіндісі екінші реактордан шығарылады. Пропиленнің полимерленуі ерітіндіні қысыммен газсыздандырғышқа беруді қамтиды. Мұнда сұйық мономерден ұнтақты гомополимерді жою жүзеге асырылады.
Блоктық сополимерлерді өндіру
Пропиленді полимерлеу теңдеуі CH2 =CH - CH3 бұл жағдайда стандартты ағын механизміне ие, тек процесс жағдайында айырмашылықтар бар. Пропилен және этенмен бірге газсыздандырғыштан алынған ұнтақ Цельсий бойынша шамамен 70 градус температурада және 15 бардан аспайтын қысымда жұмыс істейтін газ фазалық реакторға түседі.
Блок сополимерлер реактордан шығарылғаннан кейін мономерден полимер ұнтағын кетіруге арналған арнайы жүйеге енеді.
Пропиленді және соққыға төзімді бутадиендерді полимерлеу екінші газ фазалық реакторды пайдалануға мүмкіндік береді. Ол полимердегі пропилен деңгейін арттыруға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, дайын өнімге қоспалар қосуға болады, түйіршіктеуді қолдану нәтижесінде алынған өнімнің сапасын жақсартады.
Алкендердің полимерлену ерекшелігі
Полиэтилен мен полипропилен өндірісінің арасында кейбір айырмашылықтар бар. Пропиленді полимерлеу теңдеуі басқа температуралық режимді көздейтінін анық көрсетеді. Сонымен қатар, кейбір айырмашылықтар технологиялық тізбектің соңғы сатысында, сондай-ақ соңғы өнімді пайдалану салаларында бар.
Пероксид тамаша реологиялық қасиеттері бар шайырлар үшін қолданылады. Олардың балқыма ағынының жоғары деңгейі, ағыны төмен материалдарға ұқсас физикалық қасиеттері бар.
Шайыр,тамаша реологиялық қасиеттерге ие, инъекциялық қалыптау процесінде, сондай-ақ талшықтарды өндіру жағдайында қолданылады.
Полимерлі материалдардың мөлдірлігі мен беріктігін арттыру үшін өндірушілер реакциялық қоспаға арнайы кристалдандыратын қоспаларды қосуға тырысуда. Полипропилен мөлдір материалдарының бір бөлігі үрлемелі қалыптау және құю саласындағы басқа материалдармен біртіндеп ауыстырылуда.
Полимерлеу ерекшеліктері
Активтендірілген көмірдің қатысуымен пропиленнің полимерленуі жылдамырақ жүреді. Қазіргі кезде көміртектің адсорбциялық қабілетіне негізделген өтпелі металы бар көміртектің каталитикалық кешені қолданылады. Полимерлеу нәтижесі тамаша өнімділікке ие өнім болып табылады.
Полимерлеу процесінің негізгі параметрлері реакция жылдамдығы, сонымен қатар полимердің молекулалық салмағы мен стереоизомерлік құрамы болып табылады. Катализатордың физикалық және химиялық табиғаты, полимерлену ортасы, реакция жүйесінің құрамдас бөліктерінің тазалық дәрежесі де маңызды.
Сызықтық полимер этиленге келгенде біртекті де, гетерогенді фазада да алынады. Оның себебі – бұл затта кеңістіктік изомерлердің болмауы. Изотактикалық полипропилен алу үшін олар қатты титан хлоридтерін, сондай-ақ алюминий органикалық қосылыстарын қолдануға тырысады.
Кристалды титан хлоридіне (3) адсорбцияланған кешенді пайдаланған кезде қажетті сипаттамалары бар өнімді алуға болады. Тірек торының заңдылығы жеткілікті фактор болып табылмайдыкатализатордың жоғары стереоспецификалық алуы. Мысалы, титан йодиді (3) таңдалса, көбірек атактикалық полимер алынады.
Қарастырылған каталитикалық құрамдастардың Льюис сипаты бар, сондықтан олар ортаны таңдаумен байланысты. Ең тиімді орта инертті көмірсутектерді пайдалану болып табылады. Титан (5) хлориді белсенді адсорбент болғандықтан, әдетте алифатты көмірсутектер таңдалады. Пропиленнің полимерленуі қалай жүреді? Өнім формуласы (-CH2-CH2-CH2-)б. Реакция алгоритмінің өзі осы гомологтық қатардың басқа өкілдеріндегі реакция барысына ұқсас.
Химиялық әрекеттесу
Пропиленнің негізгі өзара әрекеттесу нұсқаларын талдап көрейік. Оның құрылымында қос байланыс бар екенін ескерсек, негізгі реакциялар дәл оның бұзылуымен жүреді.
Галогендеу қалыпты температурада жүреді. Кешенді байланыстың үзілген жерінде галогеннің кедергісіз қосылуы жүреді. Осы әрекеттесу нәтижесінде дигалогенді қосылыс түзіледі. Ең қиыны – йодтау. Бромдау және хлорлау қосымша шарттарсыз және энергия шығындарынсыз жүреді. Пропиленді фторлау жарылғыш.
Гидрондау реакциясы қосымша үдеткішті қолдануды қамтиды. Платина мен никель катализатор қызметін атқарады. Пропиленнің сутегімен химиялық әрекеттесуі нәтижесінде қаныққан көмірсутектер класының өкілі пропан түзіледі.
Ылғалдандыру (су қосу)В. В. Марковников ережесі бойынша жүзеге асырылады. Оның мәні сутегі атомын пропиленнің қос байланысына қосу болып табылады, оның максималды мөлшері бар. Бұл жағдайда галоген сутегінің ең аз саны бар C-ге қосылады.
Пропилен атмосфералық оттегіде жануымен сипатталады. Осы өзара әрекеттесу нәтижесінде екі негізгі өнім алынады: көмірқышқыл газы, су буы.
Бұл химиялық зат калий перманганаты сияқты күшті тотықтырғыштардың әсеріне ұшыраған кезде оның түсінің өзгеруі байқалады. Химиялық реакция өнімдерінің арасында екі атомды спирт (гликоль) болады.
Пропилен өндіру
Барлық әдістерді екі негізгі топқа бөлуге болады: зертханалық, өндірістік. Зертханалық жағдайларда пропиленді натрий гидроксидінің спирттік ерітіндісіне әсер ету арқылы бастапқы галоалкилден галогенсутегін бөлу арқылы алуға болады.
Пропилен пропинді каталитикалық гидрлеу арқылы түзіледі. Зертханалық жағдайда бұл затты пропанол-1 сусыздандыру арқылы алуға болады. Бұл химиялық реакцияда катализатор ретінде фосфор немесе күкірт қышқылы, алюминий оксиді пайдаланылады.
Үлкен көлемде пропилен қалай өндіріледі? Бұл химиялық зат табиғатта сирек кездесетіндіктен, оны өндірудің өнеркәсіптік нұсқалары әзірленді. Ең көп таралғаны - алкенді мұнай өнімдерінен бөліп алу.
Мысалы, шикі мұнайды арнайы сұйық қабатта крекинг жасайды. Пропиленді бензин фракциясының пиролизі арқылы алады. ATҚазіргі уақытта алкен ілеспе газдан, көмір кокстелетін газ тәріздес өнімдерден де бөлініп алынған.
Пропилен пиролизінің әртүрлі нұсқалары бар:
- құбырлы пештерде;
- кварцты салқындатқышты пайдаланатын реакторда;
- Лавровский процесі;
- Бартлом әдісі бойынша автотермиялық пиролиз.
Дәлелденген өнеркәсіптік технологиялардың ішінде қаныққан көмірсутектерді каталитикалық дегидрлеуді де атап өткен жөн.
Қолданба
Пропиленнің қолдану аясы әртүрлі, сондықтан өнеркәсіпте кең көлемде өндіріледі. Бұл қанықпаған көмірсутек өзінің пайда болуы Натта жұмысына байланысты. ХХ ғасырдың ортасында ол Циглер каталитикалық жүйесін пайдаланып полимерлеу технологиясын жасады.
Натта стереорегулярлы өнімді ала алды, оны изотактикалық деп атады, өйткені құрылымында метил топтары тізбектің бір жағында орналасқан. Полимер молекулаларының «қаптамасының» осы түріне байланысты алынған полимер заты тамаша механикалық сипаттамаларға ие. Полипропилен синтетикалық талшықтарды жасау үшін қолданылады және пластикалық масса ретінде сұранысқа ие.
Мұнай пропиленінің шамамен он пайызы оның оксидін алу үшін жұмсалады. Өткен ғасырдың ортасына дейін бұл органикалық зат хлоргидрин әдісімен алынған. Реакция аралық өнім пропилен хлоргидринінің түзілуі арқылы жүрді. Бұл технологияның белгілі бір кемшіліктері бар, олар қымбат хлор мен өшірілген әкті қолданумен байланысты.
Біздің уақытымызда бұл технология халькон процесімен ауыстырылды. Ол пропеннің гидропероксидтермен химиялық әрекеттесуіне негізделген. Пропилен оксиді пропиленгликоль синтезінде қолданылады, ол көбік полиуретанды өндірісінде қолданылады. Тамаша жастықтаушы материалдар болып саналады, олар орауыштарды, кілемдерді, жиһаздарды, жылу оқшаулағыш материалдарды, сіңіргіш сұйықтықтарды және сүзгі материалдарын жасау үшін қолданылады.
Сонымен қатар, пропиленнің негізгі қолданылуының арасында ацетон мен изопропил спиртінің синтезін атап өту керек. Изопропил спирті тамаша еріткіш бола отырып, бағалы химиялық өнім болып саналады. ХХ ғасырдың басында бұл органикалық өнім күкірт қышқылы әдісімен алынды.
Сонымен қатар, реакциялық қоспаға қышқылдық катализаторларды енгізу арқылы пропенді тікелей гидратациялау технологиясы жасалды. Барлық өндірілген пропанолдың жартысына жуығы ацетон синтезіне жұмсалады. Бұл реакция сутегінің жойылуын қамтиды, 380 градус Цельсийде жүзеге асырылады. Бұл процестегі катализаторлар мырыш пен мыс.
Пропиленді қолданудың маңызды түрлерінің ішінде гидроформилизация ерекше орын алады. Пропен альдегидтер алу үшін қолданылады. Оксисинтез біздің елімізде өткен ғасырдың ортасынан бастап қолданыла бастады. Қазіргі уақытта бұл реакция мұнай химиясында маңызды орын алады. Пропиленнің синтез газымен (көміртек тотығы мен сутегі қоспасы) 180 градус температурада, кобальт оксиді катализаторымен және 250 атмосфералық қысымда химиялық әрекеттесу, екі альдегидтің түзілуі байқалады. Біреуі қалыпты құрылымға ие, екіншісі қисықкөміртек тізбегі.
Осы технологиялық процесс ашылғаннан кейін бірден көптеген ғалымдардың зерттеу объектісіне айналған осы реакция болды. Олар оның ағынының шарттарын жұмсарту жолдарын іздеді, алынған қоспадағы тармақталған альдегидтің пайызын азайтуға тырысты.
Ол үшін басқа катализаторларды қолдануды көздейтін экономикалық процестер ойлап табылды. Температураны, қысымды төмендетуге, сызықтық альдегид шығымын арттыруға мүмкіндік болды.
Сополимерлер ретінде пропиленнің полимерленуімен де байланысты акрил қышқылының күрделі эфирлері қолданылады. Мұнай-химиялық пропеннің шамамен 15 пайызы акрионитрилді жасау үшін бастапқы материал ретінде пайдаланылады. Бұл органикалық компонент бағалы химиялық талшық – нитрон өндіру, пластмасса жасау, резеңке өндіру үшін қажет.
Қорытынды
Полипропилен қазіргі уақытта ең ірі мұнай-химия өнеркәсібі болып саналады. Бұл жоғары сапалы және қымбат емес полимерге сұраныс артып келеді, сондықтан ол біртіндеп полиэтиленді ауыстырады. Ол қатты қаптамаларды, пластиналарды, пленкаларды, автомобиль бөлшектерін, синтетикалық қағазды, арқандарды, кілем бөлшектерін жасауда, сонымен қатар әртүрлі тұрмыстық техниканы жасауда таптырмас. Жиырма бірінші ғасырдың басында полипропилен өндірісі полимер өнеркәсібінде екінші орынды иеленді. Әртүрлі салалардың сұраныстарын ескере отырып, пропилен мен этиленнің ауқымды өндірісінің тенденциясы жақын арада жалғасады деп қорытынды жасауға болады.
