Vinylchlorid (Vinylchlorid): Eigenschaften, Formel, industrielle Produktion in Russland

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-02 13:52

Vinylchlorid ist eines der einfachsten Derivate von Acetylen, das durch Zugabe von Chlorwasserstoff erh alten wird. Die Hauptart chemischer Reaktionen, an denen diese Substanz beteiligt ist, ist der Polymerisationsprozess. Das Endprodukt - PVC - wird in allen Bereichen der menschlichen Tätigkeit weit verbreitet. Der Prozess der Herstellung der Verbindung und ihrer Derivate wird von der Freisetzung flüchtiger Substanzen begleitet, die eine starke toxische Wirkung auf den menschlichen Körper haben.

Allgemeine Beschreibung

Vinylchlorid (Vinylchlorid) ist eine der am häufigsten verwendeten chemischen Verbindungen, da es der Rohstoff für die PVC-Produktion ist. Diese Substanz wurde erstmals 1830 in Deutschland von Liebig aus Dichlorethan und alkoholischem Kaliumcarbonat gewonnen. Nach 42 Jahren machte ein anderer deutscher Chemiker, Eugen Baumann, darauf aufmerksam, dass bei Lichtlagerung Flocken aus Vinylchlorid auszufallen beginnen. Dieser Wissenschaftler gilt als Entdecker des Polyvinylchlorids.

Diese Verbindung weckte zunächst kein Interesse bei Händlern und Herstellern chemischer Produkte. Seine Produktion im industriellen Maßstabbegann in den 30er Jahren. XX Jahrhundert.

Die Summenformel für Vinylchlorid lautet: C₂H_{3Cl. Die Strukturformel ist in der folgenden Abbildung dargestellt.}

Unter normalen Bedingungen ist Vinylchlorid ein farbloses Gas, aber da sein Siedepunkt bei -13 °C liegt, wird es normalerweise in flüssigem Zustand gehandhabt.

Chemische Eigenschaften von Vinylchlorid

Die Hauptreaktionen dieser Substanz sind:

• Polymerisation.
• Substitution an der Kohlenstoff-Chlor-Bindung. Bei diesem Verfahren entstehen Alkoholate und Vinylester. Das Chloratom wird in Gegenwart von Katalysatoren ersetzt: Halogenide, Palladium und Salze anderer Metalle. Wird Alkohol als Lösungsmittel verwendet, werden Ester synthetisiert.
• Oxidation mit Sauerstoff in der Gasphase. Die Produkte dieser Reaktion sind Formylchlorid, Kohlenmonoxid, Salzsäure und Ameisensäure. Eine vollständige Oxidation wird unter Beteiligung eines Kob altchromit-Katalysators oder in wässriger Lösung unter Verwendung von Kaliumpermanganat beobachtet. Die Reaktion mit Ozon im flüssigen und gasförmigen Zustand von Vinylchlorid führt zur Bildung von Formylchlorid und Ameisensäure. Bei der Selbstentzündung entstehen Kohlenmonoxid, Salzsäure und giftiges Phosgen (in geringen Mengen).
• Additionsreaktionen. Um Trichlorethan zu erh alten, das als Lösungsmittel verwendet wird, wird eine Chloradditionsreaktion durchgeführt: durch den ionischen Mechanismus (in der flüssigen Phase, in Abwesenheit von Licht, unter Verwendung eines Katalysators auf der Basis von Übergangsmetallen) oder durch das RadikalReaktionen (bei erhöhter Temperatur). Nützliche Vinylchloridprodukte werden auch durch Säurekatalyse und Hydrierung synthetisiert.
• Photodissoziation. Unter Einwirkung von Licht mit einer Wellenlänge von 193 nm werden die HCl- und Cl-Gruppen aus dem Vinylchlorid-Molekül abgesp alten.
• Pyrolyse. Vinylchlorid ist gegenüber thermischer Zersetzung widerstandsfähiger als andere Halogenalkane dieses Typs. Die Pyrolyse beginnt bei 550 °C. Bei 680°C beträgt die Ausbeute an Acetylen, Salzsäure, Chloropren und Vinylacetylen etwa 35 %. In Gegenwart von Wasser korrodiert Vinylchlorid Eisen, Stahl und Aluminium durch Freisetzung von HCl.

Polymerisationsreaktion

Vinylchlorid-Monomer kann unter normalen Bedingungen lange existieren. Das Auftreten von Radikalen als Ergebnis photo- oder thermochemischer Reaktionen führt zur Aktivierung der Polymerisation.

Dieser Vorgang erfolgt in 3 Stufen und ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Körperliche Eigenschaften

Die wichtigsten physikalischen Eigenschaften der Verbindung unter normalen Bedingungen sind wie folgt:

• Molekulargewicht – 62, 499;
• Schmelzpunkt - 119 K;
• Siedepunkt - 259 K;
• Wärmekapazität im flüssigen Zustand – 84 J/(mol∙K);
• Dampfdruck bei 0 °C - 175 kPa;
• Viskosität bei -20 °C – 0,272 mPa∙s;
• untere Explosionsgrenze - 8,6 % (nach Volumen);
• Selbstentzündungstemperatur - 745 K.

Der Stoff ist gut löslich in Kohlenwasserstoffen,Öle, Alkohole, organische Flüssigkeiten; mit Wasser praktisch nicht mischbar.

Empfangen

Es gibt mehrere industrielle Möglichkeiten, Vinylchlorid zu gewinnen:

• durch Reaktion von Salzsäure mit Acetylen;
• aus Ethylen und Chlor (direkte Chlorierung von Ethylen, Gewinnung von Ethylendichlorid, dessen Pyrolyse zu Vinylchlorid);
• Ethylenoxychlorierung;
• kombiniertes Verfahren (Direktchlorierung, Pyrolyse von Ethylendichlorid, Oxichlorierung) - ein Gleichgewichtsprozess von Ethylen und Chlor ohne Bildung oder Verbrauch von Salzsäure.

Derzeit ist letztere Option die gebräuchlichste und kostengünstigste. Die durch diese Technologie gewonnene Menge an Vinylchlorid macht mehr als 95 % der gesamten Weltproduktion aus. Die Chemie der Reaktionen ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Die gesamte Säuremenge, die bei der Pyrolyse von Ethylendichlorid anfällt, wird als Rohstoff in der nächsten Produktionsstufe (Oxychlorierung) verwendet. Das entstehende Produkt wird destillativ gereinigt, Nebenprodukte werden zur Herstellung von Lösungsmitteln verwendet oder recycelt.

Produktion in Russland

In Russland wird Vinylchlorid aus Acetylen in folgenden Unternehmen hergestellt:

• AK Azot, (Nowomoskowsk, Region Tula).
• JSC Plastcard (Wolgograd).
• JSC Khimprom(Wolgograd).
• Usolekhimprom JSC, (Usolje-Sibirskoje, Gebiet Irkutsk).

Auf der Basis von Ethylen wird die Synthese eines Stoffes durchgeführt in Organisationen wie:

• JSC "Sayanskkhimplast" (Sajansk).
• JSC Sibur-Neftekhim (Caprolactam, Dserschinsk).
• ZAO Kaustik (Sterlitamak).

Synthese aus Acetylen gilt als ver altete Technologie. Die Verwendung von Ethylen als Rohstoff hat folgende Vorteile:

• billigere und erschwinglichere Rohstoffe;
• hohe Ausbeute an Endprodukt;
• niedriger Strom- und Wasserverbrauch;
• Möglichkeit zum Bau von Produktionslinien mit hoher Kapazität.

Diese Methode wird seit über 40 Jahren von den weltweit führenden Herstellern angewendet. Die wichtigsten vielversprechenden Richtungen für die Entwicklung der industriellen Produktion von Vinylchlorid in Russland sind die Einführung neuer Kapazitäten, der Übergang zu Ethan-Ausgangsmaterialien, die Verbreitung der sauerstoffunterstützten Oxychlorierungstechnologie und die Entwicklung verwandter Industrien für den Verkauf von Natronlauge, die entsteht als Nebenprodukt.

Bewerbung

Der überwiegende Teil des produzierten Vinylchlorids wird zur Herstellung von Polyvinylchlorid (PVC) verwendet. Laut Statistik befinden sich mehr als 50 % der Produktion dieses Polymers in Asien.

Polyvinylchlorid ist das vielseitigste Material aller Polymere. Es können sowohl starre Baukonstruktionen (Rohre, Außenwandverkleidungen, Profile) als auchelastische Produkte (Drähte, Kabel, Dachmaterialien). Im Gegensatz zu anderen Polymermaterialien zersetzt sich Polyvinylchlorid unter dem Einfluss von UV-Strahlen, Oxidation und flüssigen Kohlenwasserstoffen nicht nur, sondern vernetzt auch teilweise Polymerketten. Diese Eigenschaft ist mit dem Vorhandensein von Chloratomen in der Struktur der Verbindung verbunden. Die hohe Wettbewerbsfähigkeit von PVC erklärt sich auch durch seinen niedrigen Preis.

PVC wird zur Herstellung der folgenden Produkte verwendet (in absteigender Reihenfolge des Produktionsvolumens):

• Rohre und deren Formstücke;
• Abstellgleis;
• Fenster, Türen;
• Profile (einschließlich Zäune und Terrassendielen);
• Bodenbeläge;
• Dachmaterialien;
• Konsumprodukte;
• Verpackung;
• Kabel und Leitungen (Mantel, Isolierung);
• medizinische Versorgung;
• Beschichtungen, Klebstoffe.

Andere Verwendungen

Ein kleiner Anteil von Vinylchlorid (ca. 1 %) wird zur Herstellung von Copolymeren verwendet, von denen Kombinationen mit Vinylacetat, Vinylidenchlorid, Monomeren der Acrylreihe und alpha-Olefinen von praktischer Bedeutung sind. Die erste Art von Copolymeren ist am weitesten verbreitet. Diese Materialien haben die folgenden Handelsnamen:

• vestolite;
• Hostalitis;
• winnol;
• lukovil;
• corvik;
• jeon;
• sikron und andere.

Sie werden verwendet, um Produkte herzustellen wie:

• Linoleum und andere Bodenbeläge;
• Fensterrahmen;
• Kacheln;
• Kunstleder;
• film;
• Lacke;
• Vliesstoffe.

Toxizität

Vinylchlorid bezieht sich auf hochgefährliche Verbindungen, die zu einer ernsthaften Verschlechterung des menschlichen Körpers führen. Die Substanz ist flüchtig und der Hauptaufnahmeweg ist die Inhalation. Die Quelle ist die Herstellung von Vinylchlorid, PVC und Produkten daraus.

Vinylchlorid verursacht Störungen in folgenden Organen und Systemen:

• ZNS-Depression (Schwindel, Orientierungslosigkeit, toxisches Koma);
• Schädigung des Bindegewebes und der Blutgefäße;
• Verschlechterung der Fortpflanzungsfähigkeit;
• krebserzeugende Wirkung (am häufigsten wird ein Angiosarkom der Leber festgestellt, es entwickeln sich Tumore und andere Lokalisationen);
• Verdauungssystem – Hepatitis, Cholezystitis, Cholangitis, Gastritis, Magengeschwür;
• Kreislauf und blutbildendes System - Bluthochdruck, koronare Herzkrankheit, Eosinophilie, Thrombozytopenie;
• Störung des Cholesterinspiegels und des allgemeinen Stoffwechsels;
• mutagene Wirkung, Bildung von Chromosomenaberrationen;
• Hemmung des antimikrobiellen Schutzes, reduzierte Immunkräfte.

Bei längerer Exposition (sechs Monate bis 3 Jahre) toxischer Dosen dieser Substanz tritt die „Vinylchlorid-Krankheit“auf. Seine Entwicklung durchläuft 3 Stufen, die sich durch folgende Merkmale auszeichnen:

1. Schwäche, Migräne, Übelkeit, Blutarmut, Schmerzen der Nagelglieder der Gliedmaßen sowie deren ZerstörungKnochen. Wenn der schädliche Einfluss aufhört, sind die Veränderungen reversibel.
2. Entzündung der peripheren Nerven, die zu Gefühlsverlust führt; Arrhythmie, Schmerzen im Herzbereich, Verletzung der Thermoregulation.
3. Gedächtnisstörungen, Halluzinationen, unwillkürliche Augenbewegungen, Doppelbilder, Schlafstörungen, Leistungsabfall, Magenschmerzen, Übelkeit, Erbrechen, Zunahme von Knochenerkrankungen.