پلیمریزاسیون پروپیلن چیست؟ ویژگی های این واکنش شیمیایی چیست؟ بیایید سعی کنیم پاسخ دقیقی برای این سؤالات پیدا کنیم.
ویژگی های اتصالات
طرح‌های واکنش پلیمریزاسیون اتیلن و پروپیلن خواص شیمیایی معمولی را که همه اعضای کلاس الفین دارند نشان می‌دهند. این کلاس چنین نام غیرمعمولی را از نام قدیمی روغن مورد استفاده در تولید مواد شیمیایی دریافت کرد. در قرن 18، اتیلن کلرید به دست آمد که یک ماده مایع روغنی بود.
در میان ویژگی های همه نمایندگان کلاس هیدروکربن های آلیفاتیک غیراشباع، به وجود یک پیوند دوگانه در آنها اشاره می کنیم.
پلیمریزاسیون رادیکالی پروپیلن دقیقاً با وجود پیوند دوگانه در ساختار ماده توضیح داده می شود.
فرمول کلی
برای همه نمایندگان سری همولوگ آلکن‌ها، فرمول کلی به شکل СpН2p است. مقدار ناکافی هیدروژن در ساختار، ویژگی‌های شیمیایی این هیدروکربن‌ها را توضیح می‌دهد.
معادله واکنش پلیمریزاسیون پروپیلنتاییدی مستقیم بر احتمال شکست در چنین اتصالی هنگام استفاده از دمای بالا و کاتالیزور است.
رادیکال غیر اشباع آلیل یا پروپنیل-2 نامیده می شود. چرا پروپیلن را پلیمریزه کنیم؟ محصول این فعل و انفعال برای سنتز لاستیک مصنوعی استفاده می شود که به نوبه خود در صنایع شیمیایی مدرن مورد تقاضا است.
خواص فیزیکی
معادله پلیمریزاسیون پروپیلن نه تنها خواص شیمیایی، بلکه خواص فیزیکی این ماده را نیز تایید می کند. پروپیلن یک ماده گازی با نقطه جوش و ذوب کم است. این نماینده از کلاس آلکن ها حلالیت جزئی در آب دارد.
خواص شیمیایی
معادلات واکنش برای پلیمریزاسیون پروپیلن و ایزوبوتیلن نشان می دهد که فرآیندها از طریق یک پیوند دوگانه پیش می روند. آلکن ها به عنوان مونومر عمل می کنند و محصولات نهایی چنین برهمکنشی پلی پروپیلن و پلی ایزوبوتیلن خواهند بود. این پیوند کربن-کربن است که در طی چنین برهمکنشی از بین می‌رود و در نهایت ساختارهای مربوطه تشکیل می‌شوند.
در پیوند دوگانه، پیوندهای ساده جدید تشکیل می شوند. پلیمریزاسیون پروپیلن چگونه انجام می شود؟ مکانیسم این فرآیند مشابه فرآیندی است که در سایر نمایندگان این دسته از هیدروکربن‌های غیراشباع اتفاق می‌افتد.
واکنش پلیمریزاسیون پروپیلن شامل چندین گزینه استنشت می کند. در حالت اول، فرآیند در فاز گاز انجام می شود. با توجه به گزینه دوم، واکنش در فاز مایع انجام می شود.
علاوه بر این، پلیمریزاسیون پروپیلن نیز بر اساس برخی از فرآیندهای قدیمی که شامل استفاده از هیدروکربن مایع اشباع شده به عنوان محیط واکنش است، انجام می شود.
فناوری مدرن
پلیمریزاسیون پروپیلن به صورت فله با استفاده از فناوری Spheripol ترکیبی از یک راکتور دوغاب برای تولید هموپلیمرها است. این فرآیند شامل استفاده از یک راکتور فاز گاز با بستر شبه مایع برای ایجاد کوپلیمرهای بلوکی است. در این مورد، واکنش پلیمریزاسیون پروپیلن شامل افزودن کاتالیزورهای سازگار اضافی به دستگاه و همچنین پیش پلیمریزاسیون است.
ویژگی های فرآیند
این فناوری شامل مخلوط کردن اجزا در یک دستگاه ویژه است که برای تبدیل اولیه طراحی شده است. علاوه بر این، این مخلوط به راکتورهای پلیمریزاسیون حلقه ای اضافه می شود، جایی که هم هیدروژن و هم پروپیلن مصرف شده وارد می شوند.
راکتورها در دمایی بین 65 تا 80 درجه سانتیگراد کار می کنند. فشار در سیستم از 40 بار تجاوز نمی کند. راکتورها که به صورت سری چیده شده‌اند، در کارخانه‌هایی که برای تولید محصولات پلیمری در حجم بالا طراحی شده‌اند استفاده می‌شوند.
محلول پلیمری از راکتور دوم خارج می شود. پلیمریزاسیون پروپیلن شامل انتقال محلول به گاززدایی تحت فشار است.در اینجا، حذف هموپلیمر پودر از مونومر مایع انجام می شود.
تولید کوپلیمرهای بلوک
معادله پلیمریزاسیون پروپیلن CH2 =CH - CH3 در این شرایط مکانیزم جریان استاندارد دارد، فقط در شرایط فرآیند تفاوت وجود دارد. همراه با پروپیلن و اتن، پودر حاصل از گاز زدا به یک راکتور فاز گاز می رود که در دمای حدود 70 درجه سانتیگراد و فشار بیش از 15 بار کار می کند.
کوپلیمرهای بلوک پس از خارج شدن از راکتور، وارد سیستم خاصی برای حذف پودر پلیمر از مونومر می شوند.
پلیمریزاسیون پروپیلن و بوتادین های مقاوم در برابر ضربه، امکان استفاده از راکتور فاز گاز دوم را فراهم می کند. این به شما امکان می دهد سطح پروپیلن را در پلیمر افزایش دهید. علاوه بر این امکان افزودن مواد افزودنی به محصول نهایی، استفاده از دانه بندی نیز وجود دارد که باعث بهبود کیفیت محصول به دست آمده می شود.
ویژگی پلیمریزاسیون آلکن ها
تفاوت هایی بین ساخت پلی اتیلن و پلی پروپیلن وجود دارد. معادله پلیمریزاسیون پروپیلن روشن می کند که یک رژیم دمایی متفاوت در نظر گرفته شده است. علاوه بر این، در مرحله نهایی زنجیره تکنولوژیکی و همچنین در زمینه استفاده از محصولات نهایی تفاوت هایی وجود دارد.
پراکسید برای رزین هایی استفاده می شود که خواص رئولوژیکی عالی دارند. آنها سطح جریان مذاب بیشتری دارند، خواص فیزیکی مشابه با موادی که سرعت جریان پایینی دارند.
رزین،با داشتن خواص رئولوژیکی عالی، در فرآیند قالب گیری تزریقی و همچنین در مورد ساخت الیاف استفاده می شود.
برای افزایش شفافیت و استحکام مواد پلیمری، تولیدکنندگان در تلاش هستند تا افزودنی های کریستالیزه کننده خاصی را به مخلوط واکنش اضافه کنند. بخشی از مواد شفاف پلی پروپیلن به تدریج با مواد دیگری در زمینه قالب گیری و ریخته گری بادی جایگزین می شود.
ویژگی های پلیمریزاسیون
پلیمریزاسیون پروپیلن در حضور کربن فعال سریعتر انجام می شود. در حال حاضر، یک کمپلکس کاتالیزوری کربن با یک فلز واسطه بر اساس ظرفیت جذب کربن استفاده می شود. نتیجه پلیمریزاسیون محصولی با عملکرد عالی است.
پارامترهای اصلی فرآیند پلیمریزاسیون، سرعت واکنش و همچنین وزن مولکولی و ترکیب استریوایزومری پلیمر است. ماهیت فیزیکی و شیمیایی کاتالیزور، محیط پلیمریزاسیون، درجه خلوص اجزای سیستم واکنش نیز مهم هستند.
وقتی صحبت از اتیلن می شود، یک پلیمر خطی هم در فاز همگن و هم در فاز ناهمگن به دست می آید. دلیل آن عدم وجود ایزومرهای فضایی در این ماده است. برای به دست آوردن پلی پروپیلن ایزوتاکتیک، آنها سعی می کنند از کلریدهای تیتانیوم جامد و همچنین ترکیبات آلی آلومینیوم استفاده کنند.
هنگام استفاده از کمپلکس جذب شده روی کلرید تیتانیوم کریستالی (3)، می توان محصولی با ویژگی های دلخواه به دست آورد. منظم بودن شبکه پشتیبانی عامل کافی برای آن نیستبه دست آوردن stereospecificity بالا توسط کاتالیزور. برای مثال، اگر تیتانیوم یدید (3) انتخاب شود، پلیمر آتاکتیک بیشتری به دست می آید.
اجزای کاتالیزوری در نظر گرفته شده دارای ویژگی لوئیس هستند، بنابراین با انتخاب محیط مرتبط هستند. سودمندترین محیط استفاده از هیدروکربن های بی اثر است. از آنجایی که کلرید تیتانیوم (5) یک جاذب فعال است، هیدروکربن های آلیفاتیک به طور کلی انتخاب می شوند. پلیمریزاسیون پروپیلن چگونه انجام می شود؟ فرمول محصول (-CH2-CH2-CH2-) p است. خود الگوریتم واکنش مشابه روند واکنش در سایر نمایندگان این سری همولوگ است.
برهم کنش شیمیایی
بیایید گزینه های اصلی تعامل برای پروپیلن را تجزیه و تحلیل کنیم. با توجه به وجود پیوند دوگانه در ساختار آن، واکنش های اصلی دقیقاً با تخریب آن پیش می رود.
هالوژناسیون در دمای معمولی ادامه می یابد. در محل گسیختگی پیوند کمپلکس، اضافه شدن بدون مانع هالوژن رخ می دهد. در نتیجه این برهمکنش، یک ترکیب دی هالوژنه تشکیل می شود. سخت ترین قسمت ید کردن است. برم سازی و کلرزنی بدون شرایط اضافی و هزینه های انرژی انجام می شود. پروپیلن فلوئوراسیون انفجاری است.
واکنش هیدروژناسیون شامل استفاده از یک شتاب دهنده اضافی است. پلاتین و نیکل به عنوان یک کاتالیزور عمل می کنند. در نتیجه برهمکنش شیمیایی پروپیلن با هیدروژن، پروپان تشکیل می شود - نماینده کلاس هیدروکربن های اشباع شده.
هیدراتاسیون (افزودن آب)طبق قانون V. V. Markovnikov انجام شد. ماهیت آن اتصال یک اتم هیدروژن به پیوند دوگانه پروپیلن است که حداکثر مقدار خود را دارد. در این حالت، هالوژن به آن C که دارای حداقل تعداد هیدروژن است می‌چسبد.
پروپیلن با احتراق در اکسیژن اتمسفر مشخص می شود. در نتیجه این فعل و انفعال، دو محصول اصلی به دست می آید: دی اکسید کربن، بخار آب.
وقتی این ماده شیمیایی در معرض عوامل اکسید کننده قوی مانند پرمنگنات پتاسیم قرار می گیرد، تغییر رنگ آن مشاهده می شود. در میان محصولات واکنش شیمیایی یک الکل دی هیدریک (گلیکول) خواهد بود.
تولید پروپیلن
همه روش ها را می توان به دو گروه اصلی تقسیم کرد: آزمایشگاهی، صنعتی. در شرایط آزمایشگاهی، پروپیلن را می توان با جدا کردن هالید هیدروژن از هالوآلکیل اصلی با قرار دادن آنها در معرض محلول الکلی هیدروکسید سدیم به دست آورد.
پروپیلن از هیدروژناسیون کاتالیزوری پروپین تشکیل می شود. در شرایط آزمایشگاهی، این ماده را می توان با آبگیری پروپانول-1 به دست آورد. در این واکنش شیمیایی، اسید فسفریک یا سولفوریک، اکسید آلومینیوم به عنوان کاتالیزور استفاده می شود.
پروپیلن چگونه در حجم زیاد تولید می شود؟ با توجه به اینکه این ماده شیمیایی در طبیعت کمیاب است، گزینه های صنعتی برای تولید آن ایجاد شده است. رایج ترین آنها جداسازی آلکن از فرآورده های نفتی است.
به عنوان مثال، نفت خام در یک بستر سیال مخصوص شکسته می شود. پروپیلن از تجزیه در اثر حرارت کسر بنزین به دست می آید. ATدر حال حاضر، آلکن نیز از گاز همراه، محصولات گازی کک‌سازی زغال سنگ جدا می‌شود.
گزینه های مختلفی برای پیرولیز پروپیلن وجود دارد:
- در کوره های لوله؛
- در یک راکتور با استفاده از خنک کننده کوارتز؛
- فرایند لاوروفسکی؛
- پیرولیز خود گرمایی طبق روش بارتلوم.
در میان فناوری های صنعتی اثبات شده، هیدروژن زدایی کاتالیزوری هیدروکربن های اشباع نیز باید مورد توجه قرار گیرد.
برنامه
پروپیلن کاربردهای متنوعی دارد و به همین دلیل در مقیاس وسیع در صنعت تولید می شود. این هیدروکربن غیراشباع ظاهر خود را مدیون کار ناتا است. در اواسط قرن بیستم، او فناوری پلیمریزاسیون را با استفاده از سیستم کاتالیزوری زیگلر توسعه داد.
Natta توانست محصولی منظم به دست آورد که آن را ایزوتاکتیک نامید، زیرا در ساختار گروه های متیل در یک طرف زنجیره قرار داشتند. با توجه به این نوع "بسته بندی" مولکول های پلیمری، ماده پلیمری حاصل از ویژگی های مکانیکی عالی برخوردار است. پلی پروپیلن برای ساخت الیاف مصنوعی استفاده می شود و به عنوان یک جرم پلاستیکی مورد تقاضا است.
تقریباً ده درصد از پروپیلن نفتی برای تولید اکسید آن مصرف می شود. تا اواسط قرن گذشته این ماده آلی به روش کلروهیدرین به دست می آمد. واکنش از طریق تشکیل محصول میانی پروپیلن کلروهیدرین ادامه یافت. این فناوری دارای معایب خاصی است که با استفاده از کلر گران قیمت و آهک خرد شده مرتبط است.
در زمان ما، این فناوری با فرآیند چالکون جایگزین شده است. این بر اساس برهمکنش شیمیایی پروپن با هیدروپراکسیدها است. پروپیلن اکسید در سنتز پروپیلن گلیکول استفاده می شود که در ساخت فوم های پلی یورتان استفاده می شود. به عنوان مواد بالشتکی عالی در نظر گرفته می شوند، آنها برای ساخت بسته بندی، فرش، مبلمان، مواد عایق حرارتی، مایعات جاذب و مواد فیلتر استفاده می شوند.
علاوه بر این، از جمله کاربردهای اصلی پروپیلن، باید به سنتز استون و ایزوپروپیل الکل اشاره کرد. ایزوپروپیل الکل، به عنوان یک حلال عالی، یک محصول شیمیایی ارزشمند در نظر گرفته می شود. در آغاز قرن بیستم این محصول ارگانیک به روش اسید سولفوریک به دست آمد.
علاوه بر این، فناوری هیدراتاسیون مستقیم پروپن با وارد کردن کاتالیزورهای اسیدی به مخلوط واکنش توسعه یافته است. حدود نیمی از کل پروپانول تولید شده صرف سنتز استون می شود. این واکنش شامل حذف هیدروژن است، در دمای 380 درجه سانتیگراد انجام می شود. کاتالیزورهای این فرآیند روی و مس هستند.
در میان کاربردهای مهم پروپیلن، هیدروفرمیلاسیون جایگاه ویژه ای را به خود اختصاص می دهد. پروپن برای تولید آلدئیدها استفاده می شود. اکسی سنتز از اواسط قرن گذشته در کشور ما مورد استفاده قرار گرفته است. در حال حاضر این واکنش جایگاه مهمی در پتروشیمی دارد. برهمکنش شیمیایی پروپیلن با گاز سنتز (مخلوطی از مونوکسید کربن و هیدروژن) در دمای 180 درجه، کاتالیزور اکسید کبالت و فشار 250 اتمسفر، تشکیل دو آلدئید مشاهده می شود. یکی ساختار معمولی دارد، دومی منحنی داردزنجیره کربن.
بلافاصله پس از کشف این فرآیند تکنولوژیکی، این واکنش بود که موضوع تحقیقات بسیاری از دانشمندان شد. آنها به دنبال راه هایی برای نرم کردن شرایط جریان آن بودند، سعی کردند درصد آلدئید منشعب را در مخلوط حاصل کاهش دهند.
برای این کار، فرآیندهای اقتصادی اختراع شد که شامل استفاده از کاتالیزورهای دیگر است. کاهش دما، فشار، افزایش بازده آلدئید خطی امکان پذیر بود.
استرهای اکریلیک اسید که با پلیمریزاسیون پروپیلن نیز مرتبط هستند به عنوان کوپلیمر استفاده می شوند. حدود 15 درصد از پروپن پتروشیمی به عنوان ماده اولیه برای ایجاد آکرونیتریل استفاده می شود. این جزء ارگانیک برای ساخت یک فیبر شیمیایی ارزشمند - نیترون، ایجاد پلاستیک، تولید لاستیک ضروری است.
نتیجه گیری
پلی پروپیلن در حال حاضر بزرگترین صنعت پتروشیمی محسوب می شود. تقاضا برای این پلیمر باکیفیت و ارزان در حال افزایش است، بنابراین به تدریج جایگزین پلی اتیلن می شود. این در ایجاد بسته بندی سفت و سخت، بشقاب، فیلم، قطعات خودرو، کاغذ مصنوعی، طناب، قطعات فرش و همچنین برای ایجاد انواع تجهیزات خانگی ضروری است. در آغاز قرن بیست و یکم، تولید پلی پروپیلن در رتبه دوم صنعت پلیمر قرار گرفت. با در نظر گرفتن تقاضای صنایع مختلف می توان نتیجه گرفت که روند تولید پروپیلن و اتیلن در مقیاس بزرگ در آینده نزدیک ادامه خواهد داشت.
