რა არის პროპილენის პოლიმერიზაცია? რა არის ამ ქიმიური რეაქციის მახასიათებლები? შევეცადოთ ვიპოვოთ დეტალური პასუხები ამ კითხვებზე.
კავშირების მახასიათებლები
ეთილენისა და პროპილენის პოლიმერიზაციის რეაქციის სქემები აჩვენებენ ტიპურ ქიმიურ თვისებებს, რაც გააჩნია ოლეფინის კლასის ყველა წევრს. ამ კლასმა მიიღო ასეთი უჩვეულო სახელი ქიმიურ წარმოებაში გამოყენებული ზეთის ძველი სახელიდან. მე-18 საუკუნეში მიიღეს ეთილენქლორიდი, რომელიც წარმოადგენდა ზეთოვან თხევად ნივთიერებას.
უჯერი ალიფატური ნახშირწყალბადების კლასის ყველა წარმომადგენლის მახასიათებლებს შორის აღვნიშნავთ მათში ერთი ორმაგი ბმის არსებობას.
პროპილენის რადიკალური პოლიმერიზაცია აიხსნება ზუსტად ნივთიერების სტრუქტურაში ორმაგი ბმის არსებობით.
ზოგადი ფორმულა
ალკენების ჰომოლოგიური სერიის ყველა წარმომადგენლისთვის, ზოგად ფორმულას აქვს ფორმა СpН2p. სტრუქტურაში წყალბადების არასაკმარისი რაოდენობა ხსნის ამ ნახშირწყალბადების ქიმიური თვისებების თავისებურებას.
პროპილენის პოლიმერიზაციის რეაქციის განტოლებაარის პირდაპირი დადასტურება ასეთი კავშირის შეწყვეტის შესაძლებლობის ამაღლებული ტემპერატურისა და კატალიზატორის გამოყენებისას.
უჯერი რადიკალი ეწოდება ალილ ან პროპენილ-2. რატომ ხდება პროპილენის პოლიმერიზაცია? ამ ურთიერთქმედების პროდუქტი გამოიყენება სინთეზური რეზინის სინთეზისთვის, რომელიც, თავის მხრივ, მოთხოვნადია თანამედროვე ქიმიურ ინდუსტრიაში.
ფიზიკური თვისებები
პროპილენის პოლიმერიზაციის განტოლება ადასტურებს ამ ნივთიერების არა მხოლოდ ქიმიურ, არამედ ფიზიკურ თვისებებს. პროპილენი არის აირისებრი ნივთიერება დაბალი დუღილისა და დნობის წერტილით. ალკენების კლასის ამ წარმომადგენელს აქვს წყალში მცირე ხსნადობა.
ქიმიური თვისებები
პროპილენისა და იზობუტილენის პოლიმერიზაციის რეაქციის განტოლებები აჩვენებს, რომ პროცესები მიმდინარეობს ორმაგი ბმის მეშვეობით. ალკენები მოქმედებენ როგორც მონომერები და ასეთი ურთიერთქმედების საბოლოო პროდუქტები იქნება პოლიპროპილენი და პოლიიზობუტილენი. სწორედ ნახშირბად-ნახშირბადის ბმა განადგურდება ასეთი ურთიერთქმედების დროს და საბოლოოდ წარმოიქმნება შესაბამისი სტრუქტურები.
ორმაგი ბმის დროს წარმოიქმნება ახალი მარტივი ბმები. როგორ მიმდინარეობს პროპილენის პოლიმერიზაცია? ამ პროცესის მექანიზმი მსგავსია უჯერი ნახშირწყალბადების ამ კლასის ყველა სხვა წარმომადგენელში მიმდინარე პროცესისა.
პროპილენის პოლიმერიზაციის რეაქცია მოიცავს რამდენიმე ვარიანტსგაჟონავს. პირველ შემთხვევაში, პროცესი ტარდება გაზის ფაზაში. მეორე ვარიანტის მიხედვით რეაქცია მიმდინარეობს თხევად ფაზაში.
გარდა ამისა, პროპილენის პოლიმერიზაცია ასევე მიმდინარეობს ზოგიერთი მოძველებული პროცესის მიხედვით, რომელიც მოიცავს გაჯერებული თხევადი ნახშირწყალბადის გამოყენებას რეაქციის საშუალებად.
თანამედროვე ტექნოლოგია
პროპილენის პოლიმერიზაცია ნაყარი სფერიპოლის ტექნოლოგიის გამოყენებით არის ნადუღის რეაქტორის კომბინაცია ჰომოპოლიმერების წარმოებისთვის. პროცესი მოიცავს გაზის ფაზის რეაქტორის გამოყენებას ფსევდო-თხევადი კალაპოტით ბლოკის კოპოლიმერების შესაქმნელად. ამ შემთხვევაში პროპილენის პოლიმერიზაციის რეაქცია გულისხმობს მოწყობილობაში დამატებითი თავსებადი კატალიზატორების დამატებას, ასევე წინასწარ პოლიმერიზაციას.
პროცესის მახასიათებლები
ტექნოლოგია გულისხმობს კომპონენტების შერევას სპეციალურ მოწყობილობაში, რომელიც განკუთვნილია წინასწარი ტრანსფორმაციისთვის. გარდა ამისა, ეს ნარევი ემატება მარყუჟის პოლიმერიზაციის რეაქტორებს, სადაც შედის წყალბადი და დახარჯული პროპილენი.
რეაქტორები მუშაობენ 65-დან 80 გრადუს ცელსიუსამდე ტემპერატურაზე. სისტემაში წნევა არ აღემატება 40 ბარს. რეაქტორები, რომლებიც რიგად არის მოწყობილი, გამოიყენება საწარმოებში, რომლებიც განკუთვნილია პოლიმერული პროდუქტების დიდი მოცულობის წარმოებისთვის.
პოლიმერული ხსნარი ამოღებულია მეორე რეაქტორიდან. პროპილენის პოლიმერიზაცია გულისხმობს ხსნარის გადატანას წნევის ქვეშ მყოფ დეგაზერში.აქ ხდება ფხვნილის ჰომოპოლიმერის ამოღება თხევადი მონომერიდან.
ბლოკური კოპოლიმერების წარმოება
პროპილენის პოლიმერიზაციის განტოლება CH2 =CH - CH3 ამ სიტუაციაში აქვს სტანდარტული ნაკადის მექანიზმი, განსხვავებებია მხოლოდ პროცესის პირობებში. პროპილენთან და ეთენთან ერთად, დეგაზატორის ფხვნილი მიდის გაზის ფაზის რეაქტორში, რომელიც მუშაობს დაახლოებით 70 გრადუს ცელსიუს ტემპერატურაზე და არაუმეტეს 15 ბარის წნევაზე.
ბლოკური კოპოლიმერები, რეაქტორიდან ამოღების შემდეგ, შედიან სპეციალურ სისტემაში პოლიმერის ფხვნილის მოხსნის მონომერიდან.
პროპილენისა და ზემოქმედებისადმი მდგრადი ბუტადიენების პოლიმერიზაცია იძლევა მეორე გაზის ფაზის რეაქტორის გამოყენების საშუალებას. ეს საშუალებას გაძლევთ გაზარდოთ პროპილენის დონე პოლიმერში. გარდა ამისა, შესაძლებელია მზა პროდუქტზე დანამატების დამატება, გრანულაციის გამოყენება, რაც აუმჯობესებს მიღებული პროდუქტის ხარისხს.
ალკენების პოლიმერიზაციის სპეციფიკა
არის გარკვეული განსხვავებები პოლიეთილენისა და პოლიპროპილენის წარმოებას შორის. პროპილენის პოლიმერიზაციის განტოლება ცხადყოფს, რომ გათვალისწინებულია განსხვავებული ტემპერატურის რეჟიმი. გარდა ამისა, გარკვეული განსხვავებები არსებობს როგორც ტექნოლოგიური ჯაჭვის ბოლო ეტაპზე, ასევე საბოლოო პროდუქტების გამოყენების სფეროებში.
პეროქსიდი გამოიყენება ფისებისთვის, რომლებსაც აქვთ შესანიშნავი რეოლოგიური თვისებები. მათ აქვთ დნობის ნაკადის გაზრდილი დონე, მსგავსი ფიზიკური თვისებები იმ მასალებს, რომლებსაც აქვთ დაბალი დინების სიჩქარე.
ფისოვანი,აქვს შესანიშნავი რეოლოგიური თვისებები, გამოიყენება ინექციური ჩამოსხმის პროცესში, ასევე ბოჭკოების წარმოებისას.
პოლიმერული მასალების გამჭვირვალობისა და სიმტკიცის გასაზრდელად, მწარმოებლები ცდილობენ სარეაქციო ნარევს დაამატონ სპეციალური კრისტალიზებული დანამატები. პოლიპროპილენის გამჭვირვალე მასალების ნაწილი თანდათან იცვლება სხვა მასალებით დაბერვისა და ჩამოსხმის სფეროში.
პოლიმერიზაციის თავისებურებები
პროპილენის პოლიმერიზაცია გააქტიურებული ნახშირბადის თანდასწრებით უფრო სწრაფად მიმდინარეობს. ამჟამად გამოიყენება ნახშირბადის კატალიზური კომპლექსი გარდამავალი ლითონით, ნახშირბადის ადსორბციული შესაძლებლობების საფუძველზე. პოლიმერიზაციის შედეგი არის პროდუქტი შესანიშნავი ეფექტურობით.
პოლიმერიზაციის პროცესის ძირითადი პარამეტრებია რეაქციის სიჩქარე, ასევე პოლიმერის მოლეკულური წონა და სტერეოიზომერული შემადგენლობა. ასევე მნიშვნელოვანია კატალიზატორის ფიზიკური და ქიმიური ბუნება, პოლიმერიზაციის საშუალება, რეაქციის სისტემის კომპონენტების სისუფთავის ხარისხი.
წრფივი პოლიმერი მიიღება როგორც ერთგვაროვან, ასევე ჰეტეროგენულ ფაზაში, როცა საქმე ეთილენს ეხება. მიზეზი ამ ნივთიერებაში სივრცითი იზომერების არარსებობაა. იზოტაქტიკური პოლიპროპილენის მისაღებად ისინი ცდილობენ გამოიყენონ მყარი ტიტანის ქლორიდები, ასევე ალუმინის ორგანული ნაერთები.
კრისტალური ტიტანის ქლორიდზე (3) ადსორბირებული კომპლექსის გამოყენებისას შესაძლებელია სასურველი მახასიათებლების მქონე პროდუქტის მიღება. საყრდენი გისოსების კანონზომიერება არ არის საკმარისი ფაქტორიკატალიზატორის მიერ მაღალი სტერეოსპეციფიკურობის მიღება. მაგალითად, თუ არჩეულია ტიტანის იოდიდი (3), მიიღება მეტი ატაქტიური პოლიმერი.
განხილულ კატალიზურ კომპონენტებს აქვთ ლუისის ხასიათი, შესაბამისად, ისინი დაკავშირებულია საშუალების შერჩევასთან. ყველაზე ხელსაყრელი საშუალებაა ინერტული ნახშირწყალბადების გამოყენება. ვინაიდან ტიტანის (5) ქლორიდი არის აქტიური ადსორბენტი, ჩვეულებრივ არჩევენ ალიფატურ ნახშირწყალბადებს. როგორ მიმდინარეობს პროპილენის პოლიმერიზაცია? პროდუქტის ფორმულა არის (-CH2-CH2-CH2-)გვ. თავად რეაქციის ალგორითმი მსგავსია ამ ჰომოლოგიური სერიის სხვა წარმომადგენლების რეაქციის მიმდინარეობისას.
ქიმიური ურთიერთქმედება
მოდით გავაანალიზოთ პროპილენის ურთიერთქმედების ძირითადი ვარიანტები. იმის გათვალისწინებით, რომ მის სტრუქტურაში არის ორმაგი ბმა, ძირითადი რეაქციები სწორედ მისი განადგურებით მიმდინარეობს.
ჰალოგენაცია მიმდინარეობს ნორმალურ ტემპერატურაზე. კომპლექსური ბმის გაწყვეტის ადგილზე ხდება ჰალოგენის შეუფერხებელი დამატება. ამ ურთიერთქმედების შედეგად წარმოიქმნება დიჰალოგენირებული ნაერთი. ყველაზე რთული ნაწილი იოდიზაციაა. ბრომი და ქლორირება მიმდინარეობს დამატებითი პირობებისა და ენერგიის ხარჯების გარეშე. პროპილენის ფტორირება ფეთქებადია.
ჰიდროგენიზაციის რეაქცია გულისხმობს დამატებითი ამაჩქარებლის გამოყენებას. პლატინა და ნიკელი მოქმედებს როგორც კატალიზატორი. პროპილენის წყალბადთან ქიმიური ურთიერთქმედების შედეგად წარმოიქმნება პროპანი - გაჯერებული ნახშირწყალბადების კლასის წარმომადგენელი.
დატენიანება (წყლის დამატება)განხორციელდა ვ.ვ.მარკოვნიკოვის წესით. მისი არსი არის წყალბადის ატომის მიმაგრება პროპილენის ორმაგ ბმაზე, რომელსაც აქვს თავისი მაქსიმალური რაოდენობა. ამ შემთხვევაში, ჰალოგენი მიემაგრება იმ C-ს, რომელსაც აქვს წყალბადის მინიმალური რაოდენობა.
პროპილენი ახასიათებს წვას ატმოსფერულ ჟანგბადში. ამ ურთიერთქმედების შედეგად მიიღება ორი ძირითადი პროდუქტი: ნახშირორჟანგი, წყლის ორთქლი.
როდესაც ეს ქიმიური ნივთიერება ექვემდებარება ძლიერ ჟანგვის აგენტებს, როგორიცაა კალიუმის პერმანგანატი, შეიმჩნევა მისი გაუფერულება. ქიმიური რეაქციის პროდუქტებს შორის იქნება დიჰიდრული სპირტი (გლიკოლი).
პროპილენის წარმოება
ყველა მეთოდი შეიძლება დაიყოს ორ ძირითად ჯგუფად: ლაბორატორიული, სამრეწველო. ლაბორატორიულ პირობებში პროპილენის მიღება შესაძლებელია წყალბადის ჰალოიდის გამოყოფით ორიგინალური ჰალოალკილიდან მათი ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ალკოჰოლური ხსნარის ზემოქმედებით.
პროპილენი წარმოიქმნება პროპინის კატალიზური ჰიდროგენიზაციის შედეგად. ლაბორატორიულ პირობებში ამ ნივთიერების მიღება შესაძლებელია პროპანოლ-1-ის დეჰიდრატაციით. ამ ქიმიურ რეაქციაში კატალიზატორად გამოიყენება ფოსფორის ან გოგირდის მჟავა, ალუმინის ოქსიდი.
როგორ იწარმოება პროპილენი დიდი მოცულობით? იმის გამო, რომ ეს ქიმიკატი ბუნებაში იშვიათია, შემუშავებულია მისი წარმოების სამრეწველო ვარიანტები. ყველაზე გავრცელებულია ალკენის იზოლაცია ნავთობპროდუქტებისგან.
მაგალითად, ნედლი ნავთობი დაბზარულია სპეციალურ თხევად საწოლში. პროპილენი მიიღება ბენზინის ფრაქციის პიროლიზით. ATამჟამად, ალკენი ასევე იზოლირებულია ასოცირებული აირისგან, ნახშირის კოქსირების აირისებრი პროდუქტებისგან.
პროპილენის პიროლიზის სხვადასხვა ვარიანტებია:
- მილის ღუმელებში;
- რეაქტორში კვარცის გამაგრილებლის გამოყენებით;
- ლავროვსკის პროცესი;
- ავტოთერმული პიროლიზი ბართლომის მეთოდით.
დადასტურებულ სამრეწველო ტექნოლოგიებს შორის ასევე უნდა აღინიშნოს გაჯერებული ნახშირწყალბადების კატალიზური დეჰიდროგენაცია.
აპლიკაცია
პროპილენს აქვს მრავალფეროვანი გამოყენება და, შესაბამისად, იწარმოება ფართო მასშტაბით ინდუსტრიაში. ეს უჯერი ნახშირწყალბადი თავის გარეგნობას ნატას მუშაობას ევალება. მეოცე საუკუნის შუა ხანებში მან შეიმუშავა პოლიმერიზაციის ტექნოლოგია Ziegler-ის კატალიზური სისტემის გამოყენებით.
ნატამ შეძლო მიეღო სტერეორეგულარული პროდუქტი, რომელსაც მან უწოდა იზოტაქტიკა, ვინაიდან სტრუქტურაში მეთილის ჯგუფები განლაგებული იყო ჯაჭვის ერთ მხარეს. პოლიმერული მოლეკულების ამ ტიპის „შეფუთვის“გამო, მიღებულ პოლიმერულ ნივთიერებას აქვს შესანიშნავი მექანიკური მახასიათებლები. პოლიპროპილენი გამოიყენება სინთეზური ბოჭკოების დასამზადებლად და მოთხოვნადია როგორც პლასტმასის მასა.
ნავთობპროპილენის დაახლოებით ათი პროცენტი მოიხმარება მისი ოქსიდის წარმოებისთვის. გასული საუკუნის შუა ხანებამდე ამ ორგანულ ნივთიერებას ქლოროჰიდრინის მეთოდით იღებდნენ. რეაქცია მიმდინარეობდა შუალედური პროდუქტის პროპილენქლოროჰიდრინის წარმოქმნით. ამ ტექნოლოგიას აქვს გარკვეული უარყოფითი მხარეები, რაც დაკავშირებულია ძვირადღირებული ქლორისა და ცაცხვის გამოყენებასთან.
ჩვენს დროში ეს ტექნოლოგია ჩანაცვლდა ქალკონის პროცესით. იგი ეფუძნება პროპენის ქიმიურ ურთიერთქმედებას ჰიდროპეროქსიდებთან. პროპილენის ოქსიდი გამოიყენება პროპილენგლიკოლის სინთეზში, რომელიც გამოიყენება პოლიურეთანის ქაფის წარმოებაში. მიჩნეულია შესანიშნავ დასამშვენებელ მასალად, ისინი გამოიყენება შეფუთვის, ფარდაგების, ავეჯის, თბოსაიზოლაციო მასალების, შთამნთქმელი სითხეების და ფილტრის მასალების დასამზადებლად.
გარდა ამისა, პროპილენის ძირითად გამოყენებას შორის აუცილებელია აღინიშნოს აცეტონის და იზოპროპილის სპირტის სინთეზი. იზოპროპილის სპირტი, როგორც შესანიშნავი გამხსნელი, ითვლება ღირებულ ქიმიურ პროდუქტად. მეოცე საუკუნის დასაწყისში ეს ორგანული პროდუქტი მიიღეს გოგირდმჟავას მეთოდით.
გარდა ამისა, შემუშავებულია პროპენის პირდაპირი დატენიანების ტექნოლოგია რეაქციულ ნარევში მჟავა კატალიზატორების შეყვანით. წარმოებული პროპანოლის დაახლოებით ნახევარი იხარჯება აცეტონის სინთეზზე. ეს რეაქცია გულისხმობს წყალბადის ელიმინაციას, ტარდება 380 გრადუს ცელსიუსზე. ამ პროცესის კატალიზატორებია თუთია და სპილენძი.
პროპილენის მნიშვნელოვან გამოყენებათა შორის განსაკუთრებული ადგილი უკავია ჰიდროფორმილაციას. პროპენი გამოიყენება ალდეჰიდების წარმოებისთვის. ოქსისინთეზი ჩვენს ქვეყანაში გასული საუკუნის შუა ხანებიდან გამოიყენება. ამჟამად ამ რეაქციას მნიშვნელოვანი ადგილი უჭირავს ნავთობქიმიაში. პროპილენის ქიმიური ურთიერთქმედება სინთეზურ გაზთან (ნახშირბადის მონოქსიდისა და წყალბადის ნარევი) 180 გრადუს ტემპერატურაზე, კობალტის ოქსიდის კატალიზატორი და 250 ატმოსფერო წნევა, შეინიშნება ორი ალდეჰიდის წარმოქმნა. ერთს აქვს ნორმალური სტრუქტურა, მეორეს აქვს მრუდინახშირბადის ჯაჭვი.
ამ ტექნოლოგიური პროცესის აღმოჩენისთანავე, სწორედ ეს რეაქცია გახდა მრავალი მეცნიერის კვლევის ობიექტი. ისინი ეძებდნენ გზებს მისი დინების პირობების შესარბილებლად, ცდილობდნენ შეემცირებინათ დატოტვილი ალდეჰიდის პროცენტი მიღებულ ნარევში.
ამისთვის გამოიგონეს ეკონომიკური პროცესები, რომლებიც მოიცავს სხვა კატალიზატორების გამოყენებას. შესაძლებელი გახდა ტემპერატურის, წნევის შემცირება, ხაზოვანი ალდეჰიდის გამოსავლიანობის გაზრდა.
აკრილის მჟავას ეთერები, რომლებიც ასევე დაკავშირებულია პროპილენის პოლიმერიზაციასთან, გამოიყენება კოპოლიმერებად. ნავთობქიმიური პროპენის დაახლოებით 15 პროცენტი გამოიყენება, როგორც საწყისი მასალა აკრიონიტრილის შესაქმნელად. ეს ორგანული კომპონენტი აუცილებელია ძვირფასი ქიმიური ბოჭკოს - ნიტრონის, პლასტმასის შესაქმნელად, რეზინის წარმოებისთვის.
დასკვნა
პოლიპროპილენი ამჟამად ითვლება უდიდეს ნავთობქიმიურ ინდუსტრიად. ამ მაღალხარისხიან და იაფ პოლიმერზე მოთხოვნა იზრდება, ამიტომ ის თანდათან ცვლის პოლიეთილენს. იგი შეუცვლელია ხისტი შეფუთვის, ფირფიტების, ფილმების, საავტომობილო ნაწილების, სინთეტიკური ქაღალდის, თოკების, ხალიჩის ნაწილების შესაქმნელად, ასევე საყოფაცხოვრებო ტექნიკის მრავალფეროვნების შესაქმნელად. ოცდამეერთე საუკუნის დასაწყისში პოლიპროპილენის წარმოება მეორე ადგილზე იყო პოლიმერული ინდუსტრიაში. სხვადასხვა ინდუსტრიის მოთხოვნების გათვალისწინებით, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ პროპილენისა და ეთილენის ფართომასშტაბიანი წარმოების ტენდენცია უახლოეს მომავალში გაგრძელდება.
