Qual è la polimerizzazione del propilene? Quali sono le caratteristiche di questa reazione chimica? Proviamo a trovare risposte dettagliate a queste domande.
Caratteristiche dei collegamenti
Gli schemi di reazione di polimerizzazione dell'etilene e del propilene dimostrano le proprietà chimiche tipiche che hanno tutti i membri della classe delle olefine. Questa classe ha ricevuto un nome così insolito dal vecchio nome dell'olio utilizzato nella produzione chimica. Nel 18° secolo si ottenne il cloruro di etilene, che era una sostanza liquida oleosa.
Tra le caratteristiche di tutti i rappresentanti della classe degli idrocarburi alifatici insaturi, notiamo la presenza in essi di un doppio legame.
La polimerizzazione radicalica del propilene si spiega proprio con la presenza di un doppio legame nella struttura della sostanza.
Formula generale
Per tutti i rappresentanti della serie omologa degli alcheni, la formula generale ha la forma СpН2p. La quantità insufficiente di idrogeni nella struttura spiega la particolarità delle proprietà chimiche di questi idrocarburi.
Equazione della reazione di polimerizzazione del propileneè una conferma diretta della possibilità di un'interruzione di tale connessione quando si utilizzano temperature elevate e un catalizzatore.
Il radicale insaturo è chiamato allile o propenil-2. Perché polimerizzare il propilene? Il prodotto di questa interazione viene utilizzato per sintetizzare la gomma sintetica, che, a sua volta, è richiesta nella moderna industria chimica.
Proprietà fisiche
L'equazione di polimerizzazione del propilene conferma non solo le proprietà chimiche, ma anche fisiche di questa sostanza. Il propilene è una sostanza gassosa con basso punto di ebollizione e di fusione. Questo rappresentante della classe degli alcheni ha una leggera solubilità in acqua.
Proprietà chimiche
Le equazioni di reazione per la polimerizzazione del propilene e dell'isobutilene mostrano che i processi procedono attraverso un doppio legame. Gli alcheni agiscono come monomeri e i prodotti finali di tale interazione saranno polipropilene e poliisobutilene. È il legame carbonio-carbonio che verrà distrutto durante tale interazione e alla fine si formeranno le strutture corrispondenti.
Al doppio legame si formano nuovi legami semplici. Come procede la polimerizzazione del propilene? Il meccanismo di questo processo è simile al processo che si verifica in tutti gli altri rappresentanti di questa classe di idrocarburi insaturi.
La reazione di polimerizzazione del propilene prevede diverse opzioniperdite. Nel primo caso, il processo viene effettuato in fase gassosa. Secondo la seconda opzione, la reazione avviene in fase liquida.
Inoltre, anche la polimerizzazione del propilene procede secondo alcuni processi obsoleti che prevedono l'uso di un idrocarburo liquido saturo come mezzo di reazione.
Tecnologia moderna
La polimerizzazione del propilene sfuso utilizzando la tecnologia Spheripol è una combinazione di un reattore in sospensione per la produzione di omopolimeri. Il processo prevede l'uso di un reattore in fase gassosa con un letto pseudo-liquido per creare copolimeri a blocchi. In questo caso, la reazione di polimerizzazione del propilene comporta l'aggiunta di catalizzatori compatibili aggiuntivi al dispositivo, nonché la prepolimerizzazione.
Caratteristiche del processo
La tecnologia prevede la miscelazione dei componenti in uno speciale dispositivo progettato per la trasformazione preliminare. Inoltre, questa miscela viene aggiunta ai reattori di polimerizzazione ad anello, dove entrano sia l'idrogeno che il propilene esaurito.
I reattori funzionano a temperature comprese tra 65 e 80 gradi Celsius. La pressione nel sistema non supera i 40 bar. I reattori, disposti in serie, sono utilizzati in impianti progettati per la produzione di grandi volumi di prodotti polimerici.
La soluzione polimerica viene rimossa dal secondo reattore. La polimerizzazione del propilene prevede il trasferimento della soluzione in un degasatore pressurizzato. Qui viene eseguita la rimozione dell'omopolimero in polvere dal monomero liquido.
Produzione di copolimeri a blocchi
Equazione di polimerizzazione del propilene CH2 =CH - CH3 in questa situazione ha un meccanismo di flusso standard, ci sono differenze solo nelle condizioni di processo. Insieme al propilene e all'etene, la polvere del degasatore va ad un reattore in fase gassosa funzionante ad una temperatura di circa 70 gradi Celsius e ad una pressione non superiore a 15 bar.
I copolimeri a blocchi, dopo essere stati rimossi dal reattore, entrano in uno speciale sistema di rimozione della polvere polimerica dal monomero.
La polimerizzazione del propilene e dei butadieni resistenti agli urti consente l'utilizzo di un secondo reattore in fase gassosa. Ti permette di aumentare il livello di propilene nel polimero. Inoltre, è possibile aggiungere additivi al prodotto finito, l'uso della granulazione, che migliora la qualità del prodotto risultante.
Specificità della polimerizzazione degli alcheni
Ci sono alcune differenze tra la produzione di polietilene e polipropilene. L'equazione di polimerizzazione del propilene chiarisce che si intende un regime di temperatura diverso. Inoltre, esistono alcune differenze nella fase finale della catena tecnologica, nonché nelle aree di utilizzo dei prodotti finali.
Il perossido viene utilizzato per resine che hanno eccellenti proprietà reologiche. Hanno un maggiore livello di flusso fuso, proprietà fisiche simili a quei materiali che hanno una bassa velocità di flusso.
Resina,aventi ottime proprietà reologiche, trovano impiego nel processo di stampaggio ad iniezione, così come nel caso della fabbricazione di fibre.
Per aumentare la trasparenza e la resistenza dei materiali polimerici, i produttori stanno cercando di aggiungere speciali additivi cristallizzanti alla miscela di reazione. Parte dei materiali trasparenti in polipropilene vengono gradualmente sostituiti da altri materiali nel campo del soffiaggio e della colata.
Caratteristiche della polimerizzazione
La polimerizzazione del propilene in presenza di carbone attivo procede più velocemente. Attualmente viene utilizzato un complesso catalitico di carbonio con un metallo di transizione, basato sulla capacità di adsorbimento del carbonio. Il risultato della polimerizzazione è un prodotto con prestazioni eccellenti.
I parametri principali del processo di polimerizzazione sono la velocità di reazione, nonché il peso molecolare e la composizione stereoisomerica del polimero. Sono importanti anche la natura fisica e chimica del catalizzatore, il mezzo di polimerizzazione, il grado di purezza dei componenti del sistema di reazione.
Un polimero lineare si ottiene sia in fase omogenea che eterogenea, quando si parla di etilene. Il motivo è l'assenza di isomeri spaziali in questa sostanza. Per ottenere il polipropilene isotattico, si tenta di utilizzare cloruri di titanio solidi, oltre a composti organoalluminio.
Utilizzando un complesso adsorbito su cloruro di titanio cristallino (3), è possibile ottenere un prodotto con le caratteristiche desiderate. La regolarità del reticolo di supporto non è un fattore sufficiente perl'acquisizione di alta stereospecificità da parte del catalizzatore. Ad esempio, se si sceglie lo ioduro di titanio (3), si ottiene più polimero atattico.
I componenti catalitici considerati hanno un carattere Lewis, quindi sono associati alla selezione del mezzo. Il mezzo più vantaggioso è l'uso di idrocarburi inerti. Poiché il cloruro di titanio (5) è un adsorbente attivo, vengono generalmente scelti idrocarburi alifatici. Come procede la polimerizzazione del propilene? La formula del prodotto è (-CH2-CH2-CH2-)p. Lo stesso algoritmo di reazione è simile al corso della reazione in altri rappresentanti di questa serie omologa.
Interazione chimica
Analizziamo le principali opzioni di interazione per il propilene. Considerando che c'è un doppio legame nella sua struttura, le reazioni principali procedono proprio con la sua distruzione.
L'alogenazione procede a temperatura normale. Nel sito della rottura del legame complesso, si verifica l'aggiunta senza ostacoli dell'alogeno. Come risultato di questa interazione, si forma un composto dialogenato. La parte più difficile è la iodizzazione. La bromurazione e la clorazione procedono senza condizioni aggiuntive e costi energetici. La fluorurazione del propilene è esplosiva.
La reazione di idrogenazione prevede l'uso di un acceleratore aggiuntivo. Platino e nichel agiscono come catalizzatori. Come risultato dell'interazione chimica del propilene con l'idrogeno, si forma il propano, un rappresentante della classe degli idrocarburi saturi.
Idratazione (aggiunta di acqua)effettuato secondo la regola di V. V. Markovnikov. La sua essenza è attaccare un atomo di idrogeno al doppio legame del propilene, che ha la sua massima quantità. In questo caso, l'alogeno si legherà a quel C, che ha il numero minimo di idrogeno.
Il propilene è caratterizzato dalla combustione nell'ossigeno atmosferico. Come risultato di questa interazione, si otterranno due prodotti principali: anidride carbonica, vapore acqueo.
Quando questa sostanza chimica è esposta a forti agenti ossidanti, come il permanganato di potassio, si osserva la sua decolorazione. Tra i prodotti della reazione chimica ci sarà un alcol diidrico (glicole).
Produzione di propilene
Tutti i metodi possono essere suddivisi in due gruppi principali: di laboratorio, industriali. In condizioni di laboratorio, il propilene può essere ottenuto scindendo l'alogenuro di idrogeno dall'aloalchile originale esponendolo a una soluzione alcolica di idrossido di sodio.
Il propilene è formato dall'idrogenazione catalitica del propino. In condizioni di laboratorio, questa sostanza può essere ottenuta mediante disidratazione del propanolo-1. In questa reazione chimica, l'acido fosforico o solforico, l'ossido di alluminio sono usati come catalizzatori.
Come viene prodotto il propilene in grandi volumi? A causa del fatto che questa sostanza chimica è rara in natura, sono state sviluppate opzioni industriali per la sua produzione. Il più comune è l'isolamento dell'alchene dai prodotti petroliferi.
Ad esempio, il petrolio greggio viene crackizzato in uno speciale letto fluido. Il propilene si ottiene per pirolisi della frazione benzina. Aattualmente, l'alchene è isolato anche dal gas associato, dai prodotti gassosi della cokefazione del carbone.
Ci sono varie opzioni per la pirolisi del propilene:
- in forni tubolari;
- in un reattore usando un refrigerante al quarzo;
- Processo Lavrovsky;
- pirolisi autotermica secondo il metodo Barthlome.
Tra le collaudate tecnologie industriali va segnalata anche la deidrogenazione catalitica di idrocarburi saturi.
Applicazione
Il propilene ha una varietà di applicazioni e quindi viene prodotto su larga scala nell'industria. Questo idrocarburo insaturo deve il suo aspetto all'opera di Natta. A metà del ventesimo secolo, sviluppò la tecnologia di polimerizzazione utilizzando il sistema catalitico Ziegler.
Natta riuscì ad ottenere un prodotto stereoregolare, che chiamò isotattico, poiché nella struttura i gruppi metilici si trovavano su un lato della catena. A causa di questo tipo di "imballaggio" di molecole polimeriche, la sostanza polimerica risultante ha eccellenti caratteristiche meccaniche. Il polipropilene è usato per produrre fibre sintetiche ed è richiesto come massa plastica.
Per produrre il suo ossido viene consumato circa il dieci percento del propilene del petrolio. Fino alla metà del secolo scorso questa sostanza organica veniva ottenuta con il metodo della cloridrina. La reazione è proseguita attraverso la formazione del prodotto intermedio cloridrina di propilene. Questa tecnologia presenta alcuni svantaggi, associati all'uso del costoso cloro e della calce spenta.
Ai nostri tempi, questa tecnologia è stata sostituita dal processo a calcone. Si basa sull'interazione chimica del propene con gli idroperossidi. L'ossido di propilene viene utilizzato nella sintesi del glicole propilenico, che viene utilizzato nella produzione di schiume poliuretaniche. Considerati ottimi materiali di imbottitura, vengono utilizzati per realizzare imballaggi, tappeti, mobili, materiali per l'isolamento termico, liquidi assorbenti e materiali filtranti.
Inoltre, tra le principali applicazioni del propilene, è necessario citare la sintesi di acetone e alcol isopropilico. L'alcol isopropilico, essendo un ottimo solvente, è considerato un prezioso prodotto chimico. Agli inizi del Novecento questo prodotto biologico si otteneva con il metodo dell'acido solforico.
Inoltre, è stata sviluppata la tecnologia dell'idratazione diretta del propene con l'introduzione di catalizzatori acidi nella miscela di reazione. Circa la metà di tutto il propanolo prodotto viene speso per la sintesi dell'acetone. Questa reazione comporta l'eliminazione dell'idrogeno, viene effettuata a 380 gradi Celsius. I catalizzatori in questo processo sono zinco e rame.
Tra gli usi importanti del propilene, l'idroformilazione occupa un posto speciale. Il propene è usato per produrre aldeidi. L'ossisintesi è stata utilizzata nel nostro paese dalla metà del secolo scorso. Attualmente, questa reazione occupa un posto importante nella petrolchimica. L'interazione chimica del propilene con il gas di sintesi (una miscela di monossido di carbonio e idrogeno) a una temperatura di 180 gradi, un catalizzatore di ossido di cob alto e una pressione di 250 atmosfere, si osserva la formazione di due aldeidi. Uno ha una struttura normale, il secondo ha una curvacatena di carbonio.
Subito dopo la scoperta di questo processo tecnologico, è stata questa reazione a diventare oggetto di ricerca per molti scienziati. Stavano cercando modi per ammorbidire le condizioni del suo flusso, hanno cercato di ridurre la percentuale di aldeide ramificata nella miscela risultante.
Per questo sono stati inventati processi economici che prevedono l'uso di altri catalizzatori. È stato possibile ridurre la temperatura, la pressione, aumentare la resa di aldeide lineare.
Gli esteri dell'acido acrilico, che sono anche associati alla polimerizzazione del propilene, sono usati come copolimeri. Circa il 15 percento del propene petrolchimico viene utilizzato come materiale di partenza per creare acrionitrile. Questo componente organico è necessario per la produzione di una fibra chimica preziosa: il nitrone, la creazione di materie plastiche, la produzione di gomma.
Conclusione
Il polipropilene è attualmente considerato la più grande industria petrolchimica. La domanda di questo polimero di alta qualità ed economico è in crescita, quindi sta gradualmente sostituendo il polietilene. È indispensabile nella creazione di imballaggi rigidi, lastre, pellicole, parti di automobili, carta sintetica, corde, parti di moquette, nonché per la creazione di una varietà di elettrodomestici. All'inizio del ventunesimo secolo, la produzione di polipropilene era al secondo posto nell'industria dei polimeri. Tenendo conto delle richieste di vari settori, possiamo concludere che il trend della produzione su larga scala di propilene ed etilene continuerà nel prossimo futuro.
