Clorur de vinil (clorur de vinil): propietats, fórmula, producció industrial a Rússia

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2024-01-02 13:51

El clorur de vinil és un dels derivats més senzills de l'acetilè que s'obté afegint clorur d'hidrogen. El principal tipus de reaccions químiques en què intervé aquesta substància és el procés de polimerització. El producte final, el PVC, s'utilitza àmpliament en tots els àmbits de l'activitat humana. El procés de fabricació del compost i els seus derivats s'acompanya de l'alliberament de substàncies volàtils, que tenen un fort efecte tòxic sobre el cos humà.

Descripció general

El clorur de vinil (clorur de vinil) és un dels compostos químics més utilitzats ja que és la matèria primera per a la producció de PVC. Aquesta substància va ser obtinguda per primera vegada per Liebig l'any 1830 a Alemanya a partir de dicloroetano i carbonat de potassi alcohòlic. Després de 42 anys, un altre químic alemany, Eugen Baumann, va cridar l'atenció sobre el fet que quan s'emmagatzemen a la llum, els flocs comencen a precipitar del clorur de vinil. Aquest científic es considera el descobridor del clorur de polivinil.

Al principi, aquest compost no va despertar cap interès entre els comerciants i fabricants de productes químics. La seva producció a escala industrialva començar als anys 30. Segle XX.

La fórmula empírica del clorur de vinil és: C₂H_{3Cl. La fórmula estructural es mostra a la figura següent.}

En condicions normals, el clorur de vinil és un gas incolor, però com que el seu punt d'ebullició és de -13 °C, normalment es manipula en estat líquid.

Propietats químiques del clorur de vinil

Les principals reaccions inherents a aquesta substància són:

• polimerització.
• Substitució de l'enllaç carboni-clor. Aquest procés produeix alcoholats i vinil èsters. L'àtom de clor es substitueix en presència de catalitzadors: halogenurs, pal·ladi i sals d' altres metalls. Si s'utilitza alcohol com a dissolvents, es sintetitzen els èsters.
• Oxidació amb oxigen en fase gasosa. Els productes d'aquesta reacció són clorur de formil, monòxid de carboni, àcid clorhídric i àcid fòrmic. S'observa una oxidació completa amb la participació d'un catalitzador de cromita de cob alt o en una solució aquosa amb permanganat de potassi. La reacció amb l'ozó en estat líquid i gasós del clorur de vinil condueix a la formació de clorur de formil i àcid fòrmic. La combustió espontània produeix monòxid de carboni, àcid clorhídric i fosgen tòxic (en petites quantitats).
• Reaccions addicionals. Per obtenir el tricloroetano, que s'utilitza com a dissolvent, es realitza la reacció d'addició de clor: pel mecanisme iònic (en fase líquida, en absència de llum, utilitzant un catalitzador a base de metalls de transició) o pel radicalreaccions (a temperatura elevada). També es sintetitzen productes de clorur de vinil útils per catàlisi àcida i hidrogenació.
• Fotodisociació. Sota l'acció de la llum amb una longitud d'ona de 193 nm, els grups HCl i Cl es separen de la molècula de clorur de vinil.
• Piròlisi. El clorur de vinil és més resistent a la descomposició tèrmica que altres haloalcans d'aquest tipus. La piròlisi comença a 550 °C. A 680 °C, el rendiment d'acetilè, àcid clorhídric, cloropré i vinilacetilè és d'aproximadament el 35%. En presència d'aigua, el clorur de vinil corroirà el ferro, l'acer i l'alumini alliberant HCl.

Reacció de polimerització

El monòmer de clorur de vinil pot existir durant molt de temps en condicions normals. L'aparició de radicals com a resultat de reaccions foto- o termoquímiques condueix a l'activació de la polimerització.

Aquest procés té lloc en 3 etapes i es mostra a la figura següent.

Característiques físiques

Les principals propietats físiques del compost en condicions normals són les següents:

• pes molecular: 62.499;
• punt de fusió - 119 K;
• punt d'ebullició - 259 K;
• capacitat de calor en estat líquid – 84 J/(mol∙K);
• tensió de vapor a 0 °C - 175 kPa;
• Viscositat a -20 °C – 0,272 mPa∙s;
• límit inferior d'explosivitat - 8,6% (en volum);
• temperatura d'encesa automàtica - 745 K.

La substància té una bona solubilitat en hidrocarburs,olis, alcohols, líquids orgànics; pràcticament immiscible amb aigua.

Rebre

Hi ha diverses maneres industrials d'obtenir clorur de vinil:

• com a resultat de la reacció de l'àcid clorhídric amb l'acetilè;
• d'etilè i clor (cloració directa d'etilè, obtenció de diclorur d'etilè, la seva piròlisi a clorur de vinil);
• oxicloració d'etilè;
• mètode combinat (cloració directa, piròlisi de diclorur d'etilè, oxicloració): un procés d'equilibri d'etilè i clor sense formació ni consum d'àcid clorhídric.

Actualment, aquesta darrera opció és la més comuna i rendible. La quantitat de clorur de vinil obtinguda per aquesta tecnologia és més del 95% de la producció mundial total. La química de les reaccions es mostra a la figura següent.

Tot el volum d'àcid, que s'obté durant la piròlisi del diclorur d'etilè, s'utilitza com a matèria primera en la següent fase de producció (oxicloració). El producte resultant es purifica per destil·lació, els subproductes s'utilitzen en la producció de dissolvents o es reciclen.

Producció a Rússia

A Rússia, la producció de clorur de vinil a partir d'acetilè es realitza a les empreses següents:

• AK Azot, (Novomoskovsk, regió de Tula).
• JSC Plastcard (Volgograd).
• JSC Khimprom(Volgograd).
• Usolekhimprom JSC, (Usolye-Sibirskoye, regió d'Irkutsk).

A partir de l'etilè, la síntesi d'una substància es porta a terme en organitzacions com ara:

• JSC "Sayanskkhimplast" (Sayansk).
• JSC Sibur-Neftekhim (Caprolactama, Dzerzhinsk).
• ZAO Kaustik (Sterlitamak).

La síntesi a partir d'acetilè es considera una tecnologia obsoleta. L'ús d'etilè com a matèria primera té els avantatges següents:

• matèries primeres més barates i assequibles;
• alt rendiment de producte acabat;
• baix consum d'energia i aigua;
• possibilitat de construir línies de producció d' alta capacitat.

Aquest mètode ha estat utilitzat pels fabricants líders del món durant més de 40 anys. Les principals direccions prometedores per al desenvolupament de la producció industrial de clorur de vinil a Rússia són la introducció de noves capacitats, la transició a la matèria primera d'etan, la difusió de la tecnologia d'oxicloració assistida per oxigen i el desenvolupament d'indústries relacionades per a la venda de sosa càustica, que es forma com a subproducte.

Aplicació

La gran majoria del clorur de vinil produït s'utilitza per fer clorur de polivinil (PVC). Segons les estadístiques, més del 50% de la producció d'aquest polímer es produeix a Àsia.

El clorur de polivinil és el material més versàtil de tots els polímers. Es pot utilitzar tant per a la producció d'estructures rígides d'edificació (tubes, revestiment de parets exteriors, perfils) comproductes elàstics (filferros, cables, materials per a cobertes). A diferència d' altres materials polimèrics, el clorur de polivinil sota la influència dels raigs ultraviolats, l'oxidació i els hidrocarburs líquids no només es descompon, sinó que també enllaça parcialment les cadenes de polímers. Aquesta propietat s'associa amb la presència d'àtoms de clor a l'estructura del compost. L' alta competitivitat del PVC també s'explica pel seu baix preu.

PVC s'utilitza per fer els productes següents (en ordre descendent de volum de producció):

• tubes i els seus accessoris;
• revestiment;
• finestres, portes;
• perfils (incloses tanques i cobertes);
• revestiments de terra;
• materials per a cobertes;
• productes de consum;
• embalatge;
• cables i cables (beina, aïllament);
• subministraments mèdics;
• recobriments, adhesius.

Altres usos

Una petita proporció de clorur de vinil (al voltant de l'1%) s'utilitza per produir copolímers, dels quals les combinacions amb acetat de vinil, clorur de vinilidè, monòmers de sèries acríliques i alfa-olefines són d'importància pràctica. El primer tipus de copolímers és el més estès. Aquests materials tenen els noms comercials següents:

• vestolite;
• hostalitis;
• winnol;
• lukovil;
• corvik;
• jeon;
• sikron i altres.

S'utilitzen per fer productes com ara:

• linòleum i altres revestiments de sòls;
• marcs de finestres;
• rajoles de cara;
• cuir artificial;
• pel·lícula;
• vernissos;
• no teixits.

Toxicitat

El clorur de vinil fa referència a compostos altament perillosos que provoquen un deteriorament greu del cos humà. La substància és volàtil i la principal via d'entrada és la inhalació. La font és la producció de clorur de vinil, PVC i els seus productes.

El clorur de vinil causa alteracions en els òrgans i sistemes següents:

• Depressió del SNC (mareig, desorientació, coma tòxic);
• dany al teixit conjuntiu i als vasos sanguinis;
• deteriorament de la funció reproductiva;
• efecte cancerígen (el més sovint es detecta angiosarcoma del fetge, es desenvolupen tumors i altres localitzacions);
• sistema digestiu: hepatitis, colecistitis, colangitis, gastritis, úlcera pèptica;
• sistema circulatori i hematopoètic: hipertensió, mal altia coronària, eosinofília, trombocitopènia;
• alteracions del colesterol i del metabolisme general;
• efecte mutagènic, formació d'aberracions cromosòmiques;
• inhibició de la protecció antimicrobiana, forces immunitàries reduïdes.

Amb una exposició prolongada (de sis mesos a 3 anys) a dosis tòxiques d'aquesta substància, es produeix la "mal altia del clorur de vinil". El seu desenvolupament passa per 3 etapes, que es caracteritzen per les següents característiques:

1. Debilitat, migranya, nàusees, anèmia, dolor de les falanges ungueals de les extremitats, així com la seva destruccióossos. Quan la influència nociva s'atura, els canvis són reversibles.
2. Inflamació dels nervis perifèrics, que provoca pèrdua de sensació; arítmia, dolor a la zona del cor, violació de la termoregulació.
3. Dificultat de la memòria, al·lucinacions, fluctuacions oculars involuntàries, imatge doble, alteracions del son, disminució del rendiment, dolor d'estómac, nàusees, vòmits, augment de les patologies òssies.