Що являє собою полімеризації пропілену? Які особливості перебігу даної хімічної реакції? Спробуємо знайти вичерпні відповіді на ці питання.

Характеристика сполук

Схеми реакцій полімеризації етилену і пропілену демонструють типові хімічні властивості, якими володіють всі представники класу олефінів. Таке незвичайне назва даний клас отримав від старої назви масла, що використовується в хімічному виробництві. У 18 столітті був отриманий хлористий етилен, який представляв собою маслянисту рідке речовина.


Серед особливостей всіх представників класу ненасичених аліфатичних вуглеводнів відзначимо наявність в них однієї подвійний зв'язку. Радикальна полімеризація пропілену пояснюється саме присутністю в структурі речовини подвійний зв'язку.

Загальна формула

У всіх представників гомологічного ряду алкенів загальна формула має вид З п Н 2п . Недостатня кількість воднів в структурі пояснює особливість хімічних властивостей цих вуглеводнів. Рівняння реакції полімеризації пропілену є прямим підтвердженням можливості розриву за такою зв'язку при використанні підвищеної температури і каталізатора. Непредельний радикал називається аллилом або пропенилом-2. Навіщо проводиться полімеризації пропілену? Продукт цієї взаємодії застосовується для синтезу синтетичного каучуку, який, у свою чергу, затребуваний у сучасної хімічної промисловості.

Фізичні властивості

Рівняння полімеризації пропілену підтверджує не тільки хімічні, але і фізичні властивості даної речовини. Пропілен є газоподібною речовиною з невисокими температурами кипіння і плавлення. Даний представник класу алкенів має незначну розчинність у воді.

Хімічні властивості

Рівняння реакції полімеризації пропілену та ізобутилена показують, що процеси протікають по подвійний зв'язку. Як мономерів виступають алкени, а кінцевими продуктами такого взаємодії будуть поліпропілен і поліізобутилен. Саме вуглець-вуглецева зв'язок при подібному взаємодії буде руйнуватися, і в кінцевому підсумку буде утворюватися відповідні структури. По подвійний зв'язку відбувається утворення нових простих зв'язків. Як протікає полімеризації пропілену? Механізм даного процесу аналогічний процесу, протікає у всіх інших представників цього класу ненасичених вуглеводнів. Реакція полімеризації пропілену передбачає кілька варіантів протікання. У першому випадку процес здійснюється в газовій фазі. За другим варіантом реакція йде в рідкій фазі. Крім того, полімеризації пропілену протікає і по деяким застарілим процесів, що передбачає застосування в якості реакційної середовища насиченого рідкого вуглеводню.

Сучасна технологія

Полімеризація пропілену в масі за технологією Spheripol являє собою поєднання суспензійного реактора для виготовлення гомополімерів. Процес передбачає застосування газофазного реактора з псевдожидкостним шаром для створення блок-кополімерів. У подібному випадку реакція полімеризації пропілену передбачає додавання в пристрій додаткових сумісних каталізаторів, а також проведення попередньої полімеризації.

Особливості процесу

Технологія передбачає перемішування компонентів у спеціальному пристрої, призначеному для попереднього перетворення. Далі цю суміш додають у петльові полимеризационние реактори, туди надходить і водень, і відпрацьований пропілен. Робота реакторів здійснюється при діапазоні температур від 65 до 80 градусів за Цельсієм. Тиск в системі не перевищує 40 бар. Реактори, які розташовуються послідовно, застосовуються на заводах, розрахованих на великі обсяги виготовлення полімерної продукції. З другого реактора видаляють полімерний розчин. Полімеризація пропілену передбачає перенесення розчину в дегазатор підвищеного тиску. Тут здійснюється видалення порошкового гомополимера від рідкого мономеру.

Виробництво блоккополімерів

Рівняння полімеризації пропілену CH2 = CH - CH3 в даній ситуації має стандартний механізм протікання, є відмінності лише в умовах здійснення процесу. Разом з пропиленом і етеном порошок з дегазатора йде в газофазного реактор, що працює при температурі близько 70 градусів за Цельсія і тиск не більше 15 бар. Блок сополімери після виведення з реактора надходять в спеціальну систему відведення від мономеру порошкоподібного полімеру. Полімеризація пропілену та бутадиенов ударостійкого виду допускає використання другого газофазного реактора. Він дозволяє збільшувати рівень пропілену в полімері. Крім того, можливе додавання в готовий продукт добавок, використання гранулювання, сприяє підвищенню якості одержуваного продукту.

Специфіка полімеризації алкенів

Між виготовленням поліетилену і поліпропілену є деякі відмінності. Рівняння полімеризації пропілену дозволяє зрозуміти, що передбачається застосування іншого температурного режиму. Крім того, деякі відмінності існують і в кінцевій стадії технологічного ланцюга, а також у сферах використання кінцевих продуктів. Пероксид використовують для смол, які володіють відмінними реологічними властивостями. У них підвищений рівень плинності розплавів, подібні фізичні властивості з тими матеріалами, які мають низький показник плинності.
Смоли, що мають відмінні реологічні властивості, застосовують в процесі литтєвого формування, а також у разі виготовлення волокон. Для підвищення прозорості та міцності полімерних матеріалів виробники намагаються додавати в реакційну суміш спеціальні кристаллизирующие добавки. Частина поліпропіленових прозорих матеріалів заміщають поступово іншими матеріалами в області видувного формування і створення лиття.

Особливості полімеризації

Полімеризація пропілену в присутності активованого вугілля протікає швидше. В даний час застосовується каталітичний комплекс вуглецю з перехідним металом, заснований на адсорбційної здатності вуглецю. В результаті полімеризації виходить продукт, що має відмінні експлуатаційні характеристики. В якості основних параметрів процесу полімеризації виступає швидкість реакції, а також молекулярний вагу і стереоизомерний складу полімеру. Значення має і фізична і хімічна природа каталізатора, полімеризаційна середа, ступінь чистоти складових частин реакційної системи. Лінійний полімер виходить і в гомогенної, і в гетерогенній фазі, якщо йдеться про етилене. Причина полягає у відсутності у даного речовини просторових ізомерів. Щоб отримати ізотактичний поліпропілен, намагаються використовувати тверді хлориди титану, а також алюминийорганические з'єднання. При застосуванні комплексу, адсорбованого на кристалічному хлориду титану (3), можна одержувати продукт із заданими характеристиками. Регулярність решітки носія не є достатнім фактором для придбання каталізатором високої стереоспецифичности. Наприклад, у разі вибору иодида титану (3) спостерігається отримання більшої кількості атактичного полімеру. Розглянуті компоненти мають каталітичні льюисовский характер, тому пов'язані з підбором середовища. Найвигіднішою середовищем є застосування інертних вуглеводнів. Так як хлорид титану (5) є активним адсорбентом, в основному вибирають аліфатичні вуглеводні. Як протікає полімеризації пропілену? Формула продукту має вигляд (-СН 2 -СН 2 -СН 2 -)п. Сам алгоритм реакції аналогічний протіканню реакції у інших представників даного гомологічного ряду.

Хімічна взаємодія

Проаналізуємо основні варіанти взаємодії для пропілену. Враховуючи, що в його структурі є подвійний зв'язок, основні реакції протікають саме з її руйнуванням. Галогенирование протікає при звичайній температурі. За місцем розриву складною зв'язку відбувається безперешкодне приєднання галогену. У результаті цієї взаємодії утвориться дигалогенпроизводное з'єднання. Найважче відбувається йодування. Бромирование і хлорування протікає без додаткових умов і енергетичних витрат. Фторування пропілену протікає з вибухом. Реакція гідрування передбачає використання додаткового прискорювача. В ролі каталізатора виступає платина, нікель. У результаті хімічної взаємодії пропілену з воднем, утворюється пропан – представник класу граничних вуглеводнів. Гідратація (приєднання води) здійснюється за правилом Ст. Ст. Марковнікова. Суть його полягає в приєднанні по подвійний зв'язку атома водню до того вуглецю пропілену, який має його максимальна кількість. При цьому галоген буде прикріплюватися до того, який має мінімальну кількість водню. Для пропілену характерно горіння в кисні повітря. В результаті цієї взаємодії буде виходити два основних продукту: вуглекислого газу, водяної пари. При дії на дане хімічна речовина сильних окислювачів, наприклад, перманганату калію, спостерігається його знебарвлення. Серед продуктів хімічної реакції буде двоатомний спирт (гліколі).

Отримання пропілену

Всі способи можна розділити на дві основні групи: лабораторні, промислові. У лабораторних умовах можна отримати пропілен при отщеплении галогеноводорода від вихідного галогеналкила при впливі на них спиртового розчину гідроксиду натрію. Пропілен утворюється при каталітичному гідруванні пропина. В лабораторних умовах дану речовину можна отримати при дегідратації пропанола-1. В даній хімічній реакції застосовують в якості каталізаторів фосфорну або сірчану кислоту, оксид алюмінію. Як отримують пропілен у великих обсягах? У зв'язку з тим, що в природі дана хімічна речовина зустрічається рідко, були розроблені промислові варіанти його отримання. Найпоширенішим є виділення алкена з продуктів нафтопереробки. Наприклад, крекінг здійснюється сирої нафти в спеціальному киплячому шарі. Пропілен отримують шляхом піролізу бензиново фракції. В даний час виділяють алкен і попутного газу, газообразни продуктів коксування вугілля. Є різноманітні варіанти піролізу пропілену:

в трубчастих печах;

у реакторі з застосуванням кварцового теплоносія;

процес Лаврівського;

автотермический піроліз за методом Бартломе.

Серед відпрацьованих промислових технологій необхідно відзначити і каталітичне дегідрування насичених вуглеводнів.

Застосування

Пропілен має різні області застосування, тому і провадиться у великих масштабах в промисловості. Своєю появою цей непредельний вуглеводень зобов'язаний робіт Натти. У середині двадцятого століття він, користуючись каталітичної системою Циглера, розробив технологію полімеризації. Натта зумів отримати стереорегулярний продукт, який був ним названий изотактическим, оскільки в структурі метильної групи були розташовані з одного боку ланцюжка. Завдяки такому варіанту «упаковки» полімерних молекул, що отримується полімерне речовина має відмінні механічні характеристики. Поліпропілен використовується для виготовлення синтетичного волокна, затребуваний як пластичної маси. Приблизно десять відсотків нафтового пропілену споживається для виробництва його оксиду. До середини минулого століття це органічна речовина отримували хлоргидринним методом. Реакція протікала через утворення проміжного продукту пропиленхлоргидрина. У такої технології є певні недоліки, які пов'язані з використанням дорогого хлору і гашеного вапна. У наш час на зміну цій технології прийшов халкон-процес. Він грунтується на хімічній взаємодії пропена з гидропероксидами. Застосовують оксид пропілену у синтезі пропиленглиголя, що йде на виготовлення пінополіуретанів. Вони вважаються відмінними амортизуючими матеріалами, тому йдуть на створення упаковок, килимів, меблів, теплоізоляційних матеріалів, сорбуючими рідин та фільтруючих матеріалів. Крім того, серед основних сфер застосування пропілену необхідно згадати синтез ацетону та ізопропілового спирту. Ізопропіловий спирт, будучи чудовим розчинником, вважається цінним хімічним продуктом. На початку двадцятого століття цей органічний продукт отримували сернокислотним методом. Крім того, відпрацьована технологія прямої гідратації пропена з введенням в реакційну суміш кислих каталізаторів. Близько половини всього виробленого пропанола йде на синтез ацетону. Дана реакція припускає відщеплення водню, проводиться при 380 градусах по Цельсію. Каталізаторами в цьому процесі виступають цинк і мідь. Серед важливих галузей застосування пропілену особливе місце займає гидроформилирование. Пропен йде на виробництво альдегідів. Оксисинтез в нашій країні стали використовувати з середини минулого століття. В даний час ця реакція займає важливе місце в нафтохімії. Хімічна взаємодія пропілену з синтез-газом (сумішшю чадного газу і водню) при температурі 180 градусів, каталізаторі оксид кобальту і тиску в 250 атмосфер спостерігається утворення двох альдегідів. Один має нормальну будову, у другого – вигнута вуглецева ланцюг. Відразу після відкриття даного технологічного процесу, саме ця реакція стала об'єктом досліджень багатьох вчених. Вони шукали способи пом'якшення умов її протікання, намагалися знизити процентний вміст у одержуваної суміші альдегіду розгалуженої будови. Для цього були придумані економічні процеси, що передбачають застосування інших каталізаторів. Вдалося знизити температуру, тиск, збільшити вихід альдегіду лінійної будови. Ефіри акрилової кислоти, які також пов'язані з полімеризацією пропілену, застосовують в якості кополімерів. Близько 15 відсотків нафтохімічного пропена застосовують в якості вихідної речовини для створення акрионитрила. Цей органічний компонент необхідний для виготовлення цінного хімічного волокна – нітрону, створення пластичних мас, виробництва каучуків.

Висновок

Поліпропілен вважають в даний час найбільшим виробництвом нафтохімії. Попит на цей якісний та недорогий полімер зростає, тому він поступово витісняє поліетилен. Він незамінний при створенні жорсткої упаковки, пластин, плівок, автомобільних деталей, синтетичної папери, канатів, килимових деталей, а також для створення різноманітного побутового обладнання. На початку двадцять першого століття виробництво поліпропілену займало друге місце в полімерної промисловості. Враховуючи запити різних галузей промисловості, можна зробити висновок: найближчим часом збережеться тенденція масштабного виробництва пропілену та етилену.