Cloruro di vinile (cloruro di vinile): proprietà, formula, produzione industriale in Russia

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-02 13:57

Il cloruro di vinile è uno dei derivati più semplici dell'acetilene ottenuto aggiungendo acido cloridrico. Il principale tipo di reazioni chimiche in cui è coinvolta questa sostanza è il processo di polimerizzazione. Il prodotto finale - il PVC - è ampiamente utilizzato in tutti gli ambiti dell'attività umana. Il processo di fabbricazione del composto e dei suoi derivati è accompagnato dal rilascio di sostanze volatili, che hanno un forte effetto tossico sul corpo umano.

Descrizione generale

Il cloruro di vinile (cloruro di vinile) è uno dei composti chimici più utilizzati in quanto è la materia prima per la produzione di PVC. Questa sostanza fu ottenuta per la prima volta da Liebig nel 1830 in Germania dal dicloroetano e dal carbonato alcolico di potassio. Dopo 42 anni, un altro chimico tedesco, Eugen Baumann, ha richiamato l'attenzione sul fatto che, se conservati alla luce, i fiocchi iniziano a precipitare dal cloruro di vinile. Questo scienziato è considerato lo scopritore del cloruro di polivinile.

In un primo momento, questo composto non ha suscitato alcun interesse tra commercianti e produttori di prodotti chimici. La sua produzione su scala industrialeiniziato negli anni '30. XX secolo.

La formula empirica per il cloruro di vinile è: C₂H_{3Cl. La formula strutturale è mostrata nella figura seguente.}

In condizioni normali, il cloruro di vinile è un gas incolore, ma poiché il suo punto di ebollizione è di -13 °C, viene solitamente maneggiato allo stato liquido.

Proprietà chimiche del cloruro di vinile

Le principali reazioni inerenti a questa sostanza sono:

• Polimerizzazione.
• Sostituzione sul legame carbonio-cloro. Questo processo produce alcolati ed esteri vinilici. L'atomo di cloro viene sostituito in presenza di catalizzatori: alogenuri, palladio e sali di altri metalli. Se l'alcol viene utilizzato come solvente, vengono sintetizzati gli esteri.
• Ossidazione con ossigeno in fase gassosa. I prodotti di questa reazione sono cloruro di formile, monossido di carbonio, acido cloridrico e acido formico. L'ossidazione completa si osserva con la partecipazione di un catalizzatore di cromite di cob alto o in una soluzione acquosa con permanganato di potassio. La reazione con l'ozono allo stato liquido e gassoso del cloruro di vinile porta alla formazione di cloruro di formile e acido formico. La combustione spontanea produce monossido di carbonio, acido cloridrico e fosgene tossico (in piccole quantità).
• Reazioni aggiuntive. Per ottenere il tricloroetano, che viene utilizzato come solvente, si effettua la reazione di addizione del cloro: mediante il meccanismo ionico (in fase liquida, in assenza di luce, utilizzando un catalizzatore a base di metalli di transizione) o mediante il radicalereazioni (a temperatura elevata). Utili prodotti di cloruro di vinile vengono anche sintetizzati mediante catalisi acida e idrogenazione.
• Fotodissociazione. Sotto l'azione della luce con una lunghezza d'onda di 193 nm, i gruppi HCl e Cl vengono scissi dalla molecola di cloruro di vinile.
• Pirolisi. Il cloruro di vinile è più resistente alla decomposizione termica rispetto ad altri aloalcani di questo tipo. La pirolisi inizia a 550°C. A 680°C, la resa in acetilene, acido cloridrico, cloroprene e vinilacetilene è di circa il 35%. In presenza di acqua, il cloruro di vinile corrode ferro, acciaio e alluminio rilasciando HCl.

Reazione di polimerizzazione

Il monomero di cloruro di vinile può esistere a lungo in condizioni normali. La comparsa di radicali come risultato di reazioni foto- o termochimiche porta all'attivazione della polimerizzazione.

Questo processo si svolge in 3 fasi ed è mostrato nella figura seguente.

Caratteristiche fisiche

Le principali proprietà fisiche del composto in condizioni normali sono le seguenti:

• peso molecolare – 62, 499;
• punto di fusione - 119 K;
• punto di ebollizione - 259 K;
• capacità termica allo stato liquido – 84 J/(mol∙K);
• pressione di vapore a 0 °C - 175 kPa;
• Viscosità a -20 °C – 0,272 mPa∙s;
• limite di esplosività inferiore - 8,6% (in volume);
• temperatura di autoaccensione - 745 K.

La sostanza ha una buona solubilità in idrocarburi,oli, alcoli, liquidi organici; praticamente immiscibile con l'acqua.

Ricevi

Ci sono diversi modi industriali per ottenere il cloruro di vinile:

• come risultato della reazione dell'acido cloridrico con acetilene;
• da etilene e cloro (clorurazione diretta dell'etilene, ottenendo dicloruro di etilene, sua pirolisi a cloruro di vinile);
• ossiclorurazione dell'etilene;
• metodo combinato (clorurazione diretta, pirolisi del dicloruro di etilene, ossiclorurazione) - un processo di equilibrio di etilene e cloro senza formazione o consumo di acido cloridrico.

Attualmente, quest'ultima opzione è la più comune ed economica. La quantità di cloruro di vinile ottenuta con questa tecnologia è superiore al 95% della produzione mondiale totale. La chimica delle reazioni è mostrata nella figura seguente.

L'intero volume di acido, che si ottiene durante la pirolisi del dicloruro di etilene, viene utilizzato come materia prima nella successiva fase di produzione (ossiclorurazione). Il prodotto risultante viene purificato mediante distillazione, i sottoprodotti vengono utilizzati nella produzione di solventi o riciclati.

Produzione in Russia

In Russia, la produzione di cloruro di vinile dall'acetilene viene effettuata presso le seguenti imprese:

• AK Azot, (Novomoskovsk, regione di Tula).
• JSC Plastcard (Volgograd).
• JSC Khimprom(Volgograd).
• Usolekhimprom JSC, (Usolye-Sibirskoye, regione di Irkutsk).

Sulla base dell'etilene, la sintesi di una sostanza viene effettuata in organizzazioni come:

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

La sintesi da acetilene è considerata una tecnologia obsoleta. L'utilizzo dell'etilene come materia prima presenta i seguenti vantaggi:

• materie prime più economiche e convenienti;
• alta resa del prodotto finito;
• basso consumo energetico e idrico;
• possibilità di costruire linee di produzione ad alta capacità.

Questo metodo è utilizzato dai principali produttori mondiali da oltre 40 anni. Le principali direzioni promettenti per lo sviluppo della produzione industriale di cloruro di vinile in Russia sono l'introduzione di nuove capacità, il passaggio alla materia prima di etano, la diffusione della tecnologia di ossiclorurazione assistita da ossigeno e lo sviluppo di industrie correlate per la vendita di soda caustica, che si forma come sottoprodotto.

Applicazione

La stragrande maggioranza del cloruro di vinile prodotto viene utilizzata per produrre il cloruro di polivinile (PVC). Secondo le statistiche, oltre il 50% della produzione di questo polimero è in Asia.

Il cloruro di polivinile è il materiale più versatile di tutti i polimeri. Può essere utilizzato per la realizzazione di strutture edili sia rigide (tubi, rivestimenti di pareti esterne, profili) cheprodotti elastici (fili, cavi, materiali per coperture). A differenza di altri materiali polimerici, il cloruro di polivinile sotto l'influenza dei raggi ultravioletti, dell'ossidazione e degli idrocarburi liquidi non solo si decompone, ma lega anche parzialmente le catene polimeriche. Questa proprietà è associata alla presenza di atomi di cloro nella struttura del composto. L'elevata competitività del PVC si spiega anche con il suo basso prezzo.

Il PVC viene utilizzato per realizzare i seguenti prodotti (in ordine decrescente del volume di produzione):

• tubi e relativi raccordi;
• parteggiamento;
• finestre, porte;
• profili (compresi recinzioni e decking);
• rivestimenti per pavimenti;
• materiali per coperture;
• prodotti di consumo;
• imballaggio;
• cavi e fili (guaina, isolamento);
• forniture mediche;
• rivestimenti, adesivi.

Altri usi

Una piccola proporzione di cloruro di vinile (circa 1%) viene utilizzata per produrre copolimeri, di cui le combinazioni con acetato di vinile, cloruro di vinilidene, monomeri della serie acrilica e alfa-olefine sono di importanza pratica. Il primo tipo di copolimeri è il più diffuso. Questi materiali hanno i seguenti nomi commerciali:

• vestito;
• ostalite;
• vincitore;
• lukovil;
• corvik;
• jeon;
• sikron e altri.

Sono usati per realizzare prodotti come:

• linoleum e altri rivestimenti per pavimenti;
• telai di finestre;
• tessere di fronte;
• ecopelle;
• film;
• vernici;
• non tessuti.

Tossicità

Il cloruro di vinile si riferisce a composti altamente pericolosi che portano a un grave deterioramento del corpo umano. La sostanza è volatile e la principale via di ingresso è l'inalazione. La fonte è la produzione di cloruro di vinile, PVC e prodotti da esso derivati.

Il cloruro di vinile provoca disturbi nei seguenti organi e sistemi:

• Depressione del SNC (vertigini, disorientamento, coma tossico);
• danni al tessuto connettivo e ai vasi sanguigni;
• deterioramento della funzione riproduttiva;
• effetto cancerogeno (l'angiosarcoma del fegato è più spesso rilevato, si sviluppano tumori e altre localizzazioni);
• Apparato digerente – epatite, colecistite, colangite, gastrite, ulcera peptica;
• sistema circolatorio ed ematopoietico - ipertensione, malattia coronarica, eosinofilia, trombocitopenia;
• disturbo del colesterolo e del metabolismo generale;
• effetto mutageno, formazione di aberrazioni cromosomiche;
• inibizione della protezione antimicrobica, riduzione delle forze immunitarie.

Con l'esposizione prolungata (da sei mesi a 3 anni) di dosi tossiche di questa sostanza, si verifica la "malattia del cloruro di vinile". Il suo sviluppo passa attraverso 3 fasi, caratterizzate dalle seguenti caratteristiche:

1. Debolezza, emicrania, nausea, anemia, indolenzimento delle falangi ungueali degli arti, nonché la loro distruzioneossa. Quando l'influenza dannosa cessa, i cambiamenti sono reversibili.
2. Infiammazione dei nervi periferici, con conseguente perdita di sensibilità; aritmia, dolore nella zona del cuore, violazione della termoregolazione.
3. Disabilità della memoria, allucinazioni, fluttuazioni oculari involontarie, doppia immagine, disturbi del sonno, riduzione delle prestazioni, dolore allo stomaco, nausea, vomito, aumento delle patologie ossee.