¿Qué es la polimerización del propileno? ¿Cuáles son las características de esta reacción química? Tratemos de encontrar respuestas detalladas a estas preguntas.
Características de las conexiones
Los esquemas de reacción de polimerización de etileno y propileno demuestran las propiedades químicas típicas que tienen todos los miembros de la clase de olefina. Esta clase recibió un nombre tan inusual del antiguo nombre del aceite utilizado en la producción química. En el siglo XVIII se obtenía el cloruro de etileno, que era una sustancia líquida aceitosa.
Entre las características de todos los representantes de la clase de hidrocarburos alifáticos insaturados, notamos la presencia de un doble enlace en ellos.
La polimerización radical del propileno se explica precisamente por la presencia de un doble enlace en la estructura de la sustancia.
Fórmula general
Para todos los representantes de la serie homóloga de alquenos, la fórmula general tiene la forma СpН2p. La cantidad insuficiente de hidrógenos en la estructura explica la peculiaridad de las propiedades químicas de estos hidrocarburos.
Ecuación de la reacción de polimerización del propilenoes una confirmación directa de la posibilidad de una ruptura en dicha conexión cuando se utiliza una temperatura elevada y un catalizador.
El radical insaturado se llama alilo o propenil-2. ¿Por qué polimerizar propileno? El producto de esta interacción se utiliza para sintetizar caucho sintético que, a su vez, tiene demanda en la industria química moderna.
Propiedades físicas
La ecuación de polimerización del propileno confirma no solo las propiedades químicas, sino también las físicas de esta sustancia. El propileno es una sustancia gaseosa con puntos de fusión y ebullición bajos. Este representante de la clase de los alquenos tiene una ligera solubilidad en agua.
Propiedades químicas
Las ecuaciones de reacción para la polimerización de propileno e isobutileno muestran que los procesos transcurren a través de un doble enlace. Los alquenos actúan como monómeros y los productos finales de tal interacción serán polipropileno y poliisobutileno. Es el enlace carbono-carbono el que se destruirá durante tal interacción, y eventualmente se formarán las estructuras correspondientes.
En el doble enlace se forman nuevos enlaces simples. ¿Cómo procede la polimerización del propileno? El mecanismo de este proceso es similar al proceso que ocurre en todos los demás representantes de esta clase de hidrocarburos insaturados.
La reacción de polimerización del propileno implica varias opcionesfugas En el primer caso, el proceso se lleva a cabo en fase gaseosa. Según la segunda opción, la reacción tiene lugar en fase líquida.
Además, la polimerización del propileno también procede de acuerdo con algunos procesos obsoletos que involucran el uso de un hidrocarburo líquido saturado como medio de reacción.
Tecnología moderna
La polimerización de propileno a granel utilizando la tecnología Spheripol es una combinación de un reactor de suspensión para la producción de homopolímeros. El proceso implica el uso de un reactor de fase gaseosa con un lecho pseudolíquido para crear copolímeros de bloque. En este caso, la reacción de polimerización del propileno implica la adición de catalizadores compatibles adicionales al dispositivo, así como la prepolimerización.
Características del proceso
La tecnología consiste en mezclar los componentes en un dispositivo especial diseñado para la transformación preliminar. Además, esta mezcla se agrega a los reactores de polimerización en bucle, donde entran tanto el hidrógeno como el propileno gastado.
Los reactores funcionan a temperaturas que oscilan entre los 65 y los 80 grados centígrados. La presión en el sistema no supera los 40 bar. Los reactores, que están dispuestos en serie, se utilizan en plantas diseñadas para la producción de alto volumen de productos poliméricos.
La solución de polímero se retira del segundo reactor. La polimerización del propileno implica transferir la solución a un desgasificador presurizado. Aquí se lleva a cabo la eliminación del homopolímero en polvo del monómero líquido.
Producción de copolímeros en bloque
Ecuación de polimerización de propileno CH2 =CH - CH3 en esta situación tiene un mecanismo de flujo estándar, solo hay diferencias en las condiciones del proceso. Junto con el propileno y el eteno, el polvo del desgasificador va a un reactor de fase gaseosa que funciona a una temperatura de unos 70 grados centígrados y una presión de no más de 15 bar.
Los copolímeros en bloque, después de ser retirados del reactor, ingresan a un sistema especial para eliminar el polvo de polímero del monómero.
La polimerización de propileno y butadienos resistentes al impacto permite el uso de un segundo reactor de fase gaseosa. Le permite aumentar el nivel de propileno en el polímero. Además, es posible agregar aditivos al producto terminado, el uso de granulación, lo que mejora la calidad del producto resultante.
Especificidad de polimerización de alquenos
Hay algunas diferencias entre la fabricación de polietileno y polipropileno. La ecuación de polimerización del propileno deja claro que se pretende un régimen de temperatura diferente. Además, existen algunas diferencias en la etapa final de la cadena tecnológica, así como en las áreas de uso de los productos finales.
El peróxido se utiliza para resinas que tienen excelentes propiedades reológicas. Tienen un mayor nivel de flujo de fusión, propiedades físicas similares a las de aquellos materiales que tienen un índice de flujo bajo.
Resina,de excelentes propiedades reológicas, se utilizan en el proceso de moldeo por inyección, así como en el caso de la fabricación de fibras.
Para aumentar la transparencia y la resistencia de los materiales poliméricos, los fabricantes intentan agregar aditivos especiales de cristalización a la mezcla de reacción. Parte de los materiales transparentes de polipropileno están siendo reemplazados gradualmente por otros materiales en el campo del moldeo por soplado y la fundición.
Características de la polimerización
La polimerización del propileno en presencia de carbón activado es más rápida. Actualmente se utiliza un complejo catalítico de carbono con un metal de transición, basado en la capacidad de adsorción del carbono. El resultado de la polimerización es un producto con excelentes prestaciones.
Los principales parámetros del proceso de polimerización son la velocidad de reacción, así como el peso molecular y la composición estereoisómera del polímero. La naturaleza física y química del catalizador, el medio de polimerización, el grado de pureza de los componentes del sistema de reacción también son importantes.
Un polímero lineal se obtiene tanto en fase homogénea como heterogénea, cuando se trata de etileno. La razón es la ausencia de isómeros espaciales en esta sustancia. Para la obtención de polipropileno isotáctico se intenta utilizar cloruros sólidos de titanio, así como compuestos organoaluminosos.
Al utilizar un complejo adsorbido sobre cloruro de titanio cristalino (3), es posible obtener un producto con las características deseadas. La regularidad de la celosía de apoyo no es un factor suficiente parala adquisición de alta estereoespecificidad por parte del catalizador. Por ejemplo, si se elige el yoduro de titanio (3), se obtiene un polímero más atáctico.
Los componentes catalíticos considerados tienen carácter de Lewis, por lo tanto, están asociados a la selección del medio. El medio más ventajoso es el uso de hidrocarburos inertes. Dado que el cloruro de titanio (5) es un adsorbente activo, generalmente se eligen hidrocarburos alifáticos. ¿Cómo procede la polimerización del propileno? La fórmula del producto es (-CH2-CH2-CH2-)p. El algoritmo de reacción en sí es similar al curso de la reacción en otros representantes de esta serie homóloga.
Interacción química
Analicemos las principales opciones de interacción del propileno. Teniendo en cuenta que existe un doble enlace en su estructura, las reacciones principales proceden precisamente de su destrucción.
La halogenación se produce a temperatura normal. En el sitio de la ruptura del enlace complejo, se produce la adición sin obstáculos del halógeno. Como resultado de esta interacción, se forma un compuesto dihalogenado. La parte más difícil es la yodación. La bromación y la cloración proceden sin condiciones adicionales ni costos de energía. La fluoración del propileno es explosiva.
La reacción de hidrogenación implica el uso de un acelerador adicional. El platino y el níquel actúan como catalizador. Como resultado de la interacción química del propileno con el hidrógeno, se forma propano, un representante de la clase de hidrocarburos saturados.
Hidratación (adición de agua)llevado a cabo de acuerdo con la regla de V. V. Markovnikov. Su esencia es unir un átomo de hidrógeno al doble enlace de propileno, que tiene su cantidad máxima. En este caso, el halógeno se unirá a ese C, que tiene la menor cantidad de hidrógeno.
El propileno se caracteriza por la combustión en el oxígeno atmosférico. Como resultado de esta interacción, se obtendrán dos productos principales: dióxido de carbono, vapor de agua.
Cuando este producto químico se expone a agentes oxidantes fuertes, como el permanganato de potasio, se observa su decoloración. Entre los productos de la reacción química habrá un alcohol dihídrico (glicol).
Producción de propileno
Todos los métodos se pueden dividir en dos grupos principales: laboratorio, industrial. En condiciones de laboratorio, el propileno se puede obtener separando el haluro de hidrógeno del haloalquilo original al exponerlo a una solución alcohólica de hidróxido de sodio.
El propileno se forma por hidrogenación catalítica del propino. En condiciones de laboratorio, esta sustancia se puede obtener por deshidratación de propanol-1. En esta reacción química, se utilizan como catalizadores ácido fosfórico o sulfúrico y óxido de aluminio.
¿Cómo se produce el propileno en grandes volúmenes? Debido al hecho de que este producto químico es raro en la naturaleza, se han desarrollado opciones industriales para su producción. El más común es el aislamiento de alquenos a partir de productos derivados del petróleo.
Por ejemplo, el petróleo crudo se craquea en un lecho fluidizado especial. El propileno se obtiene por pirólisis de la fracción de gasolina. ENen la actualidad, el alqueno también se aísla del gas asociado, productos gaseosos de la coquización del carbón.
Hay varias opciones para la pirólisis de propileno:
- en hornos tubulares;
- en un reactor con refrigerante de cuarzo;
- Proceso de Lavrovsky;
- pirólisis autotérmica según el método de Barthlome.
Entre las tecnologías industriales probadas, cabe destacar también la deshidrogenación catalítica de hidrocarburos saturados.
Solicitud
El propileno tiene una variedad de aplicaciones y, por lo tanto, se produce a gran escala en la industria. Este hidrocarburo insaturado debe su aparición al trabajo de Natta. A mediados del siglo XX, desarrolló la tecnología de polimerización utilizando el sistema catalítico Ziegler.
Natta pudo obtener un producto estereorregular, al que llamó isotáctico, ya que en la estructura los grupos metilo se ubicaban en un lado de la cadena. Debido a este tipo de "empaquetado" de moléculas poliméricas, la sustancia polimérica resultante tiene excelentes características mecánicas. El polipropileno se utiliza para fabricar fibras sintéticas y tiene demanda como masa plástica.
Aproximadamente el diez por ciento del propileno del petróleo se consume para producir su óxido. Hasta mediados del siglo pasado, esta sustancia orgánica se obtenía por el método de la clorhidrina. La reacción transcurrió a través de la formación del producto intermedio propilenclorohidrina. Esta tecnología tiene ciertas desventajas, que están asociadas con el uso de cloro caro y cal apagada.
En nuestro tiempo, esta tecnología ha sido reemplazada por el proceso de chalcona. Se basa en la interacción química del propeno con los hidroperóxidos. El óxido de propileno se utiliza en la síntesis de propilenglicol, que se utiliza en la fabricación de espumas de poliuretano. Considerados como excelentes materiales de amortiguación, se utilizan para fabricar embalajes, alfombras, muebles, materiales de aislamiento térmico, líquidos absorbentes y materiales filtrantes.
Además, entre las principales aplicaciones del propileno, es necesario mencionar la síntesis de acetona y alcohol isopropílico. El alcohol isopropílico, al ser un excelente solvente, se considera un producto químico valioso. A principios del siglo XX, este producto orgánico se obtenía por el método del ácido sulfúrico.
Además, se ha desarrollado la tecnología de hidratación directa de propeno con la introducción de catalizadores ácidos en la mezcla de reacción. Aproximadamente la mitad de todo el propanol producido se gasta en la síntesis de acetona. Esta reacción consiste en la eliminación de hidrógeno, se lleva a cabo a 380 grados centígrados. Los catalizadores de este proceso son el zinc y el cobre.
Entre los usos importantes del propileno, la hidroformilación ocupa un lugar especial. El propeno se utiliza para producir aldehídos. La oxisíntesis se viene utilizando en nuestro país desde mediados del siglo pasado. En la actualidad, esta reacción ocupa un lugar importante en la petroquímica. La interacción química del propileno con el gas de síntesis (una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno) a una temperatura de 180 grados, un catalizador de óxido de cob alto y una presión de 250 atmósferas, se observa la formación de dos aldehídos. Uno tiene una estructura normal, el segundo tiene una curvacadena de carbono.
Inmediatamente después del descubrimiento de este proceso tecnológico, fue esta reacción la que se convirtió en objeto de investigación para muchos científicos. Estaban buscando formas de suavizar las condiciones de su flujo, trataron de reducir el porcentaje de aldehído ramificado en la mezcla resultante.
Para ello se inventaron procesos económicos que implican el uso de otros catalizadores. Fue posible reducir la temperatura, la presión, aumentar el rendimiento de aldehído lineal.
Los ésteres del ácido acrílico, que también están asociados con la polimerización del propileno, se utilizan como copolímeros. Alrededor del 15 por ciento del propeno petroquímico se usa como material de partida para crear arionitrilo. Este componente orgánico es necesario para la fabricación de una valiosa fibra química: nitrón, la creación de plásticos, la producción de caucho.
Conclusión
El polipropileno se considera actualmente la mayor industria petroquímica. La demanda de este polímero económico y de alta calidad está creciendo, por lo que está reemplazando gradualmente al polietileno. Es indispensable en la creación de embalajes rígidos, placas, películas, piezas de automóviles, papel sintético, cuerdas, piezas de alfombras, así como para la creación de una variedad de equipos domésticos. A principios del siglo XXI, la producción de polipropileno ocupaba el segundo lugar en la industria de los polímeros. Teniendo en cuenta las demandas de varias industrias, podemos concluir que la tendencia de producción a gran escala de propileno y etileno continuará en un futuro próximo.
