Qu'est-ce que la polymérisation du propylène ? Quelles sont les caractéristiques de cette réaction chimique ? Essayons de trouver des réponses détaillées à ces questions.
Caractéristiques des connexions
Les schémas de réaction de polymérisation de l'éthylène et du propylène démontrent les propriétés chimiques typiques de tous les membres de la classe des oléfines. Cette classe a reçu un nom si inhabituel de l'ancien nom de l'huile utilisée dans la production chimique. Au 18ème siècle, le chlorure d'éthylène a été obtenu, qui était une substance liquide huileuse.
Parmi les caractéristiques de tous les représentants de la classe des hydrocarbures aliphatiques insaturés, on note la présence d'une double liaison en eux.
La polymérisation radicalaire du propylène s'explique précisément par la présence d'une double liaison dans la structure de la substance.
Formule générale
Pour tous les représentants de la série homologue d'alcènes, la formule générale a la forme СpН2p. La quantité insuffisante d'hydrogènes dans la structure explique la particularité des propriétés chimiques de ces hydrocarbures.
Équation de la réaction de polymérisation du propylèneest une confirmation directe de la possibilité d'une rupture d'une telle connexion lors de l'utilisation d'une température élevée et d'un catalyseur.
Le radical insaturé est appelé allyle ou propényle-2. Pourquoi polymériser le propylène ? Le produit de cette interaction est utilisé pour synthétiser le caoutchouc synthétique, qui, à son tour, est en demande dans l'industrie chimique moderne.
Propriétés physiques
L'équation de polymérisation du propylène confirme non seulement les propriétés chimiques, mais aussi les propriétés physiques de cette substance. Le propylène est une substance gazeuse avec des points d'ébullition et de fusion bas. Ce représentant de la classe des alcènes a une légère solubilité dans l'eau.
Propriétés chimiques
Les équations de réaction pour la polymérisation du propylène et de l'isobutylène montrent que les processus passent par une double liaison. Les alcènes agissent comme des monomères et les produits finaux d'une telle interaction seront le polypropylène et le polyisobutylène. C'est la liaison carbone-carbone qui sera détruite lors d'une telle interaction, et éventuellement les structures correspondantes seront formées.
Au niveau de la double liaison, de nouvelles liaisons simples se forment. Comment se déroule la polymérisation du propylène ? Le mécanisme de ce processus est similaire au processus qui se produit dans tous les autres représentants de cette classe d'hydrocarbures insaturés.
La réaction de polymérisation du propylène implique plusieurs optionsfuites. Dans le premier cas, le procédé est réalisé en phase gazeuse. Selon la seconde option, la réaction a lieu en phase liquide.
En outre, la polymérisation du propylène se déroule également selon certains procédés obsolètes impliquant l'utilisation d'un hydrocarbure liquide saturé comme milieu réactionnel.
Technologie moderne
La polymérisation du propylène en masse par la technologie Spheripol est une combinaison d'un réacteur slurry pour la production d'homopolymères. Le procédé implique l'utilisation d'un réacteur en phase gazeuse avec un lit pseudo-liquide pour créer des copolymères séquencés. Dans ce cas, la réaction de polymérisation du propylène implique l'ajout de catalyseurs compatibles supplémentaires au dispositif, ainsi qu'une prépolymérisation.
Caractéristiques du processus
La technologie consiste à mélanger les composants dans un dispositif spécial conçu pour la transformation préliminaire. De plus, ce mélange est ajouté aux réacteurs de polymérisation en boucle, où l'hydrogène et le propylène usé entrent.
Les réacteurs fonctionnent à des températures allant de 65 à 80 degrés Celsius. La pression dans le système ne dépasse pas 40 bar. Les réacteurs, disposés en série, sont utilisés dans des usines conçues pour la production à grande échelle de produits polymères.
La solution de polymère est retirée du second réacteur. La polymérisation du propylène consiste à transférer la solution dans un dégazeur sous pression. Ici, l'élimination de l'homopolymère en poudre du monomère liquide est effectuée.
Production de copolymères à blocs
Équation de polymérisation du propylène CH2 =CH - CH3 dans cette situation a un mécanisme d'écoulement standard, il n'y a de différences que dans les conditions du procédé. Avec le propylène et l'éthène, la poudre du dégazeur est acheminée vers un réacteur en phase gazeuse fonctionnant à une température d'environ 70 degrés Celsius et à une pression ne dépassant pas 15 bars.
Les copolymères à blocs, après avoir été retirés du réacteur, entrent dans un système spécial pour retirer la poudre de polymère du monomère.
La polymérisation du propylène et des butadiènes résistants aux chocs permet l'utilisation d'un deuxième réacteur en phase gazeuse. Il vous permet d'augmenter le niveau de propylène dans le polymère. De plus, il est possible d'ajouter des additifs au produit fini, l'utilisation de la granulation, ce qui améliore la qualité du produit résultant.
Spécificité de la polymérisation des alcènes
Il existe quelques différences entre la fabrication du polyéthylène et du polypropylène. L'équation de polymérisation du propylène indique clairement qu'un régime de température différent est prévu. En outre, certaines différences existent dans la dernière étape de la chaîne technologique, ainsi que dans les domaines d'utilisation des produits finaux.
Le peroxyde est utilisé pour les résines qui ont d'excellentes propriétés rhéologiques. Ils ont un niveau accru d'écoulement à l'état fondu, des propriétés physiques similaires à celles des matériaux à faible débit.
Résine,ayant d'excellentes propriétés rhéologiques, sont utilisés dans le processus de moulage par injection, ainsi que dans le cas de la fabrication de fibres.
Pour augmenter la transparence et la résistance des matériaux polymères, les fabricants tentent d'ajouter des additifs de cristallisation spéciaux au mélange réactionnel. Une partie des matériaux transparents en polypropylène sont progressivement remplacés par d'autres matériaux dans le domaine du moulage par soufflage et de la coulée.
Caractéristiques de la polymérisation
La polymérisation du propylène en présence de charbon actif se déroule plus rapidement. Actuellement, on utilise un complexe catalytique de carbone avec un métal de transition, basé sur la capacité d'adsorption du carbone. Le résultat de la polymérisation est un produit aux performances excellentes.
Les principaux paramètres du processus de polymérisation sont la vitesse de réaction, ainsi que le poids moléculaire et la composition stéréoisomère du polymère. La nature physique et chimique du catalyseur, le milieu de polymérisation, le degré de pureté des composants du système réactionnel sont également importants.
Un polymère linéaire est obtenu aussi bien en phase homogène qu'en phase hétérogène, lorsqu'il s'agit d'éthylène. La raison en est l'absence d'isomères spatiaux dans cette substance. Pour obtenir du polypropylène isotactique, ils essaient d'utiliser des chlorures de titane solides, ainsi que des composés organoaluminiques.
Lors de l'utilisation d'un complexe adsorbé sur du chlorure de titane cristallin (3), il est possible d'obtenir un produit aux caractéristiques souhaitées. La régularité du réseau de support n'est pas un facteur suffisant pourl'acquisition d'une stéréospécificité élevée par le catalyseur. Par exemple, si l'iodure de titane (3) est choisi, on obtient plus de polymère atactique.
Les composants catalytiques considérés ont un caractère de Lewis, ils sont donc associés à la sélection du milieu. Le milieu le plus avantageux est l'utilisation d'hydrocarbures inertes. Le chlorure de titane (5) étant un adsorbant actif, on choisit généralement des hydrocarbures aliphatiques. Comment se déroule la polymérisation du propylène ? La formule du produit est (-CH2-CH2-CH2-)p. L'algorithme de réaction lui-même est similaire au déroulement de la réaction chez d'autres représentants de cette série homologue.
Interaction chimique
Analysons les principales options d'interaction pour le propylène. Considérant qu'il existe une double liaison dans sa structure, les principales réactions procèdent précisément à sa destruction.
L'halogénation se produit à température normale. Au site de la rupture de la liaison complexe, l'addition sans entrave de l'halogène se produit. À la suite de cette interaction, un composé dihalogéné est formé. Le plus dur est l'iodation. La bromation et la chloration se déroulent sans conditions ni coûts énergétiques supplémentaires. La fluoration du propylène est explosive.
La réaction d'hydrogénation implique l'utilisation d'un accélérateur supplémentaire. Le platine et le nickel agissent comme un catalyseur. À la suite de l'interaction chimique du propylène avec l'hydrogène, du propane se forme - un représentant de la classe des hydrocarbures saturés.
Hydratation (ajout d'eau)effectué selon la règle de V. V. Markovnikov. Son essence est d'attacher un atome d'hydrogène à la double liaison du propylène, qui a sa quantité maximale. Dans ce cas, l'halogène se fixera à celui C, qui a le nombre minimum d'hydrogène.
Le propylène est caractérisé par une combustion dans l'oxygène atmosphérique. À la suite de cette interaction, deux produits principaux seront obtenus: le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau.
Lorsque ce produit chimique est exposé à des agents oxydants puissants, tels que le permanganate de potassium, sa décoloration est observée. Parmi les produits de la réaction chimique figurera un alcool dihydrique (glycol).
Production de propylène
Toutes les méthodes peuvent être divisées en deux groupes principaux: laboratoire, industriel. Dans des conditions de laboratoire, le propylène peut être obtenu en séparant l'halogénure d'hydrogène de l'halogénoalkyle d'origine en les exposant à une solution alcoolique d'hydroxyde de sodium.
Le propylène est formé par l'hydrogénation catalytique du propyne. Dans des conditions de laboratoire, cette substance peut être obtenue par déshydratation du propanol-1. Dans cette réaction chimique, l'acide phosphorique ou sulfurique, l'oxyde d'aluminium sont utilisés comme catalyseurs.
Comment le propylène est-il produit en grande quantité ? En raison du fait que ce produit chimique est rare dans la nature, des options industrielles pour sa production ont été développées. Le plus courant est l'isolement d'alcène à partir de produits pétroliers.
Par exemple, le pétrole brut est craqué dans un lit fluidisé spécial. Le propylène est obtenu par pyrolyse de la fraction essence. Àà l'heure actuelle, l'alcène est également isolé du gaz associé, des produits gazeux de la cokéfaction du charbon.
Il existe différentes options pour la pyrolyse du propylène:
- dans les fours tubulaires;
- dans un réacteur utilisant un caloporteur au quartz;
- Processus Lavrovsky;
- pyrolyse autothermique selon la méthode Barthlomé.
Parmi les technologies industrielles éprouvées, il faut également noter la déshydrogénation catalytique des hydrocarbures saturés.
Demande
Le propylène a une variété d'applications et est donc produit à grande échelle dans l'industrie. Cet hydrocarbure insaturé doit son apparition aux travaux de Natta. Au milieu du XXe siècle, il a développé la technologie de polymérisation en utilisant le système catalytique Ziegler.
Natta a pu obtenir un produit stéréorégulier, qu'il a appelé isotactique, puisque dans la structure les groupes méthyle étaient situés d'un côté de la chaîne. Grâce à ce type de "conditionnement" des molécules polymères, la substance polymère résultante présente d'excellentes caractéristiques mécaniques. Le polypropylène est utilisé pour fabriquer des fibres synthétiques et est très demandé en tant que masse plastique.
Environ 10 % du propylène de pétrole est consommé pour produire son oxyde. Jusqu'au milieu du siècle dernier, cette substance organique était obtenue par la méthode à la chlorhydrine. La réaction s'est déroulée par la formation du produit intermédiaire propylène chlorhydrine. Cette technologie présente certains inconvénients liés à l'utilisation de chlore et de chaux éteinte coûteux.
À notre époque, cette technologie a été remplacée par le procédé chalcone. Il est basé sur l'interaction chimique du propène avec les hydroperoxydes. L'oxyde de propylène est utilisé dans la synthèse du propylène glycol, qui est utilisé dans la fabrication de mousses de polyuréthane. Considérés comme d'excellents matériaux de rembourrage, ils sont utilisés pour fabriquer des emballages, des tapis, des meubles, des matériaux d'isolation thermique, des liquides absorbants et des matériaux filtrants.
Par ailleurs, parmi les principales applications du propylène, il faut mentionner la synthèse de l'acétone et de l'alcool isopropylique. L'alcool isopropylique, étant un excellent solvant, est considéré comme un produit chimique précieux. Au début du XXe siècle, ce produit organique était obtenu par la méthode à l'acide sulfurique.
De plus, la technologie d'hydratation directe du propène avec l'introduction de catalyseurs acides dans le mélange réactionnel a été développée. Environ la moitié de tout le propanol produit est consacré à la synthèse de l'acétone. Cette réaction implique l'élimination de l'hydrogène, est effectuée à 380 degrés Celsius. Les catalyseurs de ce procédé sont le zinc et le cuivre.
Parmi les utilisations importantes du propylène, l'hydroformylation occupe une place particulière. Le propène est utilisé pour produire des aldéhydes. L'oxysynthèse est utilisée dans notre pays depuis le milieu du siècle dernier. A l'heure actuelle, cette réaction occupe une place importante en pétrochimie. L'interaction chimique du propylène avec le gaz de synthèse (un mélange de monoxyde de carbone et d'hydrogène) à une température de 180 degrés, un catalyseur d'oxyde de cob alt et une pression de 250 atmosphères, la formation de deux aldéhydes est observée. L'un a une structure normale, le second a une courbechaîne carbonée.
Immédiatement après la découverte de ce procédé technologique, c'est cette réaction qui est devenue l'objet de recherches pour de nombreux scientifiques. Ils cherchaient des moyens d'adoucir les conditions de son écoulement, tentaient de réduire le pourcentage d'aldéhyde ramifié dans le mélange résultant.
Pour cela, des procédés économiques ont été inventés qui impliquent l'utilisation d'autres catalyseurs. Il était possible de réduire la température, la pression, d'augmenter le rendement en aldéhyde linéaire.
Les esters d'acide acrylique, également associés à la polymérisation du propylène, sont utilisés comme copolymères. Environ 15 pour cent du propène pétrochimique est utilisé comme matériau de départ pour créer de l'acryonitrile. Ce composant organique est nécessaire à la fabrication d'une fibre chimique précieuse - le nitron, la création de plastiques, la production de caoutchouc.
Conclusion
Le polypropylène est actuellement considéré comme la plus grande industrie pétrochimique. La demande pour ce polymère de haute qualité et peu coûteux est croissante, il remplace donc progressivement le polyéthylène. Il est indispensable dans la création d'emballages rigides, de plaques, de films, de pièces automobiles, de papier synthétique, de cordes, de pièces de moquette, ainsi que pour la création de divers équipements ménagers. Au début du XXIe siècle, la production de polypropylène occupe la deuxième place dans l'industrie des polymères. Compte tenu des demandes de diverses industries, nous pouvons conclure que la tendance à la production à grande échelle de propylène et d'éthylène se poursuivra dans un avenir proche.
