Chlorure de vinyle (chlorure de vinyle): propriétés, formule, production industrielle en Russie

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-02 13:54

Le chlorure de vinyle est l'un des dérivés les plus simples de l'acétylène obtenu par addition de chlorure d'hydrogène. Le principal type de réactions chimiques dans lesquelles cette substance est impliquée est le processus de polymérisation. Le produit final - le PVC - est largement utilisé dans toutes les sphères de l'activité humaine. Le processus de fabrication du composé et de ses dérivés s'accompagne de la libération de substances volatiles, qui ont un fort effet toxique sur le corps humain.

Description générale

Le chlorure de vinyle (chlorure de vinyle) est l'un des composés chimiques les plus largement utilisés car c'est la matière première pour la production de PVC. Cette substance a été obtenue pour la première fois par Liebig en 1830 en Allemagne à partir de dichloroéthane et de carbonate de potassium alcoolique. Après 42 ans, un autre chimiste allemand, Eugen Baumann, a attiré l'attention sur le fait que lorsqu'ils sont stockés à la lumière, des flocons commencent à précipiter du chlorure de vinyle. Ce scientifique est considéré comme le découvreur du polychlorure de vinyle.

Au début, ce composé n'a suscité aucun intérêt chez les marchands et les fabricants de produits chimiques. Sa production à l'échelle industriellecommencé dans les années 30. XXe siècle.

La formule empirique du chlorure de vinyle est: C₂H_{3Cl. La formule structurelle est illustrée dans la figure ci-dessous.}

Dans des conditions normales, le chlorure de vinyle est un gaz incolore, mais comme son point d'ébullition est de -13 °C, il est généralement manipulé à l'état liquide.

Propriétés chimiques du chlorure de vinyle

Les principales réactions inhérentes à cette substance sont:

• Polymérisation.
• Substitution sur la liaison carbone-chlore. Ce procédé produit des alcoolates et des esters vinyliques. L'atome de chlore est remplacé en présence de catalyseurs: halogénures, palladium et sels d'autres métaux. Si l'alcool est utilisé comme solvant, des esters sont alors synthétisés.
• Oxydation avec de l'oxygène en phase gazeuse. Les produits de cette réaction sont le chlorure de formyle, le monoxyde de carbone, l'acide chlorhydrique et l'acide formique. Une oxydation complète est observée avec la participation d'un catalyseur au chromite de cob alt ou dans une solution aqueuse utilisant du permanganate de potassium. La réaction avec l'ozone à l'état liquide et gazeux du chlorure de vinyle conduit à la formation de chlorure de formyle et d'acide formique. La combustion spontanée produit du monoxyde de carbone, de l'acide chlorhydrique et du phosgène toxique (en petites quantités).
• Réactions d'addition. Pour obtenir le trichloroéthane, qui sert de solvant, la réaction d'addition de chlore s'effectue: par voie ionique (en phase liquide, à l'abri de la lumière, à l'aide d'un catalyseur à base de métaux de transition) ou par voie radicalaireréactions (à température élevée). Des produits de chlorure de vinyle utiles sont également synthétisés par catalyse acide et hydrogénation.
• Photodissociation. Sous l'action de la lumière d'une longueur d'onde de 193 nm, les groupements HCl et Cl sont séparés de la molécule de chlorure de vinyle.
• Pyrolyse. Le chlorure de vinyle est plus résistant à la décomposition thermique que les autres haloalcanes de ce type. La pyrolyse commence à 550°C. A 680°C, le rendement en acétylène, acide chlorhydrique, chloroprène et vinylacétylène est d'environ 35 %. En présence d'eau, le chlorure de vinyle corrode le fer, l'acier et l'aluminium en libérant du HCl.

Réaction de polymérisation

Le chlorure de vinyle monomère peut exister pendant une longue période dans des conditions normales. L'apparition de radicaux à la suite de réactions photo- ou thermochimiques entraîne l'activation de la polymérisation.

Ce processus se déroule en 3 étapes et est illustré dans la figure ci-dessous.

Caractéristiques physiques

Les principales propriétés physiques du composé dans des conditions normales sont les suivantes:

• poids moléculaire – 62, 499;
• point de fusion - 119 K;
• point d'ébullition - 259 K;
• capacité calorifique à l'état liquide – 84 J/(mol∙K);
• pression de vapeur à 0 °C - 175 kPa;
• Viscosité à -20 °C – 0,272 mPa∙s;
• limite inférieure d'explosivité - 8,6 % (en volume);
• température d'auto-inflammation - 745 K.

La substance a une bonne solubilité dans les hydrocarbures,huiles, alcools, liquides organiques; pratiquement non miscible avec l'eau.

Recevoir

Il existe plusieurs façons industrielles d'obtenir du chlorure de vinyle:

• à la suite de la réaction de l'acide chlorhydrique avec l'acétylène;
• à partir d'éthylène et de chlore (chloration directe de l'éthylène, obtention de dichlorure d'éthylène, sa pyrolyse en chlorure de vinyle);
• oxychloration de l'éthylène;
• méthode combinée (chloration directe, pyrolyse du dichlorure d'éthylène, oxychloration) - un processus d'équilibre d'éthylène et de chlore sans formation ni consommation d'acide chlorhydrique.

Actuellement, cette dernière option est la plus courante et la plus économique. La quantité de chlorure de vinyle obtenue par cette technologie représente plus de 95 % de la production mondiale totale. La chimie des réactions est illustrée dans la figure ci-dessous.

La totalité du volume d'acide obtenu lors de la pyrolyse du dichlorure d'éthylène est utilisée comme matière première dans l'étape suivante de production (oxychloration). Le produit résultant est purifié par distillation, les sous-produits sont utilisés dans la production de solvants ou recyclés.

Production en Russie

En Russie, la production de chlorure de vinyle à partir d'acétylène est réalisée dans les entreprises suivantes:

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

Sur la base de l'éthylène, la synthèse d'une substance est réalisée dans des organisations telles que:

• JSC "Sayanskkhimplast" (Saïansk).
• JSC Sibur-Neftekhim (Caprolactame, Dzerjinsk).
• ZAO Kaustik (Sterlitamak).

La synthèse à partir d'acétylène est considérée comme une technologie obsolète. L'utilisation de l'éthylène comme matière première présente les avantages suivants:

• matières premières moins chères et plus abordables;
• rendement élevé du produit fini;
• faible consommation d'énergie et d'eau;
• possibilité de construire des lignes de production de grande capacité.

Cette méthode est utilisée par les plus grands fabricants mondiaux depuis plus de 40 ans. Les principales orientations prometteuses pour le développement de la production industrielle de chlorure de vinyle en Russie sont l'introduction de nouvelles capacités, le passage à l'éthane comme matière première, la diffusion de la technologie d'oxychloration assistée par oxygène et le développement d'industries connexes pour la vente de soude caustique, qui est formé comme sous-produit.

Demande

La grande majorité du chlorure de vinyle produit est utilisée pour fabriquer du chlorure de polyvinyle (PVC). Selon les statistiques, plus de 50 % de la production de ce polymère se fait en Asie.

Le chlorure de polyvinyle est le matériau le plus polyvalent de tous les polymères. Il peut être utilisé pour produire à la fois des structures de construction rigides (tuyaux, revêtements de murs extérieurs, profilés) etproduits élastiques (fils, câbles, matériaux de couverture). Contrairement à d'autres matériaux polymères, le chlorure de polyvinyle sous l'influence des rayons ultraviolets, de l'oxydation et des hydrocarbures liquides non seulement se décompose, mais réticule également partiellement les chaînes polymères. Cette propriété est liée à la présence d'atomes de chlore dans la structure du composé. La forte compétitivité du PVC s'explique également par son prix bas.

Le PVC est utilisé pour fabriquer les produits suivants (par ordre décroissant de volume de production):

• tuyaux et leurs raccords;
• bardage;
• fenêtres, portes;
• profilés (y compris les clôtures et les terrasses);
• revêtement de sol;
• matériaux de toiture;
• produits de consommation;
• emballage;
• câbles et fils (gaine, isolation);
• fournitures médicales;
• revêtements, adhésifs.

Autres utilisations

Une petite proportion de chlorure de vinyle (environ 1%) est utilisée pour produire des copolymères, dont les combinaisons avec l'acétate de vinyle, le chlorure de vinylidène, les monomères de la série acrylique et les alpha-oléfines sont d'une importance pratique. Le premier type de copolymères est le plus répandu. Ces matériaux ont les noms commerciaux suivants:

• vestolite;
• hostalite;
• winnol;
• lukovil;
• corvik;
• jeon;
• sikron et autres.

Ils sont utilisés pour fabriquer des produits tels que:

• linoléum et autres revêtements de sol;
• fenêtres;
• tuiles de parement;
• faux cuir;
• film;
• vernis;
• nontissés.

Toxicité

Le chlorure de vinyle fait référence à des composés hautement dangereux qui entraînent une grave détérioration du corps humain. La substance est volatile et la principale voie d'entrée est l'inhalation. La source est la production de chlorure de vinyle, de PVC et de produits dérivés.

Le chlorure de vinyle provoque des troubles dans les organes et systèmes suivants:

• Dépression du SNC (étourdissements, désorientation, coma toxique);
• dommage du tissu conjonctif et des vaisseaux sanguins;
• détérioration de la fonction reproductrice;
• effet cancérigène (l'angiosarcome du foie est le plus souvent détecté, des tumeurs et d'autres localisations se développent);
• système digestif – hépatite, cholécystite, cholangite, gastrite, ulcère peptique;
• système circulatoire et hématopoïétique - hypertension, maladie coronarienne, éosinophilie, thrombocytopénie;
• perturbation du cholestérol et du métabolisme général;
• effet mutagène, formation d'aberrations chromosomiques;
• inhibition de la protection antimicrobienne, réduction des forces immunitaires.

Avec une exposition prolongée (de six mois à 3 ans) à des doses toxiques de cette substance, la "maladie du chlorure de vinyle" survient. Son développement passe par 3 étapes, qui se caractérisent par les caractéristiques suivantes:

1. Faiblesse, migraine, nausée, anémie, douleur des phalanges des ongles des membres, ainsi que leur destructiondes os. Lorsque l'influence néfaste cesse, les changements sont réversibles.
2. Inflammation des nerfs périphériques entraînant une perte de sensation; arythmie, douleur dans la région du cœur, violation de la thermorégulation.
3. Troubles de la mémoire, hallucinations, fluctuations oculaires involontaires, double image, troubles du sommeil, diminution des performances, douleurs à l'estomac, nausées, vomissements, augmentation des pathologies osseuses.