Cloruro de vinilo (cloruro de vinilo): propiedades, fórmula, producción industrial en Rusia

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2024-01-02 13:53

El cloruro de vinilo es uno de los derivados más simples del acetileno que se obtiene añadiendo cloruro de hidrógeno. El principal tipo de reacciones químicas en las que interviene esta sustancia es el proceso de polimerización. El producto final, el PVC, se usa ampliamente en todas las esferas de la actividad humana. El proceso de fabricación del compuesto y sus derivados va acompañado de la liberación de sustancias volátiles, que tienen un fuerte efecto tóxico en el cuerpo humano.

Descripción general

El cloruro de vinilo (cloruro de vinilo) es uno de los compuestos químicos más utilizados, ya que es la materia prima para la producción de PVC. Esta sustancia fue obtenida por primera vez por Liebig en 1830 en Alemania a partir de dicloroetano y carbonato de potasio alcohólico. Después de 42 años, otro químico alemán, Eugen Baumann, llamó la atención sobre el hecho de que cuando se almacenan a la luz, las escamas comienzan a precipitar del cloruro de vinilo. Este científico es considerado el descubridor del cloruro de polivinilo.

Al principio, este compuesto no despertó ningún interés entre los comerciantes y fabricantes de productos químicos. Su producción a escala industrialcomenzó en los años 30. Siglo XX.

La fórmula empírica del cloruro de vinilo es: C₂H_{3Cl. La fórmula estructural se muestra en la siguiente figura.}

En condiciones normales, el cloruro de vinilo es un gas incoloro, pero como su punto de ebullición es de -13 °C, se suele manipular en estado líquido.

Propiedades químicas del cloruro de vinilo

Las principales reacciones inherentes a esta sustancia son:

• Polimerización.
• Sustitución en el enlace carbono-cloro. Este proceso produce alcoholatos y ésteres de vinilo. El átomo de cloro se reemplaza en presencia de catalizadores: haluros, paladio y sales de otros metales. Si se utiliza alcohol como disolvente, se sintetizan ésteres.
• Oxidación con oxígeno en fase gaseosa. Los productos de esta reacción son cloruro de formilo, monóxido de carbono, ácido clorhídrico y ácido fórmico. La oxidación completa se observa con la participación de un catalizador de cromito de cob alto o en una solución acuosa con permanganato de potasio. La reacción con el ozono en estado líquido y gaseoso del cloruro de vinilo conduce a la formación de cloruro de formilo y ácido fórmico. La combustión espontánea produce monóxido de carbono, ácido clorhídrico y fosgeno tóxico (en pequeñas cantidades).
• Reacciones de adición. Para obtener el tricloroetano, que se utiliza como disolvente, la reacción de adición de cloro se realiza: por el mecanismo iónico (en fase líquida, en ausencia de luz, empleando un catalizador a base de metales de transición) o por el radicalreacciones (a temperatura elevada). Los productos útiles de cloruro de vinilo también se sintetizan mediante catálisis ácida e hidrogenación.
• Fotodisociación. Bajo la acción de la luz con una longitud de onda de 193 nm, los grupos HCl y Cl se separan de la molécula de cloruro de vinilo.
• Pirólisis. El cloruro de vinilo es más resistente a la descomposición térmica que otros haloalcanos de este tipo. La pirólisis comienza a 550°C. A 680°C, el rendimiento de acetileno, ácido clorhídrico, cloropreno y vinilacetileno es de aproximadamente 35%. En presencia de agua, el cloruro de vinilo corroerá el hierro, el acero y el aluminio liberando HCl.

Reacción de polimerización

El monómero de cloruro de vinilo puede existir durante mucho tiempo en condiciones normales. La aparición de radicales como resultado de reacciones fotoquímicas o termoquímicas conduce a la activación de la polimerización.

Este proceso tiene lugar en 3 etapas y se muestra en la siguiente figura.

Características físicas

Las principales propiedades físicas del compuesto en condiciones normales son las siguientes:

• peso molecular – 62, 499;
• punto de fusión - 119 K;
• punto de ebullición - 259 K;
• capacidad calorífica en estado líquido – 84 J/(mol∙K);
• presión de vapor a 0 °C - 175 kPa;
• Viscosidad a -20 °C – 0,272 mPa∙s;
• límite explosivo inferior - 8,6 % (por volumen);
• temperatura de autoignición - 745 K.

La sustancia tiene buena solubilidad en hidrocarburos,aceites, alcoholes, líquidos orgánicos; prácticamente inmiscible con agua.

Recibir

Hay varias formas industriales de obtener cloruro de vinilo:

• como resultado de la reacción del ácido clorhídrico con acetileno;
• a partir de etileno y cloro (cloración directa de etileno, obtención de dicloruro de etileno, su pirólisis a cloruro de vinilo);
• oxicloración de etileno;
• método combinado (cloración directa, pirólisis de dicloruro de etileno, oxicloración) - un proceso de equilibrio de etileno y cloro sin la formación o consumo de ácido clorhídrico.

Actualmente, la última opción es la más común y rentable. La cantidad de cloruro de vinilo obtenido por esta tecnología es más del 95% de la producción mundial total. La química de las reacciones se muestra en la siguiente figura.

Todo el volumen de ácido, que se obtiene durante la pirólisis del dicloruro de etileno, se utiliza como materia prima en la siguiente etapa de producción (oxicloración). El producto resultante se purifica por destilación, los subproductos se utilizan en la producción de disolventes o se reciclan.

Producción en Rusia

En Rusia, la producción de cloruro de vinilo a partir de acetileno se lleva a cabo en las siguientes empresas:

• AK Azot, (Novomoskovsk, región de Tula).
• JSC Plastcard (Volgogrado).
• JSC Khimprom(Volgogrado).
• Usolekhimprom JSC, (Usolye-Sibirskoye, región de Irkutsk).

Sobre la base del etileno, la síntesis de una sustancia se lleva a cabo en organizaciones como:

• JSC "Sayanskkhimplast" (Sayansk).
• JSC Sibur-Neftekhim (caprolactama, Dzerzhinsk).
• ZAO Kaustik (esterlitamak).

La síntesis a partir de acetileno se considera una tecnología obsoleta. El uso de etileno como materia prima tiene las siguientes ventajas:

• materias primas más baratas y asequibles;
• alto rendimiento del producto terminado;
• bajo consumo de energía y agua;
• posibilidad de construir líneas de producción de alta capacidad.

Este método ha sido utilizado por los principales fabricantes del mundo durante más de 40 años. Las principales direcciones prometedoras para el desarrollo de la producción industrial de cloruro de vinilo en Rusia son la introducción de nuevas capacidades, la transición a la materia prima de etano, la difusión de la tecnología de oxicloración asistida por oxígeno y el desarrollo de industrias relacionadas para la venta de sosa cáustica, que se forma como subproducto.

Solicitud

La gran mayoría del cloruro de vinilo producido se utiliza para fabricar cloruro de polivinilo (PVC). Según las estadísticas, más del 50% de la producción de este polímero se encuentra en Asia.

El cloruro de polivinilo es el material más versátil de todos los polímeros. Se puede utilizar para producir estructuras de construcción rígidas (tuberías, revestimientos de paredes exteriores, perfiles) yproductos elásticos (alambres, cables, materiales para techos). A diferencia de otros materiales poliméricos, el cloruro de polivinilo bajo la influencia de los rayos ultravioleta, la oxidación y los hidrocarburos líquidos no solo se descompone, sino que también entrecruza parcialmente las cadenas de polímeros. Esta propiedad está asociada a la presencia de átomos de cloro en la estructura del compuesto. La alta competitividad del PVC también se explica por su bajo precio.

El PVC se utiliza para fabricar los siguientes productos (en orden descendente de volumen de producción):

• tuberías y sus accesorios;
• revestimiento;
• ventanas, puertas;
• perfiles (incluyendo vallas y cubiertas);
• revestimientos de suelo;
• materiales para techos;
• productos de consumo;
• embalaje;
• cables y conductores (cubierta, aislamiento);
• suministros médicos;
• revestimientos, adhesivos.

Otros usos

Una pequeña proporción de cloruro de vinilo (alrededor del 1%) se usa para producir copolímeros, de los cuales las combinaciones con acetato de vinilo, cloruro de vinilideno, monómeros de la serie acrílica y alfa-olefinas son de importancia práctica. El primer tipo de copolímeros es el más extendido. Estos materiales tienen los siguientes nombres comerciales:

• vestolita;
• hostalitis;
• winnol;
• lukovil;
• corvik;
• jeon;
• sikron y otros.

Se utilizan para fabricar productos como:

• linóleo y otros revestimientos para suelos;
• marcos de ventanas;
• azulejos enfrentados;
• piel sintética;
• película;
• barnices;
• no tejidos.

Toxicidad

El cloruro de vinilo se refiere a compuestos altamente peligrosos que conducen a un deterioro grave en el cuerpo humano. La sustancia es volátil y la principal vía de entrada es la inhalación. La fuente es la producción de cloruro de vinilo, PVC y sus productos.

El cloruro de vinilo provoca alteraciones en los siguientes órganos y sistemas:

• Depresión del SNC (mareos, desorientación, coma tóxico);
• daño al tejido conectivo y vasos sanguíneos;
• deterioro de la función reproductiva;
• efecto cancerígeno (la mayoría de las veces se detecta angiosarcoma hepático, se desarrollan tumores y otras localizaciones);
• sistema digestivo: hepatitis, colecistitis, colangitis, gastritis, úlcera péptica;
• sistema circulatorio y hematopoyético: hipertensión, cardiopatía coronaria, eosinofilia, trombocitopenia;
• perturbación del colesterol y del metabolismo general;
• efecto mutagénico, formación de aberraciones cromosómicas;
• inhibición de la protección antimicrobiana, reducción de las fuerzas inmunitarias.

Con la exposición prolongada (de seis meses a 3 años) a dosis tóxicas de esta sustancia, se produce la "enfermedad del cloruro de vinilo". Su desarrollo pasa por 3 etapas, las cuales se caracterizan por los siguientes rasgos:

1. Debilidad, migraña, náuseas, anemia, dolor de las falanges ungueales de las extremidades, así como su destrucciónhuesos. Cuando cesa la influencia dañina, los cambios son reversibles.
2. Inflamación de los nervios periféricos, que provoca pérdida de sensibilidad; arritmia, dolor en el área del corazón, violación de la termorregulación.
3. Deterioro de la memoria, alucinaciones, fluctuaciones oculares involuntarias, doble imagen, alteración del sueño, disminución del rendimiento, dolor de estómago, náuseas, vómitos, aumento de las patologías óseas.