cloruro di vinile -Vinyl chloride

Cloruro di vinile
Formula strutturale del cloruro di vinile
Modello che riempie lo spazio
Nomi
Nome IUPAC preferito
Cloroetilene
Altri nomi
Monomero di cloruro di vinile
VCM
Cloroetilene
Refrigerante-1140
Identificatori
Modello 3D ( JSmol )
1731576
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
Scheda informativa dell'ECHA 100.000.756 Modificalo su Wikidata
Numero CE
100541
KEGG
Numero RTECS
UNII
Numero ONU 1086
  • InChI=1S/C2H3Cl/c1-2-3/h2H,1H2 controlloY
    Legenda: BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N controlloY
  • InChI=1/C2H3Cl/c1-2-3/h2H,1H2
    Chiave: BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYAW
  • ClC=C
Proprietà
C2H3Cl _ _ _ _
Massa molare 62,50  g·mol −1
Aspetto Gas incolore
Odore piacevole
Densità 0,911 g/ml
Punto di fusione −153,8 ° C (−244,8 ° F; 119,3 K)
Punto di ebollizione -13,4 ° C (7,9 ° F; 259,8 K)
2,7 g/L (0,0432 mol/L)
Pressione del vapore 2580 mm. di mercurio 20 °C (68 °F)
-35,9·10 −6 cm 3 /mol
Termochimica
0,8592 J/K/g (gas)
0,9504 J/K/g (solido)
Std entalpia di
formazione
f H 298 )
−94,12 kJ/mol (solido)
Pericoli
Etichettatura GHS :
GHS02: InfiammabileGHS08: Pericolo per la salute
Pericolo
H220 , H350
P201 , P202 , P210 , P281 , P308+P313 , P377 , P381 , P403 , P405 , P501
NFPA 704 (diamante di fuoco)
3
4
2
punto d'infiammabilità −61 ° C (−78 ° F; 212 K)
Limiti esplosivi 3,6–33%
NIOSH (limiti di esposizione sanitaria USA):
PEL (Consentito)
TWA 1 ppm C 5 ppm [15 minuti]
REL (consigliato)
Circa
IDLH (pericolo immediato)
Ca [ND]
Tranne dove diversamente specificato, i dati sono forniti per i materiali nel loro stato standard (a 25 °C [77 °F], 100 kPa).
controlloY verifica  ( che cos'è   ?) controlloY☒N

Il cloruro di vinile è un organocloruro con la formula H 2 C = CHCl. È anche chiamato cloruro di vinile monomero ( VCM ) o cloroetene . Questo composto incolore è un'importante sostanza chimica industriale utilizzata principalmente per produrre il polimero cloruro di polivinile (PVC). VCM è tra i primi venti maggiori prodotti petrolchimici ( sostanze chimiche derivate dal petrolio ) nella produzione mondiale. Gli Stati Uniti rimangono la più grande regione di produzione di VCM a causa della sua posizione a basso costo di produzione nelle materie prime di cloro ed etilene. La Cina è anche un grande produttore e uno dei maggiori consumatori di VCM. Il cloruro di vinile è un gas infiammabile che ha un odore dolce ed è cancerogeno . Può formarsi nell'ambiente quando gli organismi del suolo scompongono i solventi clorurati. Il cloruro di vinile rilasciato dalle industrie o formato dalla decomposizione di altre sostanze chimiche clorurate può entrare nell'aria e nelle riserve di acqua potabile. Il cloruro di vinile è un contaminante comune che si trova vicino alle discariche . Prima degli anni '70, il VCM veniva utilizzato come propellente e refrigerante per aerosol .

Usi

Il cloruro di vinile, chiamato anche cloruro di vinile monomero (VCM), è utilizzato esclusivamente come precursore del PVC. A causa della sua natura pericolosa, VCM non si trova in altri prodotti. Il cloruro di polivinile (PVC) è molto stabile, conservabile e non tossico.

Fino al 1974, il cloruro di vinile veniva utilizzato nel propellente spray aerosol . Il cloruro di vinile è stato brevemente utilizzato come anestetico per inalazione , in modo simile al cloruro di etile , sebbene la sua tossicità abbia costretto ad abbandonare questa pratica.

Produzione

Il cloruro di vinile fu prodotto per la prima volta nel 1835 da Justus von Liebig e dal suo allievo Henri Victor Regnault . Lo hanno ottenuto trattando l'1,2-dicloroetano con una soluzione di idrossido di potassio in etanolo .

Nel 1912, Fritz Klatte, un chimico tedesco che lavorava per Griesheim-Elektron, brevettò un mezzo per produrre cloruro di vinile da acetilene e acido cloridrico utilizzando il cloruro di mercurio come catalizzatore . Questo metodo è stato ampiamente utilizzato durante gli anni '30 e '40 in Occidente. Da allora è stato sostituito da processi più economici basati sull'etilene negli Stati Uniti e in Europa. La tecnologia basata sul mercurio è il principale metodo di produzione in Cina.

Vengono impiegati due metodi, l' idroclorurazione dell'acetilene e la deidroclorurazione dell'etilene dicloruro ( 1,2-dicloroetano ). Sono stati fatti numerosi tentativi per convertire l'etano direttamente in cloruro di vinile.

Decomposizione termica del dicloroetano

L'1,2-dicloroetano , ClCH 2 CH 2 Cl (noto anche come dicloruro di etilene, EDC), può essere preparato mediante alogenazione di etano o etilene , materiali di partenza poco costosi. L'EDC si converte termicamente in cloruro di vinile e HCl anidro. Questo metodo di produzione è diventato la via principale per il cloruro di vinile dalla fine degli anni '50.

ClCH 2 CH 2 Cl → CH 2 =CHCl + HCl

La reazione di cracking termico è altamente endotermica e viene generalmente effettuata in un riscaldatore acceso. Anche se il tempo di permanenza e la temperatura sono attentamente controllati, produce quantità significative di prodotti secondari di idrocarburi clorurati. In pratica, il rendimento per la conversione EDC è relativamente basso (dal 50 al 60 percento). L'effluente del forno viene immediatamente spento con EDC freddo per ridurre al minimo le reazioni secondarie indesiderate. La risultante miscela vapore-liquido va quindi ad un sistema di purificazione. Alcuni processi utilizzano un sistema di assorbimento-stripper per separare l'HCl dagli idrocarburi clorurati, mentre altri processi utilizzano un sistema di distillazione continua refrigerato.

Produzione da acetilene

L'acetilene reagisce con il gas di acido cloridrico anidro su un catalizzatore di cloruro mercurico per dare cloruro di vinile:

C 2 H 2 + HCl → CH 2 =CHCl

La reazione è esotermica e altamente selettiva. La purezza e le rese del prodotto sono generalmente molto elevate.

Questo percorso verso il cloruro di vinile era comune prima che l'etilene diventasse ampiamente distribuito. Quando i produttori di cloruro di vinile sono passati all'utilizzo del cracking termico dell'EDC sopra descritto, alcuni hanno utilizzato il sottoprodotto HCl in combinazione con un'unità a base di acetilene collocata. I rischi legati allo stoccaggio e alla spedizione dell'acetilene significavano che l'impianto di cloruro di vinile doveva essere situato molto vicino all'impianto di generazione dell'acetilene. La Cina utilizza ancora questo metodo per produrre cloruro di vinile a causa delle grandi riserve di carbone da cui viene prodotto l'acetilene.

Altri percorsi

I catalizzatori a base di oro e platino sono stati proposti come sostituti della produzione catalizzata dal mercurio.

Produzione potenziale da etano

L'etano è prontamente disponibile, in particolare sulla costa del Golfo degli Stati Uniti. L'etilene è ottenuto dall'etano mediante cracking dell'etano e quindi l'etilene viene utilizzato per la produzione di cloruro di vinile. Quindi, per risparmiare sui costi di lavorazione per la produzione di etilene, sono stati fatti numerosi tentativi per convertire l'etano direttamente in cloruro di vinile. L'alimentazione diretta di etano agli impianti di cloruro di vinile potrebbe quindi ridurre notevolmente i costi delle materie prime e rendere gli impianti meno dipendenti dalla capacità del cracker. La conversione dell'etano in cloruro di vinile può essere eseguita mediante vari percorsi:

Clorazione ad alta temperatura:

C 2 H 6 + 2 Cl 2 → C 2 H 3 Cl + 3 HCl

Ossiclorurazione ad alta temperatura:

C 2 H 6 + HCl + O 2 → C 2 H 3 Cl + 2 H 2 O

Clorurazione ossidativa ad alta temperatura:

2 C 2 H 6 + 32 O 2 + Cl 2 → 2 C 2 H 3 Cl + 3 H 2 O

Uno dei principali svantaggi dell'uso dell'etano sono le condizioni di forzatura richieste per il suo utilizzo, che possono essere attribuite alla sua mancanza di funzionalità molecolare. A differenza dell'etilene, che subisce facilmente l'aggiunta di cloro, l'etano deve essere prima funzionalizzato mediante reazioni di sostituzione, che danno origine a una varietà di reazioni consecutive ea catena laterale. La reazione deve, quindi, essere controllata cineticamente per ottenere una resa massima di cloruro di vinile. Il cloruro di vinile produce in media il 20–50% per passaggio. Come sottoprodotti principali si ottengono etilene, cloruro di etile e 1,2-dicloroetano. Con catalizzatori speciali e in condizioni ottimizzate, sono state riportate conversioni di etano superiori al 96% da reazioni di ossiclorurazione. L'etilene formatosi può essere riciclato oppure ossiclorurato e crackizzato in modo convenzionale. Molti di questi processi a base di etano sono stati e sono in fase di sviluppo.

Stoccaggio e trasporto

Il cloruro di vinile viene conservato come liquido. Il limite superiore di sicurezza accettato come pericolo per la salute è di 500 ppm. Spesso i contenitori di stoccaggio del prodotto cloruro di vinile sono sfere ad alta capacità. Le sfere hanno una sfera interna e una esterna. Diversi centimetri di spazio separano la sfera interna da quella esterna. Lo spazio interstiziale tra le sfere viene spurgato con un gas inerte come l'azoto. Quando il gas di spurgo dell'azoto esce dallo spazio interstiziale, passa attraverso un analizzatore che rileva se vi sono perdite di cloruro di vinile dalla sfera interna. Se il cloruro di vinile inizia a fuoriuscire dalla sfera interna o se viene rilevato un incendio all'esterno della sfera, il contenuto della sfera viene automaticamente scaricato in un contenitore di stoccaggio sotterraneo di emergenza. I contenitori utilizzati per la manipolazione del cloruro di vinile a temperatura atmosferica sono sempre sotto pressione. Il cloruro di vinile inibito può essere conservato alle normali condizioni atmosferiche in recipienti a pressione adeguati. Il cloruro di vinile non inibito può essere conservato in frigorifero o alla normale temperatura atmosferica in assenza di aria o luce solare, ma solo per una durata di pochi giorni. Se conservato per periodi più lunghi, è necessario effettuare controlli regolari per confermare che non sia avvenuta la polimerizzazione.

Oltre al rischio di tossicità, il trasporto di VCM presenta anche gli stessi rischi del trasporto di altri gas infiammabili come propano, butano (GPL) o gas naturale (per i quali si applicano le stesse norme di sicurezza). L'attrezzatura utilizzata per il trasporto di VCM è appositamente progettata per resistere agli urti e alla corrosione.

Pericolo di incendio ed esplosione

Negli Stati Uniti, l'OSHA elenca il cloruro di vinile come liquido infiammabile di classe IA, con un indice di infiammabilità della National Fire Protection Association pari a 4. A causa del suo basso punto di ebollizione, il VCM liquido subirà un'evaporazione rapida (ovvero l'autorefrigerazione) al suo rilascio alla pressione atmosferica . La parte vaporizzata formerà una nube densa (pesante più del doppio dell'aria circostante). Il rischio di successiva esplosione o incendio è significativo. Secondo OSHA, il punto di infiammabilità del cloruro di vinile è -78 ° C (-108,4 ° F). I suoi limiti di infiammabilità in aria sono: inferiore 3,6 % in volume e superiore 33,0% in volume. I limiti di esplosività sono: inferiore 4,0%, superiore 22,05% in volume in aria. Il fuoco può rilasciare cloruro di idrogeno tossico (HCl) e monossido di carbonio (CO). Il VCM può polimerizzare rapidamente a causa del riscaldamento e sotto l'influenza di aria, luce e contatto con un catalizzatore, forti ossidanti e metalli come rame e alluminio, con pericolo di incendio o esplosione. Essendo un gas miscelato con l'aria, il VCM rappresenta un pericolo di incendio ed esplosione. In piedi, VCM può formare perossidi , che possono poi esplodere. VCM reagirà con ferro e acciaio in presenza di umidità.

Effetti sulla salute

Il cloruro di vinile trova la sua principale applicazione nella produzione di PVC. È volatile, quindi l'esposizione primaria avviene tramite inalazione, al contrario del consumo di cibo o acqua contaminati, con i rischi professionali più elevati. Prima del 1974, i lavoratori erano comunemente esposti a 1.000 ppm di cloruro di vinile, causando "malattie da cloruro di vinile" come l' acroosteolisi e il fenomeno di Raynaud . I sintomi dell'esposizione al cloruro di vinile sono classificati in base ai livelli di ppm nell'aria ambiente con 4.000  ppm che hanno un effetto soglia. L'intensità dei sintomi varia da acuta (1.000-8.000 ppm), inclusi vertigini, nausea, disturbi visivi, cefalea e atassia , a cronica (oltre 12.000 ppm), inclusi effetto narcotico, aritmie cardiache e insufficienza respiratoria fatale . RADS (sindrome da disfunzione delle vie aeree reattive) può essere causata da un'esposizione acuta al cloruro di vinile.

Il cloruro di vinile è un mutageno con effetti clastogenici che influenzano la struttura cromosomica dei linfociti. Il cloruro di vinile è un cancerogeno umano di gruppo 1 che presenta rischi elevati di angiosarcoma raro , tumori cerebrali e polmonari e tumori linfatici emopoietici maligni. L'esposizione cronica porta a forme comuni di insufficienza respiratoria ( enfisema , fibrosi polmonare ) ed epatotossicità focalizzata ( epatomegalia , fibrosi epatica ). L'esposizione continua può causare depressione del SNC inclusi euforia e disorientamento. Diminuzione della libido maschile, aborto spontaneo e difetti congeniti sono i principali difetti riproduttivi noti associati al cloruro di vinile.

Il cloruro di vinile può avere effetti cutanei e oculari acuti . Gli effetti dell'esposizione cutanea sono ispessimento della pelle, edema, diminuzione dell'elasticità, congelamento locale, vesciche e irritazione. La completa perdita di elasticità della pelle si esprime nel Fenomeno di Raynaud.

Tossicità epatica

L' epatotossicità del cloruro di vinile è stata stabilita da tempo sin dagli anni '30, quando l'industria del PVC era appena agli inizi. Nel primissimo studio sui pericoli del cloruro di vinile, pubblicato da Patty nel 1930, è stato rivelato che l'esposizione di animali da laboratorio a una singola dose elevata a breve termine di cloruro di vinile ha causato danni al fegato. Nel 1949, una pubblicazione russa discusse la scoperta che il cloruro di vinile causava danni al fegato tra i lavoratori. Nel 1954, BF Goodrich Chemical affermò che il cloruro di vinile causava danni al fegato in caso di esposizione a breve termine. Non si sapeva quasi nulla dei suoi effetti a lungo termine. Hanno anche raccomandato studi di tossicologia animale a lungo termine. Lo studio ha rilevato che se una sostanza chimica giustificasse il costo dei test e i suoi effetti negativi sui lavoratori e sul pubblico fossero noti, la sostanza chimica non dovrebbe essere prodotta. Nel 1963, una ricerca finanziata in parte da Allied Chemical ha rilevato danni al fegato negli animali da laboratorio a causa di esposizioni inferiori a 500 parti per milione (ppm). Sempre nel 1963, un ricercatore rumeno pubblicò i risultati della malattia del fegato nei lavoratori del cloruro di vinile. Nel 1968, Mutchler e Kramer, due ricercatori della Dow , riferirono di aver scoperto che esposizioni a partire da 300 ppm causavano danni al fegato nei lavoratori del cloruro di vinile, confermando così i precedenti dati sugli animali negli esseri umani. In una presentazione del 1969 tenuta in Giappone, PL Viola, un ricercatore europeo che lavora per l'industria europea del cloruro di vinile, ha indicato che "ogni monomero utilizzato nella produzione di VC è pericoloso... sono stati riscontrati vari cambiamenti nelle ossa e nel fegato. In particolare, molto di più si dovrebbe attirare l'attenzione sui cambiamenti del fegato. I risultati nei ratti alla concentrazione da 4 a 10 ppm sono mostrati nelle immagini. Alla luce della scoperta di danni al fegato nei ratti da soli 4-10 ppm di esposizione al cloruro di vinile, Viola ha aggiunto che "dovrebbe essere presa qualche precauzione negli impianti di produzione che polimerizzano il cloruro di vinile, come una riduzione del valore limite di soglia di monomero". Il cloruro di vinile è stato segnalato per la prima volta per indurre angiosarcoma del fegato nel 1974 e ulteriori ricerche hanno dimostrato la cancerogenicità del VC su altri organi e a concentrazioni inferiori, con prove che ora si estendono ai lavori associati all'esposizione al poli(cloruro di vinile), indicando la necessità di una prudente controllo delle polveri di PVC in ambito industriale.

Il cloruro di vinile monomero (VCM) è ora un cancerogeno di gruppo 1 IARC noto per causare angiosarcoma epatico (HAS) nei lavoratori industriali altamente esposti. Il VCM, un componente nella produzione di resine di cloruro di polivinile (PVC), è un idrocarburo alogenato con effetti tossici acuti, nonché effetti cancerogeni cronici.

I topi esposti a bassi livelli di cloruro di vinile per 12 settimane mostrano difficoltà nell'elaborazione del glucosio e hanno un'infiammazione nei polmoni.

Tumori cancerosi

Nel 1970, Viola ha riferito che gli animali da test esposti a 30.000 ppm di cloruro di vinile hanno sviluppato tumori cancerosi. Viola ha iniziato la sua ricerca cercando la causa delle lesioni al fegato e alle ossa riscontrate nei lavoratori del cloruro di vinile. Le scoperte di Viola nel 1970 furono una "bandiera rossa" per BF Goodrich e per l'industria. Nel 1972, Maltoni, un altro ricercatore italiano per l'industria europea del cloruro di vinile, scoprì tumori al fegato (compreso l'angiosarcoma) da esposizioni al cloruro di vinile a partire da 250 ppm per quattro ore al giorno.

Nel 1997 i Centri statunitensi per il controllo e la prevenzione delle malattie (CDC) hanno concluso che lo sviluppo e l'accettazione da parte dell'industria del PVC di un processo di polimerizzazione a ciclo chiuso alla fine degli anni '70 "ha eliminato quasi completamente l'esposizione dei lavoratori" e che "nuovi casi di angiosarcoma epatico nel vinile i lavoratori della polimerizzazione del cloruro sono stati praticamente eliminati."

Lo Houston Chronicle ha affermato nel 1998 che l'industria del vinile ha manipolato gli studi sul cloruro di vinile per evitare la responsabilità per l'esposizione dei lavoratori e ha nascosto fuoriuscite di sostanze chimiche estese e gravi nelle comunità locali.

Inquinamento ambientale

Secondo l' EPA , "le emissioni di cloruro di vinile da piante di cloruro di polivinile (PVC), dicloruro di etilene (EDC) e cloruro di vinile monomero (VCM) causano o contribuiscono all'inquinamento atmosferico che si può ragionevolmente prevedere provocherà un aumento della mortalità o un aumento di gravi malattie irreversibili o invalidanti reversibili. Il cloruro di vinile è un noto cancerogeno per l'uomo che provoca un raro cancro del fegato. Il profilo tossicologico aggiornato del 2001 dell'EPA e la valutazione sommaria della salute per il VCM nel suo database del sistema integrato di informazione sui rischi (IRIS) abbassano la precedente stima del fattore di rischio dell'EPA di un fattore 20 e conclude che "a causa delle prove coerenti per il cancro al fegato in tutti gli studi .. .e l'associazione più debole per altri siti, si conclude che il fegato è il sito più sensibile e la protezione contro il cancro al fegato proteggerà dalla possibile induzione del cancro in altri tessuti".

Bonifica microbica

La specie batterica Nitrosomonas europaea può degradare una varietà di composti alogenati tra cui tricloroetilene e cloruro di vinile.

Guarda anche

Riferimenti

Riferimenti aggiuntivi per inquinamento ambientale

  • Programma internazionale sulla sicurezza chimica (IPCS) (1997). Cloruro di vinile. Monografia informativa sui veleni. PIM 558. QUI. Ginevra.
  • Servizio nazionale di informazione sui veleni (NPIS) (2004). "Cloruro di vinile." TOXBASE®.
  • Organizzazione mondiale della sanità (OMS) (2000). "Linee guida sulla qualità dell'aria per l'Europa". Pubblicazioni regionali dell'OMS, serie europea, n. 91. 2a edizione. Ufficio regionale dell'OMS per l'Europa. Copenaghen.
  • Hathaway GJ e Proctor NH (2004). Rischi chimici del posto di lavoro . 5a edizione. John Wiley & Figli, New Jersey.
  • Sistema informativo sulla valutazione dei rischi (RAIS) (1993). "Riepilogo della tossicità per il cloruro di vinile. "Gruppo di valutazione e comunicazione dei rischi chimici, sezione di analisi delle informazioni biomediche e ambientali, divisione di ricerca sulla salute e sicurezza.

Citazioni in linea

Ulteriori letture

link esterno