Vinylacetaat CAS 108-05-4

Het meest toegepaste industriële proces voorvinylacetaatde productie is afhankelijk van de katalytische synthese in de damp-fase van ethyleen, azijnzuur en zuurstof via edelmetaalkatalysatoren.

Grondstoffen ethyleen en ijsazijn worden voorverwarmd en verdampt voordat ze worden gemengd, en vervolgens naar een reactor met een vast-bed geladen met door palladium- goud ondersteunde silicakatalysatoren gevoerd. De reactietemperatuur wordt op 140–180 graden gehouden onder een druk van 0,6–0,9 MPa, waarbij kaliumacetaat wordt toegevoegd als co-katalysator om de reactieselectiviteit te vergroten.

De kernreactie omvat oxidatieve toevoeging van ethyleen, azijnzuur en O₂ om VAc en water te produceren. Nevenreacties genereren onzuiverheden, waaronder kooldioxide, aceetaldehyde en ethylacetaat. Deze route beschikt over direct beschikbare grondstoffen en een sterke continue massaproductiecapaciteit-, goed voor meer dan 90% van de mondiale productiecapaciteit.

Het gemengde gas dat uit de reactor wordt afgevoerd, wordt gecondenseerd om ruwe producten te scheiden, terwijl niet-gereageerd ethyleen wordt gerecycled voor hergebruik. Ruwe VAc ondergaat eerst rectificatie om azijnzuur en water te verwijderen, gevolgd door secundaire rectificatie om lichte onzuiverheden zoals aceetaldehyde en ethylacetaat te verwijderen. Dehydratie en droging worden uiteindelijk uitgevoerd om eindproducten te verkrijgen met een zuiverheid van meer dan 99,9%.

De refluxverhouding wordt tijdens rectificatie strikt gecontroleerd om zelf-polymerisatie van VAc te voorkomen, en er worden sporen van polymerisatieremmers toegevoegd om het product te stabiliseren.

Bij het vroege proces wordt gebruik gemaakt van een vloeibare{0}}fase-additiereactie tussen acetyleen en azijnzuur via zinkacetaat-geactiveerde koolstofkatalysatoren bij 170–220 graden.

Vanwege de hoge opslag- en transportkosten van acetyleen, aanzienlijke veiligheidsrisico's, snelle deactivering van de katalysator, overmatig energieverbruik en de moeilijke scheiding van productonzuiverheden, is dit proces volledig vervangen door de op ethyleen-gebaseerde route. Er is nog maar een klein aantal verouderde, kleinschalige productie-eenheden-in bedrijf.

Vinylacetaat, een kernvinylmonomeer voor de moderne polymeerindustrie, werd voor het eerst geïsoleerd en systematisch bestudeerd door de Duitse chemicus Fritz Klatte in 1912, wat de oorsprong markeerde van de vinylesterchemie. Klatte werkte bij Griesheim-Elektron, een grote Duitse alkalifabrikant die enorm veel acetyleen genereerde als bijproduct van de carbideproductie; zijn kerntaak was het ontwikkelen van hoogwaardige-stroomafwaartse derivaten voor afvalacetyleengrondstof.

Aanvankelijk concentreerde Klatte zich op de additiereactie van acetyleen met waterstofchloride om vinylchloride te synthetiseren. In parallelle experimenten in de vloeibare{1}}fase liet hij acetyleen in watervrij azijnzuur borrelen met kwiksulfaat als katalysator om ethylideendiacetaat te bereiden. Tijdens de productscheiding ontdekte hij een vluchtig, onverzadigd esterbijproduct, later geïdentificeerd als vinile, gevormd door directe toevoeging van azijnzuur aan drievoudige acetyleenbindingen. Hij bevestigde de moleculaire structuur ervan en verifieerde de unieke reactiviteit ervan: het opsluiten van vinyldamp in glazen ballonnen en blootstelling aan zonlicht veroorzaakte spontane polymerisatie, wat voor het eerst wit vast polyvinylacetaat (PVAc) opleverde.

Tussen 1912 en 1914 diende Klatte vijf patenten in op het gebied van de vinielsynthese, fotopolymerisatie en de bereiding van polyvinylacetaat, waarmee de theoretische en technische basis werd gelegd voor de industrialisatie. Toch kreeg de vroege ontwikkeling te maken met ernstige knelpunten: kwikkatalysatoren waren zeer giftig, batchprocessen in vloeibare{3}}fase leverden lage opbrengsten op en ongecontroleerde polymerisatie dreigde te ontploffen. In die tijd werd de macromoleculaire theorie nog niet algemeen erkend, zodat industriële spelers deze als een laboratoriumnieuwsgierigheid met beperkte commerciële waarde beschouwden, waardoor grootschalige investeringen bijna tien jaar lang werden stopgezet.

In 1921 optimaliseerde W. Haehnel van het Duitse Elektrochemische Consortium de route door een gas{2}}fase-katalytische methode te ontwikkelen waarbij gebruik werd gemaakt van zinkacetaat ondersteund door actieve kool, waardoor de kwikvergiftiging werd geëlimineerd en de continue productie-efficiëntie werd verhoogd.

Tegen de jaren dertig verfijnde Erich Rabald het op acetyleen-gebaseerde proces om vinile als hoofdproduct te beschouwen in plaats van als bijproduct, waardoor Duitsland de eerste speciale productielijnen ter wereld kon bouwen. Vóór 1970 domineerde de acetyleendamp-fasetechnologie de mondiale toeleveringsketens.

De tweede revolutionaire verschuiving vond plaats halverwege de-20e eeuw: op ethyleen-gebaseerde palladium-katalytische oxidatietechnologie verving de acetyleenroutes. Goedkoper uit aardolie afkomstig ethyleen verving carbide-acetyleen, waardoor de productiekosten drastisch werden verlaagd.

Deze doorbraak veranderde vinile van een niche-fijnchemie in een massaproduct, wat een snelle expansie van de lijm-, latexcoatings- en polyvinylalcoholindustrieën stimuleerde. Van toevallig laboratoriumbijproduct tot fundamentele polymeergrondstof: de eeuw{1}}lange ontdekking en evolutie van vinile weerspiegelt de wederzijdse bevordering van de fundamentele organische chemie en de vraag naar industriële materialen.