Otrzymywanie węglanu trimetylenu Metody syntezy węglanu trimetylenu Opracowane przez zespół: Mateusz Drzewicz, Mariusz Brzeziński, Radosław Brzeziński, Patrycja Gajowiec, Agata Mieżaniec. Opiekun zespołu: dr inż. Mariusz Tryznowski Węglan trimetylenu (TMC, 1,3-dioksan-2-on) jest cyklicznym związkiem o sześcioczłonowym pierścieniu. Jest on wykorzystywany jako monomer w reakcjach polimeryzacji z otrzymaniem oligowęglanodioli służących z kolei do produkcji poliuretanów. TMC staje się coraz bardziej popularnym monomerem ze względu na łatwość jego polimeryzacji z otwarciem pierścienia oraz fakt, iż w celu otrzymania oligomerów o niewielkim ciężarze cząsteczkowym (do 2500) polimeryzację można prowadzić bez katalizatora w podwyższonej temperaturze. Właściwości produktu: Masa cząsteczkowa: 102,09 g/mol Stan skupienia: stały Ttop = 42-44 °C Twrz = 240 °C Gęstość: 1,23 g/cm3 (jako ciecz) W toku naszych badań spośród znalezionych metod wybraliśmy dwie najkorzystniejsze do otrzymywania węglanu trimetylenu w skali przemysłowej. Metoda I: Zalety i wady Metody I: + tanie, ogólnodostępne reagenty + metoda przyjazna środowisku + zadowalająca wydajność reakcji - mnogość etapów powoduje bardzo długi czas produkcji, wysokie koszty eneregetyczne oraz dość duże straty - reakcje przebiegają w bardzo wysokich temperaturach, co przekłada się na duże koszty energii Metody syntezy węglanu trimetylenu 1. 2. 3. Schemat ideowy Metody I: Zalety i wady Metody II: + bardzo duża wydajność i selektywność reakcji + względnie łagodne warunki procesu + bardzo korzystna z punktu widzenia ekologii + niedługi sumaryczny czas prowadzenia procesu + zużywa stosunkowo niedużo energii + praktycznie nie generuje produktów ubocznych/odpadów + nieduży wymagany zestaw aparatury - stosunkowo drogie reagenty - brak dokładnych badań na skalę przemysłową Charakterystyka produkcji: a) Glikoliza: T = ok. 100 °C p = 760 Tr, pod koniec reakcji ok. 1-2 Tr b) Polikondensacja T = ok. 150 °C p = 760 tr, pod koniec reakcji ok. 1-2 Tr c) Depolimeryzacja: T = 235-240 ˜°C p = 1-2 Tr Ostateczna wydajność TMC: 73% Metoda 1 Metoda 2 Analiza oddziaływań procesów i reagentów na środowisko naturalne oraz na człowieka: W Metodzie I do syntezy wykorzystywany jest DMC, który jest substancją szkodliwą i wysoce łatwopalną, oraz 1,3-propanodiol, który nie jest substancją niebezpieczną. Powstający TMC jest szkodliwy po dostaniu się do oczu i po spożyciu, w innych przypadkach nie jest substancją niebezpieczną. W Metodzie II do syntezy wykorzystuje się oksetan, który jest substancją wysoce łatwopalną, ponadto działa szkodliwie na drogi oddechowe, w kontakcie ze skórą i po połknięciu. Drugim substratem jest dwutlenek węgla, będący gazem cieplarnianym, jego wykorzystanie odbywa się więc z korzyścią dla środowiska. Bromek tetrabutyloamoniowy nie jest substancją niebezpieczną, zaś acetyloacetonian wanadylu działa drażniąco na oczy. Metoda II 1. Ostatecznie wybrano Metodę II jako najkorzystniejszą metodę otrzymywania TMC. Przemawia za nią szereg czynników: jest ekologiczna, w porównaniu do Metody I jest znacznie bardziej wydajna, zużywa mniej energii, wymaga mniejszego nakładu pracy, wykorzystuje mniej aparatury, generuje mniej produktów ubocznych oraz trwa zdecydowanie krócej. Jedyną poważną wadą mogą być ceny reagentów, jednak wartość produktu jest w dzisiejszej dobie jeszcze na tyle duża, że inwestycja ta jak najbardziej się opłaca. Schemat ideowy Metody II: Charakterystyka produkcji: T = 60 ° p = 35 bar Wydajność reakcji: 95% Selektywność reakcji: 100% Literatura: 1. D. J. Darensburg et al., A facile catalytic synthesis of trimethylene carbonate from trimethylene oxide and carbon dioxide, 2010 2. K. Tomczyk et al., Oligowęglanodiole otrzymywane z „zielonych monomerów” węglanowych jako segmenty miękkie poliuretanów, 2010 3. M. Mazurek, Poly(carbonate-urethane)s with shape-memory properties, 2010