Стирол - одно из самых распространенных веществ современной химической промышленности. Его ежегодное производство исчисляется миллионами тонн. Но что же представляет собой это удивительное вещество, которое окружает нас повсюду? Давайте разберемся!
1. Что такое стирол и его физико-химические свойства
Стирол представляет собой бесцветную маслянистую жидкость с характерным сладковатым запахом. Химическая формула стирола - C6H5CH=CH2. В его молекуле сочетается ароматическое бензольное кольцо и виниловая группа с двойной углерод-углеродной связью. Именно наличие этой связи обуславливает уникальные свойства стирола.
Основные физические характеристики стирола:
- Температура плавления: -30°C
- Температура кипения: 145°C
- Плотность: 0,909 г/см3
- Растворимость в воде: около 300 мг/л при 25°C
Химически стирол довольно активен - он легко вступает в реакции окисления, присоединения (галогенирования), а также полимеризации. Последняя реакция наиболее важна, так как позволяет получать полистирол и другие полимерные материалы на основе стирола.
Стирол практически нерастворим в воде, хорошо растворим в органических растворителях, хороший растворитель полимеров.
Из-за склонности к самопроизвольной полимеризации чистый стирол неустойчив при хранении. Его стабилизируют добавлением ингибиторов – веществ, замедляющих эту реакцию. Например, гидрохинона или третбутилпирокатехина в количестве около 0,001%.
2. Производство стирола
На сегодняшний день основным (>99%) источником промышленного получения стирола является дегидрирование этилбензола. Этот процесс проводят при температуре 600-650°C в присутствии оксидных катализаторов. Кроме того, для разбавления реакционной смеси и предотвращения нежелательной полимеризации используют перегретый водяной пар.
Выход стирола этим методом составляет 88-94%. Далее продукт очищают методом дистилляции.
Вторым по распространенности способом получения стирола (до 15% от общего объема) является двухстадийный процесс, включающий сначала окисление этилбензола кислородом до гидроперекиси с последующей обработкой пропиленом.
Кроме того, в лабораториях небольшие количества стирола можно получить путем нагревания и быстрого охлаждения полистирола или дегидратации коричной кислоты. Однако в промышленных масштабах эти методы пока неприменимы.
Перспективным считается синтез стирола из более дешевого сырья - толуола и метанола. Проводят эту реакцию при температуре 425°C в присутствии цеолитных катализаторов. Выход целевого продукта достигает 60%.
3. Области применения стирола
Подавляющее большинство производимого в мире стирола идет на получение полимерных материалов, главным образом полистирола и его производных:
- Твердый ударопрочный полистирол для изготовления разнообразных изделий, в том числе игрушек, бытовой техники, мединструментов;
- Пенополистирол для легкой упаковки и теплоизоляционных материалов (пенопласт);
- Модифицированные стиролом полиэфирные смолы и пластики, такие как АБС-пластик (акрилонитрил-бутадиен-стирол) или САН (стирол-акрилонитрил);
- Синтетические каучуки на основе сополимеров стирола, используемые, например, в производстве автомобильных шин.
Кроме того, стирол применение находит в производстве ионообменных смол, стекловолокна, лакокрасочных покрытий. Интересно, что его можно использовать в качестве эффективного клея для склеивания деталей из полистирола. При этом образуется неразъемное соединение, по прочности не уступающее сплошной пластмассовой детали.
Ну и нельзя не упомянуть о том, что стирол входит в состав зажигательных смесей типа напалма.
Итак, мы выяснили, что такое стирол - это - уникальное многофункциональное вещество, нашедшее широкое применение в самых разных областях. А теперь давайте поговорим о масштабах его производства и использования в промышленности.
4. Коммерческое производство и мировой рынок стирола
По данным за 2019 год, объем мирового рынка стирола составил около 48 миллиардов долларов. Основными производителями являются компании из Азии, Северной Америки и Европы, в частности:
- LyondellBasell (США)
- INEOS Styrolution (Великобритания)
- Total Petrochemicals (Франция)
- Trinseo (США)
- Americas Styrenics (США-Мексика, совместное предприятие Dow и Chevron Phillips)
- Supreme Petrochem (Индия)
- Kumho Petrochemical (Южная Корея)
С учетом постоянно растущего спроса со стороны таких ключевых отраслей, как электроника, автопром, производство полимеров и бытовой химии, эксперты прогнозируют увеличение годового производства стирола до 70 млн тонн в ближайшие 5 лет.
5. Токсическое дейстиве и опасность стирола
Несмотря на широкое применение, стирол - это такое опасное вещество, которое оказывает токсическое действие на организм человека. Особенно чувствителен к нему центральный нервный аппарат.
У рабочих, контактирующих со стиролом, наблюдались такие симптомы как головные боли, головокружение, расстройство памяти и координации движений. При длительном воздействии возможно развитие дегенеративных заболеваний нервной системы.
Кроме того, пары стирола раздражают слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. Высокие концентрации могут вызывать отек легких.
6. Нормирование содержания стирола
В воздухе рабочей зоны производственных помещений согласно гигиеническому нормативу содержание паров стирола не должно превышать:
- 10 мг/м куб. - среднесменная концентрация;
- 30 мг/м куб. - максимальная разовая концентрация.
Для населения в целом норматив еще жестче и составляет всего 0,002 мг/м куб.
7. Меры защиты при работе со стиролом
Для снижения опасного воздействия паров стирола необходимо применение средств индивидуальной защиты органов дыхания (респираторы, противогазы), а также защитной одежды и перчаток.
Кроме того, важное значение имеют организация эффективной вентиляции помещений и контроль за соблюдением нормативов ПДК в воздухе рабочей зоны. Транспортировка и хранение стирола должны производиться в герметично закрытой таре.
