Stirenul este o hidrocarbură lichidă cunoscută pentru capacitatea sa incredibilă de a suferi polimerizare – un proces în care moleculele individuale reacționează între ele pentru a forma rețele mari, tridimensionale sau lanțuri polimerice.
Stirenul este folosit în principal pentru a produce un polimer termoplastic numit polistiren și alte câteva materiale plastice și cauciucuri sintetice. Acest material ușor și ieftin oferă un aspect de finisare de înaltă calitate, care poate fi tăiat în forme personalizate.
Profil de stiren
- Formula chimică: C6H5CH=CH2
- Greutate moleculară: 104,15 g/mol
- Punct de topire: -30 °C
- Punct de fierbere: 145 °C
- Densitate: 0,909 g/cm3
- Solubilitate în apă: 300 mg/L la 25 °C
Stirenul este un membru al grupului vinilic de hidrocarburi (CH2=CH-), ale cărei molecule constau dintr-o legătură dublă între doi atomi de carbon.
Sub influența inițiatorilor și a catalizatorilor, această legătură dublă poate fi împărțită în două legături simple care leagă un atom de carbon al unei alte molecule de stiren. Așa se formează polistirenul, în care mii de compuși ai stirenului sunt atașați de-a lungul unei coloane vertebrale de carbon.
Proprietati fizice si chimice
Stirenul este un lichid uleios incolor care se evaporă ușor. Vechiul eșantion poate apărea ușor gălbui. Deși are un miros dulce, alte substanțe chimice îi pot da o ordine ascuțită, neplăcută.
Deși stirenul nu se dizolvă bine în apă, este foarte solubil în etanol, eter și acetonă și ușor solubil în tetraclorură de carbon. De asemenea, formează un amestec omogen cu benzenul.
Liquid styrene
Stirenul este mai puțin dens decât apa, dar vaporii săi sunt mai grei decât aerul și iritanți pentru ochi. Dacă polimerizează în interiorul unui recipient închis, containerul s-ar putea să spargă în bucăți.
- Vâscozitate: 0,696 cP la 25 °C
- Polimerizare: Treptat la temperatura camerei și ușor la peste 65 °C.
Polimerizarea poate avea loc și datorită prezenței peroxizilor, oxidanților sau luminii solare. Pentru a preveni acest lucru, stirenul este de obicei amestecat cu inhibitori. Cu toate acestea, nu împiedică stirenul să corodeze cuprul și aliajele de cupru.
Cum se produce stirenul?
Stirenul natural se găsește (în cantități foarte mici) în unele alimente și plante, cum ar fi boabele de cafea, arahide, scorțișoară și arbori de balsamar. Se găsește și în gudronul de cărbune.
Cu toate acestea, cantități mari de stiren sunt create sintetic din etilbenzen. De fapt, mai mult de 99% din etilbenzenul produs la nivel global este destinat producției de stiren. Etilbenzenul este un lichid incolor, foarte inflamabil, creat în reacțiile Friedel-Crafts între etilenă și benzen în prezența zeoliților.
În prezent, sunt utilizate două procese pentru a produce stiren din etilbenzen:
1. Dehidrogenarea etilbenzenului
Aproximativ 75% din stiren este obținut prin îndepărtarea hidrogenului din etilbenzen (C6H5CH2CH). Acest proces implică încălzirea etilbenzenului până la 600 °C în prezența unui catalizator, care este de obicei oxid de fier (III).
Reacția absoarbe o cantitate semnificativă de căldură (din mediul extern) și este reversibilă. Produce 88-94% stiren, care este apoi purificat prin distilare.
Deoarece stirenul poate suferi polimerizare indusă termic în timpul procesului, un inhibitor este adăugat continuu în sistem.
2. Tratarea etilbenzenului cu oxigen
Reacția dintre etilbenzen și oxigen produce hidroperoxid de etilbenzen. Acest produs este apoi tratat cu propilenă pentru a produce propilenoxid și 1-feniletanol. În cele din urmă, deshidratarea 1-feniletanolului dă stiren.
Alternativa mai ieftina
Stirenul poate fi fabricat și prin utilizarea de materii prime ieftine: metanol (cel mai simplu alcool) și toluen (o hidrocarbură aromatică).
Reacția dintre acești compuși la 425 °C și în prezența catalizatorului zeolitic dă un amestec 9:1 de stiren și etilbenzen. Randamentul stirenului este mai mare de 60%.
Din acid cinamic
În laboratoare, se prepară prin îndepărtarea unei grupări carboxil din acidul cinamic, un compus cristalin alb. Stirenul a fost produs pentru prima dată folosind această tehnică.
Utilizări comune
Miliarde de kilograme de stiren sunt produse industrial în fiecare an pentru a face produse precum recipiente pentru alimente, pahare de unică folosință, plastic, cauciuc, țevi, fibră de sticlă, componente pentru automobile și diverse substanțe chimice.
În timp ce stirenul este utilizat în principal pentru producerea de materiale plastice și rășini din polistiren, el servește și ca intermediar în sinteza compușilor utilizați pentru rășinile schimbătoare de ioni.
Mai precis, stirenul este folosit pentru a produce:
Polistiren solid, care este utilizat pentru fabricarea de recipiente rigide pentru servicii alimentare, aparate de bucătărie, jucării și instrumente medicale și optice.
Compozite polimerice armate cu fibre, care sunt utilizate pentru fabricarea de țevi și rezervoare rezistente la coroziune, articole sportive, componente pentru turbine eoliene, avioane militare și comerciale și piese de automobile.
Spumă și folii de polistiren, care sunt utilizate pentru fabricarea de containere pentru servicii alimentare, ambalaje de protecție ușoare și aplicații de laminare și imprimare.
Cele mai populare materiale pe bază de stiren sunt:
- Plastic ABS (acrilonitril butadienă stiren): utilizat pentru fabricarea de articole de uz casnic mici, jucării și căptușeli pentru frigider.
- SBL (Styrene Butadiene Latex): utilizat ca acoperire în produsele din hârtie, cum ar fi reviste și cataloage, pentru a obține un luciu ridicat și o bună imprimare.
- Plastic SAN (stiren acrilonitril): utilizat în armături de baie, fibre optice și recipiente pentru alimente.
- SBR (Styrene Butadiene Rubber): este un cauciuc de uz general utilizat în anvelope, benzi transportoare și garnituri.
Toxicitate
Stirenul este un pericol de depozitare la temperaturi peste 32 °C. Când se descompune (prin încălzire), eliberează fum acre și vapori iritanti.
Vaporii de stiren sunt destul de iritanți pentru gât, nas, ochi și plămâni. Lucrătorii expuși la niveluri ridicate de vapori de stiren pot dezvolta tulburări degenerative ale sistemului nervos.
Expunerea prelungită poate duce la oboseală, pierderea auzului, vedere compromisă a culorilor, concentrare redusă, timp de reacție încetinit și probleme psihiatrice. Unii lucrători au experimentat astm bronșic, reacții alergice ale pielii, modificări ale funcției imunitare și chiar coagulare a sângelui.
Departamentul de Sănătate și Servicii Umane din Statele Unite clasifică stirenul drept cancerigen (o substanță capabilă să provoace cancer), în timp ce Agenția Internațională pentru Cercetare a Cancerului îl consideră „probabil cancerigen pentru oameni”.
Dimensiunea pieței
În 2019, piața globală a stirenului a fost evaluată la 48 de miliarde de dolari. Se estimează că această cifră va ajunge la 70 de miliarde de dolari până în 2026, la o rată de creștere anuală compusă (CAGR) de 4,6% din 2020 până în 2026.
Fabrică de producție de stiren din Iran
Cererea în continuă creștere pentru componente electronice și auto sunt câțiva dintre factorii majori care conduc la creșterea pieței. Industria auto, de exemplu, a fost un utilizator final major al SBR (cauciucul stiren-butadien este folosit mai ales la fabricarea anvelopelor).
Cu toate acestea, preocupările crescânde pentru sănătate și mediu legate de utilizarea stirenului vor împiedica creșterea pieței. În ultimul deceniu au fost raportate diverse accidente industriale. Recent, în mai 2020, scurgerea de gaz stiren a ucis treisprezece lucrători la fabrica LG Chem din Visakhapatnam, India.
În ciuda efectelor sale nocive, stirenul va avea o cerere semnificativă datorită aplicațiilor polistirenului. Țările asiatice vor continua să domine piața în perioada de prognoză.
China, în special, este de așteptat să înregistreze o creștere constantă în următorii ani, din cauza cererii în creștere pentru bunuri ambalate pe segmentul alimentar.
Europa și America de Nord sunt următoarele două cele mai mari piețe pentru stiren. Există o cerere mare pentru polistiren expandat (EPS) și acrilonitril butadienă stiren (ABS), dar scăzută pentru polistiren pe aceste piețe mature.
Cum sunt oamenii expuși la stiren?
Stirenul poate pătrunde în corpul uman fie prin respirație (sub formă de vapori), fie prin contact direct cu pielea. Populația generală poate fi expusă prin consumul de apă potabilă, consumul de alimente, fumatul de țigări, respirația aerului din interior sau utilizarea produselor de consum care conțin stiren.
Când este eliberat în mediul înconjurător, stirenul se deplasează în aer de pe suprafețele apei și din solul umed. Au fost detectate cantități mici de stiren atât în organismele care respiră aer (păsări de mare, carnivore, oameni), cât și în organismele care respiră apă (pești răpitori).
Cât de periculos este stirenul?
Oxidul de stiren poate fi cancerigen atât la oameni, cât și la animale. Provoacă cancer la ficat la animale. Este posibil să nu existe un nivel sigur de expunere la acest gaz, așa că orice formă de contact ar trebui redusă la cel mai scăzut nivel posibil.
Cât de repede intră stirenul în organism?
În multe studii controlate, retenția pulmonară a stirenului este de până la 70% din doza inhalată. În aerul ambiant, poate fi absorbit prin piele la 4% din doza absorbită în tractul respirator. În plus, stirenul lichid poate pătrunde în piele cu o rată de 1 µg/m2 pe minut.
Cum să te protejezi de gazul stiren?
Lucrătorii pot folosi echipament de protecție și pot urma procedurile de urgență pentru a se menține în siguranță. Aceasta include asigurarea unei ventilații adecvate și îndepărtarea tuturor surselor de aprindere din instalație.
Evitați acumularea vaporilor în zone mici și preveniți orice fel de scurgere sau scurgere. De asemenea, trebuie evitată deversarea produsului în mediu.
