Styrol - Styrene

Styrol
Styrol
Styrol-aus-xtal-2001-3D-balls.png
Namen
Bevorzugter IUPAC-Name
Ethenylbenzol
Andere Namen
Styrol
Vinylbenzol
Phenylethen
Phenylethylen
Cinnamene
Styrol
Diarex HF 77
Styrol
Styropol
Bezeichner
3D-Modell ( JSmol )
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
ECHA-InfoCard 100.002.592 Bearbeite dies bei Wikidata
KEGG
RTECS-Nummer
UNII
  • InChI=1S/C8H8/c1-2-8-6-4-3-5-7-8/h2-7H,1H2 prüfenJa
    Schlüssel: PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N prüfenJa
  • c1ccccc1C=C
Eigenschaften
C 8 H 8
Molmasse 104,15 g/mol
Aussehen farblose ölige Flüssigkeit
Geruch süß, blumig
Dichte 0,909 g / cm 3
Schmelzpunkt −30 °C (−22 °F; 243 K)
Siedepunkt 145 °C (293 °F; 418 K)
0,03% (20 °C)
log P 2,70
Dampfdruck 5 mmHg (20 °C)
−6.82 × 10 −5  cm 3 /mol
1.5469
Viskosität 0,762 cP bei 20 °C
Struktur
0,13 D
Gefahren
Hauptgefahren entzündlich, giftig, wahrscheinlich krebserregend
Sicherheitsdatenblatt Sicherheitsdatenblatt
R-Sätze (veraltet) R10 R36
S-Sätze (veraltet) S38 S20 S23
NFPA 704 (Feuerdiamant)
2
3
2
Flammpunkt 31 °C (88 °F; 304 K)
Explosionsgrenzen 0,9–6,8%
Letale Dosis oder Konzentration (LD, LC):
2194 ppm (Maus, 4  h )
5543 ppm (Ratte, 4 h)
10.000 ppm (Mensch, 30 min)
2771 ppm (Ratte, 4 h)
NIOSH (US-Grenzwerte für die Gesundheitsbelastung):
PEL (zulässig)
 TWA 100 ppm C 200 ppm 600 ppm (maximale 5-Minuten-Spitze in 3 Stunden)
REL (empfohlen)
 TWA 50 ppm (215 mg/m 3 )
ST 100 ppm (425 mg/m 3 )
IDLH (unmittelbare Gefahr)
 700 ppm
Verwandte Verbindungen
Verwandte Styrole;
verwandte aromatische Verbindungen
 Polystyrol , Stilben ;
Ethylbenzol
Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich die Daten auf Materialien im Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa).
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Infobox-Referenzen

Styrol ( / s t aɪ r í n / ) ist eine organische Verbindung mit der chemischen Formel C 6 H 5 CH = CH 2 . Dieses Benzolderivat ist eine farblose ölige Flüssigkeit , obwohl gealterte Proben gelblich erscheinen können. Die Verbindung verdunstet leicht und hat einen süßlichen Geruch, obwohl hohe Konzentrationen einen weniger angenehmen Geruch haben. Styrol ist die Vorstufe von Polystyrol und mehreren Copolymeren. Im Jahr 2010 wurden rund 25 Millionen Tonnen Styrol produziert, bis 2018 sind es rund 35 Millionen Tonnen.

Natürliches Vorkommen

Styrol ist nach Storaxbalsam benannt , dem Harz der Liquidambar- Bäume der Pflanzenfamilie Altingiaceae . Styrol kommt natürlicherweise in geringen Mengen in einigen Pflanzen und Lebensmitteln ( Zimt , Kaffeebohnen , Balsambäume und Erdnüsse ) vor und kommt auch in Steinkohlenteer vor .

Geschichte

1839 isolierte der deutsche Apotheker Eduard Simon eine flüchtige Flüssigkeit aus dem Harz (genannt storax oder styrax (lateinisch)) des amerikanischen Amberbaums ( Liquidambar styraciflua ). Er nannte die Flüssigkeit „Styrol“ (jetzt Styrol). Er bemerkte auch, dass Styrol, wenn es Luft, Licht oder Hitze ausgesetzt wurde, sich allmählich in eine harte, gummiartige Substanz verwandelte, die er "Styroloxid" nannte. Bis 1845 hatten der deutsche Chemiker August Hofmann und sein Schüler John Blyth die empirische Formel von Styrol bestimmt : C 8 H 8 . Sie hatten auch festgestellt, dass Simons „Styroloxid“ – das sie in „Metastyrol“ umbenannten – dieselbe Summenformel wie Styrol hatte. Außerdem konnten sie Styrol durch Trockendestillation von "Metastyrol" gewinnen. 1865 fand der deutsche Chemiker Emil Erlenmeyer , dass Styrol ein Dimer bilden kann , und 1866 stellte der französische Chemiker Marcelin Berthelot fest, dass "Metastyrol" ein Polymer des Styrols (dh Polystyrol ) sei. Inzwischen hatten andere Chemiker einen weiteren Bestandteil von Storax untersucht, nämlich Zimtsäure . Sie hatten herausgefunden, dass Zimtsäure decarboxyliert werden konnte , um "Cinnamen" (oder "Cinnamol") zu bilden, das Styrol zu sein schien. 1845 schlug der französische Chemiker Emil Kopp vor, dass die beiden Verbindungen identisch seien, und 1866 schlug Erlenmeyer vor, dass sowohl "Zimt" als auch Styrol Vinylbenzol sein könnten. Das aus Zimtsäure gewonnene Styrol schien sich jedoch von dem Styrol zu unterscheiden, das durch Destillation von Storax-Harz gewonnen wurde: Letzteres war optisch aktiv . Schließlich, im Jahr 1876, löste der niederländische Chemiker van 't Hoff die Unklarheit: Die optische Aktivität des Styrols, das durch Destillation von Storaxharz erhalten wurde, war auf eine Verunreinigung zurückzuführen.

Industrielle Produktion

Aus Ethylbenzol

Der überwiegende Teil des Styrols wird aus Ethylbenzol hergestellt , und fast das gesamte weltweit produzierte Ethylbenzol ist für die Styrolproduktion bestimmt. Daher sind die beiden Produktionsprozesse oft stark integriert. Ethylbenzol wird über eine Friedel-Crafts-Reaktion zwischen Benzol und Ethylen hergestellt ; ursprünglich wurde hier Aluminiumchlorid als Katalysator verwendet , in der modernen Produktion jedoch durch Zeolithe ersetzt .

Durch Dehydrierung

Etwa 80 % des Styrols werden durch die Dehydrierung von Ethylbenzol hergestellt . Dies wird mit überhitztem Wasserdampf (bis 600 °C) über einem Eisen(III)-Oxid- Katalysator erreicht. Die Reaktion ist stark endotherm und reversibel mit einer typischen Ausbeute von 88–94 %.

StyreneProduction.svg

Anschließend wird das Rohprodukt Ethylbenzol/Styrol destillativ gereinigt. Da der Siedepunktsunterschied zwischen den beiden Verbindungen bei Umgebungsdruck nur 9 °C beträgt, erfordert dies den Einsatz einer Reihe von Destillationskolonnen. Dies ist energieintensiv und wird durch die Tendenz von Styrol, einer thermisch induzierten Polymerisation zu Polystyrol zu unterliegen, weiter verkompliziert, was die kontinuierliche Zugabe von Polymerisationsinhibitor zum System erfordert.

Über Ethylbenzolhydroperoxid

Styrol wird auch kommerziell in einem Verfahren koproduziert, das als POSM ( Lyondell Chemical Company ) oder SM/PO ( Shell ) für Styrolmonomer/ Propylenoxid bekannt ist . In diesem Verfahren wird Ethylbenzol mit Sauerstoff behandelt , um die Bildung von Ethylbenzol Hydroperoxid . Dieses Hydroperoxid wird dann verwendet, um Propylen zu Propylenoxid zu oxidieren , das ebenfalls als Nebenprodukt gewonnen wird. Das restliche 1-Phenylethanol wird zu Styrol entwässert:

Synthese von Styrol

Andere Industrierouten

Pyrolyse-Benzin-Extraktion

Die Extraktion aus Pyrolysebenzin wird in begrenztem Umfang durchgeführt.

Aus Toluol und Methanol

Styrol kann aus Toluol und Methanol hergestellt werden , die billigere Rohstoffe sind als die im konventionellen Verfahren. Dieses Verfahren hat unter einer geringen Selektivität gelitten, die mit der konkurrierenden Zersetzung von Methanol verbunden ist. Exelus Inc. behauptet, dieses Verfahren mit kommerziell brauchbaren Selektivitäten bei 400–425 °C und Atmosphärendruck entwickelt zu haben, indem diese Komponenten durch einen proprietären zeolithischen Katalysator gezwungen wurden . Es wird berichtet, dass ein etwa 9:1-Gemisch von Styrol und Ethylbenzol mit einer Gesamtstyrolausbeute von über 60 % erhalten wird.

Aus Benzol und Ethan

Ein anderer Weg zu Styrol beinhaltet die Reaktion von Benzol und Ethan . Dieses Verfahren wird von Snamprogetti und Dow entwickelt. Ethan wird zusammen mit Ethylbenzol einem Dehydrierungsreaktor mit einem Katalysator zugeführt, der gleichzeitig Styrol und Ethylen produzieren kann. Der Dehydrierungsaustrag wird gekühlt und abgetrennt und der Ethylenstrom wird in die Alkylierungsanlage zurückgeführt. Das Verfahren versucht, frühere Unzulänglichkeiten bei früheren Versuchen zu überwinden, die Produktion von Styrol aus Ethan und Benzol zu entwickeln, wie beispielsweise ineffiziente Rückgewinnung von Aromaten, Produktion hoher Konzentrationen an Schwerstoffen und Teer und ineffiziente Trennung von Wasserstoff und Ethan. Die Entwicklung des Verfahrens ist im Gange.

Laborsynthese

Eine Laborsynthese von Styrol beinhaltet die Decarboxylierung von Zimtsäure :

C 6 H 5 CH=CHCO 2 H → C 6 H 5 CH=CH 2 + CO 2

Styrol wurde zuerst nach dieser Methode hergestellt.

Polymerisation

Die Anwesenheit der Vinylgruppe ermöglicht die Polymerisation von Styrol . Kommerziell bedeutende Produkte sind Polystyrol , ABS , Styrol-Butadien (SBR) -Kautschuk , Styrol-Butadien-Latex, SIS (Styrol-Isopren-Styrol), S-EB-S (Styrol-Ethylen/Butylen-Styrol), Styrol- Divinylbenzol (S -DVB), Styrol-Acrylnitril-Harz (SAN) und ungesättigte Polyester, die in Harzen und Duroplasten verwendet werden . Diese Materialien werden in Gummi, Kunststoff, Isolierung, Glasfaser , Rohren, Automobil- und Bootsteilen, Lebensmittelbehältern und Teppichrücken verwendet.

Gefahren

Explosive Autopolymerisation

Als Flüssigkeit oder Gas polymerisiert reines Styrol spontan zu Polystyrol, ohne dass externe Initiatoren erforderlich sind . Dies wird als Autopolymerisation bezeichnet . Bei 100 °C autopolymerisiert es mit einer Geschwindigkeit von ~2% pro Stunde, bei höheren Temperaturen schneller. Die Polymerisationsreaktion ist exotherm ; daher besteht die reale Gefahr eines thermischen Durchgehens und einer Explosion. Ein Beispiel ist die Explosion des Tankers Stolt Groenland im Jahr 2019 sowie Explosionen bei der Phillips Petroleum Company in den Jahren 1999 und 2000 . Die Autopolymerisationsreaktion kann nur durch die kontinuierliche Zugabe von Polymerisationsinhibitoren in Schach gehalten werden .

Auswirkungen auf die Gesundheit

Styrol gilt nach mehreren Quellen als "bekanntes Karzinogen ", insbesondere bei Augenkontakt, aber auch bei Hautkontakt, beim Verschlucken und beim Einatmen. Styrol wird beim Menschen durch Oxidation durch Cytochrom P450 weitgehend zu Styroloxid metabolisiert . Styroloxid gilt als toxisch , mutagen und möglicherweise krebserregend . Anschließend wird Styroloxid in vivo durch das Enzym Epoxidhydrolase zu Styrolglycol hydrolysiert . Die US-Umweltschutzbehörde EPA hat Styrol als "ein vermutetes Gift unter anderem für den Magen-Darm-Trakt, die Nieren und das Atmungssystem" beschrieben. Am 10. Juni 2011 hat das US-amerikanische National Toxicology Program Styrol als "vernünftigerweise als krebserregend für den Menschen" bezeichnet. Ein STATS- Autor beschreibt jedoch eine Überprüfung der wissenschaftlichen Literatur und kam zu dem Schluss, dass "die verfügbaren epidemiologischen Beweise keinen kausalen Zusammenhang zwischen der Styrol-Exposition und jeder Art von Krebs beim Menschen unterstützen". Trotz dieser Behauptung wurde von dänischen Forschern gearbeitet, um den Zusammenhang zwischen der beruflichen Exposition gegenüber Styrol und Krebs zu untersuchen. Sie kamen zu dem Schluss: „Die Ergebnisse müssen aufgrund der unternehmensbasierten Expositionsbewertung mit Vorsicht interpretiert werden, aber der mögliche Zusammenhang zwischen Expositionen in der verstärkten Kunststoffindustrie , hauptsächlich Styrol, und degenerativen Erkrankungen des Nervensystems und Bauchspeicheldrüsenkrebs verdient Aufmerksamkeit.“ . Im Jahr 2012 kam die dänische EPA zu dem Schluss, dass die Styroldaten keine Krebsbedenken für Styrol stützen. Die US-EPA hat keine Krebsklassifizierung für Styrol, aber es war Gegenstand ihres Programms für das integrierte Risikoinformationssystem (IRIS). Das Nationale Toxikologie-Programm des US-Gesundheitsministeriums hat festgestellt, dass Styrol "vernünftigerweise als krebserregend für den Menschen angesehen wird". Verschiedene Aufsichtsbehörden bezeichnen Styrol in verschiedenen Zusammenhängen als mögliches oder potenzielles Karzinogen für den Menschen. Die Internationale Agentur für Krebsforschung hält Styrol für "wahrscheinlich krebserregend für den Menschen".

Die neurotoxischen Eigenschaften von Styrol wurden ebenfalls untersucht und berichtete Wirkungen umfassen Auswirkungen auf das Sehvermögen (obwohl sie in einer nachfolgenden Studie nicht reproduziert werden konnten) und auf die Hörfunktionen. Studien an Ratten haben widersprüchliche Ergebnisse geliefert, aber epidemiologische Studien haben eine synergistische Wechselwirkung mit Lärm bei der Entstehung von Hörproblemen beobachtet.

Industrie Unfall

Hauptartikel: Visakhapatnam Gasleck

Am 7. Mai 2020 trat aus einem Tank der LG Chem (LG Polymers India Private Limited) Anlage in RR Venkatapuram, Visakhapatnam, Andra Pradesh , Indien , ein Gas aus, das Styrol sein soll . Das Leck trat in den frühen Morgenstunden auf, als sich die Arbeiter auf die Wiedereröffnung des Werks vorbereiteten, das aufgrund der COVID-19- Pandemie geschlossen wurde. Berichten zufolge starben 13 Menschen, über 200 wurden ins Krankenhaus eingeliefert.

Verweise

Externe Links