Cтирол

Существует ошибочное мнение о том, что стирол - это какое-то химическое вредное вещество. Однако, это совсем не так. Вещество стирол вполне природное, оно находится в составе большого количества природных объектов. К примеру, стиролом богата земляника, виноград.

История стирола

Стирол известен еще со времен Древнего Египта. Тогда люди пользовались смолой дерева Ликвидамбар восточный (Liquidambar orientalis). Она выступала ароматическим веществом в парфюмерии и лекарствах. Сегодня, ароматическая смола, которую собирают и применяют в медицинских целях, в качестве антисептика, для ингаляций, в парфюмерии и мыловарении, формируется из текучих выделений дерева, в местах повреждений на его коре. Такую смолу называют стиракс. А вот за запах отвечает именно стирол.
В далеком 1839 году немецкий аптекарь Eduard Simon выделил в виде жидкости чистое вещество из стиракса и обнаружил, что через некоторое время стирол стал более плотным. Таким образом, состоялось открытие природного полимера стирола - полистирола.
В 20-м веке начался промышленный синтез стирола. С того времени полистирол прочно закрепился в нашей жизни. Сегодня полистирол это:

• одноразовая посуда
• пищевые лотки
• упаковка йогурта
• пластиковая обшивка камеры бытового холодильника
• детские игрушки
• корпуса радио- и телеаппаратуры
• светильники и многое другое. 

Полистирол является полностью безвредным веществом. Тем не менее, при определенных условиях из него может выделяться стирол, который давно признали слабо токсичным веществом. Как известно, большие концентрации стирола приводят к возникновению раздражения слизистых оболочек верхних дыхательных путей, головной боли, расстройства центральной и вегетативной нервной системы.

Стирол - химические свойства

Стирол является бесцветной жидкостью со специфическим запахом. Она практически не растворяется в воде, зато отлично растворяется в органических растворителях, и является хорошим растворителем полимеров.
Данное вещество с легкостью подвергается окислению, вступает в реакции присоединения с галогенами. Кроме того, он вступает в реакции полимеризации с образованием твердой стекловидной массы — полистирола, и сополимеризации с разными мономерами. Реакция полимеризации начинается еще при комнатной температуре (часто сопровождаясь взрывом), по этой причине во время хранения стирол должен быть стабилизирован антиоксидантами (например, третбутилпирокатехином, гидрохиноном).
Вдыхать пары стирола категорически запрещено. Кроме того, данное вещество оказывает отрицательное влияние на функцию печени и почек, на кровеносную и нервную системы.
Руководство предприятий и лабораторий, в которых ведется работа со стиролом, обязано обеспечить своих сотрудников резиновыми перчатками, а при очень высоких концентрациях ядовитых паров в воздухе – противогазами.
Стирол причислен к ядам общетоксического действия. В высоких дозах он характеризуется раздражающими, мутагенными и канцерогенными свойствами, а также источает резкий и неприятный запах. Вследствие хронической интоксикации у работников возможны заболевания центральной и периферической нервной систем, а также системы кроветворения, пищеварительного тракта, происходят нарушения азотисто-белкового, холестеринового и липидного обмена. Среди женщин отмечены случаи нарушений в репродуктивной системе.

Получение стирола

Долгие годы с момента открытия стирола ученые пытались ответить на вопрос: как получить стирол в больших объемах? В результате различных экспериментов ученые нашли несколько подходящих реакций синтеза. На сегодняшний день главным промышленным методом получения стирола является каталитическое дегидрирование этилбензола в токе водяного пара при 500-630 0С. По этой схеме производство стирола выглядит следующим образом:

• C₆H₅CH₂CH₂ ⇄ C₆H₅CH=CH₂ + H₂

Еще один промышленный метод заключается в окислении этилбензола в присутствии марганцового катализатора до ацетофенона, который далее гидрируют под давлением на медно-хромово-железном катализаторе до метилфенилкарбинола, с последующим дегидрированием на окиси алюминия или титана:

• C₆H₅C₂H₅ →+O₂ C₆H₅(С=О)CH₃ →+H₂ C₆H₅CH(OH)CH₃ →-H₂O C₆H₅CH=CH₂

Сырьё для синтеза стирола – это этилбензол, получаемый алкилированием бензола:

• C₆H₆ + CH₂ = CH₂ C₆H₅CH₂=CH₃

Американским корпорациям UOP, Lummus Crest и Monsanto принадлежат самые новейшие разработки в сфере синтеза стирола. Технологию дегидрирования этилбензола в стирол стиро-плас (styro-plus) запатентовали ученые из фирмы UOP.
Данная реакция является классическим процессом дегидрирования этилбензола в присутствии высокотемпературного водяного пара в условиях вакуума. Обязательным условием является обработка смеси на специальном катализаторе между двумя стадиями дегидрирования. Специалисты UOP нашли наиболее подходящее соотношение между степенью перехода этилбензола в стирол и селективностью процесса. Вещество, которое получается вследствие реакции дегидрирования, подвергается фракционированию. Таким образом, синтезируется товарный стирол. Основным условием является разбавление ингибитором, чтобы минимизировать неконтролируемую полимеризацию.
Одним из ответвлений технологии фирм ABB Lummus Crest Inc. и UOP стала процедура дегидрирования smart (смарт). Такой синтез происходит в жидкой фазе на базе двухступенчатого реактора, в присутствии цеолитного катализатора. Стоит отметить, что большая часть существующих установок работает по схеме стиро-плас. Тем не менее, сегодня все чаще создают установки именно по жидкофазной схеме. Главная отличительная черта процесса smart заключается в том, что требуемое для реакции тепло подается при помощи селективного окисления водорода в прослойке катализатора.
В числе прочих методов синтеза стирола можно отметить реакцию совместного производства стирола и оксида пропилена. В тоже время, по уровню удельных капитальных вложений метод дегидрирования характеризуется определенными преимуществами. Легкость, довольно низкий уровень капиталоемкости, постоянно высокий спрос на стирол для синтеза полистирола и смол АБС стали движущей силой быстрого роста мощностей по выпуску стирола.
Среди самых крупных предприятий по выпуску стирола стоит отметить:

• Dow Chemical (1661 тыс. т/год)
• BASF (1560 тыс. т/год),
• Lyondell (1250 тыс. т/год),
• Shell Chemical (1270 тыс. т/год),
• Nova Chemical (1031 тыс. т/год).

Наибольшие мощности по синтезу стирола в Российской Федерации расположены на Нижнекамском нефтехимическом комбинате, а также в Уфе, Салавате, Перми и Ангарске.

Стирол - применение

Основное направление использования стирола – это создание огромного количества полимеров. Среди них:

• полистирол
• пенопласт (вспененный полистирол)
• модифицированные стиролом полиэфиры
• пластики АБС (акрилонитрил-бутадиен-стирол) и САН (стирол-акрилонитрил). 

Кроме этого, стирол является составляющим компонентом напалма.
В результате реакции сополимеризации бутадиена и стирола получаются бутадиен-стирольные каучуки, которые активно применяют в шинном производстве, а также при изготовлении формовой и неформовой резиновой продукции. Вследствие высокого уровня радиационной стойкости, бутадиен-стирольные каучуки используют в процессе создания резин, которые противостоят гамма-излучению.
Если стружку из полистирола растворить в стироле, то получается отличный клеевой состав для полистирола. Тепло и остатки полимеризаторов действуют таким образом, что клеевой шов в короткие сроки полимеризуется и становится полностью незаметным. В конце получаем монолит из двух деталей.