Ethylenoxid

Charakteristika a vlastnosti

Ethylenoxid je bezbarvý plyn se zřetelným zápachem . Pod 10°C je to kapalina . Jeho struktura obsahuje dva atomy uhlíku, čtyři atomy vodíku a jeden atom kyslíku . Molekula této sloučeniny má tvar trojúhelníku . Vzhledem k takové specifické molekulární struktuře je ethylenoxid klasifikován do skupiny cyklických etherů, běžně známých jako epoxidy. Sloučenina je plyn, který je snadno rozpustný ve vodě. Je reaktivní, což znamená, že velmi snadno reaguje s jinými chemickými sloučeninami. Páry etylenoxidu jsou vysoce toxické. Patří mezi sloučeniny, u kterých jsou stanoveny maximální přípustné koncentrace v ovzduší bezpečné pro člověka. Kromě toho kapalný ethylenoxid způsobuje těžké popáleniny v přítomnosti vlhkosti. Měli byste také pamatovat na to, že směsi par etylenoxidu se vzduchem jsou výbušné v širokém rozmezí koncentrací od 3 do 100 procent. Ethylenoxid se získává přímou oxidační reakcí ethylenu. Ethylen je nejjednodušší nenasycený uhlovodík, klasifikovaný jako alken. Jeho molekula se skládá ze dvou atomů uhlíku spojených dvojnou vazbou a čtyř atomů vodíku. Dvojná vazba je velmi nestabilní a lze ji snadno přerušit. Právě proto jsou molekuly obsahující ve své struktuře dvojné nebo trojné vazby mnohem náchylnější k reakci s jinými chemickými sloučeninami, než například alkany , ve kterých jsou všechny atomy navzájem spojeny jednoduchými sigma vazbami. Díky tomu ethylen snadno reaguje s molekulou kyslíku. Za specifických reakčních podmínek se dvojná vazba v ethylenu přeruší a sloučenina převezme atom kyslíku, aniž by se vzdala svých atomů vodíku. Aby tento proces proběhl s požadovanou účinností v průmyslovém měřítku, je nutné použít stříbrno-platinový katalyzátor. Reakce, při které vzniká ethylenoxid, je vysokoteplotní proces, protože probíhá v rozmezí teplot 200 °C až 300 °C. Etylenoxid můžete získat také reakcí ethylenu s chlórem a vodou.

Aplikace

Malé množství průmyslově vyráběného ethylenoxidu se používá pro sterilizaci, fumigaci a hubení hmyzu. Pro tuto aplikaci se produkt používá v plynné formě, také v kombinaci s dalšími látkami (jako plynná směs), jako je dusík, oxid uhličitý nebo dichlorfluormethan. Ethylenoxid se používá pro sterilizaci lékařského vybavení, obalů, potravin, léků, muzejních exponátů, knih a mnoha dalších věcí. Sterilizační proces využívající ethylenoxid má mnoho výhod. Především je velmi účinný díky vysoké molekulární stabilitě molekul ethylenoxidu. To se zase promítá do hlubšího a efektivnějšího pronikání materiálu, který má být sterilizován. Je důležité si uvědomit, že je účinný při nízkých teplotách. To pomáhá zabránit tepelné degradaci sterilizovaných produktů. Kromě toho, ačkoli jsou páry ethylenoxidu toxické, produkty sterilizované touto sloučeninou nejsou pro uživatele nebezpečné. Ethylenoxid je důležitou surovinou se širokou škálou aplikací v chemickém zpracování. Používá se mimo jiné k výrobě ethanolaminů a ethoxylátů mastných alkoholů . Většinou se však používá k výrobě ethylenglykolů , jako výsledek reakce ethylenoxidu nejprve s protonem a poté s molekulou vody. Průmyslově významné jsou také deriváty ethylenoxidu. Používají se při čištění zemního plynu za účelem snížení koroze komponent používaných při zpracování ropy a plynu a při rekultivaci ropných vrtů. Ethylenoxid je jednou ze složek látek podporujících produkci ropy a chrání hotové výrobky před mrazem, čímž dochází k efektivnější přeměně energie. Ethylenoxid a jeho deriváty jsou důležité i v zemědělství. Používají se k výrobě široké škály účinných látek a inertních přísad používaných v insekticidech, pesticidech a herbicidech. Každá z těchto složek řeší specifické potřeby zemědělské výroby, pomáhá chránit plodiny a zvyšovat výnos plodin. Při zpracování zemědělských plodin se emulgátory na bázi ethylenoxidu používají ke zlepšení oddělení olejové fáze od vodné fáze, například při extrakci kukuřičného oleje v procesu výroby bioetanolu. Olej pak může být použit jako krmivo pro zvířata nebo pro výrobu bionafty. Ethylenoxid se také používá k výrobě průmyslového škrobu ze zemědělských produktů, což je všestranná surovina používaná v mnoha průmyslových odvětvích, včetně lepidel na papír. Na veterinárních klinikách se etylenoxid používá ke sterilizaci zdravotnických prostředků, balíčků procedur, táců a chirurgických nástrojů.

Poly(ethylenoxid)

Ethylenoxid snadno podléhá polymerační reakci, jejímž výsledkem jsou makromolekuly vykazující některé specifické vlastnosti. V závislosti na metodě a molekulové hmotnosti získaného polymeru mají výsledné látky různé vlastnosti a aplikace. Polymery ethylenoxidu s vysokou molekulovou hmotností se získávají ve formě prášku nebo jemných granulí procesem suspenzní polymerace v přítomnosti katalyzátorů. Jejich stupeň krystalizace se pohybuje od 92 %do 95 %. Poly(ethylenoxid) má pružnou voskovou strukturu. Jeho teplota tání se pohybuje od 65°C do 70°C. V kapalné formě vykazuje polymer neomezenou rozpustnost ve vodě. Souvisí to s identickými velikostmi opakujících se jednotek (merů) v řetězci a také s jejich sklonem tvořit vodíkové vazby. Poly(ethylenoxid) je velmi populární v mnoha průmyslových odvětvích. Polymer lze snadno zpracovat vytlačováním, vstřikováním, embosováním nebo kalandrováním. Materiály vyrobené z poly(ethylenoxidu), jako jsou nitě a fólie, se vyznačují vysokou pevností v tahu a pružností. Při vysoké vlhkosti (přesahující i 90 %) se však tyto vlastnosti výrazně zhoršují. Poly(ethylenoxid) je odolný vůči olejům a tukům. Vysokomolekulární ethylenoxid má dobré koagulační a flokulační vlastnosti. Rovněž demonstruje schopnost snížit hydrodynamický odpor vodných roztoků. Polymer ethylenoxidu se primárně používá v textilním průmyslu, kde se používá k výrobě tkanin. V průmyslu barev a laků se jedná o substrát se zahušťovacími vlastnostmi používaný pro výrobu emulzních barev. Stala se velmi populární v potravinářském průmyslu. Poly(ethylenoxid) je obsažen v obalech potravin.