Окись этилена

Характеристики и свойства

Окись этилена представляет собой бесцветный газ с характерным запахом. Ниже температуры 10 ᵒC он находится в жидком агрегатном состоянии. Состоит из двух атомов углерода, четырех атомов водорода и одного атома кислорода. Форма данного соединения имеет вид треугольника. Благодаря такому специфическому строению молекулы окись этилена входит в группу кольцевых эфиров, обычно называемых эпоксидами. Соединение представляет собой газ, легко растворимый в воде. Он реакционноспособен — легко вступает во взаимодействие с другими химическими соединениями. Пары окиси этилена очень токсичны. Для этого соединения определены предельно безопасные для человека концентрации в воздухе. Кроме того, окись этилена в жидком состоянии в присутствии влаги вызывает сильные ожоги. Следует также иметь в виду, что смеси паров окиси этилена с воздухом взрывоопасны в широком диапазоне концентраций от 3 до 100 %.

Окись этилена получают в результате реакции непосредственного окисления этилена. Этилен — простейший ненасыщенный углеводород, относящийся к алкенам. Его молекула состоит из двух атомов углерода, соединенных двойной связью, и четырех атомов водорода. Возникающая двойная связь очень нестабильна и легко разрывается. Поэтому молекулы, содержащие в своей структуре двойные или тройные связи, гораздо охотнее вступают в реакции с другими химическими соединениями, чем, например, алканы, в которых все атомы соединены между собой одинарными сигма-связями. Поэтому этилен легко вступает в реакцию с молекулой кислорода. При определенных условиях реакции двойная связь в этилене разрывается, и соединение принимает атом кислорода, не отдавая при этом ни одного атома водорода. Чтобы этот процесс в промышленных условиях проходил с требуемой эффективностью, необходимо применение серебряно-платинового катализатора. Реакция получения окиси этилена является высокотемпературным процессом — она происходит при температурах от 200 до 300 ᵒC. Кроме того, возможно получение окиси этилена путем воздействия на этилен хлором и водой.

Применение

Небольшое количество промышленно полученной окиси этилена применяется для стерилизации, фумигации и борьбы с насекомыми. Для этих целей продукт применяется в газообразном состоянии, в том числе в сочетании с другими веществами (в виде газообразной смеси), такими как азот, углекислый газ или, например, дихлорфторметан. С помощью окиси этилена стерилизуют, в частности, медицинское оборудование, упаковки, продукты питания, лекарства, музейные экспонаты, книги и многое другое. Процесс стерилизации этим соединением имеет ряд преимуществ. Во-первых, он очень эффективен благодаря высокой молекулярной стабильности молекул окиси этилена. Это, в свою очередь, обеспечивает более глубокое и эффективное проникновение в материал. Важно отметить, что он эффективен при низких температурах. Это позволяет противостоять термической деструкции стерилизованных изделий. Кроме того, несмотря на токсичность паров окиси этилена, изделия, стерилизованные этим составом, не представляют опасности для пользователей.

Окись этилена — важное сырье с широким спектром применения в химической технологии. В частности, применяется при производстве этаноламинов и этоксилатов жирных спиртов. Однако чаще всего она применяется для получения этиленгликолей, образующихся в результате реакции окиси этилена сначала с протоном, а затем с молекулой воды. Производные окиси этилена имеют существенное значение и для промышленности. Они применяются при очистке природного газа, для снижения коррозии компонентов, применяемых в нефтепереработке, а также при восстановлении нефтяных скважин. Окись этилена является одним из компонентов средств, способствующих повышению нефтеотдачи пластов, а также защищает от замерзания готовую продукцию, что в результате приводит к более эффективному преобразованию энергии.

Кроме того, окись этилена и ее производные нашли свое применение и в сельском хозяйстве. Они служат для получения широкого спектра активных веществ и инертных ингредиентов, применяемых в инсектицидах, пестицидах и гербицидах. Каждый из этих ингредиентов направлен на удовлетворение специфических потребностей сельскохозяйственной отрасли, помогая защитить посевы и повысить урожайность. При переработке сельскохозяйственных культур эмульгаторы на основе окиси этилена применяются для улучшения отделения масляной фазы от водной, например, при экстракции кукурузного масла в процессе производства биоэтанола. Затем это масло может быть применено в кормах для животных или для производства биодизеля. Окись этилена также применяется для получения из сельскохозяйственного сырья промышленного крахмала, который является универсальным сырьем, используемым во многих отраслях промышленности, в том числе для производства клеев для бумаги. На ветеринарных станциях и пунктах оказания помощи животным окись этилена применяется для стерилизации медицинских приборов, лечебных комплектов, лотков и хирургических инструментов.

Поли(окись этилена)

Окись этилена легко вступает в реакцию полимеризации с получением макромолекул со специфическими свойствами. В зависимости от метода и молекулярной массы полученного полимера наблюдаются их различные свойства и области применения. Высокомолекулярные полимеры окиси этилена получают в виде порошка или мелких гранул в процессах суспензионной полимеризации в присутствии катализаторов. Степень их кристаллизации составляет от 92 до 95 %. Поли(окись этилена) имеет гибкую, воскообразную структуру. Температура плавления составляет от 65 до 70 ᵒC. В жидком состоянии этот полимер обладает неограниченной растворимостью в воде. Это объясняется одинаковыми размерами мономерных звеньев полимера в цепи, а также склонностью к образованию водородных связей.

Поли(окись этилена) находит широкое применение во многих отраслях промышленности. Этот полимер легко перерабатывается в процессах экструзии, литья под давлением, тиснения или каландрирования. Материалы, изготовленные из него, такие как нити и пленки, характеризуются высокой прочностью и гибкостью. Однако эти свойства значительно ухудшаются при высокой влажности воздуха (особенно превышающей 90 %). Поли(окись этилена) проявляет устойчивость к воздействию масел и смазок. Высокомолекулярная окись этилена обладает хорошими коагуляционными и флокуляционными свойствами. Кроме того, она проявляет способность снижать гидродинамическое сопротивление водных растворов.

Полимер окиси этилена применяется в основном в текстильной промышленности, где из него изготавливают ткани. В лакокрасочной промышленности он является основой с загущающими свойствами для производства эмульсионных красок. Большую популярность он нашел в пищевой промышленности. Поли(окись этилена) входит в состав упаковок пищевых продуктов.