Etylénoxid

Charakteristika a vlastnosti

Etylénoxid je bezfarebný plyn s výrazným zápachom . Pod 10°C je to kvapalina . Jeho štruktúra obsahuje dva atómy uhlíka, štyri atómy vodíka a jeden atóm kyslíka . Molekula tejto zlúčeniny má tvar trojuholníka . Vzhľadom na takúto špecifickú molekulárnu štruktúru je etylénoxid zaradený do skupiny cyklických éterov, bežne známych ako epoxidy. Zlúčenina je plyn, ktorý je ľahko rozpustný vo vode. Je reaktívny, čo znamená, že veľmi ľahko reaguje s inými chemickými zlúčeninami. Výpary etylénoxidu sú vysoko toxické. Je to jedna zo zlúčenín, pre ktoré sú stanovené maximálne prípustné koncentrácie v ovzduší, ktoré sú pre človeka bezpečné. Okrem toho tekutý etylénoxid spôsobuje v prítomnosti vlhkosti ťažké popáleniny. Mali by ste tiež pamätať na to, že zmesi pár etylénoxidu so vzduchom sú výbušné v širokom rozsahu koncentrácií od 3 do 100 percent. Etylénoxid sa získava priamou oxidačnou reakciou etylénu. Etylén je najjednoduchší nenasýtený uhľovodík, klasifikovaný ako alkén. Jeho molekula sa skladá z dvoch atómov uhlíka spojených dvojitou väzbou a štyroch atómov vodíka. Dvojitá väzba je veľmi nestabilná a dá sa ľahko rozbiť. Práve preto sú molekuly obsahujúce vo svojej štruktúre dvojité alebo trojité väzby oveľa náchylnejšie reagovať s inými chemickými zlúčeninami, v porovnaní napríklad s alkánmi , v ktorých sú všetky atómy navzájom spojené jednoduchými sigma väzbami. To spôsobuje, že etylén ľahko reaguje s molekulou kyslíka. Za špecifických reakčných podmienok sa dvojitá väzba v etyléne preruší a zlúčenina získa atóm kyslíka bez toho, aby sa vzdala svojich atómov vodíka. Aby tento proces prebiehal s požadovanou účinnosťou v priemyselnom meradle, je potrebné použiť strieborno-platinový katalyzátor. Reakcia, pri ktorej vzniká etylénoxid, je vysokoteplotný proces, pretože prebieha v teplotnom rozsahu 200 °C až 300 °C. Etylénoxid môžete získať aj reakciou etylénu s chlórom a vodou.

Aplikácie

Malé množstvo priemyselne vyrábaného etylénoxidu sa používa na sterilizáciu, fumigáciu a kontrolu hmyzu. Na túto aplikáciu sa produkt používa v plynnej forme, aj v kombinácii s inými látkami (ako plynná zmes), ako je dusík, oxid uhličitý alebo dichlórfluórmetán. Etylénoxid sa používa na sterilizáciu zdravotníckych zariadení, obalov, potravín, liekov, muzeálnych exponátov, kníh a mnohých ďalších vecí. Sterilizačný proces s použitím etylénoxidu má mnoho výhod. V prvom rade je veľmi účinný kvôli vysokej molekulárnej stabilite molekúl etylénoxidu. To zase vedie k hlbšiemu a efektívnejšiemu prenikaniu materiálu, ktorý sa má sterilizovať. Je dôležité poznamenať, že je účinný pri nízkych teplotách. To pomáha predchádzať tepelnej degradácii sterilizovaných produktov. Okrem toho, hoci sú výpary etylénoxidu toxické, produkty sterilizované touto zlúčeninou nie sú pre ich používateľov nebezpečné. Etylénoxid je dôležitou surovinou so širokým spektrom aplikácií v chemickom spracovaní. Používa sa okrem iného na výrobu etanolamínov a etoxylátov mastných alkoholov . Väčšinou sa však používa na výrobu etylénglykolov , ako výsledok reakcie etylénoxidu najskôr s protónom a potom s molekulou vody. Priemyselne dôležité sú aj deriváty etylénoxidu. Používajú sa pri čistení zemného plynu, aby sa znížila korózia komponentov používaných pri spracovaní ropy a plynu a pri rekultivácii ropných vrtov. Etylénoxid je jednou zo zložiek látok podporujúcich produkciu ropy a chráni hotové výrobky pred mrazom, čím dochádza k efektívnejšej premene energie. Etylénoxid a jeho deriváty sú dôležité aj v poľnohospodárstve. Používajú sa na výrobu širokého spektra účinných látok a inertných zložiek používaných v insekticídoch, pesticídoch a herbicídoch. Každá z týchto zložiek reaguje na špecifické potreby poľnohospodárskej výroby, pomáha chrániť plodiny a zvyšovať výnosy plodín. Pri spracovaní poľnohospodárskych plodín sa emulgátory na báze etylénoxidu používajú na zlepšenie oddelenia olejovej fázy od vodnej fázy, napríklad pri extrakcii kukuričného oleja v procese výroby bioetanolu. Olej sa potom môže použiť ako krmivo pre zvieratá alebo na výrobu bionafty. Etylénoxid sa tiež používa na výrobu priemyselného škrobu z poľnohospodárskych produktov, čo je všestranná surovina používaná v mnohých priemyselných odvetviach vrátane lepidiel na papier. Na veterinárnych klinikách sa etylénoxid používa na sterilizáciu zdravotníckych pomôcok, balíčkov na procedúry, podnosov a chirurgických nástrojov.

Poly(etylénoxid)

Etylénoxid ľahko podlieha polymerizačnej reakcii, ktorej výsledkom sú makromolekuly vykazujúce niektoré špecifické vlastnosti. V závislosti od metódy a molekulovej hmotnosti získaného polyméru majú výsledné látky rôzne vlastnosti a aplikácie. Polyméry etylénoxidu s vysokou molekulovou hmotnosťou sa získavajú vo forme prášku alebo jemných granúl suspenzným polymerizačným procesom v prítomnosti katalyzátorov. Ich stupeň kryštalizácie sa pohybuje od 92 %do 95 %. Poly(etylénoxid) má pružnú voskovú štruktúru. Jeho teplota topenia sa pohybuje od 65°C do 70°C. V kvapalnej forme polymér vykazuje neobmedzenú rozpustnosť vo vode. Súvisí to s identickou veľkosťou opakujúcich sa jednotiek (mérov) v reťazci, ako aj s ich sklonom tvoriť vodíkové väzby. Poly(etylénoxid) je veľmi populárny v mnohých priemyselných odvetviach. Polymér možno ľahko spracovať vytláčaním, vstrekovaním, razením alebo kalandrovaním. Materiály vyrobené z poly(etylénoxidu), ako sú vlákna a fólie, sa vyznačujú vysokou pevnosťou v ťahu a flexibilitou. Pri vysokej vlhkosti (presahujúcej aj 90 %) sa však tieto vlastnosti výrazne zhoršujú. Poly(etylénoxid) je odolný voči olejom a tukom. Vysokomolekulárny etylénoxid má dobré koagulačné a flokulačné vlastnosti. Tiež demonštruje schopnosť znižovať hydrodynamický odpor vodných roztokov. Polymér etylénoxidu sa primárne používa v textilnom priemysle, kde sa používa na výrobu tkanín. V priemysle farieb a lakov je to substrát so zahusťovacími vlastnosťami používaný na výrobu emulzných farieb. Stala sa veľmi populárnou v potravinárskom priemysle. Poly(etylénoxid) je obsiahnutý v potravinových obaloch.