Preparazione dello stirene
Buonasera a tutti,

come già si è capito da miei altri post, trasformare rifiuti in risorse è uno dei miei interessi. Oggi vi porto la preparazione dello stirene per pirolisi del comune polistirene per imballaggi. La reazione coinvolta è una semplice depolimerizzazione ed la configurazione quella di una distillazione semplice.

   

Occorrente

- Polistirene
- Diclorometano
- Forno da campo
- Vetreria per distillazione semplice

Svolgimento

In un becher da 400 ml sono versati 100 ml di DCM e a porzioni aggiunti 28 g di polistirene espanso. La soluzione frizza con l'aggiunta e si raffredda molto. Si ottiene una melma biancastra che viene versata dentro un pallone a tre colli e montata una apparecchiatura per distillazione semplice. A fiamma molto bassa viene recuperato il solvente, circa 75 ml e dopo averlo messo da parte si inizia la pirolisi alzando la fiamma al massimo. Si ha la formazione di densi fumi bianchi che vengono condensati in un pallone da 100 ml. Si controlla l'andamento della pirolisi osservando il consumo graduale della massa fusa dentro la caldaia. Dopo 20 minuti circa la reazione è terminata.

               

Rimangono residui carboniosi nelle caldaia che mi costeranno diversa fatica per toglierli mentre il prodotto grezzo è un distillato oleoso arancione scuro che viene sottoposto a nuova distillazione semplice, prima in bagno d'acqua e poi in bagno d'olio.

               

Distinguo tre frazioni, di cui l'ultima è in maggior parte lo stirene desiderato:

1a: 55 - 57 °C
2a: 83 - 85 °C
3a: 140 - 142 °C

Caratterizzazione

   

Il prodotto è veramente stirene ? La letteratura che ho consultato assicura che il prodotto principale è lo stirene ma sono presenti anche alchilbenzeni, alchilstireni, oligomeri dello stirene, alcani. 
Il nostro prodotto si presenta come un liquido incolore dall'odore molto penetrante che ricorda in una certa misura il toluene e questo è in accordo col Merck.
Ha una d20 = 0,918 g\ml mentre il Merck ne riporta una di 0,9059 g\ml la quale ci si avvicina molto e lo scarto può essere dovuto oltre alla minore risoluzione della mia misura anche a una esigua presenza di impurezze. Riguardo al p.eb. abbiamo visto che ho raccolto la frazione passante a 140 - 142°C, il Merck dà come p.eb. 143- 145 °C
Non mi è stato possibile invece misurare l'indice di rifrazione poichè il prodotto va fuori scala del mio rifrattometro il quale arriva a 80 brix equivalenti a un n20= 1,4907. Tuttavia è un risultato coerente col Merck Index che dà allo stirene un n20\D= 1,5463, cioè ben oltre gli 80 brix del mio rifrattometro. Se avessi ottenuto un valore entro il range di misura del mio strumento allora sarei stato certo il prodotto non essere stirene.
Un' altra caratterizzazione sono stati dei test di infiammabilità. La prima frazione non era per niente infiammabile, la seconda poco, lo stirene invece molto e produce abbondanti fumi neri.

Risultati e discussione

La resa di grezzo è 32 ml mentre lo stirene è di 11 ml pari a 10,10 g e pari al 36,06% ma io sono convinto si possa ottenere di più. Durante la distillazione del prodotto crudo, dopo aver scartato le prime due frazioni, mentre raccoglievo quella a 140 - 142 °C ho alzato il sistema e all'improvviso la temperatura del vapore è scesa a 120°C e non distillava più nulla. Ho atteso una decina di minuti e poi ho deciso di staccare. Non so perchè è successo questo magari se non lo avessi toccato avrei raccolto di più. Nella caldaia rimangono ancora una quindicina di ml di prodotto grezzo arancione molto scuro che ho deciso di conservare.
Se ci pensate bene lo stirene è un substrato di partenza per molti altri composti. Se ne può fare il glicole, il quale può essere a sua volta trasformato ad acido mandelico o benzoilglicolico. Lo si può ossidare completamente ad acido benzoico o parzialmente, se ci si riesce, a benzaldeide. Se ne possono fare degli eteri tramite reazione con alcol e acido solforico, senza dimenticare le reazioni classiche di alogenazione, addizione di acidi alogenidrici ecc...
Siamo partiti da un rifiuto, un materiale a costo zero e con una reazione e un setup semplice alla portata di ogni homelab otteniamo un composto base per molti altri.

   

Riporto pure un simpatico avvenimento accadutomi. Mentre distillavo il grezzo sentivo un crack crack, era il polistirene rimasto nel becher iniziale che una volta evaporato il DCM si staccava a foglietti dalle pareti del recipiente. Mi ha ricordato che il polistirene è idrofobo mentre il vetro è idrofilo e quindi l'adesione dell'uno sull'altro non è molto forte.

       

Riferimenti e bibliografia

- Merck Index 12 ma edizione
- US Patent 2359212
- Tesi di dottorato UNIPD " FEEDSTOCK RECYCLING DI PLASTICHE:
RECUPERO DI MONOMERO DA POLIETILENE E POLISTIRENE
MEDIANTE TRATTAMENTI TERMICI " - Micol della Zassa
https://www.youtube.com/watch?v=6tEs7P6UUVQ&t=734s
" Trasformare rifiuti in risorse "
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fosgene, ClaudioG., ohilà, NaClO, Roberto, Copper-65, luigi_67, Claudio
Interessante questo post, bravo!
Ti consiglio di aggiungere un pochino di idrochinone allo stirene che hai ottenuto perchè c' è il rischio di polimerizzazione spontanea (lenta a T ambiente veloce a T = o > di 65°C).
Sto leggendo che spesso come stabilizzante viene usato il t-butilcatecolo.
La IARC classifica questo composto come possibilmente cancerogeno per l' uomo (2B).
Altro rischio che non sapevo è che a T intorno ai 40°C tale molecola forma perossidi esplosivi.
COCl2
[tossico]
R: 26-34

La chimica organica e' la chimica dei composti del carbonio. La biochimica e' lo studio dei composti del carbonio che strisciano. (Mike Adams)
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NaClO, ale93
Grazie per le informazioni fosgene. Desideravo sapere invece se questo composto potesse essere utilizzato come carburante per autotrazione di cui mi servirebbe il numero di ottano e cetano. Sai per caso dove potrei trovare queste informazioni ?
" Trasformare rifiuti in risorse "
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(2017-11-05, 22:51)zodd01 Ha scritto: Grazie per le informazioni fosgene. Desideravo sapere invece se questo composto potesse essere utilizzato come carburante per autotrazione di cui mi servirebbe il numero di ottano e cetano. Sai per caso dove potrei trovare queste informazioni ?

Sinceramente no.
Però ho trovato questo articolo da una veloce ricerca:
https://www.researchgate.net/publication...Properties
Hai intenzione di usare lo stirene che hai ottenuto per fare altro?
Ricordo che anni fa trovai una serie di video dove un tizio ottenne lo stirene con il tuo metodo, poi lo ha bromurato e infine trattato con OH-/calore per ottenere il fenilacetilene.
Riusciresti a replicare questa sintesi?
COCl2
[tossico]
R: 26-34

La chimica organica e' la chimica dei composti del carbonio. La biochimica e' lo studio dei composti del carbonio che strisciano. (Mike Adams)
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(2017-11-05, 22:51)zodd01 Ha scritto: ...Desideravo sapere invece se questo composto posetesse essere utilizzato come carburante per autotrazione di cui mi servirebbe il numero di ottano e cetano...

I valori precisi dello stirene non li ho trovati.   no no
Per confronto il benzene ha un PON di circa 103 e l'etilbenzene di 99...
Lo stirene non penso si discosti molto. Forse è un poco più alto a causa dell'insaturazione.

Il Diesel ha un PON intorno a 10, a seconda del tipo.

Lo stirene sarà, verosimilmente, un buon carburante per motori a benzina e uno pessimo per quelli Diesel.
Ed è plausibile vista la struttura aromatica e il doppio legame che notoriamente conferiscono proprietà antidetonanti.

Comunque bel lavoro zodd! :-P
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ClaudioG., NaClO
@ fosgene: fos, la reazione che dici tu è linkata fra i miei riferimenti. È il video. Comunque sì voglio farci altro ma non il fenilacetilene bensì qualcuno di quelli nello schema. Mi interessa farci un difeniletere con cui realizzare decarbossilazioni

@ ohila: grazie di quei valori ma non sono importanti pure altri parametri come tensione di vapore, ∆H, p.eb e altri per poter essere usati come carburanti ? Essendo aromatico non sarà mai approvato il suo utilizzo.
" Trasformare rifiuti in risorse "
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(2017-11-06, 12:14)zodd01 Ha scritto: @ ohila: grazie di quei valori ma non sono importanti pure altri parametri come tensione di vapore, ∆H, p.eb e altri per poter essere usati come carburanti ? Essendo aromatico non sarà mai approvato il suo utilizzo.

Beh certo... C'è tutto l'aspetto ingegneristico del motore dietro sul quale non so dirti molto.

Il fatto che sia aromatico non é un gran problema. La benzina normale é piena di aromatici... asd
Servono proprio per aumentare il numero di ottano!
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NaClO
Piccolissimo OT:
Non capisco questo terrore degli aromatici,dato che ci mangiamo tutti i giorni abbastanza benzoato di sodio,che è aromatico ma non è per niente tossico...
Fine OT
Sintesi bellissima ed interessante proprio perché si parte da un materiale di recupero per ottenere un reagente davvero poco comune...i miei complimenti!
Saluti,
Riccardo
"L'importante è non smettere mai di farsi domande.La curiosità ha buoni motivi di esistere."
                                                                      -Albert Einstein-
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Riapro l OT: Andiamo tutti a bere benzene allora??? Per favore non parliamo a vanvera
Chiudo l OT
8-)  Tanto vetro zero reagenti 8-)
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ClaudioG., ohilà
Non voglio scatenare una polemica,se serve poi cancella l'OT...non voglio rovinare questa bella discussione...
Intendevo che ormai tutto ciò che contiene un anello aromatico viene demonizzato.Se è per questo allora,anche l'aspirina è cancerogena...
Comunque ho capito il senso,parlavo in generale.Odio le strumentalizzazioni,in tutti i campi
Saluti,
Riccardo
"L'importante è non smettere mai di farsi domande.La curiosità ha buoni motivi di esistere."
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