Styrène

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Styrène
Styrène
Styrène
Identification
Synonymes

Phényléthylène
Vinyl benzène
Cinnamène
Styrol

No CAS 100-42-5
No EINECS 202-851-5
FEMA 3233
SMILES
InChI
Apparence liquide huileux, incolore à jaune[1].
Propriétés chimiques
Formule brute C8H8  [Isomères]
Masse molaire[5] 104,1491 ± 0,007 g/mol
C 92,26 %, H 7,74 %,
Moment dipolaire 0,123 ± 0,003 D[2]
Susceptibilité magnétique \chi_M 68,2×10-6 cm3·mol-1[3]
Diamètre moléculaire 0,593 nm[4]
Propriétés physiques
fusion -30,6 °C[1]
ébullition 145,14 °C[6]
Solubilité dans l'eau à 25 °C : 0,3 g·l-1[1]
Paramètre de solubilité δ 19,0 MPa1/2 (25 °C)[7]
Masse volumique 0,9060 g·cm-3[8]
d'auto-inflammation 490 °C[1]
Point d’éclair 31 °C (coupelle fermée)[1]
Limites d’explosivité dans l’air 0,96,8 %vol[1]
Pression de vapeur saturante à 20 °C : 0,7 kPa[1]
Point critique 40,0 bar, 367,65 °C[10]
Thermochimie
Cp
Cristallographie
Classe cristalline ou groupe d’espace Pbcn[12]
Paramètres de maille a = 15,690 Å

b = 10,585 Å
c = 7,574 Å
α = 90,00 °
β = 90,00 °
γ = 90,00 °

Z = 8 (-153,0 °C)[12]
Volume 1 257,99 Å3[12]
Densité théorique 1,100[12]
Propriétés optiques
Indice de réfraction \textit{n}_{D}^{25} 1,5440[4]
Précautions
Directive 67/548/EEC
Nocif
Xn



Transport
39
   2055   
NFPA 704

Symbole NFPA 704

SIMDUT[14]
B2 : Liquide inflammableD2A : Matière très toxique ayant d'autres effets toxiques
B2, D2A, D2B,
SGH[15]
SGH02 : InflammableSGH07 : Toxique, irritant, sensibilisant, narcotique
Attention
H226, H315, H319, H332,
Classification du CIRC
Groupe 2B : Peut-être cancérogène pour l'homme[13]
Inhalation vertige, somnolence, nausée, faiblesse
Peau rougeur
Yeux rougeur, douleur
Écotoxicologie
LogP 3,2[1]
DJA 0,12 mg/kg p.c./jour[16]
Seuil de l’odorat bas : 0,01 ppm
haut : 1,9 ppm[17]
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Le styrène est un composé organique aromatique de formule chimique C8H8. C'est un liquide à température et à pression ambiantes. Il est utilisé pour fabriquer des plastiques, en particulier le polystyrène. Le styrène est un composé chimique incolore, huileux, toxique et inflammable. Il est naturellement présent en faibles quantités dans certaines plantes, et est produit industriellement à partir du pétrole. De faibles concentrations de styrène sont également présentes dans les fruits, les légumes et la viande.

Histoire[modifier | modifier le code]

Autour de 1835, le pharmacien berlinois Eduard Simon acquiert du styrax, une résine également appelée « ambre liquide » issue du Liquidambar orientalis, un arbre poussant au Proche-Orient. Cette résine a subi des traitements et a été mélangée, notamment à du parfum. En distillant cette résine, Simon obtient un liquide incolore qu'il baptise styrène en référence au nom de la résine. En chauffant ce liquide, il obtient une nouvelle substance, qu'il suppose être de l'oxyde de styrène. Cependant, les chimistes britanniques John Blyth et August Wilhelm von Hofmann découvrent en 1845 par analyse élémentaire que la composition de la matière n'a pas changé au cours de la transformation. Il faut attendre 1866 pour que Marcellin Berthelot fournisse une interprétation correcte du phénomène : il s'agit d'une réaction de polymérisation. Hermann Staudinger, dont les travaux concernèrent principalement la chimie des polymères, écrit dans sa thèse que le chauffage du liquide entraîne une réaction en chaîne qui se traduit par l'apparition de macromolécules de polystyrène.

Le styrène est au centre d'un documentaire de 19 minutes réalisé en 1958 par Alain Resnais : Le chant du styrène. Le dialogue de Raymond Queneau qui est mis en valeur par la voix chaude et profonde de Pierre Dux, décrit ainsi cette réaction:

Le styrène est produit majoritairement par la déshydrogénation de l'éthyl-benzène surchauffé. La réaction nécessite un catalyseur tel que de l'oxyde de fer. Le styrène autrefois s'extrayait du benjoin, provenant du styrax, arbuste indonésien.

Propriétés physico-chimiques[modifier | modifier le code]

Le styrène possède une odeur agréable à faibles concentrations, mais rapidement insupportable si la concentration augmente. L'odeur est détectable entre 0,43 mg/m3 et 866 mg/m3. Le styrène possède des propriétés lacrymogène dès que la concentration dépasse 10 mg/m3. Il est peu soluble dans l'eau, mais il possède une bonne solubilité dans l'acétone, l'éther, le disulfure de carbone et les alcools. Le styrène s'évapore facilement. La molécule de styrène possédant un groupement vinyle, et donc une double liaison carbone-carbone, elle peut polymériser. Le styrène liquide commence à polymériser à la température ambiante en formant un liquide jaune visqueux. Il peut être stabilisé par l'ajout de 50 ppm d'hydroquinone. Cependant, la stabilisation n'est possible qu'en présence de faibles quantités d'oxygène. La polymérisation est très nettement accélérée par la lumière. Le styrène doit donc être stocké au frais dans des récipients opaques.

Réactions chimiques[modifier | modifier le code]

Le comportement chimique du styrène est similaire à celui du benzène, le styrène étant toutefois plus réactif. Il réagit principalement au cours de réactions de type substitution radicalaire, de substitution électrophile aromatique (par exemple la sulfonation ou la nitration) ainsi que d'addition radicalaire. Les réactions de type substitution nucléophile sont nettement moins fréquentes. Il s'oxyde en oxyde de styrène.

Le comportement du styrène vis-à-vis des réactions de polymérisation est assez inhabituel : il peut subir des polymérisations de type radicalaire, tout comme des polymérisations anioniques ou cationiques. Il peut ainsi copolymériser avec du chlorure de fer par polymérisation cationique. Le styrène seul polymérise par un mécanisme radicalaire pour former le polystyrène. Cette dernière réaction est initiée plus facilement en présence d'un catalyseur (plus exactement un initiateur dans le cas du polystyrène), de type peroxyde la plupart du temps.

Production[modifier | modifier le code]

Avant 1930, date à laquelle des procédés de fabrication du styrène commencent à être développés, il est obtenu par séparation lors du raffinage du pétrole.

Il existe principalement deux procédés de fabrication du styrène à l'échelle industrielle. Le premier est un procédé de type déshydrogénation catalytique. Le styrène est fabriqué par chauffage vers 600 à 650 °C d'éthylbenzène (EB) en présence d'un catalyseur, généralement de l'oxyde de magnesium ou de l'oxyde de zinc. La réaction chimique est réversible (c'est un équilibre chimique) et endothermique. Le rendement est augmenté en travaillant sous pression réduite.

Ethylbenzene-styrene interconversion.svg

Le second procédé, moins utilisé, s'effectue en plusieurs étapes. L'éthylbenzène est d'abord oxydé à 150 °C sous une pression de 2 bar. Le produit formé (un peroxyde) réagit ensuite avec du propène à 115 °C sous pression élevée et en présence de silice pour former de l'α-phényléthanol. Ce dernier subit ensuite une déshydratation à 200 °C environ en présence d'alumine pour former le styrène.

Styreen2.png

En 1996, la production mondiale de styrène était d'environ 20 millions de tonnes.

Utilisation[modifier | modifier le code]

Le styrène est utilisé comme monomère pour fabriquer des plastiques. Le plus important est le polystyrène (le styrène est le seul monomère).

Polystyrene formation.PNG

De nombreux autres sont produits par copolymérisation (utilisation de plusieurs monomères), notamment l'acrylonitrile butadiène styrène (ABS), le caoutchouc ou le latex à base de styrène butadiène (SBS), le styrène-acrylonitrile (SAN), l'acrylonitrile styrène acrylate (ASA) ainsi que des polyesters insaturés. La production de styrène a notamment augmenté très rapidement aux USA durant la Seconde Guerre mondiale pour répondre aux besoins de caoutchouc synthétique pour l'armée. Le styrène est également utilisé en faibles quantités comme additif dans des parfums ou des médicaments. C'est également un solvant, utilisé notamment pour la synthèse de résines polyester.

Effets sur la santé[modifier | modifier le code]

L'inhalation de concentrations élevées de styrène peut occasionner des troubles du système nerveux, tels que de la dépression ou des difficultés de concentration, de la faiblesse musculaire, des nausées ainsi qu'une irritation des yeux, du nez et de la gorge.

Des études sur des animaux ont révélé que la respiration de vapeurs de styrène pendant de courtes durées entraîne un endommagement des cloisons nasales. Une exposition plus longue occasionne des dégâts au foie. Aucune donnée n'est disponible concernant l'effet sur la santé humaine de la présence de faibles concentrations de styrène dans l'air respiré pendant de longues périodes.

Il n'y a également que peu de données sur les effets sur la santé humaine d'une exposition au styrène par ingestion ou contact avec la peau. Les études sur des animaux ont montré que l'ingestion de concentrations élevées de styrène sur plusieurs semaines occasionnent des dommages au foie, aux reins, au cerveau et aux poumons. Le contact direct sur la peau de lapins entraîne une irritation.

Les études sur des animaux ont également montré un effet négatif de l'exposition à de très hauts taux de styrène pendant de courtes périodes sur la reproduction et le développement du fœtus. Aucune donnée n'est disponible pour l'homme.

D'après le Centre international de recherche sur le cancer, le styrène pourrait être cancérogène pour l'homme. Plusieurs études effectuées sur une population de salariés exposés au styrène ont mis en évidence un risque de leucémie. Des études sur des animaux ont montré que le styrène est faiblement cancérogène par inhalation ou ingestion. En juin 2011, le National Institutes of Health a classé le styrène dans la liste des molécules cancérigènes chimiques et biologiques[18].

Effets sur l'environnement[modifier | modifier le code]

Sur l'échelle du MARPOL, le styrène a une toxicité Y, c'est-à-dire qu'il est toxique mais peu persistant dans l'environnement. Il persiste dans un milieu marin pendant quelques jours, et est peu bioaccumulable. En revanche, en faible dose, le styrène peut induire une modification de couleur ou de goût des aliments marins[19].

Phrases de risque et conseils de prudence[modifier | modifier le code]

Xn-Nocif

Étiquetage :

  • R: 10 (Inflammable)
  • R: 20 (Nocif par inhalation)
  • R: 36/38 (Irritant pour les yeux et la peau)
  • S: 2 (Conserver hors de la portée des enfants)
  • S: 23 (Ne pas respirer les gaz/fumées/vapeurs/aérosols (terme(s) approprié(s) à indiquer par le fabricant))

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

  1. a, b, c, d, e, f, g et h STYRENE, fiche de sécurité du Programme International sur la Sécurité des Substances Chimiques, consultée le 9 mai 2009
  2. (en) David R. Lide, Handbook of chemistry and physics, CRC,‎ 16 juin 2008, 89e éd., 2736 p. (ISBN 142006679X et 978-1420066791), p. 9-50
  3. (en) Hyp J. Dauben, Jr., James D. Wilson et John L. Laity, « Diamagnetic Susceptibility Exaltation in Hydrocarbons », Journal of the American Chemical Society, vol. 91, no 8,‎ 9 avril 1968, p. 1991-1998
  4. a et b (en) Yitzhak Marcus, The Properties of Solvents, vol. 4, England, John Wiley & Sons Ltd,‎ 1999, 239 p. (ISBN 0-471-98369-1)
  5. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  6. (en) Iwona Owczarek et Krystyna Blazej, « Recommended Critical Temperatures. Part II. Aromatic and Cyclic Hydrocarbons », J. Phys. Chem. Ref. Data, vol. 33, no 2,‎ 30 avril 2004, p. 541 (DOI 10.1063/1.1647147)
  7. (en) James E. Mark, Physical Properties of Polymer Handbook, Springer,‎ 2007, 2e éd., 1076 p. (ISBN 0387690026, lire en ligne), p. 294
  8. (en) J. G. Speight, Norbert Adolph Lange, Lange's handbook of chemistry, McGraw-Hill,‎ 2005, 16e éd., 1623 p. (ISBN 0071432205), p. 2.289
  9. a, b et c (en) Robert H. Perry et Donald W. Green, Perry's Chemical Engineers' Handbook, USA, McGraw-Hill,‎ 1997, 7e éd., 2400 p. (ISBN 0-07-049841-5), p. 2-50
  10. « Properties of Various Gases », sur flexwareinc.com (consulté le 12 avril 2010)
  11. (en) Carl L. Yaws, Handbook of Thermodynamic Diagrams, vol. 3, Huston, Texas, Gulf Pub. Co.,‎ 1996 (ISBN 0-88415-859-4)
  12. a, b, c et d « Styrene », sur www.reciprocalnet.org (consulté le 12 décembre 2009)
  13. IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, « Evaluations Globales de la Cancérogénicité pour l'Homme, Groupe 2B : Peut-être cancérogènes pour l'homme », sur http://monographs.iarc.fr, CIRC,‎ 16 janvier 2009 (consulté le 22 août 2009)
  14. « Styrène » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
  15. Numéro index 601-026-00-0 dans le tableau 3.1 de l'annexe VI du règlement CE N° 1272/2008 (16 décembre 2008)
  16. Concentrations/doses journalières admissibles et concentrations/doses tumorigènes des substances d'intérêt prioritaire calculées en fonction de critères sanitaires, publié par Santé Canada
  17. « Styrene », sur hazmap.nlm.nih.gov (consulté le 14 novembre 2009)
  18. (en) National Institutes of Health, « New substances added to HHS Report on Carcinogens »,‎ 10 juin 2011
  19. Propriétés du styrène

Références[modifier | modifier le code]

  • Styrol (Ethenylbenzol). Wiley/VCH, Weinh. (1990), ISBN 3-527-28255-6
  • Frank-Dieter Kuchta:Thermische und laserinduzierte radikalische Polymerisationen von Styrol bis zu hohen Drücken, Temperaturen und Umsätzen. Cuvillier (1995), ISBN 3-89588-468-5
  • Petra Schneider:Photoinitiierte Polymerisation von Styrol in festem Paraffin. Shaker Verlag (1996), ISBN 3-8265-1521-8
  • Peter Quicker:Dehydrierung von Ethylbenzol zu Styrol : Ein Beitrag zur Entwicklung eines Membranreaktorverfahrens. Mensch & Buch, ISBN 3-89820-177-5

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]