Nome: Luca Anno Accademico del corso: 2011/2012

Cognome: Marletta Corso: Chimica industriale II

Docente: Placido Mineo

Esperienza di laboratorio : Purificazione dello stirene commerciale

OBIETTIVO

Si vuole purificare lo stirene presente in laboratorio per una successiva polimerizzazione del suddetto reattivo. Data la discreta reattività in condizioni normali di laboratorio, lo stirene commerciale viene imbottigliato come una sua forma pura al 99% in miscela con uno stabilizzante di natura fenolica che ha il ruolo di non farlo “auto polimerizzare” e quindi di fare restare lo stirene nella sua forma monomerica.

PRINCIPIO TEORICO DEL METODO

Lo stirene o vinilbenzene è un composto molto importante in ambito industriale, il quale trova applicazione sotto forma del suo stesso polimero come materiale di imballaggio o di isolamento. La struttura è riportata in fig.1

fig.1

Lo stirene usato per l’esperienza è fornito dalla ditta commercializzante “Acros organics” e si trova in miscela al 99% puro con uno stabilizzante di natura fenolica che è il 2,4,6-tri-terz-butilfenolo.La fig.2 riporta la struttura di quest’ultimo:

CH3

CH3

CH3CH3

CH3

CH3

CH3

CH3CH3

OH

fig.2

L’inibitore riesce a preservare il monomero dalla sua reazione collaterale di auto-polimerizzazione perché si ossida molto facilmente, formando delle specie reattive di tipo radicalico, che reagiranno con maggiore probabilità con altra molecola di inibitore, data la presenza ingombrante del gruppo terz-butilico, a differenza di una molecola di stirene più piccola e più difficile da colpire nella stessa soluzione.

In questa sessione di laboratorio si sfrutterà la natura acida del gruppo fenolico presente nello stabilizzante per separarlo in una fase acquosa, immiscibile con il resto della fase organica costituita dallo stirene,quindi data la diversa natura delle fasi si effettua una ripartizione liquido/liquido e la conseguente separazione.

Quanto detto sopra viene schematizzato con la seguente reazione per un solo gruppo OH dello stabilizzante:

CH3

CH3

CH3CH3

CH3

CH3

CH3

CH3CH3

OH

+ OH-

OH2+

CH3

CH3

CH3CH3

CH3

CH3

CH3

CH3CH3

O-

L'anione dello stabilizzante è solubile in acqua

Per verificare lo stato di monomero dello stirene, una volta separato, si esegue un semplice saggio al metanolo in cui si aggiunge a quest ultimo 1 goccia di monomero ; se la soluzione si intorbidisce, vuol dire che c’è la presenza di polimero dello stesso stirene che insolubile, precipita. In caso contrario, e cioè la soluzione resta limpida dopo l’aggiunta della goccia di stirene,vuol dire che si è in presenza di solo monomero nella fase organica da noi separata.

Lo stirene separato, viene poi conservato in frigorifero con dei setacci molecolari per evitare che siano presenti tracce d’acqua provenienti dalla separazione delle due fasi, poiché la presenza di acqua indurrà a problemi nelle fasi di polimerizzazioni successive.

REAGENTI E APPARECCHIATURE.

50 g di stirene commerciale con stabilizzante di 2,4,6-tri-terz-butilfenolo (densità stirene =0,906 g/ml) 25 ml di soluzione di NaOH 25% Setacci molecolari (attivati) Bilancia Provetta da saggio Solubilizzatore ad ultrasuoni Beuta con tappo smeriglio (100ml) Imbuto separatore (250ml) Beaker

MODALITA’ OPERATIVA ESEGUITA

Si raccolgono 50 g di stirene in una beuta con tappo a smeriglio e parallelamente si preparano circa 30 ml di soda al 25% e trasferito il tutto in un beaker.

Sotto cappa si prepara un sostegno munito di imbuto separatore a cui si aggiunge lo stirene e 25ml di soluzione di soda agitando vigorosamente.

La soluzione presenta la formazione di un’emulsione che si destabilizza facilmente e permette la separazione per strati, vedendo la formazione di uno strato acquoso più denso di colore biancastro con riflessi gialli, che può essere separato facilmente scaricandolo tramite imbuto separatore.

Dopo una prima separazione si eseguono almeno due lavaggi con 25ml di acqua deionizzata,scaricando la fase acquosa sempre dal basso e assicurandosi di scaricare anche qualche goccia di stirene per avere la certezza di aver eliminato totalmente l’acqua.

A questo punto, si recupera il monomero purificato dal suo stabilizzante in una beuta da 50ml con tappo a smeriglio.

Se la separazione è riuscita bene lo stirene dovrebbe presentarsi come un liquido limpido di colore giallo paglierino.

Ho eseguito il saggio al metanolo, e ho riscontrato una lieve torbidità dovuta alla presenza di polimero, quantità irrisoria, che permette comunque di passare alla fase di polimerizzazione successiva.

Infine si aggiungono i setacci molecolari al monomero; e chiusa ermeticamente la beuta con Parafilm, il recipiente viene posto in frigo in vista di un prossimo utilizzo.

Osservazioni

Per quanto concerne l’aspetto generale della separazione non si ha avuto alcun problema tecnico rilevante, in quanto l’emulsione formatasi non ha causato impedimenti al punto tale da ricorrere a soluzioni necessarie, per farla cessare del tutto e permettere la normale separazione delle due fasi; l’emulsione una volta formata tende naturalmente a scomparire.

Un attimo di attenzione invece è stato dedicato alla fase del saggio al metanolo; fase in cui si è resi conto dell’imprevista presenza seppur in minima quantità di poli-stirene, già presente nella fase organica dello stirene dopo la separazione in laboratorio.

Secondo me, le cause della presenza del polimero potrebbero essere di varia natura che spaziano dal semplice errore sistematico, alla presunta idonea qualità del monomero usato in laboratorio:

1. Lo stirene inizialmente usato in laboratorio proveniva da un boccione quasi del tutto scarico, quindi è possibile che prima di me, qualche altro operatore abbia mal manipolato il monomero, lasciando per esempio il contenitore troppo tempo aperto o abbia inquinato lo stirene con reattivi di altra natura, diversi ,a quanto concerne la nostra attività di laboratorio.

2. Un’altra causa è riconducibile ad un mio errore sistematico, in quanto la separazione dello stirene dal suo stabilizzante, ha causato un aumento di reattività del monomero che esposto alle radiazioni solari ed al discreto contenuto termico delle mie mani ha innescato processi di autopolimerizzazione con formazione di oligomeri a basso peso molecolare; anche se non interessando la totalità del mio campione, è stato pur sempre un fenomeno constatabile al saggio del metanolo.

3. Non associo la polimerizzazione del mio campione, ad un non proprio corretto lavaggio dell’imbuto, perché se fosse stato questo il motivo , avrei avuto un’emulsione che sarebbe stata più difficile da eliminare dato che il sapone usato in laboratorio avrebbe agito come agente disperdente delle due fasi, non permettendo cosi una semplice filtrazione per gravità.

FRASI DI RISCHIO

• NaOH = R35 • Stirene =R 10-20-36/38