Styrène

Styrène
Identification
Synonymes	Phényléthylène Vinyl benzène Cinnamène Styrol
No CAS	100-42-5
No ECHA	100.002.592
No CE	202-851-5
No RTECS	WL3675000
PubChem	7501
ChEBI	27452
FEMA	3233
SMILES	C=CC1=CC=CC=C1 PubChem, vue 3D
InChI	InChI : vue 3D InChI=1S/C8H8/c1-2-8-6-4-3-5-7-8/h2-7H,1H2 InChIKey : PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N
Apparence	liquide huileux, incolore à jaune.
Propriétés chimiques
Formule	C8H8  [Isomères]
Masse molaire	104,149 1 ± 0,007 g/mol C 92,26 %, H 7,74 %,
Moment dipolaire	0,123 ± 0,003 D
Susceptibilité magnétique	$\chi _{M}$ 68,2×10-6 cm3·mol-1
Diamètre moléculaire	0,593 nm
Propriétés physiques
T° fusion	−30,6 °C
T° ébullition	145,14 °C
Solubilité	dans l'eau à 25 °C : 0,3 g l−1, dans l'éthanol, les éthers, l'acétone
Paramètre de solubilité δ	19,0 MPa1/2 (25 °C)
Miscibilité	dans le benzène
Masse volumique	0,906 0 g cm−3 équation : $\rho =0.7397/0.2603^{(1+(1-T/636)^{0.3009})}$ Masse volumique du liquide en kmol·m-3 et température en kelvins, de 242,54 à 636 K. Valeurs calculées : 0,90045 g·cm-3 à 25 °C. T (K) T (°C) ρ (kmol·m-3) ρ (g·cm-3) 242,54 −30,61 9,1088 0,9487 268,77 −4,38 8,89343 0,92627 281,89 8,74 8,78369 0,91484 295 21,85 8,67247 0,90326 308,12 34,97 8,55969 0,89151 321,23 48,08 8,44523 0,87959 334,35 61,2 8,32899 0,86748 347,46 74,31 8,21084 0,85518 360,58 87,43 8,09063 0,84266 373,69 100,54 7,96819 0,8299 386,81 113,66 7,84336 0,8169 399,92 126,77 7,7159 0,80363 413,04 139,89 7,58559 0,79005 426,15 153 7,45215 0,77616 439,27 166,12 7,31525 0,7619 T (K) T (°C) ρ (kmol·m-3) ρ (g·cm-3) 452,39 179,24 7,1745 0,74724 465,5 192,35 7,02946 0,73213 478,62 205,47 6,87958 0,71652 491,73 218,58 6,72417 0,70034 504,85 231,7 6,56242 0,68349 517,96 244,81 6,39324 0,66587 531,08 257,93 6,21526 0,64733 544,19 271,04 6,02662 0,62768 557,31 284,16 5,82473 0,60666 570,42 297,27 5,60579 0,58385 583,54 310,39 5,36384 0,55865 596,65 323,5 5,0886 0,52999 609,77 336,62 4,75924 0,49568 622,88 349,73 4,31894 0,44983 636 362,85 2,842 0,296
T° d'auto-inflammation	490 °C
Point d’éclair	31 °C (coupelle fermée)
Limites d’explosivité dans l’air	0,9–6,8 %vol
Pression de vapeur saturante	à 20 °C : 0,7 kPa équation : $P_{vs}=exp(105.93+{\frac {-8685.9}{T}}+(-12.42)\times ln(T)+(7.5583E-6)\times T^{2})$ Pression en pascals et température en kelvins, de 242,54 à 636 K. Valeurs calculées : 816,54 Pa à 25 °C. T (K) T (°C) P (Pa) 242,54 −30,61 10,613 268,77 −4,38 108,11 281,89 8,74 284,18 295 21,85 673,09 308,12 34,97 1 457,85 321,23 48,08 2 922,9 334,35 61,2 5 480,63 347,46 74,31 9 694,09 360,58 87,43 16 293,84 373,69 100,54 26 187,37 386,81 113,66 40 461,22 399,92 126,77 60 376,92 413,04 139,89 87 362,66 426,15 153 123 003,06 439,27 166,12 169 029,5 T (K) T (°C) P (Pa) 452,39 179,24 227 313,19 465,5 192,35 299 862,77 478,62 205,47 388 827,96 491,73 218,58 496 510,08 504,85 231,7 625 380,24 517,96 244,81 778 105,57 531,08 257,93 957 583,73 544,19 271,04 1 166 986,16 557,31 284,16 1 409 810,24 570,42 297,27 1 689 941,12 583,54 310,39 2 011 723,9 596,65 323,5 2 380 047,29 609,77 336,62 2 800 440,24 622,88 349,73 3 279 183,38 636 362,85 3 823 400
Point critique	40,0 bar, 367,65 °C
Thermochimie
Cp	équation : $C_{P}=(113340)+(290.20)\times T+(-0.60510)\times T^{2}+(1.3567E-3)\times T^{3}$ Capacité thermique du liquide en J·kmol-1·K-1 et température en kelvins, de 242,54 à 418,31 K. Valeurs calculées : 182,031 J·mol-1·K-1 à 25 °C. T (K) T (°C) Cp $({\tfrac {J}{kmol\times K}})$ Cp $({\tfrac {J}{kg\times K}})$ 242,54 −30,61 167 490 1 608 254 −19,15 170 244 1 635 260 −13,15 171 733 1 649 265 −8,15 172 998 1 661 271 −2,15 174 547 1 676 277 3,85 176 132 1 691 283 9,85 177 755 1 707 289 15,85 179 417 1 723 295 21,85 181 120 1 739 301 27,85 182 866 1 756 306 32,85 184 355 1 770 312 38,85 186 184 1 788 318 44,85 188 061 1 806 324 50,85 189 988 1 824 330 56,85 191 966 1 843 T (K) T (°C) Cp $({\tfrac {J}{kmol\times K}})$ Cp $({\tfrac {J}{kg\times K}})$ 336 62,85 193 998 1 863 342 68,85 196 084 1 883 348 74,85 198 227 1 903 353 79,85 200 057 1 921 359 85,85 202 308 1 942 365 91,85 204 621 1 965 371 97,85 206 997 1 987 377 103,85 209 439 2 011 383 109,85 211 947 2 035 389 115,85 214 524 2 060 394 120,85 216 725 2 081 400 126,85 219 433 2 107 406 132,85 222 214 2 134 412 138,85 225 070 2 161 418,31 145,16 228 160 2 191 équation : $C_{P}=(71.201)+(5.4767E-2)\times T+(6.4793E-4)\times T^{2}+(-6.9875E-7)\times T^{3}+(2.1232E-10)\times T^{4}$ Capacité thermique du gaz en J·mol-1·K-1 et température en kelvins, de 100 à 1 500 K. Valeurs calculées : 128,285 J·mol-1·K-1 à 25 °C. T (K) T (°C) Cp $({\tfrac {J}{kmol\times K}})$ Cp $({\tfrac {J}{kg\times K}})$ 100 −173,15 82 479 792 193 −80,15 101 177 971 240 −33,15 112 711 1 082 286 12,85 124 937 1 200 333 59,85 138 095 1 326 380 106,85 151 659 1 456 426 152,85 165 088 1 585 473 199,85 178 750 1 716 520 246,85 192 154 1 845 566 292,85 204 859 1 967 613 339,85 217 271 2 086 660 386,85 228 985 2 199 706 432,85 239 679 2 301 753 479,85 249 747 2 398 800 526,85 258 896 2 486 T (K) T (°C) Cp $({\tfrac {J}{kmol\times K}})$ Cp $({\tfrac {J}{kg\times K}})$ 846 572,85 266 938 2 563 893 619,85 274 223 2 633 940 666,85 280 591 2 694 986 712,85 285 982 2 746 1 033 759,85 290 704 2 791 1 080 806,85 294 730 2 830 1 126 852,85 298 115 2 862 1 173 899,85 301 151 2 891 1 220 946,85 303 932 2 918 1 266 992,85 306 597 2 944 1 313 1 039,85 309 481 2 971 1 360 1 086,85 312 772 3 003 1 406 1 132,85 316 648 3 040 1 453 1 179,85 321 570 3 088 1 500 1 226,85 327 783 3 147
Cristallographie
Classe cristalline ou groupe d’espace	Pbcn
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)
Volume	1 257,99 Å3
Propriétés optiques
Indice de réfraction	${\textit {n}}_{D}^{25}$ 1,5440
Précautions
SGH
Danger H226, H315, H319, H332, H361d et H372 H226 : Liquide et vapeurs inflammables H315 : Provoque une irritation cutanée H319 : Provoque une sévère irritation des yeux H332 : Nocif par inhalation H361d : Susceptible de nuire au fœtus. H372 : Risque avéré d'effets graves pour les organes (indiquer tous les organes affectés, s'ils sont connus) à la suite d'expositions répétées ou d'une exposition prolongée (indiquer la voie d'exposition s'il est formellement prouvé qu'aucune autre voie d'exposition ne conduit au même danger)
SIMDUT
B2, D2A, D2B, B2 : Liquide inflammable point d'éclair =31 °C coupelle fermée (méthode non rapportée) D2A : Matière très toxique ayant d'autres effets toxiques cancérogénicité : CIRC groupe 2B D2B : Matière toxique ayant d'autres effets toxiques irritation des yeux chez l'animal Divulgation à 0,1 % selon la liste de divulgation des ingrédients
NFPA 704
3 2 2
Transport
39    2055    Code Kemler : 39 : liquide inflammable, pouvant produire spontanément une réaction violente Numéro ONU : 2055 : STYRÈNE MONOMÈRE STABILISÉ Classe : 3 Code de classification : F1 : Matières solides inflammables, sans danger subsidiaire, organiques ; Étiquette : 3 : Liquides inflammables Emballage : Groupe d'emballage III : matières faiblement dangereuses.
Classification du CIRC
Groupe 2B : Peut-être cancérogène pour l'homme
Inhalation	vertige, somnolence, nausée, faiblesse
Peau	rougeur
Yeux	rougeur, douleur
Écotoxicologie
LogP	3,2
DJA	0,12 mg/kg p.c. par jour
Seuil de l’odorat	bas : 0,01 ppm haut : 1,9 ppm
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 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. Le styrène est aussi présent dans la fumée de cigarette.

Histoire

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 « Styrol » 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'éthylbenzène 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

Le styrène possède une odeur agréable à faibles concentrations, mais rapidement insupportable si la concentration augmente. L'odeur est détectable entre 0,43 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 être stocké au frais dans des récipients opaques.

Réactions chimiques

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

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.

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 dioxyde de silicium pour former de l'α-phényléthanol. Ce dernier subit ensuite une déshydratation à 200 °C environ, en présence d'alumine pour former le styrène.

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

Utilisation

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

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 États-Unis 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

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'humain.

D'après le Centre international de recherche sur le cancer, le styrène pourrait être cancérogène pour l'humain. 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.

Les propriétés neurotoxiques du styrène ne se limitent pas à des effets sur le système nerveux central, mais provoquent également des effets néfastes sur la vision et sur la fonction auditive. Des études sur des animaux de laboratoire ainsi que des études épidémiologiques, ont mis en évidence une interaction synergique avec le bruit pouvant entraîner des troubles de l'audition supérieurs à ceux engendrés par les deux nuisances de manière indépendante.

L’étiquetage du styrène comporte une mention « ototoxique » (Classement CLP H372 : « Risque avéré d'effets graves pour les organes (appareil auditif) ».

Effets sur l'environnement

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.

Phrases de risque et conseils de prudence

Étiquetage selon le règlement (CE) 1272/2008 :

• Flam. Liq. 3 (liquide inflammable) ;
• Skin Irrit. 2 (irritant pour la peau) ;
• Eye Irrit. 2 (irritant pour les yeux) ;
• Acute Tox. 4 (toxique par inhalation) ;
• STOT RE 1 (dangereux pour les organes cibles - exposition répétée - appareil auditif) ;
• Repr. 2 (Susceptible de nuire au fœtus).

Étiquetage précédent :

• 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)).

Bibliographie

• 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

Articles connexes

• Polymérisation
• Hydrocarbure aromatique
• Raffinage du pétrole
• Néopor

Liens externes

• Fiche toxicologique, INRS
• Fiche internationale de sécurité