Propylenoxid

Propylenoxid oder 1,2-Epoxypropan (PO) ist eine leicht entflammbare, in Wasser und Alkohol lösliche, farblose Flüssigkeit mit ätherischem Geruch. Es wird aus Propen gewonnen und hauptsächlich zur Herstellung von wasserlöslichen Propylenglycol-Derivaten verwandt, kann aber auch als Korrosionsschutzzusatz für Pestizide, Kühlflüssigkeiten und Desinfektionsmittel Verwendung finden. Das Epoxid Propylenoxid ist kein natürlich vorkommender Stoff, sein Vorkommen in der Atmosphäre wird auf Industrieemissionen und deren Weiterverarbeitung zurückgeführt. Es wird angenommen, dass es nicht zur Ausbreitung des Ozonlochs beiträgt.

1985 belief sich die Produktion von Propylenoxid weltweit auf etwa 2,9 Mt, 1991 auf etwa 4,2 Mt. Der geschätzte weltweite Bedarf betrug 2001 ca. 4,8 Mt. Die installierte weltweite jährliche Produktionskapazität lag am 1. Januar 2002 bei 5,8 Mt. ^[1]

[Bearbeiten] Toxizität

Propylenoxid hat sich in Tierversuchen als karzinogen, also krebserregend, erwiesen und ist als Meeresschadstoff in die Wassergefährdungsklasse 3 eingeordnet. Der toxische Stoff reizt Haut, Augen und Atemwege, seine Dämpfe wirken narkotisch, zu einer toxischen Kontamination der Luft kann es bereits bei Temperaturen um 20 °C kommen. Seine Aufnahme kann oral, pulmonal oder perkutan, also über die Haut, erfolgen. Bei kontinuierlicher oder wiederholter Exposition kann es zur Sensibilisierung kommen.

Tierversuche zeigen, dass das Einatmen von Propylenoxid bis zu einer Konzentration von 150 ppm keinerlei nachweisbare Auswirkung hat. Bei wiederholtem Kontakt der Tiere mit dem Stoff kam es zur Depression des ZNS und Augen- und Atemwegsreizung. Da die Geruchsschwelle in der Luft zwischen 100 und 350 ppm, die maximal zulässige Arbeitsplatzkonzentration jedoch bei nur 2,5 ppm liegt, kann der charakteristische Geruch des Stoffes nicht als Indikator für Propylenoxid verwandt werden.

[Bearbeiten] Reaktivität

Propylenoxid neigt weniger stark zur Selbstpolymerisation als Ethylenoxid, eine solche kann jedoch von Katalysatoren wie den Salzen Aluminium-, Eisen- oder Zinnchlorid, sowie Basen, Säuren und Alkalimetallen initiiert werden und explosionsartig erfolgen. Propylenoxid gleicht im Reaktionsverhalten dem des Ethylenoxids, daher auch der Name Methyloxiran.

[Bearbeiten] Synthese

[Bearbeiten] Chlorhydrinverfahren

Beim Chlorhydrinverfahren wird Propen mit Chlor und Wasser (wobei Hypochlorige Säure in situ erzeugt wird) zu zwei Isomeren umgesetzt, von denen nur eines im zweiten Reaktionsschritt mit Hydroxidionen zu Propylenoxid und Wasser umgesetzt wird. Die Hydroxidionen werden aus Kalkmilch Ca(OH)₂ gewonnen, so dass als Koppelprodukt Calciumchlorid CaCl₂ anfällt (auf 100 kg Propylenoxid kommen 200 kg Calciumchlorid). Dieses führt zu einer großen Abwasserbelastung.

2C₃H₆ + Cl₂ + H₂O → 2C₃H₇ClO

C₃H₇ClO + OH⁻ → C₃H₆O + Cl⁻ + H₂O

Der Propylenoxid-Herstellkapazitätsanteil nach dem Chlorhydrinverfahren lag 1985 weltweit bei rund 55 %, 1991 bei etwa 52 %.

[Bearbeiten] Prileschajew-Reaktion

Die Epoxidierung von Propen erfolgt bei der Prileschajew-Reaktion (oder auch Prilezhaef-Reaktion) über die Umsetzung mit einem Hydroperoxid, dessen stark reaktionsfreudige Peroxid-Gruppe mit der Doppelbindung des Propen reagiert. Das parallel entstehende 1-Phenylethanol reagiert weiter zu Styrol.

C₃H₆ + C₈H₁₀O₂ → C₃H₆O + C₈H₁₀O

[Bearbeiten] HPPO-Verfahren

Beim diesem der Prileschajew-Reaktion ähnlichen Verfahren erfolgt die Umsetzung des Propylens mit Wasserstoffperoxid (engl. Kürzel HP):

C₃H₆ + H₂O₂ → C₃H₆O + H₂O

Da als einziges Nebenprodukt Wasser entsteht, gilt dieses Verfahren als besonders wirtschaftlich und umweltfreundlich. Es benötigt eine vorgeschaltete Anlage zur Herstellung von Wasserstoffperoxid, aber muss im Gegensatz zu den anderen Verfahren keine Infrastruktur oder Märkte für Nebenprodukte aufweisen. Die erste großtechnische Anlage, die dieses Verfahren nutzt, wird in Antwerpen errichtet und soll ab 2008 gemeinsam von BASF und Dow Chemical betrieben werden.