Styren

* Indexové číslo, harmonizovaná klasifikace dle přílohy VI, nařízení (ES) č. 1272/2008, ve znění pozdějších předpisů.

Čistý styren je bezbarvá olejovitá kapalina se sladkým zápachem. Teplota tání je  -30,6°C, varu 145,2°C a hustota 906 kg.m^-3. Páry jsou však těžší než vzduch. Je špatně rozpustný ve vodě (300 mg.l^-1). Dobře se rozpouští v organických rozpouštědlech, jako jsou alkoholy, ethery, aceton a sirouhlík. Patří mezi těkavé organické látky (VOC), tenze par při 25°C je 867 Pa. Styren podléhá procesu oxidace za vzniku peroxidů, které rovněž působí jako katalyzátor jeho polymerace. Polymeraci katalyzují i další činitelé jako teplota, tlak, světlo, silné kyseliny, rez apod. Proto se styren běžně stabilizuje přídavkem inhibitorů
(např. 4-tercbutylkatecholem nebo hydrochinonem). Molekula styrenu je znázorněna na obrázku 1.

Obrázek 1: Struktura molekuly styrenu

Styren se používá zejména jako rozpouštědlo a jako surovina k výrobě polystyrenu a kopolymerů styrenu (např. styren-acrylonitril (SAN), styren-divinyl benzenové kopolymery, styren-butadienový kaučuk (SBR), acrylonitril-butadien-styren (ABS)) a nenasycených polyesterů. Tyto plasty se používají k výrobě sklolaminátu, gumy, pryskyřice, elektrických a termických izolací, pneumatik, polyvinylchloridových trubek, lepidel, fotografických filmů, inkoustů, automobilových součástek, obalových materiálů, plastového nádobí a lahví a celé řady dalších spotřebních produktů.

Styren se může uvolňovat do prostředí během jeho výroby, použití (jako rozpouštědlo) nebo zpracování (výroba plastů). Nejvýznamnějším zdrojem je tedy chemický průmysl. Dalším zdrojem je petrochemický průmysl (rafinerie ropy). Styren se může také vyskytovat ve výfukových plynech a cigaretovém kouři. Uvolňuje se i při spalování odpadů. Zdrojem styrenu ve vnitřním ovzduší může být také jeho těkání z výrobků obsahujících styren. Styren může v malé míře přecházet z obalů do potravin. Malé množství styrenu se může přirozeně vyskytovat i v ovoci, zelenině, oříšcích a mase.

Mezi nejvýznamnější antropogenní zdroje styrenu patří:

• výroba a zpracování styrenu;
• chemický a petrochemický průmysl (výroba plastů, rafinace ropy);
• použití styrenu jako rozpouštědla;
• spalování odpadů;
• výfukové plyny (spalovací motory).

Styren se může nacházet ve vzduchu, vodě i půdě. Je těkavý, proto snadno přechází z půdy a povrchových vod do ovzduší, kde se rychle rozkládá. K rozkladu dojde během 1 až 2 dnů. Jako těkavá organická látka se spoluúčastní vzniku fotochemického smogu. V půdě a vodě se styren může rozkládat pomocí bakterií. Zatímco v povrchové vodě trvá rozkladná reakce několik dní, v podzemních vodách proběhne za 6 týdnů až 7,5 měsíců. Na částice půdy se váže poměrně slabě, proto se může vyluhovat do podzemních vod. Na základě studií na hlodavcích je styren považován za karcinogenní u zvířat a za podezřelý lidský karcinogen.

Styren může vstupovat do těla inhalačně nebo orálně (kontaminovanou potravou nebo vodou). Akutní expozice vyvolává dýchací problémy a podráždění očí a má vliv také na gastrointestinální trakt. Chronická expozice ovlivňuje nervovou soustavu, vyvolává bolesti hlavy, únavu, zvracení, deprese, zhoršení koncentrace a paměti a ztrátu sluchu. Může také poškozovat játra, ledviny, krev a žaludek. Některé zdroje uvádějí podezření na karcinogenní působení. Např. několik epidemiologických studií naznačuje, že může existovat souvislost mezi expozicí styrenu a zvýšeným rizikem leukémie a lymfomu. Mezinárodní agentura pro výzkum rakoviny (IARC) klasifikovala styren jako karcinogen skupiny 2A (pravděpodobný lidský karcinogen).

Hlavní biotransformační cestou styrenu je oxidace dvojné vazby vinylové skupiny na benzenovém jádře cytochromem P450, která je klíčovým krokem v metabolismu styrenu. U člověka prochází více než 90 % metabolismu styrenu přes tento intermediát (cytochrom P450). Styren se detoxikuje hlavně hydrolýzou katalyzovanou EH a vzniklý 1-fenylethan-1,2-diol se dále oxiduje postupně na mandlovou, fenylglyoxylovou a následně na benzoovou kyselinu, která se nakonec slučuje s glycinem a poskytuje hippurovou kyselinu. Menší část se slučuje s GSH a metabolickou cestou poskytuje dvě merkapturové kyseliny. Vinylová skupina na benzenovém jádře se oxiduje mnohem snadněji než aromatické jádro, takže všechny významnější metabolity styrenu vznikají primárně oxidací vinylové skupiny styrenu.

V České republice platí pro koncentrace styrenu následující limity v ovzduší pracovišť: PEL – 100 mg.m^-3, NPK - P – 400 mg.m^-3.

Další nebezpečí styrenu spočívá v jeho hořlavosti. Při zahřátí na 200°C polymerizuje na polystyren. Může bouřlivě reagovat s oxidačními činidly, jako jsou peroxidy, silné kyseliny a chlorečnany. Při hoření styrenových plastů mohou vznikat toxické a dráždivé produkty (výpary, plyny), například oxid uhelnatý. Při požáru mohou uzavřené nádoby se styrenem explodovat.

Styren je látka považovaná za karcinogenní u zvířat, je to látka celkově nebezpečná pro lidské zdraví. Agentura IARC ho řadí mezi podezřelé lidské karcinogeny (skupina 2A). Nebezpečný není jen čistý styren, problémem jsou i styrenové plasty a produkty hoření styrenu. Těchto plastů se vyrábí velké množství. V prostředí se pomalu rozkládají a uvolňují styren.

Pro hrubý odhad, zda styren uniká z provozu, kde je používán, lze použít prosté bilance. V případě, že látky je do procesu dodáváno více, než je její spotřeba a výstup, je třeba hledat místo případného úniku. Toto lze použít jak při výrobě, tak u dalšího využití styrenu. Pro přesnější odhad emisí je nutné použít analytické stanovení.

Koncentrace styrenu se stanovuje nejčastěji pomocí plynové chromatografie. Jako detektory se používají plamenoionizační nebo fotoionizační detektor, případně slouží jako detektor hmotnostní spektrometr. Variantou k plynové chromatografii může být spektrofotometrie ve viditelné, ultrafialové nebo infračervené oblasti. Odběr vzorků plynu se provádí na sorpční trubičky. Použít je možné i mobilní analyzátor založený na plamenovém ionizačním detektoru, který však zachytí i jiné spalitelné látky.

Pro stanovení množství styrenu (a jiných těkavých organických sloučenin – VOC) v kapalných matricích lze použít normu ČSN EN ISO 15680 metodou purge-and-trap a plynovou chromatografií (GC). Nejvhodnější detekci zde představuje hmotnostní spektrometrie v režimu elektronového nárazu (EI), ale mohou být použity i jiné detektory. Mez detekce do značné míry závisí na detektoru, který se používá a na provozních parametrech. Podle této normy lze analyzovat pitnou, povrchovou a podzemní vodu. Odpadní a mořské vody lze stanovit touto metodou po naředění.

Pro stanovení styrenu ve venkovním ovzduší se používají metody založené na záchytu analytu v kanistrech z korozivzdorné oceli s následnou termickou desorpcí a stanovením plynovou chromatografií s různými typy detektorů (GC-MD) pro metodu TO-14A nebo detektor (GC-MS) pro metodu TO-15 (Compendium of methods for Organic Compounds US EPA 1999).

Pro manuální stanovení styrenu v pracovním ovzduší se používají metody založené na odběru vzorku sorpční trubicí naplněnou dvěma vrstvami aktivovaného uhlíku oddělenými skleněnou vatou. Exponovaný sorbent se extrahuje sirouhlíkem a obsah analytu se následně stanoví plynovou chromatografií (GC) s detekcí plamenovým ionizačním detektorem (FID). Metoda je určena pro stanovení styrenu v rozsahu od 0,181 mg do 8,49 mg na vzorek (NIOSH method 1501 1994).

Při koncentraci styrenu v odpadním vzduchu například 0,05 % obj. by byl ohlašovací práh pro emise do ovzduší dosažen při vypouštění 46 000 m³ (za tlaku 101,325 kPa a teploty 20°C) ročně.

Obrázek 2 ukazuje vztahy mezi koncentrací styrenu a možným ohrožením. Graf je k dispozici na webových stránkách agentury EPA (USA).

Obrázek 2: Vztahy mezi koncentrací styrenu a možným zdravotním rizikem

• Encyklopedie Wikipedia, https://cs.wikipedia.org/wiki/Styren

 https://en.wikipedia.org/wiki/Styrene

• Agency for Toxic Substances and Disease Registry, https://www.atsdr.cdc.gov

• Hazardous Substance Fact Sheets, State of New Jersey Department of Health, http://www.state.nj.us/

• Ekotoxikologická databáze, www.piskac.cz/ETD

• Environment Agency, https://www.gov.uk/government/organisations/environment-agency

• IPCS Intox Databank, http://www.intox.org/shutdown.html

• National Safety Council, http://www.nsc.org/Pages/home-old.aspx

• Scorecard, The Pollution Information Site, http://scorecard.goodguide.com/chemical-profiles/summary.tcl?edf_substance_id=+100-42-5

• PubChem, Open Chemistry Database, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/7501

• Toxicological Data Network, https://toxnet.nlm.nih.gov/cgi-bin/sis/search2/f?./temp/~FyXeK9:3

• Centers for Disease Control and Prevention, https://www.cdc.gov/niosh/topics/styrene/

• E.P.A. IRIS, https://cfpub.epa.gov/ncea/iris2/chemicalLanding.cfm?substance_nmbr=104

• Databáze Eurochem, https://chemax.cz/#/record/Tkd4REFlc0VBeU09

• Harte J., Holdren C., Schneider R., Shirley Ch.: Toxics A to Z, A Guide to Everyday Pollution Hazards, University of California Press, 1991

• Styrene | C6H5CHCH2 - PubChem (nih.gov)

• Compendium of methods for the determination of toxic organic compounds in ambient air – second edition, US EPA 1999

• ČSN EN ISO 15680 (75 7558) Jakost vod – Stanovení řady monocyklických aromatických uhlovodíků, naftalenu a některých chlorovaných sloučenin plynovou chromatografií s P&T a termální desorpcí. ČNI Praha 2004

• Paleček J., Linhart I., Horák J.: Toxikologie a bezpečnost práce v chemii, Praha 2006, ISBN 80-7080-266-9

• Linhart I.: Toxikologie: Interakce škodlivých látek s živými organismy, jejich mechanismy, projevy a důsledky. ISBN 978-80-7080-877. Praha 2014

• NIOSH method 3800, Organic and inorganic gases by extractive FTIR spectrometry, Manual of Analytical Methods (NMAM), 4. vydání 1994