Читая различную информацию о современных строительных материалах, часто приходится сталкиваться со словом полистирол. Применяя новые технологии в процессах производства, из него получают пенопласты. Все эти материалы находят широкое применение во многих сферах жизнедеятельности, поэтому стоит узнать более подробно, что представляет собой полистирол и как он используется, о его свойствах и характеристиках.
Полистирол относится к группе синтетических полимеров класса термопластов, продукт получают в промышленности полимеризацией стирола. Полистирол - твердое и бесцветное стеклоподобное вещество, которое пропускает до 90% лучей видимого спектра, его плотность 1,05г/м 3 , имеет регулярную цепь строения.
Полимер обладает слабой полярностью, имея высокие диэлектрические свойства, они мало зависимы от частоты тока и температур. Он растворим в кетонах, ароматических углеводородах, альдегидах и эфирах, но не растворяется в спиртах, очень устойчив к кислотам, щелочам и воде. Полимер легко формируется и окрашивается, легко обрабатывается механическими способами, хорошо склеивается, он обладает высокой влагостойкостью и морозостойкостью, низким водопоглощением. В производстве его получают 3 способами:
- Эмульсионный
- Суспензионный
- Блочный.
Наиболее устаревший способ получения эмульсионный, поскольку он не нашел своего применения в производстве. Для того чтобы получить полистирол таким методом, необходимо иметь воду, стирол, инициатор полимеризации и эмульгатор, реакция которых происходит при температуре +85 +95 о С. Весь процесс заканчивается, когда свободного стирола остается меньше чем 0,5%. Такой метод дает возможность получить полистирол с повышенной молекулярной массой.
Метод суспензионный производится по периодической схеме в реакторах с теплоотводящей рубашкой и мешалкой, применяя эмульсию, стабилизатор и инициатор полимеризации. В ходе процесса температура постепенно повышается до +130 о С под давлением. Готовый продукт промывают и сушат. Этот метод также почти не используется, поскольку устарел, но его применяют для получения пенополистирола.
Наиболее эффективным является третий способ, он почти безотходный, поэтому нашел применение в производстве полистирола. Используются две схемы -полной и неполной конвенции для общего назначения полистирола. Полимеризация происходит в среде бензола постадийно, начиная с температуры +80 о С постепенно доведя массу до +220 о С, пока стирол не превратится в полистирол на 80-90%. Готовый продукт отличается стабильными параметрами и высокой чистотой.
Применение
Выпускается полимер в виде прозрачных гранул
, которые имеют цилиндрическую форму. Они перерабатываются методом литься под давлением или экструзии, при температуре +190 +230 о С. На основе полистирола базируется огромное количество пластиков, благодаря простоте полимера, его невысокой цене, большому ассортименту марок.
Из полистирола научились изготавливать массу самых необходимых предметов, которые нашли применение в повседневной жизни. Все изделия совершенно безвредны для здоровья людей, в быту они нас постоянно окружают - одноразовая посуда игрушки для детей, упаковка.
В строительстве полистирол нашел очень большое применение, на его основе производятся теплоизоляционные материалы - плиты, сэндвич-панели, несъемная опалубка и др. Также производится и отделочный декоративный материал для облицовки - потолочный багет и плитка декоративная.
В медицинской промышленности полимер также применим, из него производят некоторые части в системах переливания крови, одноразовые инструменты. Вспененный полистирол также актуален для подготовки и очистке сточных вод.
В пищевой промышленности используется упаковочный материал , который также производится из полистирола. Есть и ударопрочный вид полимера, он стал незаменим для бытовой техники, электроники.
Физические свойства полистирола
- Плотность - 1050-1080кг/м 3
- Насыпная плотность гранул - 550-560кг/м 3
- Усадка линейная в форме - 0,4-0,8%
- Нижний предел рабочей температуры - (-40 о С), верхний предел - (+75 о С)
- Электрическая прочность с частотой 50Гц - 20-23кВ/мм
- Удельное электрическое сопротивление поверхностное - 10 16 Ом, объемное, под напряжением 1 мин - 10 17 Ом-см, под напряжением 15 мин - 10 15 Ом-см.
- Коэффициент линейного расширения термического - 6х10 -5 , 7х10 -5 градус -1
- Теплопроводность - 0,093-0,140Вт/м*К
- Теплоемкость - 34х10 3 Дж/кг*К
- Диэлектрическая проницаемость - 2,49-2, 6
- Тангенс угла при диэлектрических потерях с частотой 1МГц составляет - 3-4Х10-4.
Свойства полимера
Полистирол - термопластическая пластмасса
в форме плит, может иметь гладкую поверхность или со штампованным рисунком. Полимер белого цвета можно назвать хорошей альтернативой пластику ПВХ, а прозрачный вариант - оргстеклу. Он стал популярным благодаря таким свойствам, как гибкость и легкость в обработке, он обладает также высокой ударопрочностью. Он отлично обрабатывается и формуется, препятствует потере тепла, но главным его достоинством является низкая стоимость.
Его можно также назвать идеальным заменителем стекла, поскольку он прозрачный и легкий в обработке. Он находит применение во внутренней и наружной частях помещений, благодаря своим физическим и химическим свойствам. Прозрачный полимер часто используется для остекления зданий, отлично пропускает свет, но боится прямых солнечных лучей. Со временем УФ приводит к разрушению материала, он желтеет, снижаются его характеристики прочности.
Полистирол стал уже давно применяться, как основа для производства пенопластов и других материалов на их основе, путем нагревания смеси материала с преобразователями. В процессе производства получается вспученный полистирол, а после остывания материал превращается во вспенено застывшую массу жесткой структуры с плотными ячейками, заполненными воздухом. 98% готового материала составляет воздух, а всего 2% приходится на сам полимер .
Такое качество, как низкая теплопроводность сделала вспененный полимер незаменимым материалом в строительных работах. Его стали широко использовать для утепления стен, кровли, пола и потолков в зданиях разного типа. С утеплителем просто работать, его можно порезать обычным острым ножом, легко монтировать, поскольку он имеет незначительный вес. Большинство потребителей оценили материал по достоинству, их привлекает его устойчивость к процессам гниения и образования грибков, стойкость к агрессивной среде, воздействию микроорганизмов.
Но у вспененного полистирола есть и минусы, о которых также нужно сказать - экологическая небезопасность, недолговечность и пожароопасность.
Заключение
Сам полистирол не наносит вреда окружающей среды, но некоторые виды материалов на его основе могут быть опасны для здоровья , он является горючим материалом. В зависимости от свойств и назначения полистирола, установлены марки для общего назначения, поэтому потребитель, пользуясь этими обозначениями, может узнать о характеристиках и применении определенной марки полимера.
В широком разнообразии полимерных материалов особое место занимает полистирол. Из этого материала производят огромное количество различных пластиковых изделий как для бытового, так и для промышленного использования. Сегодня мы с вами познакомимся с формулой полистирола, его свойствами, способами получения и направлениями использования.
Общая характеристика
Полистирол является синтетическим полимером, относящимся к классу термопластов. Как можно понять из названия, он представляет собой продукт полимеризации винилбензола (стирола). Это твердый стеклообразный материал. Формула полистирола в общем виде выглядит следующим образом: [СН 2 СН(С 6 Н 5)] n . В сокращенном варианте она выглядит так: (C 8 H 8) n . Сокращенная формула полистирола встречается чаще.
Химические и физические свойства
Наличие фенольных групп в формуле структурного звена полистирола препятствует упорядоченному размещению макромолекул и образованию кристаллических структур. В этой связи материал является жестким, но хрупким. Он представляет собой аморфный полимер с малой механической прочностью и высоким уровнем светопропускания. Он производится в виде прозрачных цилиндрических гранул, из которых путем экструзии получают необходимую продукцию.
Полистирол является хорошим диэлектриком. Он растворяется в ароматических углеводородах, ацетоне, сложных эфирах, и собственном мономере. В низших спиртах, фенолах, алифатических углеводородах, а также простых эфирах полистирол не растворим. При смешивании вещества с другими полимерами, происходит «сшивание», в результате которого образуются сополимеры стирола, обладающие более высокими конструктивными качествами.
Вещество обладает низким влагопоглощением и устойчивостью к радиоактивному облучению. Вместе с тем оно разрушается под действием ледяной уксусной, и концентрированной азотной кислот. При воздействии ультрафиолета полистирол портится - на поверхности образуется микротрещины и желтизна, увеличивается его хрупкость. При нагревании вещества до 200 °С оно начинает разлагаться с выделением мономера. При этом, начиная с температуры в 60 °С, полистирол теряет форму. При нормальной температуре вещество не токсично.
Основные свойства полистирола:
- Плотность - 1050-1080 кг/м 3 .
- Минимальная рабочая температура - 40 градусов мороза.
- Максимальная рабочая температура - 75 градусов тепла.
- Теплоемкость - 34*10 3 Дж/кг*К.
- Теплопроводность - 0,093-0,140 Вт/м*К.
- Коэффициент термического расширения - 6*10 -5 Ом·см.
В промышленности полистирол получают с помощью радикальной полимеризации стирола. Современные технологии позволяют проводить этот процесс с минимальным количеством непрореагировавшего вещества. Реакция получения полистирола из стирола осуществляется тремя способами. Рассмотрим отдельно каждый из них.
Эмульсионный (ПСЭ)
Это самый старый метод синтеза, который так и не получил широкого промышленного применения. Эмульсионный полистирол получают в процессе полимеризации стирола в водных растворах щелочей при температуре 85-95 °С. Для этой реакции необходимы такие вещества: вода, стирол, эмульгатор и инициатор процесса полимеризации. Стирол предварительно избавляют от ингибиторов (гидрохинона и трибутил-пирокатехина). Инициаторами реакции выступают водорастворимые соединения. Как правило, это персульфат калия или двуокись водорода. В качестве эмульгаторов применяют щелочи, соли сульфокислот и соли жирных кислот.
Процесс происходит следующим образом. В реактор наливают водный раствор касторового масла и при тщательном перемешивании вводят стирол вместе с инициаторами полимеризации. Полученную смесь греют до 85-95 градусов. Растворенный в мицеллах мыла мономер, поступая из капель эмульсии, начинает полимеризоваться. Так получаются полимер-мономерные частицы. На протяжении 20 % времени реакции мицеллярное мыло идет на образование слоев адсорбции. Далее процесс идет внутри частиц полимера. Реакция завершается, когда содержание стирола в смеси будет составлять примерно 0,5 %.
Далее эмульсия поступает на стадию осаждения, позволяющую снизить содержание остаточного мономера. С этой целью ее коагулируют раствором соли (поваренной) и высушивают. В результате получается порошкообразная масса с размером частиц до 0,1 мм. Остаток щелочи сказывается на качестве получаемого материала. Устранить примеси полностью невозможно, а их наличие обуславливает желтоватый оттенок полимера. Этот метод позволяет получить продукт полимеризации стирола с наибольшей молекулярной массой. Получаемое таким способом вещество имеет обозначение ПСЭ, которое периодически можно встретить в технических документах и старых учебниках по полимерам.
Суспензионный (ПСС)
Этот метод осуществляется по периодической схеме, в реакторе, оборудованном мешалкой и теплоотводящей рубашкой. Для подготовки стирола его суспензируют в химически чистой воде с помощью стабилизаторов эмульсии (поливиниловый спирт, полиметакрилат натрия, гидроксид магния), а также инициаторов полимеризации. Процесс полимеризации проходит под давлением, при постоянном повышении температуры, вплоть до 130 °С. В итоге получается суспензия, из которой первичный полистирол отделяют с помощью центрифугирования. После этого вещество промывают и высушивают. Этот метод также считается устаревшим. Он пригоден в основном для синтезирования сополимеров стирола. Его применяют в основном в производстве пенополистирола.
Блочный (ПСМ)
Получение полистирола общего назначения в рамках этого метода можно проводить по двум схемам: полной и неполной конверсии. Термическая полимеризация по непрерывной схеме осуществляется на системе, состоящей из 2-3 последовательно соединенных колонных аппаратов-реакторов, каждый из которых оборудован мешалкой. Реакцию проводят постадийно, увеличивая температуру с 80 до 220 °С. Когда степень превращения стирола доходит до 80-90 %, процесс прекращается. При методе неполной конверсии степень полимеризации достигает 50-60 %. Остатки непрореагировавшего стирола-мономера удаляют из расплава путем вакуумирования, доводя его содержание до 0,01-0,05 %. Полученный блочным методом полистирол отличается высокой стабильностью и чистотой. Эта технология является наиболее эффективной, в том числе и потому, что практически не имеет отходов.
Применение полистирола
Полимер выпускается в виде прозрачных цилиндрических гранул. В конечные изделия их перебарывают путем экструзии или литья, при температуре 190-230 °С. Из полистирола производят большое количество пластиков. Распространение он получил благодаря своей простоте, невысокой цене и широкому ассортименту марок. Из вещества получают массу предметов, которые стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни (детские игрушки, упаковка, одноразовая посуда и так далее).
Полистирол широко используют в строительстве. Из него делают теплоизоляционные материалы - сэндвич-панели, плиты, несъемные опалубки и прочее. Кроме того, из данного вещества производят отделочные декоративные материалы - потолочные багеты и декоративную плитку. В медицине полимер используют для производства одноразовых инструментов и некоторых деталей в системах переливания крови. Вспененный полистирол также применяют в системах для очистки воды. В пищевой промышленности используют тонны упаковочного материала, сделанного из данного полимера.
Существует и ударопрочный полистирол, формула которого изменяется путем добавления бутадиенового и бутадиенстирольного каучука. На этот вид полимера приходится более 60 % всего производства полистирольного пластика.
Благодаря предельно низкой вязкости вещества в бензоле можно получить подвижные растворы в придельных концентрациях. Этим обуславливается использование полистирола в составе одного из видов напалма. Он играет роль загустителя, у которого по мере увеличения молекулярной массы полистирола уменьшается зависимость «вязкость-температура».
Преимущества
Белый термопластичный полимер может стать отличной заменой пластику ПВХ, а прозрачный - оргстеклу. Популярность вещество получило главным образом благодаря гибкости и легкости в обработке. Оно отлично формуется и обрабатывается, предотвращает потери тепла и, что немаловажно, имеет низкую стоимость. Благодаря тому, что полистирол может хорошо пропускать свет, его даже используют в остеклении зданий. Однако размещать такое остекление на солнечной стороне нельзя, так как под действием ультрафиолета вещество портится.
Полистирол давно используется для изготовления пенопластов и сопутствующих материалов. Теплоизоляционные свойства полистирола во вспененном состоянии, позволяют использовать его для утепления стен, пола, кровли и потолков, в зданиях различного назначения. Именно благодаря обилию утеплительных материалов, во главе которых стоит пенополистирол, простые обыватели знают о рассматриваемом нами веществе. Эти материалы отличаются простой в использовании, устойчивостью к гниению и агрессивным средам, а также отличными теплоизоляционными свойствами.
Недостатки
Как и у любого другого материала, у полистирола есть недостатки. Прежде всего, это экологическая небезопасность (речь идет об отсутствии методов безопасной утилизации), недолговечность и пожароопасность.
Переработка
Сам по себе полистирол не представляет опасности для окружающей среды, однако некоторые продукты, полученные на его основе, требуют особого обращения.
Отходы материала и его сополимеров накапливаются в виде изделий, вышедших из употребления, и промышленных отходов. Вторичное использование полистирольных пластиков, производится несколькими путями:
- Утилизация промышленных отходов, которые были сильно загрязнены.
- Переработка технологических отходов методами литья, экструзии и прессования.
- Утилизация изношенных изделий.
- Утилизация смешанных отходов.
Вторичное применение полистирола позволяет получить новые качественные изделия со старого сырья, не загрязняя при это окружающую среду. Одним из перспективных направлений переработки полимера является производство полистиролбетона, который применяется в строительстве зданий малой этажности.
Продукты разложения полимера, образующиеся при термодеструкции или термоокислительной деструкции, токсичны. В процессе переработки полимера путем частичной деструкции могут выделяться пары бензола, стирола, этилбензола, оксида углерода и толуола.
Сжигание
При сжигании полимера выделяется диоксид углерода, монооксид углерода и сажа. В общем виде уравнение реакции горения полистирола выглядит так: (С 8 Н 8) n + О 2 = СО 2 + Н 2 О. Сжигание полимера, содержащего добавки (компоненты увеличивающие прочность, красители и т. д.), приводит к выбросу ряда других вредных веществ.
Фенильные группы препятствуют упорядоченному расположению макромолекул и формированию кристаллических образований.
Полистирол - жёсткий, хрупкий, аморфный полимер с высокой степенью оптического светопропускания, невысокой механической прочностью. Полистирол имеет низкую плотность (1060 кг/м³), усадка при литьевой переработке 0,4-0,8 %. Полистирол обладает отличными диэлектрическими свойствами и неплохой морозостойкостью (до −40 °C). Имеет невысокую химическую стойкость (кроме разбавленных кислот, спиртов и щелочей).
Получение
Промышленное производство полистирола основано на радикальной полимеризации стирола . Различают 3 основных способа его получения:
Эмульсионный (ПСЭ)
Наиболее устаревший метод получения, не получивший широкого применения в производстве. Эмульсионный полистирол получают в результате реакции полимеризации стирола в водном растворе щелочных веществ при температуре 85-95 °C. Для этого метода требуются: стирол , вода , эмульгатор и инициатор полимеризации . Стирол предварительно очищают от ингибиторов : требутил-пирокатехина или гидрохинона . В качестве инициаторов реакции применяют водорастворимые соединения, двуокись водорода или персульфат калия. В качестве эмульгаторов применяют соли жирных кислот, щелочи (мыло), соли сульфокислот. Реактор наполняют водным раствором касторового масла и тщательного перемешивая вводят стирол и инициаторы полимеризации, после чего полученная смесь нагревается до 85-95 °C. Мономер , растворённый в мицеллах мыла, начинает полимеризоваться, поступая из капель эмульсии . В результате чего образуются полимер-мономерные частицы. На стадии 20 % полимеризации мицеллярное мыло расходуется на образование адсорбированных слоёв и процесс далее протекает внутри частиц полимера. Процесс заканчивается, когда содержание свободного стирола станет менее 0,5 %. Далее эмульсия транспортируется из реактора на стадию осаждения с целью дальнейшего снижения остаточного мономера, для этого эмульсию коагулируют раствором поваренной соли и сушат, получая порошкообразную массу с размерами частиц до 0,1 мм. Остатки щелочных веществ влияют на качество полученного материала, поскольку полностью устранить посторонние примеси невозможно, а их наличие придаёт полимеру желтоватый оттенок. Данным методом можно получать полистирол с наибольшей молекулярной массой. Полистирол получаемый по данному методу имеет аббревиатуру - ПСЭ, которая периодически встречается в технической документации и старых учебниках по полимерным материалам.
Суспензионный (ПСС)
Суспензионный метод полимеризации производится по периодической схеме в реакторах с мешалкой и теплоотводящей рубашкой. Стирол подготавливают, суспендируя его в химически чистой воде посредством применения стабилизаторов эмульсии (поливинилового спирта, полиметакрилата натрия, гидроксида магния) и инициаторов полимеризации. Процесс полимеризации производится при постепенном повышении температуры (до 130 °С) под давлением. Результатом является - получение суспензии из которой полистирол выделяют путём центрифугирования, затем его промывают и сушат. Данный метод получения полистирола также является устаревшим и наиболее пригоден для получения и сополимеров стирола . Данный метод в основном применяется в производстве пенополистирола .
Блочный или получаемый в массе (ПСМ)
Различают две схемы производства полистирола общего назначения: полной и неполной конверсии. Термическая полимеризацией в массе по непрерывной схеме представляет собой систему последовательно соединенных 2-3 колонных аппарата-реактора с мешалками. Полимеризацию проводят постадийно в среде бензола - сначала при температуре 80-100 °С, а затем стадией 100-220 °С. Реакция прекращается при степени превращения стирола в полистирол до 80-90 % массы (при методе неполной конверсии степень полимеризации доводят до 50-60 %). Непрореагировавший стирол-мономер удаляют из расплава полистирола вакуумированием, понижая содержание остаточного стирола в полистироле до 0,01-0,05 %, непрореагировавший мономер возвращается на полимеризацию. Полистирол, полученный блочным методом отличается высокой чистотой и стабильностью параметров. Данная технология наиболее эффективна и практически не имеет отходов.
Применение
Выпускается в виде прозрачных гранул цилиндрической формы, которые перерабатываются в готовые изделия литьем под давлением либо экструзией при 190-230 °С. Широкое применение полистирола (ПС) и пластиков на его основе базируется на его невысокой стоимости, простоте переработки и огромном ассортименте различных марок.
Наиболее широкое применение (более 60 % производства полистирольных пластиков) получили ударопрочные полистиролы, представляющие собой сополимеры стирола с бутадиеновым и бутадиен-стирольным каучуком . В настоящее время созданы и другие многочисленные модификации сополимеров стирола .
Из полистиролов производят широчайшую гамму изделий, которые в первую очередь применяются в бытовой сфере деятельности человека (одноразовая посуда, упаковка, детские игрушки и т. д.), а также строительной индустрии (теплоизоляционные плиты, несъемная опалубка, сандвич панели), облицовочные и декоративные материалы (потолочный багет, потолочная декоративная плитка, полистирольные звукопоглощающие элементы, клеевые основы, полимерные концентраты), медицинское направление (части систем переливания крови, чашки Петри, вспомогательные одноразовые инструменты). Вспенивающийся полистирол после высокотемпературной обработки водой или паром может использоваться в качестве фильтрующего материала (фильтрующей насадки) в колонных фильтрах при водоподготовке и очистке сточных вод. Высокие электротехнические показатели полистирола в области сверхвысоких частот позволяют применять его в производстве: диэлектрических антенн , опор коаксиальных кабелей . Могут быть получены тонкие пленки (до 100 мкм), а в смеси с со-полимерами (стирол-бутадиен-стирол) до 20 мкм, которые также успешно применяются в упаковочной и кондитерской индустрии, а также производстве конденсаторов .
Ударопрочный полистирол и его модификации получили широкое применение в сфере бытовой техники и электроники (корпусные элементы бытовых приборов).
Военная промышленность
Предельно низкая вязкость полистирола в бензоле, позволяющая даже в предельных концентрациях получать все ещё подвижные растворы, обусловила использование полистирола в составе напалма в качестве загустителя, зависимость «вязкость-температура» которого, в свою очередь, уменьшается с увеличением молекулярной массы полистирола. .
Утилизация
Считается, что полистирол не представляет опасности для окружающей среды.
Переработка
Отходы полистирола накапливаются в виде вышедших из употребления изделий из ПС и его сополимеров, а также в виде промышленных (технологических) отходов ПС общего назначения, ударопрочного ПС (УПС) и его сополимеров. Вторичное использование полистирольных пластиков может идти по следующим путям:
- утилизация сильно загрязненных промышленных отходов;
- утилизация технологических отходов УПС и АБС-пластика методами литья под давлением, эктрузии и прессования;
- утилизация изношенных изделий;
- утилизация отходов пенополистирола (ППС);
- утилизация смешанных отходов.
Сжигание
При сжигании полистирола образуется двуокись углерода (CO 2), окись углерода (CO - угарный газ), сажа. Сжигание полистирола, содержащего добавки (например, красители, компоненты, увеличивающие прочность и т. п.) может привести к выбросу в атмосферу других вредных веществ .
Термодеструкция
Продукты разложения полистирола, образующиеся при термодеструкции и при термоокислительной деструкции, токсичны . При переработке полистирола в результате частичной деструкции материала могут выделяться пары стирола, бензола, этилбензола, толуола, оксида углерода.
Виды и маркировки полистирола и его сополимеров
В мире используются следующие стандартные аббревиатуры:
- PS - polystyrene, полистирол (ПС)
- GPPS - general purpose polystyrene (полистирол общего назначения, неударопрочный, блочный, иногда называемый «кристаллическим», ПСЭ, ПСС или ПСМ маркировка зависит от способа получения)
- MIPS - medium-impact polystyrene (средней ударопрочности)
- HIPS - high-impact polystyrene (ударопрочный, УПС, УПМ)
- EPS - expandable polystyrene (вспенивающийся полистирол, ПСВ)
- Аббревиатура MIPS используется сравнительно редко.
- ABS - Акрилонитрил-бутадиен-стирольный сополимер (АБС-пластик , АБС сополимер)
- ACS - Акрилонитрил-хлорэтилен-стироловый сополимер (АХС сополимер)
- AES, A/EPDM/S - Сополимер акрилонитрила, СКЭПТ и стирола (АЭС сополимер)
- ASA - Сополимер акрилового эфира, стирола и акрилонитрила (АСА-сополимер)
- ASR - Ударопрочный сополимер стирола (Advanced Styrene Resine))
- MABS, M-ABS - Сополимер метилметакрилата, акрилонитрила, бутадиена и стирола, прозрачный АБС
- MBS - Метилметакрилат бутадиен стирольный сополимер (МБС сополимер)
- MS, SMMA - Сополимер метилметакрилата и стирола (МС)
- MSN - Сополимер метилметакрилата, стирола и акрилонитрила (МСН)
- SAM - Сополимер стирола и метилстирола (САМ)
- SAN, - AS - Сополимер стирола и акрилонитрила (САН, СН)
- SMA, S/MA - Стирол малеиново ангидридный сополимер.
Сополимеры стирола - термопластичные эластомеры
- ESI - Этилен-стирольный интерполимер
- SB, S/B - Стирол-бутадиеновый сополимер
- SBS, S/B/S - Стирол-бутадиен-стирольный сополимер
- SEBS, S-E/B-S - Стирол-этилен-бутилен-стирольный сополимер
- SEEPS, S-E-E/P-S - Стирол-этилен-этилен/пропилен- стирольный сополимер
- SEP - Стирол-этилен-пропиленовый сополимер
- SEPS, S-E/P-S - Стирол-этилен-пропилен-стирольный сополимер
- SIS - Стирол-изопрен-стирольный сополимер
В многообразии полимерных материй особенная роль принадлежит полистиролу. Из данной субстанции создаётся колоссальное число разных пластмассовых продуктов для домашнего и индустриального применения.
Длительный временной промежуток увеличение изготовления полистирола удерживалось значительными тарифами на исходники. Прорыв в формировании новейшей подотрасли стали военные действия. Качество полистирола дало возможность использовать его как загуститель для напалма. В мирное время производство подобного рода полимеров приобрело популярность. В настоящее время этот материал с триумфом замещает стеклянные элементы в осветительных приборах, обширно используется в строительных материалах, в упаковке и как украшающий элемент. В современном мире стремительно формируется линия переработки пластика и похожих по строению материалов, т.к. полимерные остатки не являются токсичными и в большом числе сохраняются в неизменённом составе длительных срок.
Общие свойства
Полистирол считается синтетическим полимером, имеющим отношение к подклассу термопластов. Этот продукт предполагает в своём составе наличие стирола, который имеет твёрдую стекловидную структуру.
Химическая формула данного продукта представлена в таком варианте: [СН2СН(С6Н5)]n. В сжатом виде она смотрится в таком виде: (C8H8) n. Материал не растворяется в воде, просто принимает нужную форму и окраску при изготовлении. Растворим в ацетоносодержащих жидкостях, дихлорэтане, толуоле.
Присутствие фенольных соединений в составе полистирола мешает высокоупорядоченному размещению макромолекул и формированию кристаллических строений. Потому этот продукт считается твёрдым, однако непрочным. Полимер считается превосходным диэлектриком. Влияние солнечного излучения на полимер не благоприятно сказывается, могут образоваться трещины, желтизна, возрастает ломкость. При согревании до двухсот градусов полимер распадается с образованием мономера. Материал морозоустойчивый, при температурах выше 60 градусов теряет форму.
Синтез полистирола
По способу производства полистирол разделяется на несколько видов:
- Эмульсионный (ПСЭ). Наиболее устаревший способ получения материала, который не приобрёл обширного индустриального использования. Этот вид полимера получают в ходе полимеризации стирола в гидрофильных растворах щелочей при температурах 80-90 градусов. С целью данного взаимодействия нужны такие ингредиенты, как влага, эмульгатор, стирол, катализатор реакции. Стирол заранее фильтруют от ингибиторов. Соединения калия и двуокись водорода часто провоцируют взаимодействие всех компонентов полимерной реакции. Во время процесса получения полистирола в термореактор вливают растворенное в воде касторовое масло и после размешивания включают в смесь стирол вместе с катализаторами полимерной реакции. Приобретённый состав согревают до 80-95 градусов. Получающийся из крупиц эмульсии мономер, разведённый в мыле, со временем полимеризуется. В конечном итоге выходит полимер в варианте порошка. Целиком убрать примеси (присутствующие во время взаимодействия щёлочи) не получается и получившийся полимер приобретает желтый тон.
- Суспензионный (ПСС). Данный способ исполняется согласно периодической схеме, в термореакторе, снабженном мешалкой и теплоотведением. Стирол подвергают суспензированию. Процедура полимеризации протекает под давлением при непрерывно увеличивающемся терморежиме (до 130 градусов). В результате выходит взвесь, из которой первоначальный полимер отделяют с поддержкой центрифугирования. После этого элемент промывают и высушивают. Данный способ также является устарелым. Его используют для изготовления пенополистирола.
- Блочный (ПСМ). Производство полистирола всеобщего назначения в пределах данного метода возможно осуществить согласно 2 схемам: абсолютной и неполной конверсии. Тепловая автополимеризация согласно постоянной схеме выполняется в концепции, складывающейся из нескольких поочерёдно объединённых термореакторов, любой из которых снабжен мешалкой. При проведении реакции температура идёт на повышение до 200 градусов. Если уровень преобразования стирола достигает 85-90%, процедура прерывается. Данная методика считается более результативной из-за того, что не оставляет остатков производства.
Использование полистирола
Полистирол производится в форме трубчатых гранул. В окончательный продукт этот материал перерабатывают посредством литья. Изделия из этого вида полимера отличаются огромным многообразием. Это могут быть орудия быта, игрушки, элементы декора, упаковки, одноразовый инвентарь. Также полистирол необходим в строительстве. Из пенополистирола производят конструкции, которые подобно термосу не пропускают тепло. Также из-за морозоустойчивости данного материала его можно применять для изготовления ульев для зимовки пчёл, уличных конструкций в зимнее время.
Твердый, жесткий, аморфный полимер. ПС хорошо окрашивается и обрабатывается механическими способами.Основные физико-химические свойства полистирола
Полистирольные пластики представляют собой многочисленную группу термопластичных материалов, химический состав полимерной части которых содержит мономер стирол или продукты его сополимеризации. Широко используются полистирол общего назначения (ПС), вспенивающийся полистирол, ударопрочный полистирол (УПС) и АБС-сополимеры.
Полистирол имеет большое значение среди современных видов конструкционных пластмасс. Хотя в настоящее время удельный вес полистирола в объеме производства синтетических смол и пластмасс составляет менее 6%, но области применения этого вида полимера, обусловленные широким спектром физико-механических свойств, охватывают все сферы промышленности, начиная от производства товаров народного потребления и заканчивая автомобильной промышленностью и строительством.
По физическим свойствам полистирол представляет собой термопластичный полимер линейного строения. Аморфный, бесцветный, прозрачный, хрупкий продукт. Не токсичен. Для полистирола характерны легкость переработки, склеиваемость, хорошая окрашиваемость в массе и очень хорошие диэлектрические свойства.
Таблица. Физические свойства полистирола.|
Физические свойства |
Обозначение | Единица измерения |
Значение |
| Плотность | г/см3 | 1,05 | |
| Температура стеклования | Тст. | °С | 93 |
| Температура самовоспламенения | Тсв. | °С | 440 |
| Предел прочности при растяжении | σраст. | 40-50 | |
| Модуль упругости при изгибе | ГПа | 3,2 | |
| Относительное удлинение | % | 1,2-2 | |
| Теплопроводность | Вт(м∙К) | 0,08-0,12 | |
| Теплостойкость по Мартенсу | °С | 70 | |
| Твердость по Бринелю | МПа | 140-200 | |
| Усадка при литье | % | 0,4-0,8 | |
| Удельное электрическое сопротивление | ρv | 1015 | |
|
Диэлектрическая проницаемость |
ε | 2,5-2,6 | |
| Нижний концентрационный предел воспламенения | КПВ | г/м3 | 25-27,5 |
Для получения материалов, обладающих более высокой теплостойкостью и ударной прочностью, чем полистирол, используют его смеси с другими полимерами и сополимеры стирола. Наибольшее промышленное значение имеют блок- и привитые сополимеры, а также статистические сополимеры стирола с акрилонитрилом, акрилатами и метакрилатами, α-метилстиролом и малеиновым ангидридом.
ПС обладает средней газопроницаемостью (выше, чем у ПП, но ниже, чем у ПЭНП), но высокой паропроницаемостью. Паропропускание быстро понижается при отрицательных температурах, что позволяет использовать ПС для упаковки продуктов при низких температурах.
ПС имеет отличные электрофизические свойства – низкие диэлектрические потери, высокую электрическую прочность, высокое объемное сопротивление. Химически он стоек к сильным кислотам и щелочам, нерастворим в углеводородах алифатического ряда и слабых спиртах; растворим в ароматических углеводородах, высших спиртах, сложных эфирах и хлорированных углеводородах. Из ориентированной ПС пленки можно получать термоформованием очень сложные изделия.
Основные группы полистирольных пластиков / Styrene polymers
По химическому строению полистирольные пластики делятся на четыре основные группы:
- гомополистирол (или полистирол общего назначения – ПСМ, ПСС), вспенивающийся полистирол (ПСВ, ПСВ-С);
- статистические сополимеры стирола, например, двойные сополимеры стирола с метилметакрилатом (МС), акрилонитрилом (САН) и др., тройной сополимер – стирол-метилметакрилат-акрилонитрил (МСН);
- привитые сополимеры стирола, к которым относятся ударопрочный полистирол, АБС-сополимеры, сополимер МСП;
- полимерные композиты (полимер - полимерные смеси), например, АБС-ПВХ, АБС–ПК, ударопрочный полистирол – полифениленоксид, стеклонаполненные АБС и САН, трудногорючие марки ударопрочного полистирола и АБС.
Двухосноориентированная пленка обладает прекрасной прозрачностью. Температура размягчения составляет 90-95°С. Ориентированный полистирол имеет среднюю газопроницаемость (выше чем у ПП, но ниже, чем у ПЭНП), но высокую паропроницаемость. Паропроницаемость быстро понижается при температурах ниже 0°С, что позволяет использовать ПС для упаковки продуктов при низких температурах. Из ориентированной ПС пленки методом термоформования получать изделия сложной конфигурации.
Ориентированный ПС толщиной менее 75 мкм используют для "окошек" в картонных упаковочных коробках. Более толстые пленки используются для получения стаканчиков для торговых автоматов, подносов для фасованного свежего мяса, с тем, чтобы видеть при покупке обе стороны упаковываемого продукта.
Ударопрочный полистирол (УПС) представляет собой блоксополимер стирола с каучуком. В немодифицированном состоянии ПС - хрупкий материал, и его удельная ударная вязкость недостаточна для многих применений.
Ударопрочный ПС более гибок, имеет большую ударную прочность, но меньшую прочность при растяжении и термическую стойкость, чем немодифицированный ПС. Химические свойства немодифицированного ПС одинаковы со свойствами. Ударопрочный ПС - превосходный материал для получения различных изделий методом термоформования. Введение в ПС синтетических каучуков, уменьшая хрупкость, снижает прозрачность ПС.
Вспененный полистирол обладает высокой жиростойкостью, является прекрасным теплоиэолятором. Применяется для изготовления различных упаковочных изделий методом термоформования (прокладки в ящики для яблок, коробочки для фасовки яиц, подносы и лотки для расфасовки свежего мяса, рыбы, чипсов и т.д.).
Сополимеры стирола с акрилонитрилом (САН) имеют более высокую химическую стойкость по сравнению с базовым полимером ПС.
АБС-пластик - сополимер стирола, бутадиена, акрилонитрила. Его свойства варьируются в широких пределах в зависимости от состава композиции и метода производства. АБС пластик имеет более высокую ударную вязкость, химическую стойкость и пластичность, чем УПС. Применяется в виде банок и подносов.