13 Полістирол сировину, полімеризація
Полістирольні пластики включають різноманітні матеріалиполімери, сополімери і щеплені сополімери, одержувані реакціями радикальної полімеризації і кополімеризації стиролу. Широке застосування знайшли полістирол (ПС), ударостійкий полістирол (УПС), АБС-сополпмери і різні сополімери стиролу, особливо з акрилонитрилом і метилметакрилатом. За обсягом виробництва полістиролів пластики займають третє місце після поліолефінів і полівінілхлориду. Промислове виробництво полістирольних пластмас технологічно здійснюється в масі, в емульсії і в суспензії.
Мономером служить стирол - б / ц рідина з запахом, з Тк = 145 ºС.Мономерстірол неграничний ароматичний вуглеводень є рідиною з характерним різким запахом.После очищення вакуумної ректифікації стирол (чистота не менше 99%) кипить при 145,2 ° С, замерзає при -30,6 ° С, при 25 ° С щільність 904,5 кгм3.
При зберіганні стиролу, для запобігання його мимовільної полімеризації додають інгібітор (гідрохінон). Перед полімеризацією стиролу інгібітор видаляють перегонкою мономеру у вакуумі.
Найбільше распостроненіе отримало виробництво ПС в масі пометоду неповної конверсії мономера, що забезпечує високу швидкість процесу в декількох послідовно з'єднаних реакторах до конверсії 80-90% з відгонкою непрореагировавшего стиролу і поверненням його в процес після ректифікації. Основними перевагами цього методу є можливість створення безперервних автоматизованих виробництв з агрегатами великої одиничної потужності і відсутність хімічно забруднених сточнихвод. Недолік цього способу полягає в складності переходу з випуску однієї марки ПС на випуск іншої марки. Суспензійний метод застосовується для отримання різних малотоннажних марок ПС і сополімерів стиролу. Емульсійний методполімерізаціі використовують в основному при виробництві АБС-сополпмеров. Метод механохімічний - пр-во АБС і УПС - пластиків
Переробка полістирольних пластмас в вироби здійснюється сучасними високопродуктивними методами ─ литтям під тиском, екструзією, вакуум і пневмоформованием.
Полістирол Блочний: виробництво, структура, властивості, застосування
ція 5.Полістірол можна отримувати полімеризацією стиролу в масі безперервними методами в апаратах колонного типу (з повною конверсією) і в каскадах реакторів (з неповною конверсією).
Мономерстірол, являє собою рідину з характерним різким запахом.После очищення вакуумної ректифікації стирол (чистота не менше 99%) кипить при 145,2 ° С, замерзає при -30,6 ° С, при 25 ° С щільність 904,5 кг м3. При зберіганні стиролу, для запобігання його мимовільної полімеризації додають інгібітор (гідрохінон). Перед полімеризацією стиролу інгібітор видаляють перегонкою мономеру у вакуумі.
Полімеризацію стиролу в масі можна проводити як з використанням тер-мічного ініціювання, так і в присутності ініціаторів радикального тіпа.Скорость термічної полімеризації при температурі нижче 70 ° С дуже мала для повного завершення процесу потрібен тривалий час. При 100 ° С онанесколько перевищує 2% / год, але при 150 ° С реакція проходить швидко (в теченіенесколькіх годин). Утворений полімер має середню молекулярну массу80 000-100 000.
Технологічний процес производствав апаратах колонного типу складається з наступних основних стадій: попередня полімеризація (форполімерізація) стиролу (або стіролас розчиненим каучуком), остаточна полімеризація, гранулювання ПС (рис. 5.1).
Стирол (або розчин каучуку в Стиролі) з напірного бака безперервно подається в реактори попередньої полімеризації 1, в которихподдержівается температура 80-100 ° С в залежності від марки випускається полімеру. Процес проводять в атмосфері азоту (кисень уповільнює реакцію) при перемішуванні мішалкою зі швидкістю обертання 5-6 з-1.При конверсії 28-32% розчин ПС в Стиролі (по консистенції це сироп) у безперервний спосіб зливають в верхню частину апарату колонного типу (полімеризатор) 3.Продолжітельность полімеризації 20-35 год.
Розчин полібутадієновими каучуку в Стиролі готують шляхом розчинення пріперемешіваніі і нагріванні до 60-80 ° С шматків каучуку размером0-20 мм. У нього вводять антиоксидант (близько 0,5%) і для поліпшення здатності до формування мастило (парафін, бутилстеарат або їх суміш) в кількості 1-5% .У реакторе3, що складається з набору циліндричних секцій (царг), снабженнихсамостоятельнимі системами зовнішнього і внутрішнього обігріву, відбувається подальша полімеризація стиролу.
Розплавлений ПС з нижньої конічної частини реактора при температурі 235 ° Споступает в екструдер4, забезпечений вакуум-відсмоктуванням, безперервно видавліваетсяв вигляді прутків, які після охолодження водою у ванні 5 дробляться за допомогою гранулятора6.Удаленіе парів стиролу з розплавленого ПС в екструдері обеспечіваетсніженіе залишкового вмісту стиролу в полімері до 0,2-0,3% .Блочний і ударостійкий ПС випускають у вигляді безбарвних і забарвлених гранул
Реактор-полімеризатор, є апаратом «ідеального витіснення», складається з 6-9 циліндричних секцій (царг), нижнього конуса і кришки. Всі секції конус нагріваються до різних температур і забезпечені окремими сорочками і змійовиками. Полімеризатор і змійовики виконані з нержавіючої сталі; діаметрцарг 1000-1600 мм, а загальна висота апарату досягає 15 м.
Системи регулювання підтримують задану температуру реакційної маси в реакторах попередньої полімеризації і в кожній секції, дозовану подачу стиролу в реактори1, заданий рівень реакційної суміші в них і певний відбір розплавленого ПС з полімерізатора3.Установленконтроль всіх параметрів процесу і передбачено дистанційне керування виконуючими механізмами з висновком значень параметрів на монітори.
Особливостями полімеризації стиролу в масі є:
широке молекулярно-масовий распределеніеіз через проведення полімеризації стиролу в великому інтервалі температур (80 - 235 ° С).
Зазначений методпозволяющім отримувати різні маркістандартного добре переробляються в вироби продукту, і мало які забруднюють навколишнє середовище через відсутність токсичних стічних вод і невеликого об'емагазових викидів. До недоліків методу відносяться тривалість процесу, порівняно невелика продуктивність полімеризатора (до 5000 т / рік) вследствіеограніченій, що накладаються в'язкістю середовища і складністю відведення тепла реакції, вимогою гранично мінімального вмісту залишкового стиролу в полімері.
Більш перспективним методом полімеризації стиролу в масі є метод «неповної конверсії», за яким процес доводять до 90-97% конверсії в каскаді реакторів, а не прореагував стирол відганяють в спеціальній вакуумній камері і після очищення повертають знову в цикл. За цим методом можна проводити полімеризацію стиролу в присутності невеликих кількостей розчинника (5-10%), которийсніжает в'язкість розплаву, випаровуючись, забирає частину теплоти реакції і повністю видаляється в кінці процесу разом з непрореагировавшего стиролом.
Технологічний процес проізводстваметодом неповної конверсії в каскаді реакторів складається з наступних основних стадій: послідовна полімеризація стиролу (або розчину каучуку в Стиролі) в каскаді реакторів, отгонка непрореагировавшего стиролу, гранулювання ПС (рис. 5.2).
Ріс.5.2.Схема виробництва блочного полістиролу безперервним методом в батареї реакторів: 1 теплообмінник; 2,3, 4 - реактори; 5 - вакуумнаякамера; 6 - екструдер; 7 - ванна 8 - гранулятор.
Стирол (або розчин каучуку в Стиролі) дозувальним насосом безперервно подається через теплообмінник 1. в якому підігрівається до 80-100 ° С, в перший реактор 2, а потім реакційна маса шестерними насосами перекачується в реактори3,4і вакуумну камеру 5. Реактори - апарати, забезпечені сорочками для обігріву, пристроями і зворотними холодільнікамі.Реактори працюють під деяким розрідженням, що забезпечує знімання теплареакціі в результаті випаровування стиролу. Сконденсований стирол возвращаетсявновь в реактори. У вакуумній камері 5 при залишковому тиску 0,7-5 кПа і температурі 190-200С видаляється непрореагіровавшпй стирол, який після конденсатор-ції в холодильнику збирається в збірник. Ректифікований стирол повертається в цикл (змішується зі свіжим стиролом).
Розплавлений ПС (або УПС) з вакуумної камери5поступает в екструдер 6, звідки виходить у вигляді прутків, охолоджується водою в ванне7і дробиться на гранули грануляторі 8.
Метод полімеризації стиролу в масі при «неповної конверсії» має переваги в порівнянні з методом полімеризації стиролу до повної конверсії: він дозволяє отримувати до 15-25 тис. Т / рік продукту з одного агрегату; дає можливість легко управляти процесом і регулювати властивості одержуваного полімеру; продукт відрізняється великою однорідністю за фізико-механічними показниками молекулярно-масового розподілу.
Властивості і застосування полістірольнихпластіков
ПСтвердий, жорсткий і прозорий полімер без запаху і смаку, горить коптить полум'ям. У техніці застосовують атактический (аморфний) ПС з молекулярноймассой 50000-200 000 в залежності від способу виготовлення. Він растворяетсяв Стиролі, ароматичних і хлорованих вуглеводнях, складних ефірах і кетонах, але не розчиняється в аліфатичних вуглеводнях, нижчих спиртах, етиловому ефірі і воді.
Переваги ПС - висока водостійкість і стійкість до дії водних розчинів кислот, лугів і солей, прозорість (пропускає до 90% видимого світла), відмінні діелектричні властивості, задовільні механічні властивості, легка окрашиваемость, хороша нерерабативаемость в вироби літьемпод тиском і екструзією.
Недоліки ПС - підвищена крихкість при ударних навантаженнях, невисока робоча температура (не більше 75 ° С), старіння при дії сонячного світла і схильність внаслідок цього до розтріскування.
У техніці ПС знайшов застосування для виготовлення деталей теле-, радіо- і електроапаратури, лічильних машин, комп'ютерів, фотообладнання, меблевої фурнітури, концелярского обладнання, виробів упаковки галантерейних товарів і самих галантерейних товарів, побутових предметів, трубок для ізоляції проводів, пленкідля конденсаторів і ізоляції кабелю, упаковки харчових і промислових товарів, облицювальної плитки.