Полістирол і його властивості

Полістирол - синтетичний термопластичний твердий, жорсткий, аморфний полімер, що є продуктом полімеризації стиролу. Масово випускається у формі полістиролу загального призначення і ударостійкого полістиролу. Світове виробництво полістиролу понад 14 млн. Тонн на рік.

Полістирол (-C6 H5 -CH-CH-) n є продуктом полімеризації стиролу, який являє собою поєднання непредельного вуглеводню етилену з ароматичним радикалом фенілом - C6 H5 (фенілетілен):

При полімеризації радикали вінілу утворюють полімерну ланцюг з бічними фенільними групами (бензольними кільцями).

За характером просторового розташування фенільної групи щодо молекулярної ланцюга розрізняють:

  • атактический полістирол - характеризується тим, що в ньому бензольні кільця розташовані по обидва боки ланцюга абсолютно неупорядоченно;
  • ізотактичний полістирол - в його макромолекулі все бензольні кільця розташовані з одного боку ланцюга;
  • сіндіотактіческій полістирол - в його полімерного ланцюга бензольні кільця розташовані строго альтернативно - по черзі ліворуч і праворуч від центрального ланцюга, впорядкованість розташування бічних груп надає сіндіотактіческому полістиролу високу твердість і термостійкість.

Найбільш широко застосовується атактический полістирол.

Полістирол загального призначення - прозорий, добре фарбується, легко переробляється, що є продуктом полімеризації стиролу в масі або в суспензії, або в емульсії, і призначений для виготовлення виробів різними методами термоформування.

Залежно від властивостей і призначення відповідно до ГОСТ 20282-86 встановлені наступні марки полістиролу загального призначення:

  • одержуваного полімеризацією в масі:
    • ПСМ-115 - для виготовлення методом лиття під тиском виробів технічного призначення і товарів народного споживання;
    • ПСМ-111 - підвищеної теплостійкості, для виготовлення світлотехнічних виробів методом лиття під тиском і товарів народного споживання;
    • ПСМ-118 - для виготовлення методом лиття під тиском виробів складної конфігурації технічного призначення і товарів народного споживання. Марка характеризується високою плинністю;
    • ПСМ-151 - підвищеної теплостійкості і низької плинності, для виготовлення листів, профілів, плівок і ниток методом екструзії, товарів народного споживання; для виробництва ниток призначений тільки вищий сорт;
  • суспензійного:
    • ПСС - для виробів технічного призначення і товарів народного споживання;
  • емульсійного:
    • ПТЕ-1 - для отримання пінопластів;
    • ПТЕ-2 - для продукції технічного призначення; допускається застосування для виготовлення пеноплен.

Умовне позначення марок полістиролу загального призначення складається з скороченого призначення матеріалу (ПС), способу отримання (Е - емульсійний; М - полімеризація в масі (блоковий); С - суспензійний), цифрового позначення марки, вказівки рецептури светостабілізациі, найменування кольору, вказівки рецептури фарбування кольору, сорту і позначення стандарту. У позначення поверхнево обробленого полістиролу вводять буквений еквівалент «С» перед зазначенням сорту.

Приклад умовного позначення полістиролу загального призначення блочного марки 111, светостабілізірованного, червоного кольору, вищого гатунку по ГОСТ 20282-86: ПСМ-111-20, червоний, рец. 136П, вищий сорт ГОСТ 20282-86.

Приклад умовного позначення полістиролу загального призначення блочного марки 151, незабарвленого, поверхнево обробленого, першого сорту згідно з ГОСТ 20282-86: ПСМ-151 «С», перший сорт ГОСТ 20282-86.

Ударостійкий полістирол - непрозорий безбарвний матеріал, продукт прищепленої кополімеризації стиролу з бутадиенового або бутадієн-стирольним каучуком, що має двофазну структуру. Безперервна фаза (матриця) утворена полістиролом. Дискретна фаза (мікрогель) - частинками каучуку овальної форми з розмірами 2-5 мкм. Каучукові частки оточені тонкою плівкою прищепленого сополимера стиролу на каучуку, а всередині частинок міститься також оклюдованого полістирол, в результаті чого збільшується ефективний обсяг каучукової фази. Від обсягу останньої багато в чому залежать властивості ударостійкого полістиролу. Ударостійкий полістирол випускається стабілізованою, у вигляді білих гранул. Основні методи переробки - лиття під тиском і екструзії листа з подальшим пневмо- або вакуумформования.

Звичайне позначення полістиролу на українському ринку ПС, але можуть зустрічатися і інші позначення: PS або GPPS або PS-GP або XPS або Crystal PS (полістирол загального призначення), УП або УПС або HIPS або PS-HI або PS-I (ударостійкий полістирол) , MIPS або IPS або PS-I (ударостійкий полістирол середньої ударної міцності), SHIPS (ударостійкий полістирол надвисокої ударної міцності).

Крім полістиролу загального призначення і ударостійкого полістиролу промисловістю випускається широка різноманітність модифікацій і сополімерів стиролу. Зокрема, еластомери, що володіють здатністю до великих оборотних деформацій за рахунок часткового розгортання хаотично згорнутих ланцюгових молекул полімеру, і сіндіотактіческій полістирол, що отримується на металлоценовий каталізаторах і володіє дуже високою жорсткістю і термостійкістю.

Полістирол - термопластичний матеріал, що володіє високою твердістю і хорошими діелектричними властивостями, хімічно стійкий по відношенню до лугів і кислот, крім азотної і оцтової. Полістирол не розчиняється у нижчих спиртах, аліфатичних вуглеводнях, фенолах, простих ефірах. Розчиняється у власному мономере, ароматичних і хлорованих вуглеводнях, складних ефірах, ацетоні. Стійкий до радіоактивного опромінення, але стійкість до ультрафіолетових променів невелика. Полістирол легко формується і забарвлюється. Добре обробляється механічними способами. Без праці склеюється. Володіє низьким влагопоглощенієм і високу вологостійкість і морозостійкість. Фізіологічно нешкідливий. Вироби з полістиролу мають високий глянцем.

Полістирол загального призначення вельми крихкий, має низьку ударну міцність і малу теплостійкість: температура розм'якшення полістиролу становить 90-95 ° С. Кращими експлуатаційними властивостями володіють різні сополімери стиролу. Ударостійкий полістирол відрізняється підвищеними показниками ударної в'язкості в широкому діапазоні температур (до -30. -40 ° С).

Основний недолік полістиролу - низька термо- і світлостійкість. Тому вироби з застосуванням полістиролу не рекомендуються до експлуатації на вулиці без покриття і більше підходять для інтер'єрних застосувань.

Властивості полістиролу загального призначення.

  1. Щільність - 1050-1080 кг / м3.
  2. Насипна щільність гранул - 550-560 кг / м3.
  3. Лінійна усадка в формі - 0,4-0,8%.
  4. Нижня межа робочих температур - мінус 40 ° С.
  5. Верхня межа робочих температур 65-75 ° С.
  6. Електрична міцність при частоті 50 Гц - 20-23 кВ / мм.
  7. Питомий поверхневий електричний опір - 1016 Ом.
  8. Питомий об'ємний електричний опір
    • при витримці під напругою 1 хв. - 1017 Ом · см
    • при витримці під напругою 15 хв. - 1018 Ом · см.
  9. Коефіцієнт термічного лінійного розширення - 6 · 10-5-7 · 10-5 град-1.
  10. Коефіцієнт теплопровідності - 0,093-0,140 Вт / м · К.
  11. Питома теплоємність - 34 · 103 Дж / кг · К.
  12. Тангенс кута діелектричних втрат при частоті 1 МГц - 3-4 · 10-4.
  13. Діелектрична проникність - 2,49-2,60.