Полістирол (пс) - це, енциклопедія
Тривала обробка полістиролу при температурі вище 500 ° С в присутності кисню повітря призводить до його деструкції.
Полістирол отримують полімеризацією мономерного стиролу. Для поліпшення властивостей полістиролу його сополімеризуються з різними вініловими мономерами. Особливо важливе значення мають щеплені і блок-сополімери стиролу з каучуками, що володіють підвищеною ударною в'язкістю (ударостійкі полістироли).
Короткий історичний нарис
Вперше полістирол був отриманий в Німеччині ще в 1839 р проте його промислове виробництво термічної полімеризацією стиролу було освоєно тільки в 1920 р (за патентом Остромисленского).
Великим стимулом для збільшення обсягу виробництва стиролу та полістиролу послужила організація в США під час Другої світової війни виробництва бутадієнстирольного каучуку.
В СРСР дослідження в області синтезу і полімеризації стиролу проводилися в 30-40-х роках Залкинда, Зелінським, Ваншейдтом і ін. Промислове виробництво полістиролу розгорнулося в післявоєнні роки.
У 50-60-х роках були розроблені процеси виробництва сополімерів стиролу з іншими вініловими мономерами, суміщення полістиролу і сополімерів стиролу з акрилонитрилом і каучуками, отриманий ізотактичний полістирол. Це дозволило значно поліпшити механічну міцність полістиролу, підвищити його теплостійкість.
У 1980-х найбільшого поширення набув ударостійкий полістирол, вироблений в промисловості прищепленої кополімеризації стиролу або стиролу і акрилонітрилу до бутадієновий каучук.
У 1980-х рр в СРСР були освоєні безперервні процеси отримання гомо- і сополімерів стиролу в апаратах великої одиничної потужності, що забезпечують високу продуктивність і гарна якість полістирольних продуктів.
Отримання полістиролу (полімеризація стиролу)
Стирол може полимеризоваться як по радикальному, так і за іонним механізмам. Полімер, що отримується полімеризацією за радикальним механізмом. має атактическую структуру і є аморфним; полімер, одержуваний іонно-координаційної полімеризації, в залежності від типу каталізатора, може бути аморфним або кристалічним (ізотактичний).
Аморфний полістирол отримують різними способами - в блоці (в масі). емульсії. суспензії або розчині в присутності ініціаторів, або без них (шляхом термічної полімеризації).
Ізотактичний полістирол отримують в присутності стереоспецифічні каталізаторів Циглера - Натта. У процесі переробки при нагріванні вище температури плавлення (близько 250 ° С) ізотактичний полістирол необоротно переходить в аморфний стан, що обмежує його застосування.
У промисловості полімеризацію стиролу здійснюють в блоці. емульсії і суспензії. Полімеризація в розчині не знайшла широкого застосування, так як отримується полімер має порівняно невелику молекулярну масу і виділення його з розчину представляє значні труднощі. До того ж розчин полістиролу (наприклад, лак, клей) не може бути використаний через низьку ударної міцності утворюється лакового покриття, клейового шва.
Найбільш перспективними промисловими методами отримання полістиролу є:
Блокова полімеризація стиролу з повною конверсією мономера практично втратила своє значення в зв'язку з малою інтенсивністю процесу і отриманням полімеру з властивостями, що не відповідають сучасним вимогам.
Останнім часом все більшого значення набуває суспензійна полімеризація стиролу (періодичний спосіб) в апаратах великої одиничної потужності (100 м 3 і більше).
Емульсійна полімеризація стиролу (періодичний спосіб) знаходить в промисловості набагато менше застосування, ніж блокова, суспензійна і блочно-суспензійний.
Емульсійний полістирол використовується тільки для виготовлення плиткових пінопластів конструкційного призначення, де потрібно полімер з високою молекулярною масою. Виробництво емульсійного полістиролу включає трудомісткі стадії сушки тонкодисперсного полімеру і очищення великої кількості стічних вод, забруднених токсичним стиролом і іншими речовинами. Необхідність попередньої грануляції тонкодисперсного емульсійного полістиролу перед його переробкою також створює певні технологічні труднощі. Одержуваний емульсійний полістирол має гірші діелектричні властивості, ніж полістирол, який синтезується блоковим і суспензійним способами.
властивості полістиролу
Полістирол являє собою твердий аморфний продукт щільністю 1050-1080 кг / м 3. Молекулярна маса промислових марок полістиролу залежить від способу його отримання і коливається в межах від 50 000 до 300 000. Виняток становить емульсійний полістирол. молекулярна маса якого може бути значно вище.
Великий вплив на властивості полістиролу надає його полідисперсність. яка у блочного полістиролу досить значна.
Для промислових марок полістиролу молекулярно-масовий розподіл, що характеризується співвідношення М̅w / M̅n. відповідає 2-4 (в залежності від умов отримання).
Присутність низькомолекулярних фракцій в полімері:
- зменшує руйнівну напругу при розтягуванні, ударі, вигині;
- знижує теплостійкість полістиролу.
У зв'язку з цим удосконалення технологічного процесу отримання блочного полістиролу спрямовані на зниження його полідисперсності.
У техніці застосовують полістирол з показником плинності расплава2-30.
У присутності каталізаторів Циглера - Натта виходить ізотактичний кристалічний полістирол. який відрізняється від аморфного підвищеною температурою плавлення (230- 240 ° С) і більш високими механічними показниками. Однак ізотактичний полістирол важко переробляється у вироби.
Показники основних властивостей полістиролу загального призначення, отриманого різними способами, наведені в таблиці 1.
Таблиця 1: Фізико-механічні властивості полістиролу, отриманого різними методами
Для підвищення міцності при виробництві полістиролів плівок і ниток полімер піддають орієнтації.
Полістирол характеризується високими діелектричними показниками. хімічну стійкість. водостійкість і хорошими оптичними властивостями.
Діелектричні властивості полістиролу
Він є дуже хорошим діелектриком. Його діелектричні властивості не залежать від вологості навколишнього середовища і практично не змінюються при температурах від -80 до 90 ° С і при зміні частоти від 1 × 10 2 до 1 х 10 9 Гц. Діелектричні показники емульсійного полістиролу нижче, ніж блочного до суспензійного.
Стійкість полістиролу до дії кислот і розчинників
Полістирол має високу кислото- і щелочестойкостью, він стійкий до неорганічних неокісляющуюся кислотам (соляної, сірчаної, плавикової), а також до спиртів і солей. Однак полістирол розчиняється в тетрахлориді вуглецю, бензол, нестійкий до дії простих і складних ефірів, ароматичних, аліфатичних і хлорованих вуглеводнів. Він досить легко окислюється, сульфируют, галогеніруются, нітрит.
Оптичні властивості полістиролу
Блоковий полістирол прозорий, безбарвний, він пропускає 90% видимої частини світу. В ультрафіолетовій та інфрачервоній областях прозорість полістиролу нижче. Високий показник заломлення nD25 = 1,5-1,6 обумовлює застосування блочного полістиролу для виготовлення оптичних стекол.
недоліки полістиролу
Недоліками полістиролу є низькі теплостійкість та ударна міцність. схильність до старіння.
термостійкість полістиролу
При нагріванні до 300-400 ° С полістирол деполімеризується з утворенням мономера.
міцність полістиролу
Ударна в'язкість полістиролу складає всього 19,6- 27,4 кДж / м 2. В процесі експлуатації його крихкість збільшується через старіння полімеру. У зв'язку з цим застосування полістиролу загального призначення в якості конструкційного матеріалу обмежена.
У порівнянні з іншими термопластами полістирол має високу поверхневу твердість. Його модуль пружності при розтягуванні досить високий (12,9-103 МПа). а відносне подовження при розриві мало (1,5%); руйнівне напруження при розтягуванні з підвищенням температури зменшується.
переробка полістиролу
Полістирол легко переробляється у вироби всіма способами, застосовуваними для переробки термопластів. Основним методом його переробки у вироби є лиття під тиском.
Екструзією полістиролу через кільцеву або плоску щелевую головку (або грати) отримують плівку (або нитки). На виході з екструдера полістирольні плівки і нитки піддаються розтягуванню, при якому відбувається орієнтація макромолекул. Це призводить до значного зміцнення плівок і ниток в напрямку розтягування і збільшення їх гнучкості.
Полістирольні плівки товщиною 10-100 мкм, одержувані орієнтацією в двох перпендикулярних напрямках, називаються стирофлекс. Вони відрізняються великою міцністю і високими діелектричними показниками.
Для фарбування полістиролу застосовують барвники: червоний С, тиоиндиго, жирової жовтий Ж і ін. При синтезі полістиролу блоковим способом його фарбування проводять в екструдері шляхом подачі за допомогою шнека розплаву, що представляє собою концентровану суміш полістиролу, барвника і стабілізатора.
Фарбування суспензійного полістирол а здійснюють його попереднім змішуванням з барвником (опудривание) з подальшим гранулюванням в екструдері.
Області застосування полістиролу
Полістирол широко використовується в якості електроізоляційного матеріалу для високочастотної техніки. Основними споживачами полістиролу як діелектрика є приладобудівна промисловість (деталі електро- і радіоелектронних приладів, плівка для виготовлення конденсаторів) і кабельна промисловість (ізоляція кабелів стирофлекс і нитками).
Полістирол використовується як конструкційний матеріал в промисловості будівельних матеріалів для виготовлення деталей, які не працюють під великими механічними навантаженнями (панелі, облицювальні плитки, дверні ручки і ін.)
Високий показник заломлення блочного полістиролу дозволяє використовувати його для виготовлення оптичних стекол.
Полістирол широко застосовується для виробництва виробів побутового призначення: посуду, галантереї, іграшок, тари і т. П.
Для іншого електричного і антикорозійних цілей використовуються полістирольні лаки.
Емульсійний полістирол широко застосовується у виробництві деяких марок пінополістиролу пресовим методом.
Пінополістирол використовується в якості теплоізоляційного матеріалу в будівельній техніці, залізничних вагонах і холодильниках.
Для виготовлення технічних деталей і безлічі виробів побутового призначення використовується блоковий полістирол.
Для поліпшення властивостей полістиролу, наприклад підвищення теплостійкості, в нього вводять мінеральні наповнювачі. мармуровий пил, слюдяну і кварцову борошно, тальк і ін. проте при цьому знижуються діелектричні показники. Введення в полістирол пластифікаторів (тріфенілфосфата, трікрезіл-фосфату і ін.) Запобігає розтріскування, однак при утриманні пластифікатора більше 2% помітно знижуються теплостійкість полістиролу і руйнівне напруження при розтягуванні.
Теплостійкість і механічну міцність полістиролу можна підвищити шляхом армування його скляним волокном (скляне волокно просочують водною дисперсією полістиролу, потім висушують і пресують). Армований полістирол характеризується підвищеним руйнівним напругою при розтягуванні і вигині, високою ударною в'язкістю, підвищену теплостійкість.
Більш високу теплостійкість мають полімери заміщених стиролів.
Для поліпшення властивостей полістиролу його сополімеризуються з іншими мономерами.
В останні роки значно збільшився обсяг виробництва ударостійкого полістиролу марки УПС (прищепленої сополімер стиролу до каучуку), що має високу ударну в'язкість і інші поліпшені показники механічних властивостей.
Дедалі більшого розвитку набуває виробництво АБС-пластиків. що представляють собою сополімер стиролу, акрилонітрилу і бутадієну.
Прямий сополимеризацией цих трьох мономерів не вдається отримати продукт з заданими властивостями, тому, як і при отриманні ударостійкого полістиролу марки УПС, проводять привиту сополимеризацию стиролу на полібутадіене і бутадієнстирольного каучуку. Частка гомополимера стиролу в загальному випуску полістирольних пластмас безперервно зменшується.
Помітили помилку? Виділіть її та натисніть Ctrl + Enter