Polistyren: formuła, właściwości, przygotowanie, zastosowanie

W szerokiej gamie materiałów polimerowych zajmuje szczególne miejsce. Z tego materiału powstaje ogromna ilość różnych produktów z tworzyw sztucznych do użytku domowego i przemysłowego. Dzisiaj poznamy formułę polistyrenu, jego właściwości, metody produkcji i kierunki użycia.

Ogólna charakterystyka

Polistyren to syntetyczny polimer klasy termoplastycznej. Jak sama nazwa wskazuje, jest to produkt polimeryzacji winylu benzenu (styrenu). Jest to solidny szklisty materiał. Wzór na polistyren ogólnie jest następujący: [CH2CH (C6H5)] _n . W skróconej wersji wygląda to tak: (C ₈ H ₈ ) _n . Skrócona formuła polistyrenu jest bardziej powszechna.

Właściwości chemiczne i fizyczne

Obecność grup fenolowych we wzorze jednostki strukturalnej polistyrenu zapobiega uporządkowanemu rozmieszczeniu makromolekuł i tworzeniu się struktur krystalicznych. Pod tym względem materiał jest twardy, ale delikatny. Jest to amorficzny polimer o niskiej wytrzymałości mechanicznej i wysokim przepływie światła. Jest produkowany w postaci przezroczystych cylindrycznych granulek, z których niezbędne produkty są uzyskiwane przez wytłaczanie.

Polistyren to dobry dielektryk. Jest rozpuszczalny w aromatycznych węglowodo- rach, acetonie, estrach i swoim monomerze. W niższych alkoholach, fenolach, węglowodory alifatyczne i etery polistyren nie jest rozpuszczalny. Podczas mieszania substancji z innymi polimerami następuje "sieciowanie", w wyniku którego powstają kopolimery styrenu, które mają wyższe właściwości strukturalne.

Substancja ma niską absorpcję wilgoci i odporność na promieniowanie. Jest jednak niszczony przez lodowaty kwas octowy i zagęszczany kwas azotowy. Po ekspozycji na ultrafioletowe polistyren pogarsza się - mikropęknięcia i żółtość na powierzchni, a ich kruchość rośnie. Gdy substancja zostanie podgrzana do 200 ° C, zaczyna się rozkładać wraz z uwolnieniem monomeru. Jednocześnie, wychodząc z temperatury 60 ° C, polistyren traci swój kształt. W normalnej temperaturze substancja jest nietoksyczna.

Główne właściwości polistyrenu:

1. Gęstość - 1050-1080 kg / m ³ .
2. Minimalna temperatura robocza - 40 stopni szronu.
3. Maksymalna temperatura pracy to 75 stopni ciepła.
4. Pojemność cieplna - 34 * 10 ³ J / kg * K.
5. Przewodność cieplna - 0,093-0,1340 W / m * K.
6. Współczynnik rozszerzalności cieplnej wynosi 6 * 10 ^-5 Ω · cm.

Produkcja polistyrenu

W przemyśle polistyren uzyskuje się przez rodnikową polimeryzację styrenu. Nowoczesne technologie pozwalają na przeprowadzenie tego procesu przy minimalnej ilości nieprzereagowanej substancji. Reakcję otrzymywania polistyrenu ze styrenu prowadzi się na trzy sposoby. Rozważ oddzielnie każdą z nich.

Emulsja (PSE)

Jest to najstarsza metoda syntezy, która nie otrzymała szerokiej aplikacji przemysłowej. Polistyren emulsyjny otrzymuje się w procesie polimeryzacji styrenu w wodnych roztworach alkaliów w temperaturze 85-95 ° C. Do tej reakcji niezbędne są następujące substancje: woda, styren, emulgator i inicjator polimeryzacji. Styren eliminuje inhibitory (hydrochinon i pirokatechina tributylowa). Inicjatorami reakcji są związki rozpuszczalne w wodzie. Zasadą jest nadsiarczan potasu lub dwutlenek wodoru. Alkalia, sole kwasów sulfonowych i sole kwasów tłuszczowych są stosowane jako emulgatory.

Proces jest następujący. Wodny roztwór oleju rycynowego wlewa się do reaktora i, po dokładnym wymieszaniu, styren wprowadza się razem z inicjatorami polimeryzacji. Otrzymaną mieszaninę ogrzewa się do 85-95 stopni. Monomer rozpuszczony w micelach mydła, zaczynając od kropelek emulsji, zaczyna polimeryzować. W ten sposób uzyskuje się cząstki monomeru polimeru. Podczas 20% czasu reakcji mydło micelarne przechodzi do tworzenia warstw adsorpcyjnych. Następnie proces przechodzi do wnętrza cząstek polimeru. Reakcja jest zakończona, gdy zawartość styrenu w mieszaninie wynosi około 0,5%.

Następnie emulsja wchodzi w stadium osadzania, co pozwala zmniejszyć zawartość resztkowego monomeru. W tym celu koaguluje się roztworem soli (gotowanie) i suszy. Rezultatem jest masa proszku o wielkości cząstek do 0,1 mm. Pozostała ilość alkaliów wpływa na jakość otrzymanego materiału. Usunięcie zanieczyszczeń jest całkowicie niemożliwe, a ich obecność powoduje żółtawy odcień polimeru. Ta metoda pozwala uzyskać produkt polimeryzacji styrenu o najwyższej masie cząsteczkowej. Substancja otrzymana w ten sposób ma oznaczenie PSE, które można znaleźć okresowo w dokumentach technicznych i starych podręcznikach dotyczących polimerów.

Zawieszenie (PSS)

Ta metoda jest przeprowadzana według schematu okresowego, w reaktorze wyposażonym w mieszadło i płaszcz rozpraszający ciepło. Aby przygotować styren, przeprowadza się go w zawiesinę w chemicznie czystej wodzie, stosując stabilizatory emulsji (alkohol poliwinylowy, polimetakrylan sodu, wodorotlenek magnezu), a także inicjatory polimeryzacji. Proces polimeryzacji odbywa się pod ciśnieniem, ze stałym wzrostem temperatury, do 130 ° C. W wyniku otrzymuje się zawiesinę, z której pierwotny polistyren oddziela się przez odwirowanie. Następnie substancję myje się i suszy. Ta metoda jest również uważana za przestarzałą. Nadaje się głównie do syntezy kopolimerów styrenu. Stosowany jest głównie w produkcji pianki polistyrenowej.

Blok (PSM)

Uzyskanie polistyrenu ogólnego przeznaczenia w ramach tej metody może być przeprowadzone według dwóch schematów: całkowita i niepełna konwersja. Polimeryzację termiczną w schemacie ciągłym prowadzi się w systemie składającym się z 2-3 szeregowo połączonych reaktorów z aparatem kolumny, z których każdy jest wyposażony w mieszadło. Reakcję prowadzi się etapami, zwiększając temperaturę od 80 do 220 ° C. Kiedy stopień konwersji styrenu osiąga 80-90%, proces się zatrzymuje. Metodą niepełnej konwersji stopień polimeryzacji osiąga 50-60%. Pozostałości nieprzereagowanego monomeru styrenu usuwa się z roztopionego metalu przez odkurzanie, doprowadzając jego zawartość do 0,01-0,05%. Polistyren otrzymywany metodą blokową charakteryzuje się wysoką stabilnością i czystością. Technologia ta jest najbardziej skuteczna, w tym dlatego, że praktycznie nie zawiera odpadów.

Zastosowanie polistyrenu

Polimer wytwarza się w postaci przezroczystych cylindrycznych granulek. W końcowych produktach ich perebaryvaya przez wytłaczanie lub odlewanie, w temperaturze 190-230 ° C. Polistyren wytwarza dużą ilość tworzyw sztucznych. Rozprzestrzenił się dzięki swojej prostocie, niskiej cenie i szerokiej gamie marek. Z substancji dostaje się wiele przedmiotów, które stały się integralną częścią naszego codziennego życia (zabawki dla dzieci, opakowania, naczynia jednorazowe i tak dalej).

Polistyren jest szeroko stosowany w budownictwie. Wykonano z nich materiały izolacyjne - płyty warstwowe, płyty, stałe deskowanie i tak dalej. Ponadto z tego materiału wytwarzane są materiały dekoracyjne - listwy sufitowe i płytki dekoracyjne. W medycynie polimer jest używany do wytwarzania jednorazowych instrumentów i niektórych części w systemach transfuzji krwi. Pianka polistyrenowa stosowany również w systemach uzdatniania wody. Przemysł spożywczy wykorzystuje masę materiałów opakowaniowych wykonanych z tego polimeru.

Istnieje również wysokoudarowy polistyren, którego formuła jest modyfikowana przez dodanie butadienu i kauczuku butadienowo-styrenowego. Ten rodzaj polimeru stanowi ponad 60% całkowitej produkcji tworzywa polistyrenowego.

Ze względu na wyjątkowo niską lepkość substancji w benzenie, mobilne roztwory można uzyskać w ułamkowych stężeniach. Powoduje to stosowanie polistyrenu w składzie jednego z rodzajów napalmu. Odgrywa rolę zagęstnika, w którym wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej polistyrenu zmniejsza się zależność lepkość-temperatura.

Korzyści

Biały termoplastyczny polimer może być doskonałym zamiennikiem tworzywa PVC, a przezroczysty do pleksi. Popularność substancji wynikała głównie z jej elastyczności i łatwości przetwarzania. Jest idealnie uformowany i przetworzony, zapobiega utracie ciepła i, co ważne, ma niski koszt. Ze względu na to, że polistyren może dobrze przechodzić światło, jest on stosowany nawet w oszkleniach budynków. Jednakże niemożliwe jest umieszczenie takiego oszklenia po nasłonecznionej stronie, ponieważ substancja pogarsza się pod działaniem światła ultrafioletowego.

Polistyren od dawna jest używany do produkcji pianek i podobnych materiałów. Właściwości izolacyjne polistyrenu w stanie spienionym pozwalają na jego zastosowanie do ogrzewania ścian, podłóg, dachów i sufitów, w budynkach o różnym przeznaczeniu. To dzięki licznym materiałom izolacyjnym, na czele z ekspandowanym polistyrenem, zwykli ludzie wiedzą o rozważanej substancji. Materiały te są łatwe w użyciu, odporne na gnicie i korozyjne środowiska, a także doskonałe właściwości termoizolacyjne.

Wady

Jak każdy inny materiał, polistyren ma wady. Przede wszystkim jest to brak bezpieczeństwa środowiskowego (mówimy o braku bezpiecznych metod usuwania), kruchości i zagrożenia pożarowego.

Recykling

Sam polistyren nie jest niebezpieczny dla środowiska, jednak niektóre produkty z niego wyprowadzone wymagają specjalnej obsługi.

Odpady i ich kopolimery kumulują się w postaci przestarzałych produktów i odpadów przemysłowych. Recykling tworzyw polistyrenowych odbywa się na kilka sposobów:

1. Usuwaj odpady przemysłowe, które zostały silnie zanieczyszczone.
2. Przetwarzanie odpadów technologicznych przez odlewanie, wytłaczanie i prasowanie.
3. Recykling zużytych przedmiotów.
4. Utylizacja zmieszanych odpadów.

Wtórne zastosowanie polistyrenu umożliwia uzyskanie nowych wysokiej jakości produktów ze starych surowców, nie zanieczyszczając środowiska. Jednym z obiecujących obszarów przetwarzania polimerów jest produkcja styropianu, który jest wykorzystywany przy budowie niskich budynków.

Produkty rozkładu polimeru powstającego podczas rozkładu termicznego lub degradacji termiczno-oksydacyjnej są toksyczne. W procesie przetwarzania polimeru częściowe opary benzenu, styrenu, etylobenzenu mogą zostać uwolnione poprzez częściowe zniszczenie. tlenek węgla i toluen.

Palenie

Po spaleniu polimeru uwalniają się dwutlenek węgla, tlenek węgla i sadza. Ogólnie, równanie reakcji spalania polistyrenu wygląda następująco: (C8H8) _n + O2 = ↑ C02 + H20. Spalanie polimeru zawierającego dodatki (składniki zwiększające wytrzymałość, barwniki itp.) Prowadzi do uwolnienia szeregu innych szkodliwych substancji.