Полистирол: формула, свойства, подготовка, употреба

В голямо разнообразие от полимерни материали специално място заема полистиролът. От този материал произвеждат огромно количество различни пластмасови продукти както за домашна, така и за промишлена употреба. Днес ще се запознаем с формулата на полистирола, неговите свойства, методи на производство и посоки на употреба.

Общи характеристики

Полистиренът е синтетичен полимер от термопластичния клас. Както подсказва името, той е продукт на полимеризацията на винилбензол (стирен). Това е твърд стъклен материал. Формулата за полистирол по принцип е, както следва: [CH ₂ CH (C ₆ H ₅ )] _n . В съкратена версия тя изглежда така: (C ₈ H ₈ ) _n . Съкратената полистиролова формула е по-често срещана.

Химични и физични свойства

Наличието на фенолни групи във формулата на структурната единица от полистирен предотвратява подреденото разполагане на макромолекули и образуването на кристални структури. В тази връзка материалът е труден, но крехък. Той е аморфен полимер с ниска механична якост и високо ниво на пропускане на светлината. Произвежда се под формата на прозрачни цилиндрични гранули, от които се получават необходимите продукти чрез екструзия.

Полистиренът е добър диелектрик. Той е разтворим в ароматни въглеводороди, ацетон, естери и собствен мономер. В по-ниски алкохоли, феноли, алифатни въглеводороди, и етери полистиролът не е разтворим. Когато веществото се смесва с други полимери, се появява "омрежване", в резултат на което се образуват стиролови съполимери, които имат по-високи структурни свойства.

Веществото има ниска абсорбция на влага и устойчивост на радиация. Въпреки това, той се разрушава от ледена оцетна киселина и се концентрира азотна киселина. При излагане на ултравиолетови лъчи полистиролът се влошава - на повърхността се образуват микротрещини и жълтеникавост, а нейната крехкост се увеличава. Когато веществото се нагрява до 200 ° С, то започва да се разлага с освобождаването на мономера. В същото време, започвайки от температура от 60 ° C, полистиролът губи своята форма. При нормални температури веществото е нетоксично.

Основните свойства на полистирола:

1. Плътност - 1050-1080 kg / m ³ .
2. Минимална работна температура - 40 градуса студ.
3. Максималната работна температура е 75 градуса топлина.
4. Топлинна мощност - 34 * 10 ³ J / kg * K.
5. Топлинна проводимост - 0.093-0.140 W / m * K.
6. Коефициентът на топлинно разширение е 6 * 10 ^-5 Ohm · cm.

Производство на полистирол

В промишлеността полистиренът се получава чрез радикална полимеризация на стирен. Съвременните технологии позволяват да се осъществи този процес с минимално количество нереагирало вещество. Реакцията на получаване на полистирен от стирен се извършва по три начина. Разгледайте поотделно всеки от тях.

Емулсия (PSE)

Това е най-старият метод на синтез, който не е получил широко индустриално приложение. Емулсионният полистирен се получава в процеса на полимеризация на стирен във водни разтвори на основи при температура 85-95 ° С. За тази реакция са необходими следните вещества: вода, стирол, емулгатор и инициатор на полимеризация. Стиренът е предварително отстранен от инхибитори (хидрохинон и трибутил-пирокатехин). Инициаторите на реакцията са водоразтворими съединения. Като правило, това е калиев персулфат или водороден диоксид. Като емулгатори се използват алкали, соли на сулфонови киселини и соли на мастни киселини.

Процесът е както следва. Воден разтвор на рициново масло се излива в реактора и с пълно смесване се въвежда стирен заедно с полимеризационни инициатори. Получената смес се загрява до 85-95 градуса. Мономерът, разтворен в мицелите на сапуна, започвайки от капките на емулсията, започва да се полимеризира. Така се получават полимерни мономерни частици. По време на 20% време на реакция, мицеларен сапун отива към образуването на адсорбционни слоеве. След това процесът преминава вътре в полимерните частици. Реакцията приключва, когато съдържанието на стирен в сместа е около 0.5%.

След това, емулсията навлиза в етапа на отлагане, което позволява да се намали съдържанието на остатъчния мономер. За тази цел той се коагулира с разтвор на сол (готвене) и се изсушава. Резултатът е прахообразна маса с размер на частиците до 0,1 mm. Останалата част от алкала влияе върху качеството на получения материал. Отстраняват се напълно невъзможни примеси и тяхното присъствие води до жълтеникав оттенък на полимера. Този метод позволява да се получи продукт на полимеризация на стирен с най-високо молекулно тегло. Полученото по този начин вещество има обозначението PSE, което може да бъде намерено периодично в технически документи и стари учебници по полимери.

Спиране (PSS)

Този метод се провежда съгласно периодична схема, в реактор, снабден с бъркалка и кожух, разсейващ топлината. За приготвяне на стирен, той се суспендира в химически чиста вода, като се използват стабилизатори на емулсията (поливинилов алкохол, натриев полиметакрилат, магнезиев хидроксид), както и инициатори на полимеризация. Процесът на полимеризация протича под налягане, с постоянно повишаване на температурата, до 130 ° С. Резултатът е суспензия, от която първичният полистирен се отделя чрез центрофугиране. След това веществото се промива и суши. Този метод също се счита за остарял. Подходящ е главно за синтеза на стиролови съполимери. Използва се главно при производството на пенополистирол.

Блокиране (PSM)

Получаването на полистирол с общо предназначение в рамките на този метод може да се извърши съгласно две схеми: пълно и непълно преобразуване. Термичната полимеризация в непрекъсната схема се осъществява в система, състояща се от 2-3 последователно свързани колонови апарати, всеки от които е снабден с бъркалка. Реакцията се провежда на етапи, повишавайки температурата от 80 до 220 ° С. Когато степента на превръщане на стирена достигне 80-90%, процесът спира. С метода на непълна конверсия степента на полимеризация достига 50-60%. Остатъците от нереагирал стиролов мономер се отстраняват от стопилката чрез вакуумиране, при което съдържанието му достига 0.01-0.05%. Полученият по блоков метод полистирен се характеризира с висока стабилност и чистота. Тази технология е най-ефективна, включително и защото няма почти никакви отпадъци.

Полистиролно приложение

Полимерът се произвежда под формата на прозрачни цилиндрични гранули. В крайните продукти от тях се пребарива чрез екструзия или леене, при температура 190-230 ° С. Полистиренът произвежда голямо количество пластмаси. Тя се разпространи поради своята простота, ниска цена и широка гама от марки. От веществото се получават много предмети, които са станали неразделна част от нашето ежедневие (детски играчки, опаковки, чинии за еднократна употреба и т.н.).

Полистиренът се използва широко в строителството. Изолационни материали са направени от него - сандвич панели, плочи, фиксиран кофраж и така нататък. Освен това от този материал се произвеждат и декоративни материали - таванни облицовки и декоративни плочки. В медицината полимерът се използва за производство на инструменти за еднократна употреба и някои части в системи за кръвопреливане. Полистиролна пяна използва се също и в системите за пречистване на вода. Хранителната промишленост използва тонове опаковъчен материал, произведен от този полимер.

Има също така и удароустойчив полистирол, чиято формула е модифицирана чрез добавянето на бутадиен и стирен бутадиенов каучук. Този вид полимер представлява повече от 60% от общото производство на полистиренова пластмаса.

Поради изключително ниския вискозитет на дадено вещество в бензола, подвижните разтвори могат да бъдат получени при фракционни концентрации. Това причинява използването на полистирол в състава на един от видовете напалм. Той играе ролята на сгъстител, при който с увеличаването на молекулното тегло на полистирола, връзката вискозитет-температура намалява.

предимства

Бял термопластичен полимер може да бъде отличен заместител на PVC пластмаса и прозрачен за плексиглас. Популярността на веществото се дължи главно на нейната гъвкавост и лекота на обработка. Той е отлично формован и обработен, предотвратява загубата на топлина и, което е важно, има ниска цена. Благодарение на факта, че полистиролът може да премине добре, той дори се използва при остъкляването на сгради. Въпреки това, не е възможно да се постави такова остъкляване на слънчевата страна, тъй като веществото се влошава под действието на ултравиолетова светлина.

Полистиролът отдавна се използва за производството на пенопласти и свързани с тях материали. Изолационните свойства на пенополистирола позволяват да се използват за затопляне на стени, подове, покриви и тавани в сгради за различни цели. Благодарение на изобилието от изолационни материали, оглавявани от експандиран полистирол, обикновените хора знаят за разглежданото вещество. Тези материали са лесни за употреба, устойчиви на гниещи и корозивни среди, както и на отлични топлоизолационни свойства.

недостатъци

Подобно на всеки друг материал, полистиролът има недостатъци. На първо място, това е несигурността на околната среда (ние говорим за липсата на методи за безопасно обезвреждане), несигурността и опасността от пожар.

обработване

Самият полистирен не е опасен за околната среда, но някои продукти, получени от него, изискват специална обработка.

Отпадъчният материал и неговите съполимери се натрупват под формата на остарели продукти и промишлени отпадъци. Рециклирането на полистиролни пластмаси се извършва по няколко начина:

1. Изхвърлете силно замърсените промишлени отпадъци.
2. Обработка на технологични отпадъци чрез леене, екструдиране и пресоване.
3. Рециклиране на износени предмети.
4. Изхвърляне на смесени отпадъци.

Вторичната употреба на полистирол позволява да се получат нови висококачествени продукти от стари суровини, без да се замърсява околната среда. Едно от обещаващите области на преработката на полимери е производството на полистирол-бетон, който се използва при изграждането на нискоетажни сгради.

Продуктите на разлагане на полимера, образуван по време на термичното разлагане или термично-окислително разграждане, са токсични. В процеса на полимерна обработка частичните пари на бензола, стирола, етилбензола могат да бъдат освободени чрез частично разрушаване. въглероден оксид и толуен.

изгаряне

Когато полимерът се изгори, се освобождават въглероден диоксид, въглероден моноксид и сажди. Най-общо, уравнението на реакцията за изгаряне на полистирол е както следва: (C8H8) _n + O2 = 2CO2 + H20. Изгарянето на полимер, съдържащ добавки (компоненти, които повишават якостта, багрилата и т.н.), води до отделянето на редица други вредни вещества.