XuMuK.ru — ПОЛИСТИРОЛ — Химическая энциклопедия

ПОЛИСТИРОЛ (ПС, бакелит, вестирон, стирон, фостарен, эдистер и др.), термопластичный полимер линейного строения. Аморфный бесцв. прозрачный хрупкий продукт; степень полимеризации п = 600-2500, полидисперсность= 2 — 4 (и среднемассовая и среднечисловая мол. массы соотв.) в зависимости от технологии получения; индекс текучести 2-30. Для полистирола характерны легкость переработки, хо рошая окрашиваемость в массе и очень хорошие диэлектрич. св-ва. Ниже приведены св-ва полистирола, полученного термич. полимеризацией стирола в массе: Полистирол легко раств. в собств. мономере, ароматич. и хлорир. углеводородах, сложных эфирах, ацетоне, не раств. в низших спиртах, алифатич. углеводородах, фенолах, простых эфирах. Обладает низким влагопоглощением, устойчив к радиоактивному облучению, в к-тах и щелочах, однако разрушается конц. азотной и ледяной уксусной к-тами. Легко склеивается. На воздухе при УФ облучении полистирол подвергается старению: появляются желтизна и микротрещины, происходит помутнение, увеличивается хрупкость. Термодеструкция начинается при 200 °С и сопровождается выделением мономера. Полистирол не токсичен. Его недостатки — хрупкость и низкая теплостойкость; сопротивление ударным нагрузкам невелико. При т-рах выше 60 °С снижается формоустойчивость. В пром-сти полистирол получают радикальной полимеризацией стирола след. методами: 1) термич. полимеризацией в массе (блоке) по непрерывной схеме в системе последовательно соединенных 2-3 аппаратов с мешалками; заключит. стадию процесса часто проводят в аппарате колонного типа. Начальная т-ра р-ции 80-100 °С, конечная 200-220 °С. Р-цию прерывают при степени превращения стирола 80-90%; непрореагировавший мономер удаляют из расплава полистирола под вакуумом и затем с водяным паром до содержания стирола в полистироле 0,01-0,05%. В полистирол вводят стабилизаторы, красители, антипирены и др. добавки и гранулируют. «Блочный» полистирол отличается высокой чистотой. Эта технология наиб. экономична и практически безотходна (непрореагировавший стирол возвращается на полимеризацию). 2) Суспензионной полимеризацией по периодич. схеме в реакторах объемом 10-50 м3, снабженных мешалкой и рубашкой. Стирол суспендируют в деминерализов. воде, используя разл. стабилизаторы эмульсии; инициатор полимеризации растворяют в стироле. Процесс ведут при постепенном повышении т-ры от 40 до 130°С под давлением в течение 8-14 ч. Из полученной суспензии полистирол выделяют центрифугированием, после чего его промывают и сушат. Процесс удобен для получения и сополимеров стирола. Этим же методом в осн. производят и пенополистирол. 3) Эмульсионной полимеризацией по периодич. схеме. Этим методом получают полистирол наиб. высокой мол. массы. Применение метода все время сокращается, т.к. он сопряжен с большим кол-вом сточных вод. Полистирол перерабатывают литьем под давлением и экструзией при 190-230 °С (см. Полимерных материалов переработка). Применяют как конструкц., электроизоляц. (пленки, нити и др.) и декоративно-отделочный материал в приборо-и машиностроении, радио- и электротехнике (напр., корпуса и панели приборов), для изготовления изделий ширпотреба (посуда, авторучки, игрушки, осветит. арматура и др.). Для получения материалов, обладающих более высокими теплостойкостью и ударной прочностью, чем полистирол, используют смеси последнего с др. полимерами и сополимеры стирола, из к-рых наиб. пром. значение имеют блок- и привитые сополимеры, т. наз. ударопрочные материалы (см. АБС-пластик, Полистирол ударопрочный), а также статистич. сополимеры стирола с акрилонитрилом, акрилатами и мета-крилатами, а-метилстиролом и малеиновым ангидридом. Статистич. сополимеры с виниловыми мономерами получают по той же технологии, что и полистирол,-чаще всего суспензионной или эмульсионной сополимеризацией. Сополимер стирола с акрилонитрилом (САН) обычно содержит 24% последнего, что соответствует азеотропному составу смеси мономеров и позволяет получать продукт постоянного состава. САН превосходит полистирол по теплостойкости, прочности при растяжении, ударной вязкости и устойчивости к растрескиванию в агрессивных жидких средах, однако уступает по диэлектрич. св-вам и прозрачности. Стоимость САН значительно выше, чем полистирола. Аналогичными св-вами, но лучшими прозрачностью и устойчивостью к УФ облучению обладает тройной сополимер стирол-акрилони-трил-метилметакрилат; однако его стоимость выше, чем САН. Сополимер стирола с а-метилстиролом (САМ) по де-формац. теплостойкости превосходит полистирол на 20-25 °С, по др. св-вам близок ему. Сополимер стирола с малеиновым ангидридом (2-3%) получают радикальной сополимеризацией в p-pe орг. неполярного р-рителя; используют как пленкообразующий компонент при получении лакокрасочных материалов. Полистирол и пластмассы на основе сополимеров стирола составляют группу полистирольных (стирольныг.) пластиков, хотя в нек-рых сополимерах содержание стирола менее 50%. Мировое произ-во стирольных пластиков 5,8 млн. т/год, в СССР-449 тыс. т/год (1986). Доля полистирола в их произ-ве постоянно снижается и в 80-х гг. не превысила 15%. Лит.: Полистирол. Физико-химические основы получения и переработки, М., 1975; Энциклопедия полимеров, т. 3, М., 1977, с. 533-47; Бакнелл К., Ударопрочные пластики, пер. с англ., Л., 1981; Иванчев С. С., Радикальная полимеризация, Л., 1985. С. А. Вольфсон. Еще по теме:

www.xumuk.ru

Полистирол Википедия

Полистирол
Международный знак вторичной переработки для полистирола
Общие
Сокращения	PS
Хим. формула	(C8H8)n
Физические свойства
Плотность	1,069—1,125 г/см³
Термические свойства
Т. плав.	~240 °C
Классификация
Рег. номер CAS	9003-53-6
Рег. номер EINECS	500-008-9
ChEBI	53276
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Полистиро́л — продукт полимеризации стирола (винилбензола), термопластичный полимер линейной структуры.

Содержание

• 1 Свойства
• 2 Получение
  • 2.1 Эмульсионный (ПСЭ)
  • 2.2 Суспензионный (ПСС)
  • 2.3 Блочный или получаемый в массе (ПСМ)
• 3 Применение
• 4 Утилизация
  • 4.1 Переработка
  • 4.2 Сжигание
  • 4.3 Термодеструкция
• 5 Виды и маркировки полистирола и его сополимеров
• 6 См. также
• 7 Примечания

Свойства[ |

ru-wiki.ru

Полистирол — часть 2

В СССР производство полистирола развернулось в послевоенные годы. Как и в других странах, основу производства составляют процессы свободнорадикальной полимеризации в блоке (массе), суспензии и эмульсии [2].

В настоящее время производятся практически все основные типы сополимеров стирола, включая сополимеры с α-метилстиролом, метилметакрилатом, ударопрочные сополимеры с каучуком, двойные и тройные сополимеры с акрилонитрилом (включая АВС-пластики) и др.

2. Описание полистирола

Полистирол – термопластичный аморфный полимер с формулой

[-СН₂ -С(С₆ Н₅ )Н-]_n

Структурная формула:

Полистирол – прозрачное стеклообразное вещество, молекулярная масса 30-500 тыс., плотность 1,06 г/см³ (20 °С), температура стеклования 93°С.

Для полистирола характерно коптящее пламя с цветочным сладковатым запахом (Этот запах корицы обычно можно обнаружить, уколов исследуемый предмет раскаленной иглой). Если к тому же предмет падает на пол с металлическим звоном то, скорее всего полистирол [8].

Это твердое, упругое, бесцветное вещество. Фенильные группы препятствуют упорядоченному расположению макромолекул и формированию кристаллических образований. Это жесткий, аморфный полимер с невысокой механической прочностью при растяжении и изгибе. Полистирол имеет низкую плотность, низкую термическую стойкость, обладает отличными диэлектрическими свойствами и весьма низкой прочностью при ударе. Он легко деформируется при относительно невысоких температурах (80°C). При контакте с жирами выделяет мономер стирола. Для улучшения свойств полистирола его модифицируют различными сополимерами и подвергают сшиванию.

Полистирол – дешёвый крупнотоннажный термопласт; характеризуется высокой твёрдостью, хорошими диэлектрическими свойствами, влагостойкостью, легко окрашивается и формуется, химически стоек, растворяется в ароматически и хлорированных алифатических углеводородах. Лучшими эксплуатационными свойствами обладают различные сополимеры стирола. Так, повышения теплостойкости и прочности при растяжении (на ~ 60 процентов) достигают сополимеризацией стирола с акрилонитрилом или a-метилстиролом, повышения прочности и ударной вязкости (от 5-10 до 50-100 кДж/м

2 ) – получением привитых сополимеров стирола с 5-10% каучука, например бутадиенового (ударопрочный полистирол), а также тройных сополимеров акрилонитрила, бутадиена и стирола (т. н. АБС-пластик). Заменой акрилонитрила на метилметакрилат синтезируют прозрачные тройные сополимеры [5].

3. Основные свойства

3.1. Физические свойства

Стирол горюч и взрывоопасен. Пределы взрывоопасности в смеси с воздухом при комнатной температуре от 1,1 до 6,1 объемн. %. Допу­стимая концентрация паров в воздухе не выше 0,5 мг/м система­тическое вдыхание паров стирола в концентрации выше допустимой приводит к хроническому заболеванию печени.

Важнейшие физические свойства стирола и α-метилстирола при­ведены ниже:

Таблица 1 – Физические свойства стирола и α-метилстирола

Таблица 2 – Зависимость температуры кипения стирола от давления

Зависимость ряда физических свойств стирола от температуры дается эмпирическими уравнениями:

для давления паров (P-в мм рт. ст., Т-в °C):

для плотности:

для поверхностного натяжения (30-90°C):

Распространенные в технике три основных процесса полимериза­ции стирола приводят к получению продукта, разного внешнего вида. При блочной полимеризации процесс ведут путем постепенного нагревания жидкого мономера. Температурный режим подбирают таким образом, чтобы полимеризующаяся масса все время находилась в вязкотекучем состоянии. Это означает, что в конце процесса, когда конверсия мономера достигает значения, близкого к предель­ному, температура расплавленного полистирола должна быть по­рядка 200–230 °С. Массу продавливают через фильеры путем экст­рузии и в горячем или холодном состоянии разрезают на гранулы. Путем повторной экструзии блочный полистирол окрашивают и ис­пользуют для дальнейшей переработки в изделия.

Таблица 3 –Зависимость некоторых свойств стирола от температуры

Продукты, получающиеся в результате суспензионной и эмуль­сионной полимеризации, представляют собой шарообразные частицы, различающиеся размером. Суспензионный полистирол крупнее – средний размер частиц – 4×5 мм. Эмульсионный продукт – «би­сер» – имеет средний размер частиц
1–10 мкм [3].

Таблица 4 – Основные физические свойства полистирола

3 .2. Химические свойства

Химические свойства стирола обусловлены высокой реакционной способностью боковой винильной группы. Фенильное ядро затрагивается в процессе термической полимеризации на стадии инициирования. При окислении стирола на воздухе происходит образование полимера, формальдегида и бензальдегида.

Полистирол относится к группе весьма инертных пластмасс. Он стоек к действию щелочей и галогеноводородных кислот. Нестоек к действию концентрированной азотной кислоты и ледяной уксусной кислоты.

Термическая деструкция полистирола с заметной скоростью протекает при температурах выше 200 °С. Основным продуктом разложения является мономерный стирол. Полистирол горюч. Для того чтобы понизить опасность возгорания, в него добавляют фосфорсодержащие соединения. Широкое использование полистирола в быту,строительстве, пищевой индустрии диктует необходимость максимального снижения содержания в нем остаточного мономера. По действующим нормам пищевой полистирол должен содержать менее 0,3% мономера [3].

4. Получение полистирола

Основным методом производства стирола в технике до сих пор является каталитическое дегидрирование этилбензола при высоких температурах. Этилбензол, в свою очередь, получают каталитическимжидкофазным алкилированием бензола этиленом на безводном AlCl₃ в мягких условиях. Выход полупродукта и мономера в обоих процессах близок к 90 % от теории. Наибольшую сложность вызывает очистка конечного, продукта от этилбензола и побочных веществ (бензола, толуола и др.), которая производится многосту­пенчатой ректификацией смеси [3].

Исследования, проводящиеся крупнейшими фирмами-произво­дителями стирола, позволяют постепенно совершенствовать техно­логию его производства. Применяются три типа реакторов дегидрирования – адиабатические с неподвижным слоем катализатора, трубчатые изотермические и секционные.

Поиски новых путей синтеза стирола, по-видимому, не являются совершенно безнадежными. Так, опубликовано сообщение о пуске в Испании установки производства стирола мощностью 79,4 тыс. т/год, работающей по следующей схеме: этилбензол в мягких условиях окисляется в гидроперекись этилбензола, которая затем взаимодействует с пропиленом в присутствии нафтената молибдена, образуя метилфенилкарбинол и окись пропилена. Метилфенилкарбинол выделяют и дегидратируют в стирол. Таким образом, установка производит стирол, и окись пропилена (50 % от выпуска стирола). Хотя запатентовано много других способов получения стирола, включая прямой пиролиз нефти, проблема выделения продукта из смеси компонентов с близкой температурой кипения до сих пор остается неодолимым препятствием для промышленного внедрения. Правда, и в этом; направлении возможны принципиально новые решения, например, японская фирма «Тогау» сообщила о разработке высокоэффективного процесса экстрактивной ректификации стирола из фракций, образующихся при пиролизе бензина в этилен и содер­жащих обычно до 30–35 % стирола, около 52 % ксилола и его изо­меров, а также этилбензол и другие компоненты. Конкретные детали процесса неизвестны, но авторы утверждают, что при производстве мощностью 20 тыс. т/год себестоимость стирола, получаемого в этом процессе, будет на 30–40 % ниже обычной [3].

mirznanii.com

Полистирол | Poliamid.ru

Полистирол

Сырье и марки
Производители
Рейтинг производителей полистирола
Полистирольные изделия и продукция
Оборудование для получения и переработки полистирола
Книги и журналы о полистиролах
Фотографии
Видео
Процесс производства полистирола
Исторические факты
Перспективы и прогнозы развития
Краткие характеристики и свойства:

Полистирол получают полимеризацией стирола в массе (ПСМ), в эмульсии (ПСЭ) и реже-в суспензии (С). Средняя молекулярная масса (ММ) =80-100тысяч в зависимости от способа получения.
Формула полистирола:
[Ch3-CH-]n
          | 
       C6H5
Полистирол и материалы на его основе относятся к конструкционным полимерным материалам. Они характеризуются достаточно высокой прочностью, жесткостью, высокой размерной стабильностью, отличными декоративными свойствами. Полистирол — аморфный полимер, характеризующийся высокой прозрачностью (светопропускание до 90%).  
Полистирол (ПС, бакелит, вестирон, стирон, фостарен,  эдистер и др.). Плотность 1,04-1,05 г/см3,  tразм 82-95 С. Полистирол растворяется в стироле и ароматических углеводородах, кетонах. Полистирол  не растворяется в воде, спиртах, слабых растворах кислот, щелочей. Модуль при изгибе 2700-3200 МПа. Теплопроводность 0,08-0,12 Вт/(м*К). Ударная вязкость  по Шарпи  с надрезом  1,5-2 кДж/м2. Полистирол склонен к растрескиванию. Температура самовоспламенения 440 С. КПВ пылевоздушной смеси 25-27,5 г/м3.Полистирол хрупок, стоек к щелочам и ряду кислот, к маслам, легко окрашивается красителями, не теряя прозрачности, имеет высокие диэлектрические свойства. Полистирол не токсичен, допущен к контакту с пищевыми продуктами и к использованию в медико — биологической технике.
     УПС (ударопрочный полистирол) получают привитой сополимеризацией стинола с полибутадиеновыми или бутадиенстирольными каучуками. Ударопрочный полистирол (УП, каринекс, люстерекс, стернит, стирон, хостирен идр.)Структурно УПС представляет собой трехфазную систему, состоящую из ПС (полистирола), гель Фракии привитого сополимера и каучука с привитым стиролом в виде частиц размером до 15 мкм, равномерно распределенным по объему УПС. Несмотря на низкую молекулярную массу матричного полистирола (70-100 тыс.), присутствие каучука существенно замедляет рост микротрещин, что и повышает прочность материала (табл. 1).
     В марке УПС указывается метод синтеза (М, С), цифровое обозначение ударной вязкости (две первые цифры) и десятикратное значение содержания остаточного мономера. Кроме того, в марку могут включать букву, обозначающую предпочтительный способ переработки. Например, УПМ-0703 Э — ударопрочный полистирол, полученный полимеризацией в массе; его ударная вязкость 7 кДж/м² , остаточное содержание мономера 0,3%, переработка — экструзией.

Таблица 1.

Основные свойства полистирольных пластиков

Свойства полистирола	ПС	УПС	АБС	МСН
Плотность,  кг/м3	1050	1060	1040	1040
Температура плавления, 0С	190-230	190-230	210-240	205-220
Разрушающее напряжение, МПа, при:
Растяжении	35-40	27-56	36-60	90-100
Изгибе	55-70	55-60	50-87	—
Сжатии	80-100	—	46-80	—
Относительное удлинение при разрыве, %	1,0-1,5	1,0-2,0	1,0-3,0	—
Ударная вязкость, кДж/м2	12-20	40-50	80-100	11-18
Твердость по Бринеллю, МПа	150	110	100	170
Теплостойкость по Мартенсу, 0С	60-70	65	86-98	70-72
Диэлектическая проницаемость при 106 Гц	2,5	2,7	2,4-5,0	2,9
Тангенс угла диэлектрических потерб при 106 Гц, х104	2-4	4-8	300	1,8
Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом∙м	1015	5∙1013	5∙1013	4∙1014
Электрическая мощность, МВ/м	25-40	—	12-15	24

АБС — пластик является продуктом привитой сополимеризации трех мономеров — акрилонитрила, бутадиена и стирола, причем статический сополимер стирола и акрилонитрила образует жесткую матрицу, в которой распределены частицы каучука размером до 1 мкм. Повышение ударной прочности сопровождается сохранением на высоком уровне основных физико-механических и теплофизических свойств (табл. 1). АБС непрозрачен. Выпускается стабилизированным в виде порошка и гранул. Применяется для изготовления изделий технического назначения.
 В марке АБС первые две цифры означают величину ударной вязкости по Изоду, следующие две — ПТР (показатель текучести расплава), буква в конце марки указывает на метод переработки или на особые свойства. Например, АБС-0809Т характеризуется ударной вязкость — 8 кДж/м² , ПТР — 9г/10 мин, повышенной теплостойкостью (Т).
 В промышленности используются сополимеры стинола с акрилонитрилом (САН), стинола с метилиетакрилатом (МС) и стинола с метиметакрилатом и акрилонитрилом (МСН).
 Полистирол перерабатывается всеми известными способами. 

Механические свойства полистирола

Полистирол	Разрушающее напряжение , МПа при:			Е, ГПа
	растяжении	изгибе	сжатии
ПС	95	60	70	1,2

Механическая стойкость полистиролов к кислотам и растворителям:

Полистирол	Н2SO4 20-60%	HNO3 50%	HCl  до 37%	Ацетон	Этанол	Бензол	Фенол
ПС	3	2	3	1; 2	3	1-3	—
УПС	3	2	3	1; 2	3	1	—
АБС	3	2	3	—	—	—	—

Теплофизические свойства полистиролов:

Полистирол	Теплопроводность, λ, Вт/(м*К)	Теплоемкость, с, кДж/(кг*К)	Температуропроводность, a*107, м2/с	Средний КЛР (β*105),К-1
ПС	0,09-0,14	1,16-1,3	0,94	6-7
АБС	0,12	1,24	0,9	8-10

 

Температурные характеристики:

Полистирол	Пределы рабочих температур, С		Температура размягчения по Вика	Теплостойкость по Мартенсу	Температура плавления С
	верхний	нижний
ПС	65-70	-40	82-105	76-82	160-175
АБС	75-85	-60	99-100	90-104	165-180

Диэлектрическая проницаемость полистиролов:

Полистиро	έ  при  v, Гц
	50	103	106
ПС	2,65	2,6	2,6

Показатель возгораемости (К) — безразмерная величина, выражающая отношение количества тепла, выделенного при горении к количеству тепла, затраченному  на поджигание образца материала. Материал с показателем К>0,5 является горючим. Для полистирола показатель К-1,4 материал является горючим

Показатели пожароопасности полистиролов:

Полистиро	Температура, С		Теплота сгорания
	Тв	Тсв	МДж/кг
Полистирол ПС	345	490	39-41

Особенности горения полистирола и ударопрочного полистирола:
Поведение пламени: Вспыхивает при поджигании, горит легко. Горит и после удаления из пламени.
Окраска пламени: Оранжево-желтое, светящееся.
Характер горения: Горит с образованием большого количества копоти, плавится.
Запах :  Сладковатый цветочный с оттенком запаха бензола. Запах корицы, если уколоть раскаленной иглой. Сладковатый запах стирола.

Краткое описание, методы переработки, основное назначение, качественная оценка свойств полистиролов и специфические особенности

Полистирол блочный, эмульсионный, суспензионный: Более жесткий материал чем  ПЭВД И ПЭНД, с хорошими диэлектрическими свойствами, недостаток хрупкость и низкая теплостойкость. Химическистоек. Для повышения ударной вязкости и теплостойкости используют сополимеризацию стирола с другими мономерами или совмещение его с каучуками. При введении в полистирол порофоров м последующем вспенивании получают пенополистирол, отличающийся высоким тепло и звукоизоляционными свойствами, плавучестью, химической стойкостью и водостойкостью

Методы переработки: Литье под давлением. Пневматическое и вакуумное формование. Экструзия. Штамповка. Прессование. Склейка. Механическая обработка

Основное назначение: Для корпустных деталий приборов, ридиоэлектронной аппаратуры, изоляторов, крупногабаритных деталей холодильников, внутренней отделки самолетов. Пенополистрирол для тепло и звукоизоляции в строительстве

Полистрирол ударопрочный: Более высокая ударная вязость чем у полистрирола

Методы переработки: Литье под давлением. Пневматическое и вакуумное формование. Экструзия. Штамповка. Прессование. Склейка. Механическая обработка

Основное назначение: Для технических изделий и деталей

Модифицированный полистирольный пластик: Высокая ударная вязкость при низких и высоких температурах, повышенная нагревостойкость, стойкость к щелочам и смазочным маслам

Методы переработки: Литье под давлением. Экструзия. Раздувка

Основное назначение: Для крупногабаритных изделий в автомобилестроении и в электротехнике

poliamid.ru

Полистирол

ИСТОРИЯ ПОЛИСТИРОЛА

История полистирола, как и история полимерных пластмасс вообще, началась вместе с XX веком, хотя новое органические соединения на основе смолы styrax, в последствие известное как стирол, было выделено еще в 1831 году. Большой вклад в изучение и развитие отрасли производства этого полимера внесли Остромысленский и Штаудингер. И.И. Остромысленский стал ученым, впервые установившим строение стирола. Легкая полимеризация стирола и широкие возможности для применения его стеклообразных производных привлекали промышленников. Штаудингер наладил первое производство полистирола, и первый патент на изготовление полимеров стирола был зарегистрирован в Германии еще в 1911 году. С тех пор объемы производства нового полимера в стране неукоснительно росли.

Однако долгое время рост производства полистирола в мире сдерживался высокими ценами на исходные материалы. Толчком к развитию новой подотрасли, как это часто бывает, послужила война. Свойства полистирола позволили применять его в качестве загустителя для напалма: плавкое, долго горящее вещество, которое невозможно потушить водой, могло превратить бензиновый напалм в страшное оружие. Технология впервые была разработана в США во время второй Мировой: тогда для этого вида оружия стал использоваться стирольный каучук. Это позволило существенно сбить цены на мономер. Полистирольный напалм широко применялся во Вьетнамской войне.

После войны развитие мирного производства полистирола продолжалось самостоятельно. Разработка пенополистирола, ударопрочного полистирола и АБС-пластиков сделала полимер третьим по популярности в мире после полиэтилена и ПВХ. Сейчас полимер с успехом заменяет стекло в световой технике, широко применяется в строительстве, декоративной отделке и упаковке.

В Советском Союзе процесс развития отрасли мало отличался от мирового: рост производства в послевоенные годы привел к быстрому освоению всех основных способов получения полистирола (свободнорадикальная полимеризация в массе, эмульсии и суспензии). Сейчас дляполимеризации стирола в отечественной промышленности используются α-метилстирол, метилметакрилат, ударопрочные сополимеры с каучуком, двойные и тройные сополимеры с акрилонитрилом (включая АВС-пластики) и т.д.

Сейчас активно развивающейся отраслью является переработка полистирола и других пластиков, так как полимерные отходы не считаются ядовитыми и в огромном количестве накапливаются в виде неразлагающегося мусора. Основные направления отрасли – это вторичная переработка, которая приводит к получению пластмасс низкого качества, и деполимеризация.

ВИДЫ ПОЛИСТИРОЛА

Полистирол – термопластичный аморфный полимер.

Отличается твердостью и жесткостью. Полистирол классифицируют по нескольким основаниям:

По характеру пространственного расположения бензольных колец относительно молекулярной цепи выделяют:

• атактический (аморфный) полистирол;

• изотактический полистирол;

• синдиотактический полистирол.

АТАКТИЧЕСКИЙ (АМОРФНЫЙ) ПОЛИСТИРОЛ.

Полистирол этого типа имеет структурную формулу:

Основной особенностью является неупорядоченное расположение бензольных колец по обе стороны цепи. Формирование этого вида полимера происходит при достаточно низких температурах, он обладает наиболее высокой растворимостью среди всех видов полистирола. Это самый продуктивный полистирол, наиболее широко применяющийся в промышленности.

ИЗОТАКТИЧЕСКИЙ ПОЛИСТИРОЛ

Его структурная формула выглядит следующим образом:

Бензольные кольца макромолекулы изотактического полистирола расположены только с одной стороны цепи, если придать ей правильную зигзагообразную форму. Характеристиками этого полимера, в отличие о атактического полистирола, будет высокая кристаллизация, твердость и прочность. Температура плавления также довольно высока (до 230оС). В промышленности не применяется (обозначение IPS применяется для ударопрочных марок полистирола).

СИНДИОТАКТИЧЕСКИЙ ПОЛИСТИРОЛ

Структурная формула синдиотактического полистирола строго упорядочена и имеет следующий вид:

Полимерная цепь включает строго чередующиеся справа и слева бензольные кольца. Это наиболее прочный, твердый и тугоплавкий полимер из всех перечисленных. В промышленности применяется для изготовления высокопрочных термостойких и химически стойких деталей.

По способу получения полистирол может быть:

• Эмульсионным (ПСЭ),

• Суспензионным (ПСС),

• Получаемым в массе или блочным (ПСМ).

ЭМУЛЬСИОННЫЙ ПОЛИСТИРОЛ ПСЭ

Это один из первых способов получения полистирола. Применялся пионерами производства полимеризированного стирола и безнадежно устарел, так что в современном производстве давно не применяется. Способ заключался в проведении реакции полимеризации в водно-щелочном растворе при невысоких температурах (85-95 °C). При этом использовались: стирол, вода, эмульгатор (соли жирных кислот и сульфокислот, мыло) и инициатор полимеризации (двуокись водорода или персульфат калия). Стирол очищался от замедляющих реакцию требутил-пирокатехина и гидрохинона. Реактор наполнялся смесью воды с касторовым маслом, затем вводился стирол и инициаторы полимеризации при постоянном тщательном перемешивании, и смесь начинала нагреваться. Поступающий из капель эмульсии мономер, растворённый в мыле, постепенно полимеризовался. На стадии 20 % полимеризации мицеллярное мыло расходовалось и далее реакция разворачивалась уже внутри частиц полимера. Завершение процесса происходило при содержании в растворе стирола не более 0,5 %. Эмульсия помещалась в другой резервуар, где начиналась стадия осаждения: эмульсию сгущали раствором поваренной соли и сушили.

В результате получался полимер в виде порошка (размер частицы не более 0,1 мм). Однако полностью удалить примеси (участвовавшие в реакции щелочи) не удавалось, и готовый полистирол получал желтоватый оттенок.

СУСПЕНЗИОННЫЙ ПОЛИСТИРОЛ ПСС.

Метод, также утративший свою актуальность. В современной промышленности применяется для получения сополимеров стирола или при изготовлении пенополистирола (пенопласта). Стирол помещается в реактор и перемешивается с водой с добавлением стабилизаторов эмульсии (поливинилового спирта, полиметакрилата натрия, гидроксида магния) и инициаторов полимеризации (те же вещества, что использовались ранее при эмульсионном изготовлении полистирола). При постепенном нагревании до средних температур (130о С) под давлением стартует процесс полимеризации. Из полученной смеси полистирол выделяется с помощью центрифугирования, затем промывается и сушится.

ПОЛИСТИРОЛ, ПОЛУЧАЕМЫЙ В МАССЕ (БЛОЧНЫЙ ПОЛИСТИРОЛ) ПСМ.

Наиболее эффективный метод, активно применяющийся для изготовления полистирола на современных предприятиях. Процесс может проходить по пути полной и неполной конверсии: в первом случае реакция завершается на стадии полимеризации 80-90% массы, во втором – при полимеризации 50-60%. Процесс превращения стирола в полистирол происходит последовательно (в три стадии) в бензольной среде при постепенном повышении температуры от 80 до 220о С. Остаточный мономер удаляют вакуумным способом и снова возвращают в начало цикла. Конечный продукт отличается высоким качеством и чистотой.

По назначению выделяют три основных вида промышленного полистирола:

• Ударопрочный (HIPS),

• Общего назначения или прозрачный (GPPS),

• Экструдированный пенополистирол (EPS).

УДАРОПРОЧНЫЙ ПОЛИСТИРОЛ HIPS.

Высококачественный листовой материал, прочность и эластичность которого обусловлена включением в состав бутадиенового или бутадиен-стирольного каучуков. Легкость, морозостойкость и нечувствительность к щелочам и кислотам делают возможным его применение в пищевой промышленности, а также в наружной отделке, рекламе и т.д. Область применения ударопрочного полистирола охватывает практически все сферы человеческой деятельности, что обуславливается универсальностью этого материала: в зависимости от обработки он может быть глянцевым и матовым, гладким и рифленым, светорассеивающим и цветным. Эти свойства позволяют использовать ударопрочный полистиролпри отделке, изготовлении игрушек, одноразовой посуды, упаковки и прочего. Отдельные разновидности имеют специфическое назначение. Так в холодильной технике применяется особый фреоностойкий полистирол, в наружном оформлении используется ударопрочный полистирол с добавлением УФ-стабилизаторов, обеспечивающих защиту от пожелтения в результате воздействия солнечных лучей.

ПОЛИСТИРОЛ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ ИЛИ ПРОЗРАЧНЫЙ ПОЛИСТИРОЛ GPPS.

Имеет широкую сферу применения. Это неударопрочный, хрупкий материал с низкой плотностью. Характеризуется высокой жесткостью. Химически и влаго- устойчив и потому долговечен, кроме того обладает ровной гладкой поверхностью и имеет высокую степень прозрачности, поэтому широко применяется в качестве недорогого аналога оргстекла. Одним из недостатков полистирола общего назначения является его низкая устойчивость к ультрафиолетовому излучению и хрупкость, что ограничивает сферу применения и затрудняет транспортировку.Прозрачный полистирол широко применяется в светотехнике, наружной рекламе, внутренней декоративной отделке. Это дешевый материал с большим сроком службы.

ЭКСТРУДИРОВАННЫЙ ПЕНОПОЛИСТИРОЛ EPS.

Изготавливается из полимеризированного стирола методом экструзии: в полистирол добавляют вспенивающий агент (фреоны различной жесткости или системы на базе CO2 – более современный агент) и газ и смешивают под большим давлением при высокой температуре. Затем расплавленную массу продавливают через экструдер, в результате чего получают шарообразные легкие гранулы с крошечными ячейками (до 0,2 мм), заполненными воздухом. Вспененный полистирол формуется в зависимости от назначения (блоки, пласты и т.д.).

Область применения вспененного полистирола очень широка. Прежде всего, это уникальный утеплитель, который применяется в строительстве уже более 60 лет и до сих пор не имеет аналогов с такими же характеристиками. Долговечность, устойчивость к химическим воздействиям, грибкам, влаге и сдавливанию делает его универсальным строительным материалом. Эти же свойства делаютэкструдированный пенополистирол прекрасным материалом для изготовления изотермической и упаковочной тары для пищевых продуктов и других упаковок, для моделирования и производства отдельных деталей ульев, плавательных средств и др. Кроме того вспененный полистиролодин из наиболее экологичных полимерных материалов, однако большой проблемой является высокая горючесть экструдированного пенополистирола, которая часто приводит к возгоранию помещений, при строительстве которых использовался этот материал.

chimtorg.com.ua

Полистирол

Министерство образования Российской Федерации и науки

Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

“Алтайский Государственный Технический Университет

им. И.И. Ползунова”

Реферат.

По дисциплине «органическая химия» на тему:

«Полистирол (поливинилбензол)»

Выполнила студентка гр. ПКМ-71:

Бархатова Л. Н.

Проверила старший преподаватель

кафедры ФиТКМ: Арсентьева С.Н.

Подпись:

Барнаул 2008г.

Содержание

Введение, общая характеристика и классификация полимеров

1. Историческая справка

2. Описание полистирола

3. Основные свойства

3.1.Физические свойства

3.2.Химические свойства

4. Получение

5. Надмолекулярная структура, конформация, конфигурация

6. Способы отверждения

7. Применение в промышленности

Заключение

Список литературы

Введение

Общая характеристика и классификация полимеров

Полимером называется органическое вещество, длинные молеку­лы которого построены из одинаковых многократно повторяю­щихся звеньев – мономеров.

Размер молекулы полимера определяется степенью полимери­зации n, т.е. числом звеньев в цепи. Если n= от 10 до 20, вещества представляют собой легкие масла. С возрастанием n увеличива­ется вязкость, вещество становится воскообразным, наконец, при n=1000 образуется твердый полимер. Степень полимеризации неограниченна: она может быть 10⁴ , и тогда длина молекул достига­ет микрометров. Молекулярная масса полимера равна произве­дению молекулярной массы мономера и степени полимеризации. Обычно она находится в пределах от 10³ до 3×10⁵ . Столь большая длина молекул препятствует их правильной упаковке, и структура полимеров варьирует от аморф­ной до частично кристаллической. Доля кристалличности в зна­чительной мере определяется геометрией цепей. Чем ближе укла­дываются цепи, тем более кристалличным полимер становится. Кристалличность даже в лучшем случае оказывается несовершенной [1].

Аморфные полимеры плавятся в диапазоне температур, зави­сящем не только от их природы, но и от длины цепей; кристалли­ческие имеют точку плавления.

По происхождению полимеры делятся на три группы: синтетические полимеры (искусственные), природные органические и природные неорганические полимеры.

Синтетические полимеры получаются путем ступенчатой или цепной полимеризации низкомолекулярных полимеров.

Природные неорганические полимеры – это например расплав магмы, оксид кремния.

Природные органические полимеры образуются в результате жизнедеятельности рас­тений и животных и содержатся в древесине, шерсти, коже. Это протеин, целлюлоза, крахмал, шеллак, лигнин, латекс.

Обычно природные полимеры подвергаются операциям выде­ления очистки, модификации, при которых структура основных цепей остается неизменной. Продуктом такой переработки явля­ются искусственные полимеры. Примерами являются натураль­ный каучук, изготовляемый из латекса, целлулоид, представляю­щий собой нитроцеллюлозу, пластифицированную камфарой для повышения эластичности.

Природные и искусственные полимеры сыграли большую роль в современной технике, а в некоторых областях остаются неза­менимыми и до сих пор, например в целлюлозно-бумажной про­мышленности. Однако резкий рост производства и потребления органических материалов произошел за счет синтетических поли­меров – материалов, полученных синтезом из низкомолекуляр­ных веществ и не имеющих аналогов в природе. Развитие хими­ческой технологии высокомолекулярных веществ – неотъемлемая и существенная часть современнойНТР. Без полимеров уже не может обойтись ни одна отрасль техники, тем более новой. По химической структуре полимеры делятся на линейные, разветв­ленные, сетчатые и пространственные. Молекулы линейных поли­меров химически инертны по отношению друг к другу и связаны между собой лишь силами Ван-дер-Ваальса. При нагревании вязкость таких полимеров уменьшается и они способны обратимо переходить сначала в высокоэластическое, а затем и в вязкотекучее состояния (рисунок 1). Поскольку единственным следствием нагрева является изменение пластичности, линейные полимеры называют термопластичными. Не следует думать, что термин «ли­нейные» обозначает прямолинейные, наоборот, для них более ха­рактерна зубчатая или спиральная конфигурация, что придает таким полимерам механическую прочность.

Термопластичные полимеры можно не только плавить, но и растворять, так как связи Ван-дер-Ваальса легко рвутся под дей­ствием реагентов.

Разветвленные (привитые) полимеры более прочны, чем ли­нейные. Контролируемое разветвление цепей служит одним из основных промышленных методов модификации свойств термопластичных полимеров.

Сетчатая структура характерна тем, что цепи связаны друг с другом, а это сильно ограничивает движение и приводит к изме­нению как механических, так и химических свойств. Обычная ре­зина мягка, но при вулканизации серой образуются ковалентные связи типа S-ноль, и прочность растет. Полимер может приобрести сетчатую структуру и спонтанно, например, под действием света и кислорода произойдет старение с потерей эластичности и рабо­тоспособности. Наконец, если молекулы полимера содержат реакционноспособные группы, то при нагревании они соединяются множеством поперечных прочных связей, полимер оказывается сшитым, т. е. приобретает пространственную структуру. Таким образом, нагрев вызывает реакции, резко и необратимо изменяю­щие свойства материала, который приобретает прочность и вы­сокую вязкость, становится нерастворимым и неплавким. Вслед­ствие большой реакционной способности молекул, проявляющей­ся при повышении температуры, такие полимеры называют тер­мореактивными. Нетрудно представить, что их молекулы активны не только по отношению друг к другу, но и к поверхностям ино­родных тел. Поэтому термореактивные полимеры, в отличие от термопластичных, обладают высокой адгезионной способностью даже при низких температурах, что позволяет использовать их в качестве защитных покрытий, клеев и связующего в композици­онных материалах.

Термопластичные полимеры получают по реакции полимери­зации, протекающей по схеме (рисунок 2).

При цепной полимеризации молекулярная масса нарастает почти мгновенно, промежуточные продукты неустойчивы, реакция чувствительна к присутствию примесей и требует, как правило, высоких давлений. Неудивительно, что такой процесс в естествен­ных условиях невозможен, и все природные полимеры образова­лись иным путем. Современная химия создала новый инстру­мент — реакцию полимеризации, и благодаря ему большой класс термопластичных полимеров. Реакция полимеризации реализует­ся лишь в сложной аппаратуре специализированных производств, и термопластичные полимеры потребитель получает в готовом виде.

Реакционноспособные молекулы термореактивных полимеров могут образоваться более простым и естественным путем – посте­пенно от мономера к димеру, потом к тримеру, тетрамеру и т. д. Такое объединение мономеров, их «конденсацию», называют ре­акцией поликонденсации; она не требует ни высокой чистоты, ни давлений, но сопровождается изменением химического состава, а часто и выделением побочных продуктов (обычно водяного пара) (рисунок 2). Именно эта реакция реализуется в природе; она мо­жет быть легко осуществлена за счет лишь небольшого нагрева в самых простых условиях, вплоть до домашних. Такая высокая технологичность термореактивных полимеров предоставляет ши­рокие возможности изготовлять различные изделия на нехимиче­ских предприятиях, в том числе на радиозаводах [1].

Независимо от вида и состава исходных веществ и способов получения материалы на основе полимеров можно классифици­ровать следующим образом: пластмассы, волокниты, слоистые пластики, пленки, покрытия, клеи.

1. Историческая справка

Промышленность ластмасс зародилась на рубеже XX века. Легко полимеризующийся стирол и его стеклообразный твердый полимер сразу же привлекли внимание. Основы химии и техноло­гии производства полистирола заложили Остромысленский и Штау-дингер. Последний предложил цепной механизм образования макромолекул полистирола.

Первый патент на получение полистирола (способом термической спонтанной полимеризации в массе) был взят в Германии в 1911г. Там же в 1920 г. началось промышленное производство полимера. В 1936г. уже производилось 6000 т/год.

За пределами Германии рост производства полистирола долгое время сдерживался высокой ценой на мономер. Стимулом к бурному развитию послужило создание в США во время второй мировой войны крупнотоннажного производства бутадиен-стирольного каучукачто, естественно, привело к снижению цен на стирол. После Войныпроизводство полистирола и сополимеров стирола, содержащихболее 50 процентов стирола по составу (в отличие от бутадиен-стирольного каучука, где стирола около 30 процентов), развивалось самостоятельно. Разработка таких эффективных продуктов_; как пенополистирол, ударопрочные полимеры стирола, АБС-пластики, позволила полистирольным пластикам в целом занять третье место в мировом производстве пластмасс после полиэтилена и поливинилхлорида.

mirznanii.com

ПОЛИСТИРОЛ — это… Что такое ПОЛИСТИРОЛ?

(ПС, бакелит, вестирон, стирон, фостарен, эдистер и др.), термопластичный полимер линейного строения. Аморфный бесцв. прозрачный хрупкий продукт; степень полимеризации п =600-2500, полидисперсность = 2 Ч 4 (и среднемассовая и среднечисловая мол. массы соотв.) в зависимости от технологии получения; индекс текучести 2-30. Для П. характерны легкость переработки, хо рошая окрашиваемость в массе и очень хорошие диэлектрич. св-ва. Ниже приведены св-ва П., полученного термич. полимеризацией стирола в массе:

П. легко раств. в собств. мономере, ароматич. и хлорир. углеводородах, сложных эфирах, ацетоне, не раств. в низших спиртах, алифатич. углеводородах, фенолах, простых эфирах. Обладает низким влагопоглощением, устойчив к радиоактивному облучению, в к-тах и щелочах, однако разрушается конц. азотной и ледяной уксусной к-тами. Легко склеивается. На воздухе при УФ облучении П. подвергается старению: появляются желтизна и микротрещины, происходит помутнение, увеличивается хрупкость. Термодеструкция начинается при 200 °С и сопровождается выделением мономера. П. не токсичен.

Его недостатки — хрупкость и низкая теплостойкость; сопротивление ударным нагрузкам невелико. При т-рах выше 60 °С снижается формоустойчивость.

В пром-сти П. получают радикальной полимеризацией стирола след. методами: 1) термич. полимеризацией в массе (блоке) по непрерывной схеме в системе последовательно соединенных 2-3 аппаратов с мешалками; заключит. стадию процесса часто проводят в аппарате колонного типа. Начальная т-ра р-ции 80-100 °С, конечная 200-220 °С. Р-цию прерывают при степени превращения стирола 80-90%; непрореагировавший мономер удаляют из расплава П. под вакуумом и затем с водяным паром до содержания стирола в П. 0,01-0,05%. В П. вводят стабилизаторы, красители, антипирены и др. добавки и гранулируют. «Блочный» П. отличается высокой чистотой. Эта технология наиб. экономична и практически безотходна (непрореагировавший стирол возвращается на полимеризацию).

2) Суспензионной полимеризацией по периодич. схеме в реакторах объемом 10-50 м ³, снабженных мешалкой и рубашкой. Стирол суспендируют в деминерализов. воде, используя разл. стабилизаторы эмульсии; инициатор полимеризации растворяют в стироле. Процесс ведут при постепенном повышении т-ры от 40 до 130°С под давлением в течение 8-14 ч. Из полученной суспензии П. выделяют центрифугированием, после чего его промывают и сушат. Процесс удобен для получения и сополимеров стирола. Этим же методом в осн. производят и пенополистирол.

3) Эмульсионной полимеризацией по периодич. схеме. Этим методом получают П. наиб. высокой мол. массы. Применение метода все время сокращается, т. к. он сопряжен с большим кол-вом сточных вод.

П. перерабатывают литьем под давлением и экструзией при 190-230 °С (см. Полимерных материалов переработка). Применяют как конструкц., электроизоляц. (пленки, нити и др.) и декоративно-отделочный материал в приборо-и машиностроении, радио- и электротехнике (напр., корпуса и панели приборов), для изготовления изделий ширпотреба (посуда, авторучки, игрушки, осветит. арматура и др.).

Для получения материалов, обладающих более высокими теплостойкостью и ударной прочностью, чем П., используют смеси последнего с др. полимерами и сополимеры стирола, из к-рых наиб. пром. значение имеют блок- и привитые сополимеры, т. наз. ударопрочные материалы (см. АБС-пластик, Полистирол ударопрочный),а также статистич. сополимеры стирола с акрилонитрилом, акрилатами и мета-крилатами, а-метилстиролом и малеиновым ангидридом. Статистич. сополимеры с виниловыми мономерами получают по той же технологии, что и П.,-чаще всего суспензионной или эмульсионной сополимеризацией.

Сополимер стирола с акрилонитрилом (САН) обычно содержит 24% последнего, что соответствует азеотропному составу смеси мономеров и позволяет получать продукт постоянного состава. САН превосходит П. по теплостойкости, прочности при растяжении, ударной вязкости и устойчивости к растрескиванию в агрессивных жидких средах, однако уступает по диэлектрич. св-вам и прозрачности. Стоимость САН значительно выше, чем П. Аналогичными св-вами, но лучшими прозрачностью и устойчивостью к УФ облучению обладает тройной сополимер стирол-акрилони-трил-метилметакрилат; однако его стоимость выше, чем САН.

Сополимер стирола с а-метилстиролом (САМ) по де-формац. теплостойкости превосходит П. на 20-25 °С, по др. св-вам близок ему.

Сополимер стирола с малеиновым ангидридом (2-3%) получают радикальной сополимеризацией в p-pe орг. неполярного р-рителя; используют как пленкообразующий компонент при получении лакокрасочных материалов.

П. и пластмассы на основе сополимеров стирола составляют группу полистирольных (стирольныг.) пластиков, хотя в нек-рых сополимерах содержание стирола менее 50%. Мировое произ-во стирольных пластиков 5,8 млн. т/год, в СССР-449 тыс. т/год (1986). Доля П. в их произ-ве постоянно снижается и в 80-х гг. не превысила 15%.

Лит.: Полистирол. Физико-химические основы получения и переработки, М., 1975; Энциклопедия полимеров, т. 3, М., 1977, с. 533-47; Бакнелл К., Ударопрочные пластики, пер. с англ., Л., 1981; Иванчев С. С., Радикальная полимеризация, Л., 1985. С. А. Вольфсон.

Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. Под ред. И. Л. Кнунянца. 1988.

dic.academic.ru