Полистирол что это за материал?

Что такое полистирол: свойства материала, его характеристики и преимущества

Полистирол – термопластичный полимер, с линейной структурой, продукт полимеризации стирола. Способ получения определяет физико-химические свойства полистирола и его предназначение.

  • Методы получения
    • Эмульсионный
    • Суспензионный
    • Получаемый в массе или блочный пенополистирол
  • Виды полистирола
    • Полистирол общего назначения
    • Ударопрочный полистирол
    • Экструдированный полистирол
  • Сфера применения полистирола

Методы получения

Промышленное получение полистирола базируется на химической реакции: полимеризация стирола. Три метода получения полистирола, выделяют в промышленности. Но не все из них нашли широкую признательность по тем или иным причинам.

Эмульсионный

Способ достаточно старый и не особо используемый. Синтез проходит при температуре 85-95 С. Суть его состоит в том, что стирол полимеризуется в водном растворе гидроксида натрия.

Для реакции необходимо:

  • сырье (стирол),
  • вода,
  • эмульгатор,
  • инициатор.

Раствор касторового масла заливают в специальный реактор. В него добавляют при перемешивании сырье. Для начала реакции вводится инициатор.

Мономер, свободно плавающий среди мицелл мыла, начинает полимеризоваться. После того, как полимеризация достигнет 20%, процесс переходит на стадию «самосоврершенства» и продолжается внутри полимера. С достижением 0,5% отметки по содержанию «вольного» стирола вся «каша» отправляется на стадию осаждения. Высожденный полистирол сушат.

Суспензионный

По данному способу получения синтез проходит в специальных реакторах, при постоянном перемешивании и поддержанием заданной температуры.

В дистиллированной воде с добавлением стабилизаторов эмульсии (ПВС, гидроксид магния) и инициаторов полимеризации суспензируют стирол. В процессе синтеза постепенно поднимается давление и температура. В результате взаимодействия образуется суспензия, из нее путем центрифугирования отделяют полистирол. Затем материал промывают и сушат. Данным способом главным образом получают пенополистирол.

Получаемый в массе или блочный пенополистирол

Полимеризация проходит постадийно в среде бензола. В первой стадии температура составляет 80-100 С. Во второй 100-120 С. Весь процесс непрерывно проходит в реакторах с мешалками. Процесс признается оконченным, когда степень перехода стирола в полистирол составляет 80-90% массы. Непрореагировавшее сырье возвращается в начало процесса. Полученный продукт имеет высокую степень чистоты, а процесс практически лишен отходов.

Виды полистирола

Ученые нашли возможность смешивать полистирол с другими его «стирольными собратьями»: полимерами, сополимерами. Это позволяет получать новые соединения с уникальными свойствами: высокой теплостойкостью, ударопрочностью и т.п. Наибольшим промышленным интересом пользуются блочные, привитые, статические сополимеры.

Выделяют три вида полистирола:

  • общего назначения,
  • ударопрочный,
  • экструдированный.

Рассмотрим подробнее представителя каждого вида.

Полистирол общего назначения

Полимер отличающейся повышенной хрупкостью и жесткостью. Производится по ГОСТу с помощью суспензионного и блочного способа.

Физические свойства: прозрачный материал, повышенной твердости, имеет низкое влагопоглощение, радиационную устойчивость, отличные диэлектрические свойства, но характеризуется низкой устойчивостью к ультрафиолетовому излучению.

Химические свойства: инертен к воде, действию кислот и оснований, плохо растворим в маслах и растворителях.

Применяется для изготовления бытовых товаров, пищевой упаковки, игрушек. Используется также при выпуске щитов наружной рекламы.

Ударопрочный полистирол

Продуктом взаимодействия стирола с бутадиеновым и бутадиен-стирольным каучуком является ударопрочный полистирол. Свойства полимера определяются соотношением стирол/каучук. Выделяют средне-, высоко- и сверхударопрочный материал.

Свойства данного образца по теплостойкости, твердости, диэлетрическим характеристиками схожи с собратом общего назначения. Используют в приборостроении, в мебельном производстве, в бытовой области для производства посуды, игрушек. Данный материал отличается не только высокопрочными характеристиками, но и низкой стоимостью.

Экструдированный полистирол

Полимер изготавливается методом экструзии полимеризированного стирола. С середины 20 века, с момента изобретения, экструдированный полистирол пользуется повышенной популярностью и не имеет аналогов.

Данный полистирол является универсальным утеплителем. Применяют в промышленном и гражданском строительстве.

Основные физико-химические свойства:

  • Низкая теплопроводность.
  • Химическая стойкость к агрессивным веществам.
  • Повышенная прочность.
  • Влаго-, морозостойкость.
  • Долговечность.
  • Устойчивость к биопоражениям.

Нетоксичный, безопасный для человека и животных, удобный в работе материал имеет лишь один недостаток – высокая горючесть, но со способностью к самозатуханию.

Сфера применения полистирола

Бытовая: из полистирола изготавливают канцтовары, игрушки, предметы интерьера, упаковочные материалы. Строительство: используется при изготовлении утеплителей, звукоизоляционныхплит, декоративных отделочных материалов и клеевых основ. Медицина: изготовление станций переливания крови, одноразовых инструментов.

Электротехника: применяется при изготовлении кабелей, антенн, элементов крупной бытовой техники.

Промышленность: применятся при изготовлении различных конструкций, а также турбин и агрегатов.

Полистирол – это доступный недорогой материал, с прекрасными экологично-безопасными показателями, теплоизолирующими, сверхпрочными характеристиками. Каждый его вид по-своему хорош и незаменим. В настоящее время нет аналогов данного материала. А насколько с его появление стала комфортнее и теплее жизнь человека! Теперь от громких соседей можно отгородиться специальными звукопоглощающими элементами, утеплить дом с минимальными затратами, поехать на шашлыки и взять с собой одноразовую посуду. Полимеры делают нашу жизнь лучше, единственное, что остается нам использовать и утилизировать их без вреда для окружающей природы.

Полистирол: виды, свойства и характеристики

Полистирол – это термопластичный полимер с линейной структурой, являющийся продуктом полимеризации стирола. Физические и химические характеристики, а также эксплуатационные свойства зависят от способа получения, молекулярной массы, полидисперсности и других факторов. Его перерабатывают литьем под давлением и экструзией при высоких температурах.

Сфера его применения достаточно широка. Полимер используют в гражданской и военной промышленности, машиностроении, электротехнике, строительстве, приборостроении, медицине, пищевой промышленности, для внешней и внутренней декоративной отделки помещений, а также для изготовления различных бытовых предметов. Его достоинства заключаются в следующем:

  • легко поддается обработке;
  • устойчив к воздействию агрессивных химических веществ;
  • является хорошим диэлектриком;
  • экологически безопасен;
  • не имеет запаха.

Среди существенных недостатков можно выделить горючесть, плохую износостойкость, повышенную хрупкость, низкую рабочую температуру.

Для повышения физических характеристик и улучшения эксплуатационных свойств его смешивают с другими полимерами.

Содержание:

Методы получения

Существует несколько методов производства полистирола. Некоторые из них получили широкое распространение и используются по сей день, другие применяют лишь в редких случаях. Выделяют три основных способа его создания: эмульсионный, суспензионный, блочный или получаемый в массе.

Эмульсионный способ в силу ряда причин не получил такого распространения, как два другие. Он основан на полимеризации стирола в щелочном растворе при 85 – 95 градусов по Цельсию. Для получения готового продукта используются стирол, вода, эмульгатор и инициатор полимеризации. Данный метод позволяет получать полимер с большой молекулярной массой.

Суспензионный способ на сегодняшний день уже устарел, но до сих пор его используют в производстве пенополистирола, также его применяют для получения сополимеров. Полимеризация стирола происходит при постепенном повышении температурных показателей под давлением. В ходе производственного процесса получают суспензию, из которой путем центрифугирования уже получают готовое продукт. Далее он подвергается промывке и сушке.

Блочный или получаемый в массе метод является самым современным и применяется на большинстве химических заводов. Его преимущества – получение на выходе продукции высокого качества, безотходность, высокая эффективность. На промышленных предприятиях используют две схемы: полной и неполной конверсии. Процесс происходит в несколько этапов с постепенным повышением температуры.

Виды полистирола

Благодаря смешению полистирола с другими полимерами и сополимерами стирола, удается получить материалы, обладающие превосходной теплостойкостью и ударной прочностью. Наибольшее промышленное значение имеют блок-сополимеры и привитые сополимеры, а также статистические сополимеры. Выделяют три основных вида промышленного полистирола: общего назначения, ударопрочный и экструдированный.

Полистирол общего назначения

Полистирол общего назначения – прозрачный материал, отличающийся жесткостью и хрупкостью. Имеет следующие маркировки: PS, PS-GP, GPPS, Сrystal PS и XPS. Производится согласно ГОСТа 20282-86 с помощью суспензионного и блочного метода, предназначен для изготовления изделий различными методами термоформования.

  • максимальная температура эксплуатации – 75 – 105 Сº;
  • стеклование – 80 – 113 Сº;
  • предел хрупкости – 60 – 70 Сº;
  • плотность – 1,04 – 1,06 г/см3;
  • модуль упругости при растяжении – 2 850 – 2 930 МПа;
  • прочность на изгиб – 80 – 104 МПа;
  • предельная прочность на разрыв – 3%.

Получаемый материал устойчив к воде, кислотам и щелочам, отличается низкой устойчивостью к различным растворителям и техническим маслам. Кроме того, имеет следующие физико-химические свойства:

  • прозрачность;
  • твердость;
  • низкое влагопоглощение;
  • отличные диэлектрические показатели;
  • радиационную устойчивость;
  • низкую устойчивость к УФ-излучению.

Он в основном используется для производства бытовых изделий, тары и пищевой упаковки, а также детских игрушек. Применяется в светотехнике, при изготовлении щитов наружной рекламы, для декоративных и отделочных строительных работ.

Ударопрочный полистирол

Ударопрочный полистирол является продуктом сополимеризации стирола с бутадиеновым и бутадиен-стирольным каучуком. Его свойства во многом зависят от объема каучуковой фазы. Методы переработки – литье под давлением при высоких температурах и экструзия листа с вакуум- или пневмоформованием.

Соотношение стирола и каучука определяют эксплуатационные характеристики пластика. Выделяют следующие виды ударопрочного полистирола:

  • сверхударопрочный – содержание каучука 10 – 15%;
  • высокой ударной прочности – доля каучука 7,5 – 9%;
  • средней ударной прочности – каучук составляет 3,5 – 4,5%.
  • прочность при растяжении – не менее 21 МПа;
  • модуль упругости при растяжении – не менее 1 800 МПа;
  • относительное удлинение – не менее 45%;
  • прочность при изгибе – не менее 35 МПа;
  • модуль эластичности – не менее 50 МПа;
  • глянец под углом 60º – не менее 100.

Ударопрочный пластик имеет схожие значения с полистиролом общего назначения по теплостойкости, твердости, диэлектрическим свойствам. Его используют в приборостроении, изготовлении мебели, производстве бытовой техники, осветительных приборов, посуды и игрушек. Широта применения объясняется не только его высокими эксплуатационными свойствами, но и низкой ценой. В настоящее время он является одним из самых дешевых пластиков.

Читайте также  Шпон что это за материал?

Экструдированный полистирол

Экструдированный полистирол изготавливается из полимеризированного стирола методом экструзии. Несмотря на то, что он был изобретен еще в первой половине XX века, ему до сих пор нет аналогов, которые бы превосходили его по эксплуатационным свойствам и доступности. Он является универсальным утеплителем. Его используют для теплоизоляции в промышленном и гражданском строительстве, а также при производстве холодильного оборудования, звукоизоляции спортивных и ледовых арен.

  • плотность – 1,05 г/см3;
  • относительное удлинение – 1,3 %;
  • предел прочности при растяжении – 45 – 55 МПа;
  • прозрачность – 90 %;
  • предел прочности при изгибе – 75 – 80 МПа;
  • модуль упругости – 3 200 – 3 500 МПа;
  • ударная вязкость – 14 кДж/м2;
  • коэффициент линейного расширения – 8×10-5 1/0С°.

Этот универсальный синтетический материал обладает уникальными эксплуатационными свойствами:

  • низкой теплопроводностью;
  • устойчивостью с агрессивным химическим веществам;
  • высокой прочностью;
  • морозостойкостью;
  • влагоустойчивостью;
  • невосприимчивостью к грибку;
  • экологичностью;
  • долговечностью.

Материал хорошо поддается обработке, прост в монтаже, что немаловажно при любых строительных работах. Он абсолютно нетоксичен, что позволяет применять как его для наружной, так и для внутренней отделки жилых помещений.

Недостатком является его высокая горючесть, ему присвоен класс Г4, однако он имеет способность к самозатуханию.

Отличается доступной ценой, которая варьируется в зависимости от производителя, размеров и плотности плит.

Сфера применения

Бытовая сфера. Полимер не имеет запаха и может контактировать с пищей без вреда для здоровья человека. Именно благодаря высокой экологичности и безопасности, он используется для изготовления большого количества бытовых мелочей: одноразовая посуда, упаковка и тара, детские игрушки, предметы интерьера, канцтовары.

Строительство. Материал широко применяется в строительстве для теплоизоляции, при производстве сэндвич панелей, как декоративный и отделочный материал. Из него изготавливают потолочную плитку, звукопоглощающие элементы, клеевую основу и многое другое. Кроме того, его часто используют в дорожном строительстве, возведении промышленных зданий и сооружений.

Медицина. Пластик применяется при изготовлении различного медицинского инвентаря и инструментария. В частности, в производстве систем переливания крови, одноразовых инструментов, расходных материалов, чашек Петри.

Электротехника и бытовая электроника. Хорошие диэлектрические свойства полистирола нашли применение в производстве антенн, кабелей, тонких ориентированных конденсаторных пленок. Он также применяется при изготовлении корпусов бытовой техники, холодильных установок.

Промышленность. В гражданской промышленности его используют для возведения различных конструкций, агрегатов, турбин, зданий и сооружений. Его также применяют и в военной промышленности для производства напалма и некоторых взрывчатых веществ.

Полистирол является высокотехнологичным и недорогим материалом с превосходными теплоизоляционными и звукоизоляционными свойствами. Экологическая безопасность и доступность обуславливают его широкое применение в самых разных сферах человеческой жизни. В настоящий момент полимер не имеет аналогов, которые смогли бы его заменить. Близкие к полистиролу материалы либо имеют худшие эксплуатационные свойства, либо отличаются более высокой ценой. По всей видимости, он еще долгие годы будет оставаться востребованным как на российском, так и на мировом рынке.

Полистирол: свойства и разновидности материала

Отправим материал на почту

  • Физические и химические свойства
  • Пожароопасные свойства
  • Область применения
  • Виды пенополистирола
  • Общего назначения
  • Ударопрочный
  • Экструдированный
  • Способы производства
  • Эмульсионный
  • Суспензионный
  • Блочный
  • Преимущества материала
  • Отличие полистирола от пенопласта
  • Заключение

Полистирол — сложный полимер, кристаллическая решетка которого состоит из большого количества углеродно-водородных связей. В зависимости от способа производства, физические свойства и области применения вещества могут значительно отличаются.

Физические и химические свойства

Для полимера характерны следующие показатели:

  • устойчивость к удлинению – 3%;
  • прочность на изгибе – 103 МПа;
  • предел прочности на растяжение – 55 МПа;
  • теплопроводность – 0,16 Вт/мК;
  • показатель преломления – 12,59;
  • плотность – 1,05 г/см3.

Молекулярная масса вещества и способ производства влияют на физические свойства полимера. Прочность и температура, при которой вещество становится мягче, находятся в обратной зависимости от размера частиц полистирола.

Производители предлагают широкий выбор размеров готового листового полистирола: от 1200х1800 мм до 2050х3050 мм.

Пожароопасные свойства

Полистирол является материалом, поддающимся горению. Кислородный индекс вещества достигает 19%. От сгорания не убережет даже оболочка из железобетона, обрамляющая стройматериал. Производители и продавцы полистирола обязаны сообщать покупателям тот факт, что приобретаемый продукт не относится к пожаробезопасным. Противопожарные службы относятся с повышенным вниманием к применению полистирола в строительных конструкциях.

Минусом вещества также считается способность выделять опасный токсичный газ, который выделяется при горении. Однако полимер не загорается сам по себе. Это происходит только под воздействием прямого огня.

Крупные производители, выпускающие полистирол, ведут разработку негорючей версии вещества. Добавки, снижающие дымообразование, и компоненты, обеспечивающие защиту от возгорания, значительно улучшают противопожарные характеристики полимера.

Область применения

Полистирол применяется в следующих сферах промышленности:

  • Медицина. Легкий и прочный полимер пригоден для производства медоборудования. Расходники, одноразовые средства, устройства для переливания крови и лабораторные сосуды изготавливаются в больших количествах. Экологичность и безопасность позволяют производить из полистирола емкости, шприцы, трансфузионные системы и элементы для одноразового применения.
  • Строительство. Проектирование и техническое обслуживание автомагистралей, а также сооружение других строительных объектов не обходится без использования полимеров. Материал применяют для отделки фасадов зданий, в том числе с целью создания звукоизоляционного слоя. Также из полистирола производят плитку для потолка, основы для клея и сэндвич-панели.
  • Бытовая и электрическая техника. Принадлежность к диэлектрикам определила дальнейшее применение полистирола в изготовлении корпусной оболочки для бытовых приборов, пленочных конденсаторов, антенн и кабельной продукции.

Видео описание

Листовой полистирол. Применение, виды. Плюсы и минусы.

Виды пенополистирола

В зависимости от внутреннего строения и технологии производства различают следующие виды материала:

  • общего назначения (ПС);
  • ударопрочный (УПМ);
  • экструдированный (вспененный).

Общего назначения

Полимер, выпускаемый по ГОСТу 20282-86, имеет вид органического стекла. Процесс производства происходит суспензионным или блочным способом. Преимуществом полистирола общего назначения считается невосприимчивость к щелочным и кислотным веществам, а также принадлежность к диэлектрикам. Недостатком является недостаточная прочность. При помощи экструзии производятся два вида стройматериала:

  • Рифленый плазгаль. Представляет из себя листы с поперечным сечением 1,7-3 мм. Рельеф на поверхности обеспечивает изменение направления движения солнечных лучей, что нашло своё применение при изготовлении предметов интерьера в области светотехники.
  • Гладкий плазгаль. Выпускается в виде листов с относительно большой толщиной – 2-6 мм. Отличается устойчивостью к низким температурам воздуха, достигающим -40С, и способностью рассеивать свет. К недостаткам материала относится его хрупкость.

Ударопрочный

Полистирол данного вида получают в результате синтеза стирола и синтетического каучука. Количество добавленного бутадиенового каучука влияет на устойчивость материала к повреждениям. Для изготовления полимера со средними прочностными характеристиками используют 4,5% примеси в составе, а сверхударопрочный полистирол получают при добавлении 10-15% каучука. Продукт отличается низкой температурой плавления и легкостью в обработке. Ударопрочный полимер безопасен для человеческого организма. Характеристики электропроводности и прочности материала не отличаются от обычного полистирола. Однако примесь каучука в составе сильно снижает светпропускаемость вещества.

Экструдированный

Полистирол данного вида считается наиболее крепким благодаря пористой изолированной структуре. В процессе производства происходит вспениванию полистирола, с его дальнейшим формованием в виде листов. Теплоизоляционные свойства экструдированного полистирола позволяют применять материал для утепления зданий с наружной и внутренней стороны, устройстве теплозащитного слоя кровли и пола, а также при возведении фундаментов не только в виде теплоизолирующего слоя, но и в качестве несъемной опалубки.

Вспененный полистирол нечувствителен к грибкам, а повышенная влагостойкость является преимуществом материала. Среди пластмасс со схожими свойствами выделяют пенополистирол и пенопласт. Экструдированный полистирол выигрывает в устойчивости к изменениям в окружающей среде, пропускает до 90% солнечного света, а также отличается повышенной степенью уплотнения.

Если сравнивать вышеуказанные виды полистирола, то рассматривают следующие показатели:

  • плотность УПМ составляет 1060 кг/м3, на втором месте ПС – 1050 кг/м3, на третьем вспененный полимер с 1040 кг/м3;
  • напряжение при изгибе для экструдированного полистирола – 60-87 МПа, а для двух других видов находится в пределах 50-60 МПа;
  • напряжение при сжатии одинаково для ПС и УПМ и составляет 80-100 МПа, вспененный материал имеет значение 46-80 МПа;
  • напряжение при растяжении для экструдированного полимера – 36-60 МПа, для УПМ – 27-56 МПа и для ПС – 35-40 МПа;
  • удлинение при разрыве составляет 1-3% для вспененного полистирола, 1-2% – для УПМ и 1-1,5% – для ПС;
  • по теплостойкости на первом месте экструдированный материал с 85-90С, за ним идет УПМ с 65-80С и ПС с 60-70С;
  • самой низкой ударной вязкостью обладает ПС – 12-20 кДж/м2, на втором месте УПМ – 40-50 кДж/м2 и на третьем вспененный полимер – 80-100 кДж/м2.

Способы производства

От выбора метода изготовления зависят химические и физические характеристики пластмассы.

Эмульсионный

Суть метода заключается в очищении стирола на начальном этапе от веществ, которые могут тормозить протекание реакции. Далее добавляют двуокись водорода и пероксидисульфат калия с целью создания полимера. Мыло и алкилсульфонаты в составе смеси обеспечивают образование эмульсии. Повышение температуры до 85-95С стимулирует химический процесс, во время которого образуется полимер. О завершении реакции говорит снижение объема винилбензола до уровня 0,5%.

Далее микроскопические частицы жидкости под действием добавленного хлорида натрия слипаются в более крупные частицы и просушиваются. В итоге полистирол имеет порошкообразный вид с частицами, диаметр которых не превышает 0,1 мм. Примесь щелочи в составе полимера обеспечивает желтоватый оттенок гранул. Добиться прозрачности материала эмульсионным методом невозможно. Данный метод считается устаревшим, поэтому практически не встречается при изготовлении полистирола.

Читайте также  Полисатин что это за материал?

Суспензионный

Производство полимера этим способом подразумевает использование этенилбензола, прошедшего предварительную подготовку и растворение в жидкости. Также в состав смеси добавляют поливиниловый спирт, гидроокись магния, полиметакрилат натрия и другие вещества, способствующие образованию полимера. Далее составляющие тщательно перемешиваются. Реакция полимеризации происходит при повышенном давлении и постепенном увеличении температуры до 130С. Далее смесь подвергается воздействию центробежной силы в специальном устройстве. Завершающие этапы производства: полоскание и просушивание. Суспензионный метод также относится к устаревшим. Его применение оправдывает вторичная обработка полимера, в результате которой получают пенополистирол.

Видео описание

Утепление пола экструзионным пенополистиролом.

Блочный

Суть метода заключается в смешении винилбензола с бензоловой средой до состояния равномерного распределения частиц относительно друг друга. Перемешивание на начальном этапе происходит при температуре 90С, второй этап подразумевает повышение температуры до 220С. Блочное формирование завершают при остаточном значении стирола, который не превратился в полистирол, в 15%. Дальнейшее вакуумирование избавляет смесь от неполимеризованного винилбензола.

На сегодняшний день блочный метод считается наиболее востребованным при производстве полистирола ввиду получения качественного материала. Полимер имеет высокую чистоту и прочность. Достоинствами данного метода считаются максимальная безотходность и рентабельность производственного процесса.

Преимущества материала

Химические и физические характеристики полистирола обеспечили конкурентоспособность материала среди схожих полимеров. К преимуществам термопласта относятся:

  • Химическая устойчивость к воздействию разбавленными кислотами и веществами, содержащими спирт.
  • Легкость отделочных работ. Полистирол без труда поддается обработке, распилу, фрезеровочным процессам, сверлению отверстий.
  • Простота изменения модификаций. Благодаря небольшому весу и поперечному сечению, можно склеивать листы материала с использованием ультразвука, термосварки и полимерных составов.
  • Влагоустойчивость и невосприимчивость к грибкам.
  • Экологичность использования.
  • Стойкость к воздействию окружающей среды. Материал сохраняет изначальный внешний вид на протяжении долгого времени.
  • Разнообразие цветовых решений с предложенными примерами упрощает выбор нужного материала.

К недостаткам полистирола можно отнести его уязвимость к растворителям органического происхождения и техническим маслам, под воздействием которых он быстро разрушается.

Низкая стоимость и большой ассортимент продукции позволяет сэкономить средства на покупке стройматериалов, а также получить в итоге качественный и эстетичный результат.

Видео описание

Как правильно приклеить пенопласт

Отличие полистирола от пенопласта

Экструдированный полистирол и пенопласт являются родственными материалами. В процессе производства пар увеличивает гранулы материала, которые разбухают и соединяются. Нагревание и продавливание полимера через экструдер образуют пенополистирол, который практически не отличается от пенопласта по своим химическим свойствам. Основное различие — плотность итогового материала.

Заключение

Низкая стоимость, высокая экологичность, хорошая звуко- и теплоизоляция, которыми обладают полистирольные листы обеспечивают востребованность материала в современном строительстве. Качественный и долговечный полимер обошел конкурентов во всех сферах применения, поскольку аналогичные отделочные материалы проигрывают в ценовой политике или по эксплуатационным характеристикам.

Полистирол

Содержание

Свойства

Степень полимеризации промышленно выпускаемых полистиролов n = 600—2500, коэффициент полидисперсности ( — среднемассовая, — среднечисловая молекулярные массы). В зависимости от метода синтеза и степени полимеризации индекс текучести составляет 2-30, температура размягчения (по Вика, 200 МПа) 97 °С для аморфного и 114 °С для частично кристаллизованно полистирола [1] .

Фенильные группы препятствуют упорядоченному расположению макромолекул и формированию кристаллических образований.

Полистирол — жёсткий, хрупкий, аморфный полимер с высокой степенью оптического светопропускания, невысокой механической прочностью. Полистирол имеет низкую плотность (1060 кг/м³), усадка при литьевой переработке 0,4-0,8 %. Полистирол обладает отличными диэлектрическими свойствами и неплохой морозостойкостью (до −40 °C). Имеет невысокую химическую стойкость (кроме разбавленных кислот, спиртов и щелочей).

Растворяется в ацетоне, толуоле, дихлорэтане, медленнее в бензине. Не растворим в воде. Термопластичный материал. Полистирол легко формуется и окрашивается. Хорошо обрабатывается механическими способами. Хорошо склеивается. Обладает низким влагопоглощением, высокой влагостойкостью и морозостойкостью.

Получение

Промышленное производство полистирола основано на радикальной полимеризации стирола. Различают 3 основных способа его получения:

Эмульсионный (ПСЭ)

Наиболее устаревший метод получения, не получивший широкого применения в производстве. Эмульсионный полистирол получают в результате реакции полимеризации стирола в водном растворе щелочных веществ при температуре 85-95 °C. Для этого метода требуются: стирол, вода, эмульгатор и инициатор полимеризации. Стирол предварительно очищают от ингибиторов: требутил-пирокатехина или гидрохинона. В качестве инициаторов реакции применяют водорастворимые соединения, двуокись водорода или персульфат калия. В качестве эмульгаторов применяют соли жирных кислот, щелочи (мыло), соли сульфокислот. Реактор наполняют водным раствором касторового масла и тщательного перемешивая вводят стирол и инициаторы полимеризации, после чего полученная смесь нагревается до 85-95 °C. Мономер, растворённый в мицеллах мыла, начинает полимеризоваться, поступая из капель эмульсии. В результате чего образуются полимер-мономерные частицы. На стадии 20 % полимеризации мицеллярное мыло расходуется на образование адсорбированных слоёв и процесс далее протекает внутри частиц полимера. Процесс заканчивается, когда содержание свободного стирола станет менее 0,5 %. Далее эмульсия транспортируется из реактора на стадию осаждения с целью дальнейшего снижения остаточного мономера, для этого эмульсию коагулируют раствором поваренной соли и сушат, получая порошкообразную массу с размерами частиц до 0,1 мм. Остатки щелочных веществ влияют на качество полученного материала, поскольку полностью устранить посторонние примеси невозможно, а их наличие придаёт полимеру желтоватый оттенок. Данным методом можно получать полистирол с наибольшей молекулярной массой. Полистирол получаемый по данному методу имеет аббревиатуру — ПСЭ, которая периодически встречается в технической документации и старых учебниках по полимерным материалам.

Суспензионный (ПСС)

Суспензионный метод полимеризации производится по периодической схеме в реакторах с мешалкой и теплоотводящей рубашкой. Стирол подготавливают, суспендируя его в химически чистой воде посредством применения стабилизаторов эмульсии (поливинилового спирта, полиметакрилата натрия, гидроксида магния) и инициаторов полимеризации. Процесс полимеризации производится при постепенном повышении температуры (до 130 °С) под давлением. Результатом является — получение суспензии из которой полистирол выделяют путём центрифугирования, затем его промывают и сушат. Данный метод получения полистирола также является устаревшим и наиболее пригоден для получения и сополимеров стирола. Данный метод в основном применяется в производстве пенополистирола.

Блочный или получаемый в массе (ПСМ)

Различают две схемы производства полистирола общего назначения: полной и неполной конверсии. Термическая полимеризацией в массе по непрерывной схеме представляет собой систему последовательно соединенных 2-3 колонных аппарата-реактора с мешалками. Полимеризацию проводят постадийно в среде бензола — сначала при температуре 80-100 °С, а затем стадией 100—220 °С. Реакция прекращается при степени превращения стирола в полистирол до 80-90 % массы (при методе неполной конверсии степень полимеризации доводят до 50-60 %). Непрореагировавший стирол-мономер удаляют из расплава полистирола вакуумированием, понижая содержание остаточного стирола в полистироле до 0,01-0,05 %, непрореагировавший мономер возвращается на полимеризацию. Полистирол, полученный блочным методом отличается высокой чистотой и стабильностью параметров. Данная технология наиболее эффективна и практически не имеет отходов.

Применение

Выпускается в виде прозрачных гранул цилиндрической формы, которые перерабатываются в готовые изделия литьем под давлением либо экструзией при 190—230 °С. Широкое применение полистирола (ПС) и пластиков на его основе базируется на его невысокой стоимости, простоте переработки и огромном ассортименте различных марок.

Наиболее широкое применение (более 60 % производства полистирольных пластиков) получили ударопрочные полистиролы, представляющие собой сополимеры стирола с бутадиеновым и бутадиен-стирольным каучуком. В настоящее время созданы и другие многочисленные модификации сополимеров стирола.

Из полистиролов производят широчайшую гамму изделий, которые в первую очередь применяются в бытовой сфере деятельности человека (одноразовая посуда, упаковка, детские игрушки и т. д.), а также строительной индустрии (теплоизоляционные плиты, несъемная опалубка, сандвич панели), облицовочные и декоративные материалы (потолочный багет, потолочная декоративная плитка, полистирольные звукопоглощающие элементы, клеевые основы, полимерные концентраты), медицинское направление (части систем переливания крови, чашки Петри, вспомогательные одноразовые инструменты). Вспенивающийся полистирол после высокотемпературной обработки водой или паром может использоваться в качестве фильтрующего материала (фильтрующей насадки) в колонных фильтрах при водоподготовке и очистке сточных вод. Высокие электротехнические показатели полистирола в области сверхвысоких частот позволяют применять его в производстве: диэлектрических антенн, опор коаксиальных кабелей. Могут быть получены тонкие пленки (до 100 мкм), а в смеси с со-полимерами (стирол-бутадиен-стирол) до 20 мкм, которые также успешно применяются в упаковочной и кондитерской индустрии, а также производстве конденсаторов.

Ударопрочный полистирол и его модификации получили широкое применение в сфере бытовой техники и электроники (корпусные элементы бытовых приборов).

Военная промышленность

Предельно низкая вязкость полистирола в бензоле, позволяющая даже в предельных концентрациях получать все ещё подвижные растворы, [2] обусловила использование полистирола в составе напалма [3] в качестве загустителя, зависимость «вязкость-температура» которого, в свою очередь, уменьшается с увеличением молекулярной массы полистирола. [2] .

Утилизация

Считается, что полистирол не представляет опасности для окружающей среды. [4]

Переработка

Отходы полистирола накапливаются в виде вышедших из употребления изделий из ПС и его сополимеров, а также в виде промышленных (технологических) отходов ПС общего назначения, ударопрочного ПС (УПС) и его сополимеров. Вторичное использование полистирольных пластиков может идти по следующим путям:

  • утилизация сильно загрязненных промышленных отходов;
  • утилизация технологических отходов УПС и АБС-пластика методами литья под давлением, эктрузии и прессования;
  • утилизация изношенных изделий;
  • утилизация отходов пенополистирола (ППС);
  • утилизация смешанных отходов.

Сжигание

При сжигании полистирола образуется двуокись углерода (CO2), окись углерода (CO — угарный газ), сажа. [4] Сжигание полистирола, содержащего добавки (например, красители, компоненты, увеличивающие прочность и т. п.) может привести к выбросу в атмосферу других вредных веществ.

Читайте также  Хдф панели что это за материал?

Термодеструкция

Продукты разложения полистирола, образующиеся при термодеструкции и при термоокислительной деструкции, токсичны. При переработке полистирола в результате частичной деструкции материала могут выделяться пары стирола, бензола, этилбензола, толуола, оксида углерода. [4]

Виды и маркировки полистирола и его сополимеров

В мире используются следующие стандартные аббревиатуры:

  • PS — polystyrene, полистирол (ПС)
  • GPPS — general purpose polystyrene (полистирол общего назначения, неударопрочный, блочный, иногда называемый «кристаллическим», ПСЭ, ПСС или ПСМ маркировка зависит от способа получения)
  • MIPS — medium-impact polystyrene (средней ударопрочности)
  • HIPS — high-impact polystyrene (ударопрочный, УПС, УПМ)
  • EPS — expandable polystyrene (вспенивающийся полистирол, ПСВ)
  • Аббревиатура MIPS используется сравнительно редко.
  • ABS — Акрилонитрил-бутадиен-стирольный сополимер (АБС-пластик, АБС сополимер)
  • ACS — Акрилонитрил-хлорэтилен-стироловый сополимер (АХС сополимер)
  • AES, A/EPDM/S — Сополимер акрилонитрила, СКЭПТ и стирола (АЭС сополимер)
  • ASA — Сополимер акрилового эфира, стирола и акрилонитрила (АСА-сополимер)
  • ASR — Ударопрочный сополимер стирола (Advanced Styrene Resine))
  • MABS, M-ABS — Сополимер метилметакрилата, акрилонитрила, бутадиена и стирола, прозрачный АБС
  • MBS — Метилметакрилат бутадиен стирольный сополимер (МБС сополимер)
  • MS, SMMA — Сополимер метилметакрилата и стирола (МС)
  • MSN — Сополимер метилметакрилата, стирола и акрилонитрила (МСН)
  • SAM — Сополимер стирола и метилстирола (САМ)
  • SAN, — AS — Сополимер стирола и акрилонитрила (САН, СН)
  • SMA, S/MA — Стирол малеиново ангидридный сополимер.

Сополимеры стирола — термопластичные эластомеры

  • ESI — Этилен-стирольный интерполимер
  • SB, S/B — Стирол-бутадиеновый сополимер
  • SBS, S/B/S — Стирол-бутадиен-стирольный сополимер
  • SEBS, S-E/B-S — Стирол-этилен-бутилен-стирольный сополимер
  • SEEPS, S-E-E/P-S — Стирол-этилен-этилен/пропилен- стирольный сополимер
  • SEP — Стирол-этилен-пропиленовый сополимер
  • SEPS, S-E/P-S — Стирол-этилен-пропилен-стирольный сополимер
  • SIS — Стирол-изопрен-стирольный сополимер

Полистирол

ПС и сополимеры стирола

Полистирол (ПС, PS, polystyrene) – это твердый, аморфный полимерный материал, получающийся путем полимеризации стирола и относящийся к категории термопластов. Полистирол бывает общего назначения (ПСОН, GPPS), ударопрочный, вспенивающийся, а также разработано большое количество прочих сополимеров стирола. Ударопрочный ПС (УПС, УПМ) является блоксополимером стирола и каучука. Полимер в чистом виде достаточно хрупок, нуждается в модификаторе ударной вязкости или других аддитивах.

Ударопрочный полистирол за счет включений каучуковых мономерных звеньев обладает большей гибкостью и ударной вязкостью. При этом он имеет более низкую прочность на растяжение и термостойкость, чем ПС общего назначения. Также каучуковые звенья в УПС снижают его хрупкость и ухудшают оптические свойства материала. Такой сополимер отлично подходит для получения листов с дальнейшим термоформованием продуктов.

Вспенивающиеся полистиролы (ПСВ) – группа материалов, в состав которых включены специальные вспенивающие агенты, они применяются для изготовления пенопластовых изделий. ПСВ имеют отличные теплоизоляционные характеристики, минимальный удельный вес и используются для производства упаковки и отделочных строительных материалов.

Полистиролы в России производят ОАО «Нижнекамскнефтехим», ООО «Газпром нефтехим Салават», ООО «Стайровит» (Группа «Пеноплэкс»), и СИБУР (выпускает ПСВ).

Как следует из названия полимера, полистирол получают путем полимеризации стирола или фенилэтилена, представляющим собой жидкое вещество, имеющее резкий запах. Синтез проходит в массе в присутствии катализатора. Схематически реакция полимеризации стирола показана на рис.1. Обычно ПС выпускают в форме гранул от 2 до 5 мм в диаметре, расфасованных в мешки по 25 кг.

ПС при нормальных условиях выглядит как аморфное стекловидное вещество. Примерно при 80 градусах С пластик становится высокоэластичным, при 239 градусах С плавится. Ниже приведены основные свойства ПС общего назначения (GPPS).

— плотность около 1060 кг/куб.м;

— минимальная температура эксплуатации -40°С;

— максимальная температура эксплуатации +75 °С;

— невысокий коэффициент термического расширения;

— хорошая водостойкость и химстойкость, в том числе к кислотам и щелочам;

— хорошая стойкость к радиации;

— слабая стойкость к ультрафиолетовым лучам;

— сильные электроизоляционные свойства;

— экологически чистый, некоторые марки имеют пищевой допуск.

Разновидности стирольных пластиков

Помимо ПСОН промышленность производит большое количество других модификаций стирола и его сополимеров с другими мономерами. Рассмотрим наиболее часто применяющиеся из них.

  1. Гомополимер

GPPS — полистирол аморфного типа общего назначения.

SPS — кристаллизующийся синдиотактический ПС.

ПС высокой ударной прочности, УПС

Переработка

Полистирол и сополимеры являются одной из самых крупнотоннажных групп полимеров, производимых в мире. Технология их переработки, как правило, не представляет большого труда. Полимеры стирольной группы могут перерабатываться всеми основными методами. Причем хуже всех поддается переработке именно самый простой ПСОН ввиду своей хрупкости, ломкости и склонности к растрескиванию при любых напряжениях (в том числе внутренних). Это связано с тем, что линейная усадка ПС при переработке может достигать трех процентов, тогда как относительная деформация до разрушения обычно меньше этого значения. Сополимеры стирола перерабатываются без каких-либо проблем.

Полистирольные листы и плиты (в том числе из вспененного ПС или EPS) получают методом экструзии на плоскощелевых экструзионных линиях, это касается и вспененного ПС. Зачастую, лист не является самостоятельным изделием и отправляется на дальнейшую переработку методом пневмо- или вакуумформования (термоформования) в упаковочные продукты или одноразовую посуду. Термоформование производится либо на специальных машинах периодического действия, либо на автоматических термоформовочных линиях высокой производительности.

Рис.2. Виды вспененного материала EPS

Литьем под давлением из ПС производят товары для дома, кухни (масленки, хлебницы, баночки для хранения сыпучих и т.п.), автомобильные и строительные изделия и т.д. Для переработки полистирольных пластиков литьем нет необходимости в специальном оборудовании. Можно применять стандартные термопластавтоматы и использовать любые разновидности форм, в том числе горячеканальные, запорные, многокомпонентные и т.п. Важно иметь ввиду, что литьевые уклоны для ПСОН желательно проектировать больше, чем для других термопластов (не менее 2 градусов). Это связано с описанной выше совсем небольшой относительной деформацией при разрушении. Кроме того, отливку в форме нельзя сильно охлаждать, желательно извлекать изделие как можно более горячим.

Для окраски изделий из ПС в массе существуют специальные суперконцентраты пигментов на основе полистирола. Также при малом процентном вводе и невысоких требованиях к прозрачности, полистирольные изделия можно окрашивать СКП на основе полиолефинов.

Вспенивающийся ПС (не путать со вспененным) перерабатывается на специальных машинах, где вспенивание происходит при помощи горячего пара. Таким образом выпускают защитную пенопластовую упаковку и строительные отделочные плитки, профили, панели.

Применение

Уникальные свойства ПС и пластиков полистирольной группы, вариативность их свойств, относительная простота и доступность привели к тому, что стирольные полимеры стали очень популярны в различных областях применений. Их используют в том числе:

В домашнем хозяйстве, прежде всего на кухне. ПС применяется для производства многочисленной недорогой кухонной утвари и посуды, например всем известных недорогих пластиковых кружек с печатью. Практически все изделия с высокой степенью прозрачности и твердости в наших домах изготовлены из полистиролов, таких как САН и т.п. ПС – безусловный лидер по выпуску посуды и столовых приборов однократного применения, которые, однако, переживают не лучшие времена и подвергаются ограничениям и запрету во многих странах.

Рис.3. Хлебница – классическое ПС изделие для кухни

Для строительной индустрии из полистирола и его производных выпускают теплоизолирующие и мембранные материалы, сэндвич-панели, отделочные материалы, остекление, звукоизоляцию, клеи и краски и т.п. Полистирол в форме прозрачных или цветных листов применяют внутри зданий и даже снаружи вместо неорганического стекла, для изготовления вывесок, душевых, теплиц, перегородок, дверей.

В медицине из ПС состоят корпуса медоборудования, посуда, компоненты одноразовых изделий и т.д.

В светотехнике из полистиролов изготавливают рассеиватели недорогих светильников. Особенно это направление обрело популярность в последние годы ввиду распространения светодиодов, которые не нагревают светильник так сильно, как лампы накаливания.

В электротехнике ПС используют для производства фильтров, элементов электроизоляции, и других деталей.

Широчайшее значение материал имеет в упаковке. ПС пленка в огромных количествах применяется для изготовления контейнеров, лотков (используется также вспененный полистирол), коррексов и проч. Кроме того ПС используют наряду с ПВХ для выпуска все более популярной блистерной упаковки.

Кроме того, полистирол используют для производства пластиковых карт, канцтоваров, детских товаров, корпусных деталей, сантехнических компонентов, в дизайне и рекламной индустрии и т.д.

Экология и вторичная переработка

Полистирол безопасен для здоровья человека и живых организмов. Однако, мономер, из которого получается пластик – стирол вещество достаточно опасное. В случае деструкции ПС (например, при горении или даже при переработке) он может выделяться вкупе с некоторыми другими ядами. Нужно иметь этот факт в виду, и принимать меры против возгорания в помещениях, отделанных полистиролом.

Вторичная переработка ПС аналогична переработке других полимеров. Полистирольные изделия собирают, моют, сушат, а затем регранулируют на грануляторах экструзионного типа. Проблему составляет отделить стирольные пластики от других полимеров похожего внешнего вида и плотности. Также дело портит большое разнообразие самих сополимеров стирола и небольшой объем применения каждого из них по сравнению с общей массой полимеров.

Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на

Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на

Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: