Polistiren: formula, svojstva, priprema, uporaba

U širokom rasponu polimernih materijala posebno mjesto zauzima polistiren. Iz tog materijala proizvedu veliku količinu različitih plastičnih proizvoda za kućanstvo i industriju. Danas ćemo se upoznati s polistirenskom formulom, njenim svojstvima, načinima proizvodnje i smjerovima uporabe.

Opće karakteristike

Polistiren je sintetski polimer klase termoplasta. Kao što ime implicira, proizvod je polimerizacije vinil benzena (stirena). To je čvrsti stakleni materijal. Formula za polistiren općenito je sljedeća: [CH2CH (C6H5)] _n . U skraćenoj verziji, izgleda ovako: (C ₈ H ₈ ) _n . Skraćena formula polistirena je češća.

Kemijska i fizikalna svojstva

Prisutnost fenolnih skupina u formuli strukturne jedinice polistirena sprječava uredno postavljanje makromolekula i stvaranje kristalnih struktura. U tom smislu, materijal je čvrst, ali krhak. To je amorfni polimer s niskom mehaničkom čvrstoćom i visokom razinom prijenosa svjetlosti. Proizvodi se u obliku prozirnih cilindričnih granula, iz kojih se ekstrudiranjem dobivaju potrebni proizvodi.

Polistiren je dobar dielektrik. Topiv je u aromatskim ugljikovodicima, acetonu, estrima i vlastitom monomeru. U nižim alkoholima, fenolima, alifatskim ugljikovodicima i eteri polistiren nije topljiv. Kada se tvar pomiješa s drugim polimerima, dolazi do "umrežavanja", zbog čega nastaju stirenski kopolimeri, koji imaju veća strukturna svojstva.

Tvar ima nisku apsorpciju vlage i otpornost na zračenje. Međutim, uništava ga ledena octena kiselina i koncentrira se dušična kiselina. Kada je izložen ultraljubičastom polistirenu pogoršava se - mikropukotine i žućkasti oblik na površini, a njegova krhkost se povećava. Kada se tvar zagrije na 200 ° C, počinje se razlagati otpuštanjem monomera. Istovremeno polistiren od temperature od 60 ° C gubi svoj oblik. Na normalnim temperaturama, tvar je netoksična.

Glavna svojstva polistirena:

1. Gustoća - 1050-1080 kg / m ³ .
2. Minimalna radna temperatura - 40 stupnjeva mraza.
3. Maksimalna radna temperatura je 75 stupnjeva topline.
4. Kapacitet grijanja - 34 * 10 ³ J / kg * K.
5. Toplinska provodljivost - 0,093-0,140 W / m * K.
6. Koeficijent toplinskog širenja je 6 * 10 ^-5 Ohm · cm.

Proizvodnja polistirena

U industriji, polistiren se dobiva radikalnom polimerizacijom stirena. Suvremene tehnologije omogućuju provođenje tog procesa s minimalnom količinom nereagirane tvari. Reakcija dobivanja polistirena iz stirena provodi se na tri načina. Razmotrite svaki od njih zasebno.

Emulzija (PSE)

To je najstarija metoda sinteze koja nije dobila široku industrijsku primjenu. Emulzijski polistiren se dobiva u procesu polimerizacije stirena u vodenim otopinama lužina na temperaturi od 85-95 ° C. Za ovu reakciju potrebne su sljedeće tvari: voda, stiren, emulgator i inicijator polimerizacije. Stiren se oslobađa inhibitora (hidrokinon i tributil-pirokatehin). Inicijatori reakcije su u vodi topljivi spojevi. U pravilu, to je kalijev persulfat ili vodikov dioksid. Kao emulgatori koriste se alkalije, soli sulfonskih kiselina i soli masnih kiselina.

Postupak je sljedeći. U reaktor se ulije vodena otopina ricinusovog ulja i uz temeljito miješanje stiren se uvodi zajedno s polimerizacijskim inicijatorima. Dobivena smjesa se zagrijava na 85-95 stupnjeva. Monomer otopljen u micelama sapuna, počevši od kapljica emulzije, počinje se polimerizirati. Tako se dobivaju čestice polimernog monomera. Tijekom 20% reakcijskog vremena, micelarni sapun ide na formiranje adsorpcijskih slojeva. Zatim se proces odvija unutar polimernih čestica. Reakcija je završena kada je sadržaj stirena u smjesi oko 0,5%.

Zatim, emulzija ulazi u stupanj taloženja, što omogućuje smanjenje sadržaja rezidualnog monomera. U tu svrhu koagulira se otopinom soli (kuhanje) i osuši. Rezultat je praškasta masa veličine čestica do 0,1 mm. Ostatak lužine utječe na kvalitetu dobivenog materijala. Uklanjanje nečistoća potpuno je nemoguće, a njihova prisutnost uzrokuje žućkastu nijansu polimera. Ova metoda omogućuje dobivanje produkta polimerizacije stirena s najvećom molekularnom težinom. Na taj način dobivena tvar ima oznaku PSE, koja se povremeno može naći u tehničkim dokumentima i starim udžbenicima o polimerima.

Suspenzija (PSS)

Ovaj postupak se provodi prema periodičnoj shemi, u reaktoru opremljenom sa miješalicom i omotačem za rasipanje topline. Za pripravu stirena, on se suspendira u kemijski čistoj vodi koristeći stabilizatore emulzije (polivinil alkohol, natrijev polimetakrilat, magnezijev hidroksid), kao i inicijatore polimerizacije. Proces polimerizacije odvija se pod tlakom, uz stalno povećanje temperature, do 130 ° C. Rezultat je suspenzija, od koje se primarni polistiren odvaja centrifugiranjem. Nakon toga, tvar se pere i suši. Ova metoda se također smatra zastarjelom. Pogodan je uglavnom za sintezu stirenskih kopolimera. Koristi se uglavnom u proizvodnji polistirenske pjene.

Blokiraj (PSM)

Dobivanje polistirena opće namjene u okviru ove metode može se provesti prema dvije sheme: potpuna i nepotpuna konverzija. Toplinska polimerizacija u kontinuiranoj shemi provodi se na sustavu koji se sastoji od 2 do 3 serijski spojena reaktora s kolonskim aparatima, od kojih je svaki opremljen miješalicom. Reakcija se provodi u fazama, povećavajući temperaturu od 80 do 220 ° C. Kada stupanj konverzije stirena dosegne 80-90%, proces se zaustavlja. Metodom nepotpune pretvorbe stupanj polimerizacije doseže 50-60%. Ostaci nereagiranog stirenskog monomera se uklanjaju iz taline vakuumiranjem, čime se njegov sadržaj povećava na 0,01-0,05%. Polistiren dobiven blok metodom karakterizira visoka stabilnost i čistoća. Ova tehnologija je najučinkovitija, uključujući i zato što praktički nema otpada.

Nanošenje polistirena

Polimer se proizvodi u obliku prozirnih cilindričnih granula. U konačnim proizvodima se njihova perebaryvaja ekstruzijom ili lijevanjem, na temperaturi od 190-230 ° C. Polistiren proizvodi veliku količinu plastike. Rasprostranjena je zbog svoje jednostavnosti, niske cijene i širokog raspona brandova. Iz tvari dobivate puno predmeta koji su postali sastavni dio našeg svakodnevnog života (dječje igračke, ambalaža, jednokratna posuđa i tako dalje).

Polistiren se naširoko koristi u građevinarstvu. Iz nje se izrađuju izolacijski materijali - sendvič paneli, ploče, fiksna oplata i tako dalje. Osim toga, od ovog materijala se proizvode dekorativni materijali - stropne letvice i ukrasne pločice. U medicini se polimer koristi za proizvodnju instrumenata za jednokratnu uporabu i neke dijelove u sustavima za transfuziju krvi. Polistirenska pjena također se koristi u sustavima za obradu vode. Prehrambena industrija koristi tone ambalažnog materijala izrađenog od ovog polimera.

Tu je i visokoučinkoviti polistiren, čija je formula modificirana dodavanjem butadiena i stiren-butadien kaučuka. Ova vrsta polimera čini više od 60% ukupne proizvodnje polistirenske plastike.

Zbog ekstremno niske viskoznosti tvari u benzenu, pokretne otopine mogu se dobiti u frakcijskim koncentracijama. To uzrokuje uporabu polistirena u sastavu jednog od tipova napalma. On igra ulogu zgušnjivača, u kojem se, kako se povećava molekularna težina polistirena, odnos viskoznosti i temperature smanjuje.

prednosti

Bijeli termoplastični polimer može biti izvrsna zamjena za PVC plastiku i prozirna za pleksiglas. Popularnost tvari uglavnom je rezultat njezine fleksibilnosti i lakoće obrade. Savršeno je oblikovana i obrađena, sprječava gubitak topline i, što je važnije, ima nisku cijenu. Zbog činjenice da polistiren može dobro proći svjetlost, čak se koristi i za ostakljenje zgrada. Međutim, nemoguće je postaviti takvo ostakljenje na sunčanoj strani, jer se supstanca pogoršava pod djelovanjem ultraljubičastog svjetla.

Polistiren se odavno koristi za proizvodnju pjena i srodnih materijala. Izolacijska svojstva polistirena u pjenastom stanju omogućuju njegovo korištenje za zagrijavanje zidova, podova, krovova i stropova u zgradama za različite namjene. Upravo zahvaljujući obilju izolacijskih materijala na čelu s ekspandiranim polistirenom, obični ljudi znaju za ispitivanu tvar. Ovi materijali su jednostavni za uporabu, otporni su na truljenje i korozivno okruženje, kao i izvrsna toplinska izolacijska svojstva.

mane

Kao i svaki drugi materijal, polistiren ima nedostatke. Prije svega, to je nesigurnost okoliša (govorimo o nedostatku sigurnih metoda odlaganja), krhkost i opasnost od požara.

obrada

Sam polistiren nije opasan za okoliš, međutim, neki proizvodi dobiveni iz njega zahtijevaju posebno rukovanje.

Otpadni materijal i njegovi kopolimeri nakupljaju se u obliku zastarjelih proizvoda i industrijskog otpada. Recikliranje polistirenske plastike obavlja se na nekoliko načina:

1. Zbrinite industrijski otpad koji je jako zagađen.
2. Prerada tehnološkog otpada lijevanjem, ekstruzijom i prešanjem.
3. Recikliranje istrošenih predmeta.
4. Odlaganje mješovitog otpada.

Sekundarna upotreba polistirena omogućuje dobivanje novih visokokvalitetnih proizvoda iz starih sirovina, a da ne zagađuje okoliš. Jedno od obećavajućih područja obrade polimera je proizvodnja polistirenskog betona, koji se koristi u izgradnji niske zgrade.

Proizvodi razgradnje polimera koji nastaju tijekom termičke razgradnje ili termo-oksidativne degradacije su toksični. U procesu prerade polimera, djelomična pare benzena, stirena, etilbenzena mogu se osloboditi djelomičnim uništavanjem. ugljikov monoksid i toluen.

spaljivanje

Kada se polimer spali, oslobađaju se ugljični dioksid, ugljični monoksid i čađa. Općenito, jednadžba reakcije za izgaranje polistirena je sljedeća: (C8H8) _n + O2 = 2C02 + H20. Izgaranje polimera koji sadrži aditive (komponente koje povećavaju čvrstoću, boje, itd.) Dovodi do oslobađanja brojnih drugih štetnih tvari.