Полистирен: формула, својства, припрема, употреба

У великом броју полимерних материјала посебно место заузима полистирен. Из овог материјала се производи огромна количина различитих пластичних производа за домаћинство и индустрију. Данас ћемо се упознати са полистиренском формулом, њеним својствима, методама производње и правцима употребе.

Опште карактеристике

Полистирен је синтетски полимер термопластичне класе. Као што име имплицира, производ је полимеризације винил бензена (стирена). То је чврсти стаклени материјал. Формула за полистирен је генерално следећа: [ЦХ2ЦХ (Ц6Х5)] _н . У скраћеној верзији, изгледа овако: (Ц ₈ Х ₈ ) _н . Скраћена формула полистирена је чешћа.

Хемијске и физичке особине

Присуство фенолних група у формули структурне јединице полистирена спречава уредно постављање макромолекула и формирање кристалних структура. У том смислу, материјал је тежак, али крхак. То је аморфни полимер са ниском механичком чврстоћом и високим нивоом преноса светлости. Производи се у облику прозирних цилиндричних гранула, из којих се екструдирањем добијају неопходни производи.

Полистирен је добар диелектрик. Растворљив је у ароматичним угљоводоницима, ацетону, естрима и сопственом мономеру. У нижим алкохолима, фенолима, алифатским угљоводоницима, и етерс полистирен није растворљив. Када се супстанца помеша са другим полимерима, јавља се "умрежавање", због чега настају стиренски кополимери, који имају већа структурна својства.

Супстанца има ниску апсорпцију влаге и отпорност на зрачење. Међутим, уништава га ледена сирћетна киселина и концентрише се нитратна киселина. При излагању ултраљубичастом полистирену погоршава се - микропукотине и жућкасти облик на површини, а његова крхкост се повећава. Када се супстанца загреје на 200 ° Ц, почиње да се разлаже ослобађањем мономера. Истовремено полистирен од температуре од 60 ° Ц губи свој облик. На нормалним температурама, супстанца није токсична.

Главна својства полистирена:

1. Густина - 1050-1080 кг / м ³ .
2. Минимална радна температура - 40 степени мраза.
3. Максимална радна температура је 75 степени топлоте.
4. Топлотни капацитет - 34 * 10 ³ Ј / кг * К.
5. Топлотна проводљивост - 0.093-0.140 В / м * К.
6. Коефицијент топлотног ширења је 6 * 10 ^-5 Охм · цм.

Производња полистирена

У индустрији, полистирен се добија радикалном полимеризацијом стирена. Савремене технологије омогућавају да се овај процес спроведе са минималном количином нереаговане супстанце. Реакција добијања полистирена из стирена врши се на три начина. Посебно размотрите сваку од њих.

Емулзија (ПСЕ)

Ово је најстарији метод синтезе, који није добио широку индустријску примену. Емулзиони полистирен се добија у процесу полимеризације стирена у воденим растворима алкалија на температури од 85-95 ° Ц. За ову реакцију су потребне следеће супстанце: вода, стирен, емулгатор и иницијатор полимеризације. Стирен се ослобађа инхибитора (хидрокинон и трибутил-пирокатехин). Иницијатори реакције су једињења растворљива у води. По правилу, то је калијум персулфат или водоник диоксид. Као емулгатори користе се алкалије, соли сулфонских киселина и соли масних киселина.

Процес је следећи. Водени раствор рицинусовог уља се сипа у реактор и, уз темељно мешање, стирен се уводи заједно са иницијаторима полимеризације. Добијена смеша се загрева на 85-95 степени. Мономер растворен у мицелама сапуна, почевши од капљица емулзије, почиње да се полимеризује. Тако се добијају полимерне мономерне честице. Током 20% времена реакције, мицеларни сапун иде на формирање адсорпционих слојева. Затим, процес иде унутар полимерних честица. Реакција је завршена када је садржај стирена у смеши око 0.5%.

Затим, емулзија улази у фазу таложења, што омогућава да се смањи садржај резидуалног мономера. У ту сврху се коагулира са раствором соли (кување) и суши. Резултат је маса праха са величином честица до 0,1 мм. Остатак лужине утиче на квалитет добијеног материјала. Уклањање нечистоћа потпуно је немогуће, а њихово присуство узрокује жућкасту нијансу полимера. Овај метод омогућава добијање производа полимеризације стирена са највећом молекулском тежином. Овако добијена супстанца има ознаку ПСЕ, која се периодично може наћи у техничким документима и старим уџбеницима о полимерима.

Суспензија (ПСС)

Овај поступак се изводи у складу са периодичном схемом, у реактору опремљеном са мешалицом и омотачем за расипање топлоте. За припрему стирена, он се суспендује у хемијски чистој води користећи стабилизаторе емулзије (поливинил алкохол, натријум полиметакрилат, магнезијум хидроксид), као и иницијаторе полимеризације. Процес полимеризације одвија се под притиском, уз константно повећање температуре, до 130 ° Ц. Резултат је суспензија, од које се примарни полистирен издваја центрифугирањем. Након тога, супстанца се пере и суши. Овај метод се такође сматра застарелим. Погодан је углавном за синтезу стиренских кополимера. Користи се углавном у производњи полистиренске пене.

Блок (ПСМ)

Добијање полистирена опште намене у оквиру ове методе може се извршити према двема шемама: потпуна и непотпуна конверзија. Термичка полимеризација у континуираној схеми се изводи на систему који се састоји од 2-3 серијски спојених реактора са колонским апаратима, од којих је сваки опремљен мешалицом. Реакција се изводи у фазама, повећавајући температуру од 80 до 220 ° Ц. Када степен конверзије стирена достигне 80-90%, процес се зауставља. Методом непотпуне конверзије степен полимеризације досеже 50-60%. Остаци нереагованог стиренског мономера се уклањају из талине вакумирањем, чиме се његов садржај повећава на 0,01-0,05%. Полистирен добијен блок методом карактерише висока стабилност и чистоћа. Ова технологија је најефикаснија, укључујући и зато што практично нема отпада.

Наношење полистирена

Полимер се производи у облику прозирних цилиндричних гранула. У коначним производима се њихова перебариваја екструзијом или ливењем, на температури од 190-230 ° Ц. Полистирен производи велику количину пластике. Распрострањена је због своје једноставности, ниске цијене и широког асортимана робних марки. Од супстанце добијате много предмета који су постали саставни дио нашег свакодневног живота (дјечје играчке, амбалажа, једнократна посуђа и тако даље).

Полистирен се нашироко користи у грађевинарству. Из ње се израђују изолациони материјали - сендвич панели, плоче, фиксна оплата и тако даље. Поред тога, од овог материјала се производе и декоративни материјали - плафонске лајсне и декоративне плочице. У медицини, полимер се користи за производњу инструмената за једнократну употребу и неких делова у системима за трансфузију крви. Полистиренска пена такође се користи у системима за пречишћавање воде. Прехрамбена индустрија користи тоне амбалажног материјала од овог полимера.

Ту је и високоучинковити полистирен, чија формула је модификована додавањем бутадиена и стирен бутадиен каучука. Ова врста полимера чини више од 60% укупне производње полистиренске пластике.

Због екстремно ниске вискозности супстанце у бензену, покретне растворе се могу добити у фракционим концентрацијама. Ово доводи до употребе полистирена у саставу једног од типова напалма. Он игра улогу згушњивача, при чему се са повећањем молекуларне тежине полистирена смањује однос вискозитета и температуре.

Бенефитс

Бели термопластични полимер може бити одлична замена за ПВЦ пластику и транспарентан за плексиглас. Популарност ове супстанце је углавном због њене флексибилности и лакоће обраде. Савршено је обликован и обрађен, спречава губитак топлоте и, што је важније, има ниску цену. Због чињенице да полистирен може добро да прође светлост, чак се користи и за остакљење зграда. Међутим, немогуће је поставити такво остакљење на сунчаној страни, јер се супстанца погоршава под дејством ултраљубичастог светла.

Полистирен се одавно користи за производњу пене и сродних материјала. Изолацијска својства полистирена у пјенастом стању омогућују да се користе за загријавање зидова, подова, кровова и плафона у зградама за различите намјене. Захваљујући обиљу изолационих материјала на челу са експандираним полистиреном, обични људи знају за супстанцу која се разматра. Ови материјали су једноставни за употребу, отпорни на труљење и корозивно окружење, као и одлична топлотна изолација.

Недостаци

Као и сваки други материјал, полистирен има недостатке. Прије свега, то је несигурност околиша (говоримо о одсуству сигурних метода одлагања), крхкост и опасност од пожара.

Рециклирање

Сам полистирен није опасан за животну средину, међутим, неки производи који из њега проистичу захтевају посебно руковање.

Отпадни материјал и његови кополимери се акумулирају у облику застарјелих производа и индустријског отпада. Рециклирање полистиренске пластике врши се на више начина:

1. Одложите индустријски отпад који је јако загађен.
2. Прерада технолошког отпада ливењем, екструзијом и пресовањем.
3. Рециклирање истрошених предмета.
4. Одлагање мешаног отпада.

Секундарна употреба полистирена омогућава добијање нових висококвалитетних производа из старих сировина, а да не загађује животну средину. Једна од перспективних области прераде полимера је производња полистиренског бетона, који се користи у изградњи нискоградње.

Производи разградње полимера који настају током термичке разградње или термо-оксидативне деградације су токсични. У процесу обраде полимера могу се делимично испарити бензен, стирен, етилбензен и делимично уништити. угљен моноксид и толуен.

Бурнинг

Када се полимер запали, ослобађају се угљен диоксид, угљен моноксид и чађа. Генерално, једначина реакције за сагоревање полистирена је следећа: (Ц8Х8) _н + О2 = 2Ц02 + Х20. Изгарање полимера који садржи адитиве (компоненте које повећавају снагу, боје, итд.) Доводи до ослобађања бројних других штетних супстанци.