Polistiren: formula, lastnosti, pripravek, uporaba

V različnih polimernih materialih ima posebno mesto polistiren. Iz tega materiala proizvajajo veliko količino različnih plastičnih izdelkov za domačo in industrijsko uporabo. Danes se bomo seznanili s polistirensko formulo, njenimi lastnostmi, metodami proizvodnje in smeri uporabe.

Splošne značilnosti

Polistiren je sintetični polimer razreda termoplastov. Kot že ime pove, je produkt polimerizacije vinil benzena (stiren). Je trdno steklo. Formula za polistiren je na splošno naslednja: [CH ₂ CH (C ₆ H ₅ )] _n . V skrajšani različici izgleda takole: (C ₈ H ₈ ) _n . Skrajšana formula polistirena je pogostejša.

Kemične in fizikalne lastnosti

Prisotnost fenolnih skupin v formuli strukturne enote polistirena preprečuje urejeno umeščanje makromolekul in tvorbo kristalnih struktur. V zvezi s tem je material težak, vendar krhek. Je amorfni polimer z nizko mehansko trdnostjo in visoko stopnjo prenosa svetlobe. Proizvaja se v obliki prozornih cilindričnih granul, iz katerih se pridobljeni izdelki pridobivajo z ekstruzijo.

Polistiren je dober dielektrik. Topen je v aromatskih ogljikovodikih, acetonu, estrih in lastnih monomerih. V nižjih alkoholih, fenolih, alifatskih ogljikovodikih in. T etri polistiren ni topen. Ko se snov zmeša z drugimi polimeri, pride do "zamreženja", zaradi česar nastanejo stirenski kopolimeri, ki imajo višje strukturne lastnosti.

Snov ima nizko absorpcijo vlage in odpornost na sevanje. Vendar se uniči z ledocetno kislino in koncentrira dušikove kisline. Pri izpostavljenosti ultravijoličnemu polistirenu se poslabša - na površini nastanejo mikrorazpoke in rumenost, povečuje se krhkost. Ko se snov segreje na 200 ° C, se začne z razpadom monomera razgraditi. Istočasno, pri temperaturi 60 ° C, polistiren izgubi svojo obliko. Pri normalnih temperaturah je snov nestrupena.

Glavne lastnosti polistirena:

1. Gostota - 1050-1080 kg / m ³ .
2. Minimalna delovna temperatura - 40 stopinj zmrzali.
3. Maksimalna delovna temperatura je 75 stopinj toplote.
4. Toplotna moč - 34 * 10 ³ J / kg * K.
5. Toplotna prevodnost - 0,093-0,140 W / m * K.
6. Koeficient toplotnega raztezanja je 6 * 10 ^-5 Ohm · cm.

Proizvodnja polistirena

V industriji se polistiren pridobiva s radikalno polimerizacijo stirena. Sodobne tehnologije omogočajo izvedbo tega procesa z minimalno količino nereagirane snovi. Reakcijo pridobivanja polistirena iz stirena izvajamo na tri načine. Razmislite o vsakem posebej.

Emulzija (PSE)

To je najstarejša metoda sinteze, ki ni prejela široke industrijske uporabe. Emulzijski polistiren dobimo v procesu polimerizacije stirena v vodnih raztopinah alkalij pri temperaturi 85-95 ° C. Za to reakcijo so potrebne naslednje snovi: voda, stiren, emulgator in iniciator polimerizacije. Stiren je odstranjen iz inhibitorjev (hidrokinon in tributil-pirokatehin). Pobudniki reakcije so vodotopne spojine. Praviloma je kalijev persulfat ali vodikov dioksid. Kot emulgatorji se uporabljajo alkalije, soli sulfonskih kislin in soli maščobnih kislin.

Postopek je naslednji. V reaktor vlijemo vodno raztopino ricinusovega olja in s temeljitim mešanjem uvedemo stiren skupaj s polimerizacijskimi iniciatorji. Nastala zmes se segreje na 85-95 stopinj. Monomer, raztopljen v micelih mila, začenši s kapljicami emulzije, se začne polimerizirati. Tako dobimo polimerne monomerne delce. V 20-odstotnem reakcijskem času se micelarno milo spusti na tvorbo adsorpcijskih plasti. Nato postopek poteka znotraj polimernih delcev. Reakcija se konča, ko je vsebnost stirena v zmesi okoli 0,5%.

Nato emulzija vstopi v fazo odlaganja, kar omogoča zmanjšanje vsebnosti preostalega monomera. V ta namen se koagulira z raztopino soli (kuhanje) in posuši. Rezultat je prašna masa z velikostjo delcev do 0,1 mm. Preostanek alkalij vpliva na kakovost pridobljenega materiala. Odstranite nečistoče popolnoma nemogoče in njihova prisotnost povzroči rumenkast odtenek polimera. Ta metoda omogoča pridobitev produkta polimerizacije stirena z največjo molekulsko maso. Tako pridobljena snov ima oznako PSE, ki jo redno najdemo v tehničnih dokumentih in starih učbenikih o polimerih.

Suspenzija (PSS)

Ta postopek se izvaja po periodični shemi, v reaktorju, ki je opremljen z mešalom in s plaščem, ki odvaja toploto. Za pripravo stirena se suspendira v kemično čisti vodi z uporabo stabilizatorjev emulzije (polivinil alkohol, natrijev polimetakrilat, magnezijev hidroksid) in polimerizacijskih iniciatorjev. Postopek polimerizacije poteka pod tlakom, s konstantnim povišanjem temperature, do 130 ° C. Rezultat je suspenzija, iz katere se primarni polistiren loči s centrifugiranjem. Po tem se snov spere in posuši. Ta metoda se prav tako šteje za zastarelo. Primerna je predvsem za sintezo stirenskih kopolimerov. Uporablja se predvsem v proizvodnji polistirenske pene.

Blokiraj (PSM)

Pridobivanje polistirena za splošno uporabo v okviru te metode se lahko izvede po dveh shemah: popolna in nepopolna pretvorba. Toplotna polimerizacija v kontinuirani shemi poteka na sistemu, ki sestoji iz 2-3 serijsko povezanih reaktorjev s kolonsko napravo, od katerih je vsak opremljen z mešalom. Reakcijo izvedemo v stopnjah, s povišanjem temperature od 80 do 220 ° C. Ko stopnja konverzije stirena doseže 80–90%, se postopek ustavi. Pri metodi nepopolne pretvorbe stopnja polimerizacije doseže 50-60%. Ostanki nereagiranega stirenskega monomera odstranimo iz taline s sesanjem, tako da vsebnost 0,01-0,05%. Polistiren, pridobljen z metodo blokiranja, ima visoko stabilnost in čistost. Ta tehnologija je najbolj učinkovita, tudi zato, ker nima skoraj nobenih odpadkov.

Polistirenska uporaba

Polimer se proizvaja v obliki prozornih cilindričnih granul. V končnih produktih jih perebaryvaya z ekstruzijo ali litje, pri temperaturi 190-230 ° C. Polistiren proizvaja veliko plastične mase. Razširjena je bila zaradi svoje preprostosti, nizke cene in široke palete blagovnih znamk. Iz snovi dobite veliko predmetov, ki so postali sestavni del našega vsakdanjega življenja (otroške igrače, embalaža, posode za enkratno uporabo itd.).

Polistiren se pogosto uporablja v gradbeništvu. Iz nje so izdelani izolacijski materiali - sendvič plošče, plošče, fiksni opaž in tako naprej. Poleg tega so iz tega materiala izdelani dekorativni materiali - stropne letve in dekorativne ploščice. V medicini se polimer uporablja za proizvodnjo instrumentov za enkratno uporabo in nekaterih delov v sistemih za transfuzijo krvi. Polistirenska pena uporabljajo se tudi v sistemih za čiščenje vode. Živilska industrija uporablja tono embalažnega materiala iz tega polimera.

Obstaja tudi polistiren z velikim vplivom, katerega formula je spremenjena z dodatkom butadiena in stiren butadien kavčuka. Ta vrsta polimera predstavlja več kot 60% celotne proizvodnje polistirenske plastike.

Zaradi izjemno nizke viskoznosti snovi v benzenu lahko mobilne raztopine dobimo v frakcijskih koncentracijah. To povzroča uporabo polistirena v sestavi enega od tipov napalma. Ima vlogo zgoščevalca, pri katerem se z naraščanjem molekulske mase polistirena razmerje viskoznosti in temperature zmanjša.

Koristi

Bel termoplastični polimer je lahko odličen nadomestek za PVC plastiko in transparenten za pleksi steklo. Priljubljenost snovi je bila predvsem posledica njene prilagodljivosti in enostavne obdelave. Je odlično oblikovan in obdelan, preprečuje toplotne izgube in, kar je pomembno, ima nizke stroške. Ker lahko polistiren dobro prenaša svetlobo, se uporablja tudi pri zasteklitvi stavb. Vendar pa takšne zasteklitve ni mogoče postaviti na sončno stran, saj se snov pod vplivom ultravijolične svetlobe poslabša.

Polistiren se že dolgo uporablja za izdelavo pen in sorodnih materialov. Izolacijske lastnosti polistirena v penjenem stanju omogočajo uporabo za segrevanje sten, tal, streh in stropov v zgradbah za različne namene. Zaradi številnih izolacijskih materialov, ki jih vodi ekspandirani polistiren, ljudje vedo za obravnavano snov. Ti materiali so enostavni za uporabo, odporni na gnitja in korozivna okolja ter odlične toplotno izolacijske lastnosti.

Slabosti

Kot vsak drug material ima polistiren pomanjkljivosti. Prvič, negotovost okolja (govorimo o odsotnosti varnih metod odstranjevanja), krhkost in nevarnost požara.

Recikliranje

Polistiren sam po sebi ni nevaren za okolje, vendar pa nekateri izdelki, ki izvirajo iz njega, zahtevajo posebno ravnanje.

Odpadni material in njegovi kopolimeri se kopičijo v obliki zastarelih proizvodov in industrijskih odpadkov. Recikliranje polistirenske plastike poteka na več načinov:

1. Industrijske odpadke, ki so bili močno onesnaženi, odstranite.
2. Predelava tehnoloških odpadkov z ulivanjem, iztiskanjem in stiskanjem.
3. Recikliranje obrabljenih predmetov.
4. Odstranjevanje mešanih odpadkov.

Sekundarna uporaba polistirena omogoča pridobivanje novih visokokakovostnih izdelkov iz starih surovin, pri tem pa ne onesnažuje okolja. Eno od obetavnih področij predelave polimerov je proizvodnja polistirenskega betona, ki se uporablja pri gradnji nizkih stavb.

Produkti razgradnje polimera, ki nastane med toplotno razgradnjo ali toplotno oksidacijsko razgradnjo, so strupeni. V procesu predelave polimerov se lahko delni hlapi benzena, stirena, etilbenzena sprostijo z delnim uničenjem. ogljikov monoksid in toluena.

Burning

Ko se polimer sežge, se sproščata ogljikov dioksid, ogljikov monoksid in saje. Na splošno je reakcijska enačba za izgorevanje polistirena naslednja: (C8H8) _n + O2 = 2C02 + H20. Izgorevanje polimerov, ki vsebujejo dodatke (sestavine, ki povečujejo trdnost, barvila itd.), Vodijo do sproščanja številnih drugih škodljivih snovi.