Полистирол и его применение

Московский  Государственный Университет Тонких Химических Технологий имени М.В.Ломоносова

 

 

 

Кафедра Химии и технологии переработки  эластомеров

 

 

 

 

 

Полистирол

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

Студент 3 курса группы ХТ-311

Пасынков Сергей

 

 

 

 

Москва 2013

Полистирол (ПС) — cинтетический полимер класса термопластов, продукт полимеризации стирола(винилбензола); твердое стеклообразное вещество.

Имеет химическую формулу вида:  [-СН₂-СН(С₆Н₅)-]_n-

Фенольные группы препятствуют упорядоченному расположению макромолекул и формированию кристаллических образований. Это жёсткий, хрупкий, аморфный полимер с высокой степенью оптического светопропускания, невысокой механической прочностью, выпускается в виде прозрачных гранул цилиндрической формы, из которых затем экструзионным способом получают листы и прочую продукцию. Полистирол имеет низкую плотность (1060 кг/м³), термическую стойкость (до 105 °С), степень полимеризации п = 600-2500,  усадка при литьевой переработке 0,4-0,8 %. Полистирол  отличный диэлектрик. Морозостойкость до −40 °C. Полистирол легко растворим  в собственном  мономере, ароматических  углеводородах, сложных эфирах, ацетоне, не растворим  в низших спиртах, алифатических  углеводородах, фенолах и простых эфирах. Для улучшения свойств полистирола его смешивают с различными полимерами — подвергают сшиванию, получая сополимеры стирола. Обладает низким влагопоглощением, устойчив к радиоактивному облучению, в кислотах и щелочах, однако разрушается концентрированной азотной и ледяной уксусной кислотами. Легко склеивается. На воздухе при ультрафиолетовом  облучении полистирол портится: появляются желтизна и микротрещины,  увеличивается хрупкость. Разлагаться полистирол  начинается при 200 °С и сопровождается выделением мономера. При обычной температуре полистирол не токсичен. При температуре выше 60 °С начинает терять форму.

Достоинства полистирола:

• Легкость обработки, низкая стоимость полистирола. Cпособность к термоформированию и вакуумоформованию.
• Большая химическая стойкость к воде, кислотам и щелочам, не растворяется в бензине и спирте. Хорошо растворяется в ароматических углеводородах и сложных эфирах.
• Полистирол лишен запаха, экологически безвреден, допускают использование его в жилых помещениях, с пищей.
• Широко применяемый в производстве товаров бытового назначения, строительстве и рекламе, легко окрашивается и наноситься пленочная аппликация, трафаретная и офсетная печать.  

недостатки полистирола -  хрупкость и низкая теплостойкость, низкое сопротивление ударным нагрузкам.

Широкое применение полистирола (ПС) и пластиков на его основе базируется на его невысокой стоимости, простоте переработки и огромном ассортименте различных марок. Массовое применение (более 60 % производства полистирольных пластиков) получили ударопрочные полистиролы ( сополимеры стирола с бутадиеновым и бутадиен-стирольным каучуком).

 

Полистирол. Химическое строение.

Полистирол (-C₆H₅-CH-CH-)_n является продуктом полимеризации стирола, который представляет собой сочетание непредельного углеводорода этилена с ароматическим радикалом фенилом – С₆Н₅ (фенилэтилен):

СН₂=СН-С₆Н₅

При полимеризации  радикалы винила образуют полимерную цепь с боковыми фенильными группами (бензольными кольцами). По характеру пространственного расположения фенильной группы относительно молекулярной цепи различают:  
атактический полистирол – характеризуется тем, что в нем бензольные кольца расположены по обе стороны цепи совершенно неупорядоченно; 
изотактический полистирол – в его макромолекуле все бензольные кольца расположены с одной стороны цепи; 
синдиотактический полистирол – в его полимерной цепи бензольные кольца расположены строго альтернативно – поочередно слева и справа от центральной цепи, упорядоченность расположения боковых групп придает синдиотактическому полистиролу высокую твердость и термостойкость. 
Наибольшее промышленное значение имеет атактический полистирол.

Полистирол. Свойства.

Полистирол – термопластичный материал, обладающий высокой твёрдостью и хорошими диэлектрическими свойствами, химически стойкий по отношению к щелочам и кислотам, кроме азотной и уксусной. Полистирол не растворяется в низших спиртах, алифатических углеводородах, фенолах, простых эфирах. Растворяется в собственном мономере, ароматических и хлорированных углеводородах, сложных эфирах, ацетоне. Устойчив к радиоактивному облучению, но стойкость к ультрафиолетовым лучам невелика. Полистирол легко формуется и окрашивается. Хорошо обрабатывается механическими способами. Без труда склеивается. Обладает низким влагопоглощением и высокой влагостойкостью и морозостойкостью. Физиологически безвреден. Изделия из полистирола обладают высоким глянцем. 
Полистирол общего назначения весьма хрупок, имеет низкую ударную прочность и малую теплостойкость: температура размягчения полистирола составляет 90-95°С. Лучшими эксплуатационными свойствами обладают различные сополимеры стирола. Ударопрочный полистирол отличается повышенными показателями ударной вязкости в широком диапазоне температур (до -30...-40 °С). Основной недостаток – низкая термо- и светостойкость, связанная с наличием каучуковой фазы.

Полистирол и его применение.

Полистирол занимает четвертое место в мировой табели о рангах полимеров – 7,5% мирового рынка. Он относится к термопластам общетехнического назначения. Обладая хорошими прочностными свойствами, прозрачностью и прекрасным внешним видом, полистирол широко используется в производстве товаров бытового и культурно-бытового назначения, строительстве, светотехнике, медицинской технике, рекламе. Поскольку полистирол является прекрасным диэлектриком, хорошо работающим при низких и высоких частотах, он эффективно применяется в электротехнике, в том числе для изготовления тонких ориентированных конденсаторных пленок. Кроме того, полистирол является исходным материалом для производства пенополистирола. 
Технология производства изделий из полистирола разработана достаточно глубоко. Он перерабатывается всеми методами переработки термопластов, хорошо сваривается и склеивается, совмещается с пластификаторами, хорошо окрашивается. Его перерабатывают литьем под давлением при 190-230 °С и температуре литьевых форм 50-60 °С и экструзией при 130-190 °С. Для окрашивания полистироларазработаны специальные марки красителей и гранулированных концентратов пигментов. Иногда для полистирола подходят красители, разработанные для полиолефинов. 
Полистирол используют как конструкционный материал вместо дерева и металлов для изготовления корпусов приборов и аппаратов, объемных деталей бытовых и промышленных холодильников, контейнеров, емкостей, бутылей, посуды разового пользования, мебели, канцтоваров, игрушек, осветительных приборов и арматуры к ним, светофильтров, чемоданов, авторучек, упаковки для косметики, визитных карточек, кабельной изоляции 
Ориентированный полистирол толщиной менее 75 мкм используют для «окошек» в картонных упаковочных коробках. Более толстые пленки используются для получения стаканчиков для торговых автоматов, упаковки в виде подносов для фасованного свежего мяса, с тем, чтобы видеть при покупке обе стороны упаковываемого продукта. 
В современной строительной индустрии, а также других отраслях все чаще используют экструдированный полистирол (экструзионный полистирол). Для изготовления прозрачных листов используется полистирол с меньшим процентным содержанием добавок. При этом получают полистирол общего назначения (GPPS), который обладает относительной хрупкостью и меньшей пластичностью. 
Экструдированный полистирол общего назначения изготавливается в виде прозрачных, молочных, цветных листов. Оборудование для производства этого типа материала – зкструзионные плоскощелевые линии. Экструдированный полистирол – листовой пластик, работающий при длительной эксплуатации под воздействием постоянного ультрафиолетового воздействия. Полистирол экструзионный общего назначения применяется в изготовлении оконных стекол, вывесок, перегородок, душевых кабин, рассеивателей света, оранжерей, теплиц, подставок, ценников, дверей, фурнитуры, плёнки. 
Изготавливают из полистирола и изделия, подпадающие под контроль Госкомсанэпиднадзора России: 
детали холодильников и доильных аппаратов;  
изделия, предназначенные для контакта при комнатной температуре с сухими, сыпучими, водосодержащими пищевыми продуктами, фруктово-овощными соками, фруктами, овощами, ягодами: 
подносы, поддоны, хлебницы, сахарницы, сухарницы, мерные кружки, вазы, стаканы, банки для сыпучих продуктов; детали оборудования, перерабатывающего пищевые продукты: 
овощерезки, терки, соковыжималки;  
предметы быта: футляры для зубных щеток, расчески, мыльницы, облицовку детских ванночек. 
Отдельный сегмент современного рынка – рециклинг полистирола.  
Многие компании в России и мире специализируются на покупке полистирольных отходов с дальнейшей переработкой и продажей или использованием вторичного полистирола. Как правило, для этого применяется технология экструдирования очищенных отходов и последующим дроблением и получением вторичного гранулированного материала пригодного для изготовления изделий.