Caracteristicile polistirenului de uz general. Polistiren: formulă, proprietăți, producție, aplicare

Produse și produse din polistiren
Echipamente pentru producerea si prelucrarea polistirenului
Cărți și reviste despre polistiren
Fotografie
Video
Procesul de producere a polistirenului
Fapte istorice
Perspective și previziuni de dezvoltare
Scurte caracteristici și proprietăți:

Polistiren obtinut prin polimerizarea stirenului in masa (PSM), in emulsie (PSE) si mai rar in suspensie (C). Greutatea moleculară medie (MM) = 80-100 mii în funcție de metoda de producție.
Formula polistiren:
n
C6H5
Polistirenul și materialele bazate pe acesta sunt materiale polimerice structurale. Ele se caracterizează prin rezistență suficient de mare, rigiditate, stabilitate dimensională ridicată și proprietăți decorative excelente. Polistirenul este un polimer amorf caracterizat prin transparență ridicată (transmisia luminii de până la 90%).
Polistiren (PS, bachelit, vestiron, styron, fostaren, edister etc.). Densitate 1,04-1,05 g/cm3, t marimea 82-95 C. Polistirenul se dizolva in stiren si hidrocarburi aromatice, cetone. Polistirenul nu se dizolvă în apă, alcooli, soluții slabe de acizi, alcalii. Modul de îndoire 2700-3200 MPa. Conductivitate termică 0,08-0,12 W / (m * K). Rezistență la impact Charpy crestat 1,5-2 kJ/m2. Polistirenul este predispus la crăpare. Temperatura de autoaprindere 440 C. CPV amestec praf-aer 25-27,5 g/m3 Polistirenul este casant, rezistent la alcalii si o serie de acizi, uleiuri, usor colorat cu coloranti fara a pierde transparenta, are proprietati dielectrice ridicate. Polistirenul este netoxic, aprobat pentru contactul cu alimentele și pentru utilizare în tehnologia biomedicală.
OPA(polistiren de mare impact) se obține prin copolimerizarea prin grefă a stinolului cu cauciucuri polibutadienă sau stiren-butadienă. Polistiren de mare impact (UP, Karinex, Lusterex, sternit, styron, hostirene etc.) Structural, HIPS este un sistem trifazic format din PS (polistiren), gel Thrace dintr-un copolimer grefat și cauciuc cu stiren altoit sub formă de particule de până la 15 microni, distribuite uniform în ceea ce privește UPS. În ciuda greutății moleculare scăzute a polistirenului matricei (70-100 mii), prezența cauciucului încetinește semnificativ creșterea microfisurilor, ceea ce crește rezistența materialului (Tabelul 1).
Marca HIPS indică metoda de sinteză (M, C), denumirea numerică a rezistenței la impact (primele două cifre) și valoarea de zece ori a conținutului de monomer rezidual. În plus, marca poate include o literă care indică metoda preferată de prelucrare. De exemplu, UPM-0703 E - polistiren de mare impact obţinut prin polimerizare în masă; rezistența sa la impact este de 7 kJ/m2, conținutul de monomer rezidual este de 0,3%, prelucrarea se face prin extrudare.

Tabelul 1.

Proprietățile de bază ale materialelor plastice din polistiren

Proprietățile polistirenului
Densitatea, kg/ m 3
Punct de topire, 0 С
Stresul de rupere, MPa, la:
Întinderea
îndoi
comprimare
Alungire la rupere, %
Rezistența la impact, kJ/ m 2
Duritate Brinell, MPa
Rezistență la căldură conform Martens, 0 С
Constanta dielectrica la 10 6 Hz
Tangenta unghiului pierderilor dielectrice la 10 6 Hz, x10 4
Rezistența electrică de volum specific, Ohm∙m
Putere electrică, MW/ m

ABS- plasticul este un produs al copolimerizării prin grefă a trei monomeri - acrilonitril, butadienăși stiren, iar copolimerul static al stirenului și acrilonitrilului formează o matrice rigidă în care sunt distribuite particulele de cauciuc cu dimensiunea de până la 1 micron. O creștere a rezistenței la impact este însoțită de păstrarea la un nivel ridicat a principalelor proprietăți fizice, mecanice și termofizice (Tabelul 1). ABS nu este transparent. Disponibil sub formă stabilizată de pulbere și granule. Este folosit pentru fabricarea produselor tehnice.
În marca ABS, primele două cifre indică valoarea rezistenței la impact conform Izod, următoarele două - PTR(indicele fluxului de topire), litera de la sfârșitul mărcii indică metoda de prelucrare sau proprietăți speciale. De exemplu, ABS-0809T se caracterizează prin rezistență la impact - 8 kJ / m 2, MFR - 9g / 10 min, rezistență crescută la căldură (T).
Copolimerii sunt utilizați în industrie stinol cu acrilonitril(SAN), stinol cu ​​metil etacrilat (MS) și stinol cu ​​metilmetacrilat și acrilonitril (MSN).
Polistirenul este reciclat prin toate metodele cunoscute.

Proprietățile mecanice ale polistirenului

Rezistența mecanică a polistirenului la acizi și solvenți:

Polistiren	H 2SO 4	HNO3 50%	HCI până la 37%	Acetonă	etanol	Benzen	Fenol

Proprietățile termofizice ale polistirenului:

Polistiren	Conductivitate termică, λ, W/(m*K)	Capacitate termică, s, kJ/(kg*K)	Difuzivitate termică, a * 10 7, m 2 / s	CLR mediu (β * 10 5), K -1

Caracteristicile temperaturii:

Polistiren	Limite de temperatură de funcționare, С		Punct de înmuiere Vicat	Rezistenta la caldura conform Martens	Punct de topire C

Constanta dielectrică a polistirenului:

Indicele de inflamabilitate (K) este o valoare adimensională care exprimă raportul dintre cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii și cantitatea de căldură consumată pentru aprinderea unei probe de material. Materialul cu K>0,5 este combustibil. Pentru polistiren, indicatorul K-1.4 este combustibil

Indicatori de pericol de incendiu ai polistirenului:

Caracteristici ale arderii polistirenului și polistirenului de mare impact:
Comportamentul flăcării: Clipește când este aprins, arde ușor. Arde chiar și după ce a fost scos de pe flacără.
Colorare cu flacără: galben-portocaliu, luminos.
Natura arderii: Arsuri cu formarea unei cantități mari de funingine, se topește.
Miros: Floral dulce, cu o notă de miros de benzen. Miros de scorțișoară, dacă este înțepat cu un ac înroșit. Miros dulce de stiren.

Scurtă descriere, metode de prelucrare, scop principal, evaluare calitativă a proprietăților polistirenului și caracteristici specifice

Bloc de polistiren, emulsie, suspensie R: Material mai dur decât LDPE și HDPE, cu proprietăți dielectrice bune, lipsă de fragilitate și rezistență scăzută la căldură. Rezistent chimic. Pentru a crește rezistența la impact și rezistența la căldură, stirenul este copolimerizat cu alți monomeri sau combinat cu cauciucuri. Odată cu introducerea poroforilor în polistiren și spumarea ulterioară, se obține polistirenul expandat, care se caracterizează prin proprietăți ridicate de izolare termică și fonică, flotabilitate, rezistență chimică și rezistență la apă.

Scopul principal: Pentru părți ale corpului dispozitivelor, echipamente radio-electronice, izolatoare, piese de mari dimensiuni ale frigiderelor, ornamente interioare de aeronave. Polistiren expandat pentru izolare termică și fonică în construcții

Polistiren de mare impact: Duritate mai mare decât polistirenul

Metode de prelucrare: turnare prin injecție. Formare pneumatică și în vid. extrudare. Ștampilare. Presare. Lipirea. Restaurare mecanică

Scopul principal: Pentru produse și piese tehnice

plastic polistiren modificat: rezistență ridicată la impact la temperaturi scăzute și ridicate, rezistență crescută la căldură, rezistență la alcalii și uleiuri lubrifiante

Metode de prelucrare: turnare prin injecție. extrudare. explodare

Scopul principal: Pentru produse de dimensiuni mari din industria auto și în electrotehnică

Polimer dur, rigid, amorf. PS este bine colorat și prelucrat mecanic.

Proprietăți fizice și chimice de bazăpolistiren

Materialele plastice din polistiren sunt un grup mare de materiale termoplastice, a căror compoziție chimică a părții polimerice conține monomerul de stiren sau produsele sale de copolimerizare. Polistirenul de uz general (PS), polistirenul expandat, polistirenul de mare impact (HIPS) și copolimerii ABS sunt utilizați pe scară largă.

Polistirenul este de mare importanță printre tipurile moderne de materiale plastice de inginerie. Deși în prezent ponderea polistirenului în volumul producției de rășini sintetice și materiale plastice este mai mică de 6%, însă domeniile de aplicare ale acestui tip de polimer, datorită unei game largi de proprietăți fizice și mecanice, acoperă toate domeniile industriei. , de la producția de bunuri de larg consum până la industria auto și construcții.

În ceea ce privește proprietățile fizice, polistirenul este un polimer termoplastic liniar. Produs amorf, incolor, transparent, fragil. Nu este toxic. Polistirenul se caracterizează prin ușurință în prelucrare, aderență, colorare în masă bună și proprietăți dielectrice foarte bune.

Masa. Proprietățile fizice ale polistirenului.

Proprietăți fizice	Desemnare	unitate de măsură	Sens
Densitate		g/cm3	1,05
Temperatura de tranziție sticloasă	Tst.	°C	93
Temperatură de autoaprindere	Tsv.	°C	440
Rezistență la tracțiune	σgr.		40-50
Modulul de elasticitate la încovoiere		GPa	3,2
Extensie relativă		%	1,2-2
Conductivitate termică		W(m∙K)	0,08-0,12
Rezistenta la caldura conform Martens		°C	70
Duritatea Brinell		MPa	140-200
Contracția turnării		%	0,4-0,8
Rezistenta electrica specifica	ρv		1015
Constanta dielectrică	ε		2,5-2,6
Limită inferioară de inflamabilitate a concentrației	CPV	g/m3	25-27,5

Polistirenul este ușor solubil în monomer propriu, hidrocarburi aromatice, esteri, acetonă. Insolubil în alcooli inferiori, hidrocarburi alifatice, fenoli, eteri. Polimerul are o absorbție scăzută de umiditate, este rezistent la radiații radioactive, la acizi și alcalii, dar este distrus prin acțiunea acidului azotic concentrat și a acidului acetic glacial. În aer, sub iradiere UV, polistirenul suferă îmbătrânire: apar îngălbenirea și microfisurile, apare întunecarea, iar fragilitatea crește. Degradarea termică începe la 200°C și este însoțită de eliberarea monomerului. Dezavantajele polistirenului sunt fragilitatea și rezistența scăzută la căldură. Rezistență scăzută la impact. La temperaturi peste 60°C, stabilitatea dimensională scade.

Pentru a obține materiale cu rezistență la căldură și rezistență la impact mai mari decât polistirenul, se folosesc amestecurile acestuia cu alți polimeri și copolimeri de stiren. Copolimerii bloc și grefați, precum și copolimerii aleatori ai stirenului cu acrilonitril, acrilații și metacrilații, α-metilstirenul și anhidrida maleică sunt de cea mai mare importanță industrială.

PS are permeabilitate medie la gaz (mai mare decât PP, dar mai mică decât LDPE) dar permeabilitate mare la vapori. Transmisia vaporilor scade rapid la temperaturi negative, ceea ce face posibilă utilizarea PS pentru ambalarea produselor la temperaturi scăzute.

PS are proprietăți electrice excelente - pierderi dielectrice scăzute, rezistență electrică ridicată, rezistență la volum mare. Din punct de vedere chimic, este rezistent la acizi tari si alcaline, insolubil in hidrocarburi alifatice si alcooli slabi; solubil în hidrocarburi aromatice, alcooli superiori, esteri și hidrocarburi clorurate. Din filmul PS orientat se pot obtine produse foarte complexe prin termoformare.

Principalele grupe de materiale plastice din polistiren / Polimeri de stiren

În funcție de structura chimică, materialele plastice din polistiren sunt împărțite în patru grupe principale:

1. homopolistiren (sau polistiren de uz general - PSM, PSS), polistiren expandabil (PSV, PSV-S);
2. copolimeri aleatori ai stirenului, de exemplu, copolimeri dubli ai stirenului cu metacrilat de metil (MS), acrilonitril (SAN), etc., un copolimer ternar - stiren-metacrilat de metil-acrilonitril (MSN);
3. copolimeri grefați de stiren, care includ polistiren de mare impact, copolimeri ABS, copolimeri MSP;
4. compozite polimerice (polimer - amestecuri de polimeri), de exemplu, ABS-PVC, ABS-PC, polistiren cu impact puternic - oxid de polifenilen, ABS și SAN umplut cu sticlă, polistiren cu ardere lentă și ABS.

Utilizarea polistirenului în ambalaje

Film orientat biaxial are o transparenta excelenta. Temperatura de înmuiere este de 90-95°C. Polistirenul orientat are permeabilitate medie la gaz (mai mare decât PP dar mai mică decât LDPE) dar permeabilitate mare la vapori. Permeabilitatea la vapori scade rapid la temperaturi sub 0°C, ceea ce permite utilizarea PS pentru ambalarea produselor la temperaturi scăzute. Dintr-un film PS orientat prin termoformare pentru a obține produse de configurație complexă.

PS orientat cu grosimea mai mică de 75 µm este utilizat pentru „ferestre” în cutii de carton. Foliile mai groase sunt folosite pentru a face pahare pentru automate, tavi pentru carne proaspata ambalata, astfel incat ambele fete ale produsului ambalat sa fie vazute la cumparare.

Polistiren de mare impact (HIPS) este un bloc copolimer de stiren cu cauciuc. În starea nemodificată, PS este un material fragil și rezistența sa specifică la impact este insuficientă pentru multe aplicații.

PS rezistent la impact este mai flexibil, are o rezistență la impact mai mare, dar rezistență la tracțiune și stabilitate termică mai scăzute decât PS nemodificat. Proprietățile chimice ale PS nemodificat sunt aceleași cu proprietățile. PS rezistent la impact este un material excelent pentru producerea diverselor produse prin termoformare. Introducerea cauciucurilor sintetice în PS, reducând fragilitatea, reduce transparența PS.

Polistiren expandat posedă rezistență ridicată la grăsimi, este un excelent caldura și eolator. Se foloseste la fabricarea diverselor produse de ambalare prin termoformare (garnituri in cutii pentru mere, cutii pentru ambalarea oualor, tavi si tavi pentru ambalarea carnii proaspete, pestelui, chipsurilor etc.).

Copolimeri de stiren acrilonitril (SAN) au o rezistență chimică mai mare în comparație cu polimerul de bază PS.

Plasticul ABS este un copolimer de stiren, butadienă, acrilonitril. Proprietățile sale variază foarte mult în funcție de compoziția compoziției și de metoda de producție. Plasticul ABS are o rezistență la impact, rezistență chimică și ductilitate mai mare decât șoldurile. Se foloseste sub forma de borcane si tavi.

Ministerul Educației și Științei al Federației Ruse

Federația Rusă

Instituție de învățământ superior de stat

învăţământul profesional

„Universitatea Tehnică de Stat din Altai

lor. I.I. Polzunov”

Abstract.

La disciplina „chimie organică” pe tema:

„Polistiren (polivinilbenzen)”

Realizat de un student PKM-71:

Barkhatova L.N.

Verificat de către lector superior

departamentele FITCM: Asent'eva S.N.

Barnaul 2008

Introducere, caracteristici generale și clasificarea polimerilor

1. Context istoric

2. Descrierea polistirenului

3. Proprietăți de bază

3.1 Proprietăți fizice

3.2 Proprietăți chimice

4. Chitanță

5. Structura supramoleculară, conformație, configurație

6. Metode de întărire

7. Aplicare în industrie

Concluzie

Bibliografie

Introducere

Caracteristicile generale și clasificarea polimerilor

Un polimer este o substanță organică, ale cărei molecule lungi sunt construite din aceleași unități care se repetă în mod repetat - monomeri.

Mărimea moleculei de polimer este determinată de gradul de polimerizare n , acestea. numărul de verigi din lanț. Dacă n= 10 până la 20, substanțele sunt uleiuri ușoare. Pe măsură ce n crește, vâscozitatea crește, substanța devine ceroasă și, în final, la n=1000, se formează un polimer solid. Gradul de polimerizare este nelimitat: poate fi 10 4 , iar apoi lungimea moleculelor ajunge la micrometri. Greutatea moleculară a unui polimer este egală cu produsul dintre greutatea moleculară a monomerului și gradul de polimerizare. De obicei este în intervalul de la 10 3 la 3×10 5 . O lungime atât de mare de molecule împiedică împachetarea lor adecvată, iar structura polimerilor variază de la amorf la parțial cristalin. Proporția de cristalinitate este determinată în mare măsură de geometria lanțurilor. Cu cât lanțurile se potrivesc mai aproape, cu atât polimerul devine mai cristalin. Cristinitatea, chiar și în cel mai bun caz, este imperfectă.

Polimerii amorfi se topesc într-un interval de temperatură care depinde nu numai de natura lor, ci și de lungimea lanțurilor; cristaline au un punct de topire.

După origine, polimerii sunt împărțiți în trei grupe: polimeri sintetici (artificiali), polimeri naturali organici și polimeri naturali anorganici.

Polimerii sintetici sunt obținuți prin polimerizarea în etape sau în lanț a polimerilor cu greutate moleculară mică.

Polimerii anorganici naturali sunt, de exemplu, topitura de magmă, oxidul de siliciu.

Polimerii organici naturali se formează ca rezultat al activității vitale a plantelor și animalelor și se găsesc în lemn, lână și piele. Acestea sunt proteine, celuloză, amidon, șelac, lignină, latex.

De obicei, polimerii naturali sunt supuși izolării, purificării, modificării, în care structura catenelor principale rămâne neschimbată. Produsul unei astfel de procesări sunt polimerii artificiali. Exemple sunt cauciucul natural, din latex, celuloid, care este nitroceluloză plastifiată cu camfor pentru a crește elasticitatea.

Polimerii naturali și artificiali au jucat un rol important în tehnologia modernă, iar în unele domenii rămân indispensabili până în prezent, de exemplu, în industria celulozei și hârtiei. Cu toate acestea, o creștere bruscă a producției și consumului de materiale organice a avut loc datorită polimerilor sintetici - materiale obținute prin sinteză din substanțe cu greutate moleculară mică și care nu au analogi în natură. Dezvoltarea tehnologiei chimice a substanțelor macromoleculare este o parte integrantă și esențială a revoluției științifice și tehnologice moderne. . Nici o singură ramură a tehnologiei, în special cele noi, nu se poate descurca fără polimeri. În funcție de structura chimică, polimerii sunt împărțiți în liniari, ramificați, de rețea și spațiali. Moleculele polimerilor liniari sunt inerte chimic unele față de altele și sunt interconectate doar prin forțele van der Waals. Când sunt încălziți, vâscozitatea unor astfel de polimeri scade și ei sunt capabili să treacă mai întâi într-o stare foarte elastică și apoi într-o stare vâscoasă (Figura 1). Deoarece singurul efect al încălzirii este o modificare a plasticității, polimerii liniari sunt numiți termoplastici. Nu trebuie gândit că termenul „liniar” înseamnă drept, dimpotrivă, ele sunt mai caracteristice unei configurații zimțate sau elicoidale, ceea ce conferă acestor polimeri rezistență mecanică.

Polimerii termoplastici pot fi nu numai topiți, ci și dizolvați, deoarece legăturile van der Waals sunt ușor rupte sub acțiunea reactanților.

Polimerii ramificati (grefați) sunt mai puternici decât cei liniari. Ramificarea controlată a lanțului este una dintre principalele metode industriale de modificare a proprietăților polimerilor termoplastici.

Structura rețelei se caracterizează prin faptul că lanțurile sunt conectate între ele, iar acest lucru limitează foarte mult mișcarea și duce la o modificare atât a proprietăților mecanice, cât și a celor chimice. Cauciucul obișnuit este moale, dar atunci când este vulcanizat cu sulf, se formează legături covalente de tip S-zero, iar rezistența crește. Polimerul poate dobândi o structură de rețea și spontan, de exemplu, sub acțiunea luminii și a oxigenului, se produce îmbătrânirea cu o pierdere a elasticității și a performanței. În cele din urmă, dacă moleculele de polimer conțin grupări reactive, atunci când sunt încălzite, acestea sunt conectate prin multe legături puternice reticulate, polimerul se dovedește a fi reticulat, adică capătă o structură spațială. Astfel, încălzirea provoacă reacții care modifică dramatic și ireversibil proprietățile materialului, care capătă rezistență și vâscozitate ridicată, devine insolubil și infuzibil. Datorită reactivității ridicate a moleculelor, care se manifestă odată cu creșterea temperaturii, se numesc astfel de polimeri termorigide. Este ușor de imaginat că moleculele lor sunt active nu numai în relație între ele, ci și cu suprafețele corpurilor străine. Prin urmare, polimerii termorigizi, spre deosebire de cei termoplastici, au o capacitate de adeziv mare chiar și la temperaturi scăzute, ceea ce le permite să fie utilizați ca acoperiri de protecție, adezivi și lianți în materiale compozite.

Prin reacție se obțin polimeri termoplastici polimerizare, curgând conform schemei (Figura 2).

	Imaginea 2 - Reacții de formare a polimerilor: A)- polimerizare, b)- policondensare

În timpul polimerizării în lanț, greutatea moleculară crește aproape instantaneu, produsele intermediare sunt instabile, reacția este sensibilă la prezența impurităților și, de regulă, necesită presiuni mari. Nu este surprinzător că un astfel de proces este imposibil în condiții naturale și toți polimerii naturali au fost formați într-un mod diferit. Chimia modernă a creat un nou instrument - reacția de polimerizare și datorită lui o clasă mare de polimeri termoplastici. Reacția de polimerizare este implementată numai în echipamente complexe ale industriilor specializate, iar consumatorul primește polimeri termoplastici în formă finită.

Moleculele reactive ale polimerilor termorigizi pot fi formate într-un mod mai simplu și mai natural - treptat de la monomer la dimer, apoi la trimer, tetramer etc. O astfel de combinație de monomeri, „condensarea” lor, se numește reacție policondensare; nu necesită puritate sau presiuni mari, dar este însoțită de o modificare a compoziției chimice și adesea de eliberarea de subproduse (de obicei vapori de apă) (Figura 2). Este această reacție care are loc în natură; se poate realiza usor cu doar putina incalzire in cele mai simple conditii, chiar si acasa. O astfel de mare capacitate de fabricație a polimerilor termorigizi oferă oportunități ample de fabricare a diferitelor produse la întreprinderi non-chimice, inclusiv fabrici de radio.

Indiferent de tipul și compoziția materiilor prime și a metodelor de producție, materialele pe bază de polimeri pot fi clasificate astfel: materiale plastice, materiale plastice armate cu fibre, laminate, folii, acoperiri, adezivi.

1. Context istoric

Industria materialelor plastice a apărut la începutul secolului al XX-lea. Stirenul ușor polimerizabil și polimerul său solid sticlos au atras imediat atenția. Bazele chimiei și tehnologiei pentru producția de polistiren au fost puse de Ostromyslensky și Shtaudinger. Acesta din urmă a propus un mecanism în lanț pentru formarea macromoleculelor de polistiren.

Primul brevet pentru producția de polistiren (polimerizare termică spontană în masă) a fost luat în Germania în 1911. În același loc, în 1920, a început producția industrială a polimerului. În 1936 deja produs 6000 tone/an.

În afara Germaniei, creșterea producției de polistiren a fost de mult oprită de prețul ridicat al monomerului. Impulsul dezvoltării rapide a fost crearea în Statele Unite în timpul celui de-al Doilea Război Mondial a producției pe scară largă de cauciuc stiren-butadien, ceea ce a dus în mod natural la scăderea prețurilor la stiren. După război, producția de polistiren și copolimeri de stiren care conțin mai mult de 50% stiren în compoziție (spre deosebire de cauciucul stiren-butadien, unde aproximativ 30% stiren) s-a dezvoltat independent. Dezvoltarea unor astfel de produse eficiente; ca polistiren expandat, polimerii de mare impact ai stirenului, materialele plastice ABS, au permis plasticului polistiren în general să ocupe locul trei în producția mondială de materiale plastice după polietilenă și clorură de polivinil.