Značilnosti polistirena za splošno uporabo. Polistiren: formula, lastnosti, proizvodnja, uporaba

Izdelki in izdelki iz polistirena
Oprema za proizvodnjo in predelavo polistirena
Knjige in revije o polistirenih
Fotografija
Video
Postopek izdelave polistirena
Zgodovinska dejstva
Obeti in napovedi razvoja
Kratke značilnosti in lastnosti:

polistiren pridobljen s polimerizacijo stirena v masi (PSM), v emulziji (PSE) in redkeje v suspenziji (C). Povprečna molekulska masa (MM) = 80-100 tisoč, odvisno od načina proizvodnje.
Formula polistirena:
n
C6H5
Polistiren in materiali na njegovi osnovi so strukturni polimerni materiali. Odlikuje jih dovolj visoka trdnost, togost, visoka dimenzijska stabilnost in odlične dekorativne lastnosti. Polistiren je amorfen polimer, za katerega je značilna visoka prosojnost (prepustnost svetlobe do 90 %).
Polistiren (PS, bakelit, vestiron, stiron, fostaren, edister itd.). Gostota 1,04-1,05 g/cm3, t velikost 82-95 C. Polistiren se raztopi v stirenu in aromatskih ogljikovodikih, ketonih. Polistiren se ne raztopi v vodi, alkoholih, šibkih raztopinah kislin, alkalij. Upogibni modul 2700-3200 MPa. Toplotna prevodnost 0,08-0,12 W / (m * K). Zarezna udarna trdnost po Charpyju 1,5-2 kJ/m2. Polistiren je nagnjen k razpokam. Temperatura samovžiga 440 C. Zmes prahu in zraka CPV 25-27,5 g/m3 Polistiren je krhek, odporen na alkalije in številne kisline, olja, zlahka obarvan z barvili brez izgube prosojnosti, ima visoke dielektrične lastnosti. Polistiren je nestrupen, odobren za stik s hrano in uporabo v biomedicinski tehnologiji.
UPS(visoko udarni polistiren) se pridobiva s cepljenko kopolimerizacijo stinola s polibutadienskim ali stiren-butadienskim kavčukom. Visokoodbojni polistiren (UP, Karinex, Lusterex, sternit, stiron, hostiren itd.) Strukturno je HIPS trifazni sistem, sestavljen iz PS (polistirena), gela iz cepljenega kopolimera in gume s cepljenim stirenom v obliki delcev velikosti do 15 mikronov, enakomerno razporejenih glede na UPS. Kljub nizki molekulski masi matričnega polistirena (70-100 tisoč), prisotnost gume znatno upočasni rast mikrorazpok, kar poveča trdnost materiala (tabela 1).
Znamka HIPS označuje metodo sinteze (M, C), številčno oznako udarne trdnosti (prvi dve števki) in desetkratno vrednost vsebnosti preostalega monomera. Poleg tega lahko znamka vsebuje črko, ki označuje prednostni način obdelave. Na primer, UPM-0703 E - polistiren z visokim udarcem, pridobljen z masno polimerizacijo; njegova udarna trdnost je 7 kJ/m 2, vsebnost preostalega monomera je 0,3 %, predelava je z ekstrudiranjem.

Tabela 1.

Osnovne lastnosti polistirenske plastike

Lastnosti polistirena
Gostota, kg/ m 3
Tališče, 0 С
Prekinitveni stres, MPa, pri:
Raztezanje
upogib
stiskanje
Raztezek pri pretrganju, %
Udarna trdnost, kJ/ m 2
Trdota po Brinellu, MPa
Toplotna odpornost po Martensu, 0 С
Dielektrična konstanta pri 10 6 Hz
Tangent kota dielektričnih izgub pri 10 6 Hz, x10 4
Specifični volumenski električni upor, Ohm∙m
Električna moč, MW/ m

ABS- plastika je produkt cepljene kopolimerizacije treh monomerov - akrilonitrila, butadien in stiren, statični kopolimer stirena in akrilonitrila pa tvori togo matriko, v kateri so razporejeni gumijasti delci velikosti do 1 mikrona. Povečanje udarne trdnosti spremlja ohranjanje glavnih fizikalnih, mehanskih in termofizikalnih lastnosti na visoki ravni (tabela 1). ABS ni prozoren. Na voljo v obliki stabiliziranega prahu in granul. Uporablja se za izdelavo tehničnih izdelkov.
Pri znamki ABS prvi dve števki označujeta vrednost udarne trdnosti po Izodu, naslednji dve - PTR(indeks pretoka taline), črka na koncu razreda označuje način obdelave ali posebne lastnosti. Na primer, za ABS-0809T je značilna udarna trdnost - 8 kJ / m 2, MFR - 9 g / 10 min, povečana toplotna odpornost (T).
Kopolimeri se uporabljajo v industriji stinol z akrilonitrila(SAN), stinol z metil etakrilatom (MS) in stinol z metimetakrilatom in akrilonitrilom (MSN).
Polistiren se reciklira na vse znane metode.

Mehanske lastnosti polistirena

Mehanska odpornost polistirena na kisline in topila:

polistiren	H 2SO 4	HNO3 50 %	HCl do 37%	Aceton	etanol	Benzen	fenol

Termofizične lastnosti polistirena:

polistiren	Toplotna prevodnost, λ, W/(m*K)	Toplotna zmogljivost, s, kJ/(kg*K)	Toplotna difuzivnost, a * 10 7, m 2 / s	Povprečni CLR (β * 10 5), K -1

Temperaturne značilnosti:

polistiren	Meje delovne temperature, C		Točka zmehčanja Vicat	Toplotna odpornost po Martensu	Tališče C

Dielektrična konstanta polistirena:

Indeks vnetljivosti (K) je brezdimenzionalna vrednost, ki izraža razmerje med količino toplote, ki se sprosti med zgorevanjem, in količino toplote, porabljene za vžig vzorca materiala. Material s K>0,5 je gorljiv. Za polistiren je indikator K-1,4 gorljiv

Indikatorji požarne nevarnosti polistirena:

Značilnosti zgorevanja polistirena in polistirena z visokim udarcem:
Obnašanje plamena: Utripa ob vžigu, zlahka gori. Gori tudi po odstranitvi iz ognja.
Barvanje plamena: Oranžno rumena, svetleča.
Narava zgorevanja: Gori s tvorbo velike količine saj, se topi.
vonj: Sladko cvetno s pridihom vonja po benzenu. Vonj po cimetu, če ga prebodemo z vročo iglo. Sladek vonj po stirenu.

Kratek opis, metode obdelave, glavni namen, kakovostna ocena lastnosti polistirena in posebnosti

Polistirenski blok, emulzija, suspenzija O: Trši material kot LDPE in HDPE, z dobrimi dielektričnimi lastnostmi, pomanjkanjem krhkosti in nizko toplotno odpornostjo. Kemično odporen. Za povečanje udarne trdnosti in toplotne odpornosti se uporablja kopolimerizacija stirena z drugimi monomeri ali njegova kombinacija z gumami. Z vnosom porofor v polistiren in kasnejšim penjenjem dobimo ekspandirani polistiren, za katerega so značilne visoke toplotne in zvočne izolacijske lastnosti, vzgona, kemična odpornost in vodoodpornost.

Glavni namen: Za dele karoserije naprav, radijsko-elektronsko opremo, izolatorje, velike dele hladilnikov, notranjo opremo letal. Ekspandirani polistiren za toplotno in zvočno izolacijo v gradbeništvu

Visokoodporni polistiren: Večja žilavost kot polistiren

Metode obdelave: brizganje. Pnevmatsko in vakuumsko oblikovanje. Ekstrudiranje. Žigosanje. Stiskanje. Lepljenje. Mehanska obnova

Glavni namen: Za tehnične izdelke in dele

modificirana polistirenska plastika: Visoka udarna trdnost pri nizkih in visokih temperaturah, povečana toplotna odpornost, odpornost na alkalije in mazalna olja

Metode obdelave: brizganje. Ekstrudiranje. raznesti

Glavni namen: Za velike izdelke v avtomobilski industriji in v elektrotehniki

Trd, tog, amorfen polimer. PS je dobro obarvan in mehansko obdelan.

Osnovne fizikalne in kemijske lastnostipolistiren

Polistirenske plastike so velika skupina termoplastičnih materialov, katerih kemična sestava polimernega dela vsebuje stirenski monomer ali njegove produkte kopolimerizacije. Široko se uporabljajo polistiren za splošno uporabo (PS), ekspandirani polistiren, polistiren visokega udarca (HIPS) in ABS kopolimeri.

Polistiren ima velik pomen med sodobnimi vrstami inženirske plastike. Čeprav je trenutno delež polistirena v obsegu proizvodnje sintetičnih smol in plastike manjši od 6 %, pa področja uporabe te vrste polimera zaradi široke palete fizikalnih in mehanskih lastnosti pokrivajo vsa področja industrije. , od proizvodnje potrošniškega blaga do avtomobilske industrije in gradbeništva.

Po fizikalnih lastnostih je polistiren linearni termoplastični polimer. Amorfen, brezbarven, prozoren, krhek izdelek. Ni strupeno. Za polistiren je značilna enostavna obdelava, lepljivost, dobro obarvanje mase in zelo dobre dielektrične lastnosti.

Tabela. Fizikalne lastnosti polistirena.

Fizične lastnosti	Poimenovanje	merska enota	Pomen
Gostota		g/cm3	1,05
Temperatura steklenega prehoda	Tst.	°C	93
Temperatura samodejnega vžiga	Tsv.	°C	440
Natezno trdnost	σgr.		40-50
Modul elastičnosti pri upogibanju		GPa	3,2
Relativna razširitev		%	1,2-2
Toplotna prevodnost		W(m∙K)	0,08-0,12
Toplotna odpornost po Martensu		°C	70
Trdota po Brinellu		MPa	140-200
Krčenje vlivanja		%	0,4-0,8
Specifična električna upornost	ρv		1015
Dielektrična konstanta	ε		2,5-2,6
Spodnja meja vnetljivosti koncentracije	CPV	g/m3	25-27,5

Polistiren je lahko topen v lastnem monomeru, aromatskih ogljikovodikih, estrih, acetonu. Netopen v nižjih alkoholih, alifatskih ogljikovodikih, fenolih, etrih. Polimer ima nizko absorpcijo vlage, je odporen na radioaktivno sevanje, na kisline in alkalije, vendar ga uniči delovanje koncentrirane dušikove kisline in ledenoocetne kisline. Na zraku se polistiren pod UV obsevanjem stara: pojavi se rumenost in mikrorazpoke, pride do motnosti in se poveča krhkost. Toplotna razgradnja se začne pri 200°C in jo spremlja sproščanje monomera. Pomanjkljivosti polistirena so njegova krhkost in nizka toplotna odpornost. Nizka odpornost na udarce. Pri temperaturah nad 60°C se dimenzijska stabilnost zmanjša.

Za pridobitev materialov z večjo toplotno odpornostjo in udarno trdnostjo kot polistiren se uporabljajo njegove mešanice z drugimi polimeri in stirenskimi kopolimeri. Največji industrijski pomen imajo blok in cepljeni kopolimeri ter random kopolimeri stirena z akrilonitrilom, akrilati in metakrilati, α-metilstirenom in maleinskim anhidridom.

PS ima srednjo prepustnost za plin (višjo od PP, vendar nižjo od LDPE), vendar visoko paroprepustnost. Prepustnost hlapov se pri nizkih temperaturah hitro zmanjša, kar omogoča uporabo PS za pakiranje izdelkov pri nizkih temperaturah.

PS ima odlične električne lastnosti - nizke dielektrične izgube, visoko električno trdnost, velik volumenski upor. Kemično je odporen na močne kisline in alkalije, netopen v alifatskih ogljikovodikih in šibkih alkoholih; topen v aromatskih ogljikovodikih, višjih alkoholih, estrih in kloriranih ogljikovodikih. Iz usmerjenega PS filma lahko s termoformiranjem dobimo zelo kompleksne izdelke.

Glavne skupine polistirenske plastike / Stirenski polimeri

Po kemični strukturi so polistirenske plastike razdeljene v štiri glavne skupine:

1. homopolistiren (ali polistiren za splošno uporabo - PSM, PSS), ekspandirani polistiren (PSV, PSV-S);
2. naključni kopolimeri stirena, na primer dvojni kopolimeri stirena z metil metakrilatom (MS), akrilonitrilom (SAN) itd., ternarnim kopolimerom - stiren-metil metakrilat-akrilonitrilom (MSN);
3. stirenski cepljeni kopolimeri, ki vključujejo visoko udarni polistiren, ABS kopolimere, MSP kopolimer;
4. polimerni kompoziti (mešanice polimerov in polimerov), na primer ABS-PVC, ABS-PC, polistiren-polifenilen oksid z visokim udarcem, ABS in SAN, polnjen s steklom, počasi goreči polistiren in ABS.

Uporaba polistirena v embalaži

Biaksialno usmerjen film ima odlično preglednost. Temperatura mehčanja je 90-95°C. Usmerjeni polistiren ima srednjo plinsko prepustnost (višjo od PP, vendar nižjo od LDPE), vendar visoko paroprepustnost. Paroprepustnost se hitro zmanjša pri temperaturah pod 0°C, kar omogoča uporabo PS za pakiranje izdelkov pri nizkih temperaturah. Iz usmerjenega PS filma s termoformiranjem za pridobitev izdelkov kompleksne konfiguracije.

Usmerjeni PS, debeline manj kot 75 µm, se uporabljajo za "okna" v kartonih. Debelejše folije se uporabljajo za izdelavo skodelic za avtomate, pladnjev za pakirano sveže meso, tako da se pri nakupu vidita obe strani pakiranega izdelka.

Visokoodporni polistiren (HIPS) je blok kopolimer stirena z gumo. V nespremenjenem stanju je PS krhek material in njegova specifična udarna trdnost je nezadostna za številne aplikacije.

PS, odporen na udarce, je bolj fleksibilen, ima večjo udarno trdnost, vendar nižjo natezno trdnost in toplotno stabilnost kot nespremenjeni PS. Kemijske lastnosti nemodificiranega PS so enake kot lastnosti. PS, odporen na udarce, je odličen material za izdelavo različnih izdelkov s termoformiranjem. Uvedba sintetičnih kavčukov v PS, ki zmanjšuje krhkost, zmanjšuje preglednost PS.

Ekspandirani polistiren ima visoko odpornost na maščobe, je odličen toplotni in eolator. Uporablja se za izdelavo različnih embalažnih izdelkov s termoformiranjem (podloge za škatle za jabolka, škatle za pakiranje jajc, pladnji in pladnji za pakiranje svežega mesa, rib, čipsa itd.).

Stiren akrilonitrilni kopolimeri (SAN) imajo večjo kemično odpornost v primerjavi z osnovnim polimerom PS.

ABS plastika je kopolimer stirena, butadiena, akrilonitrila. Njegove lastnosti se zelo razlikujejo glede na sestavo sestave in način proizvodnje. ABS plastika ima večjo udarno trdnost, kemično odpornost in duktilnost kot HIPS. Uporablja se v obliki kozarcev in pladnjev.

Ministrstvo za izobraževanje in znanost Ruske federacije

Ruska federacija

Državna visokošolska ustanova

poklicno izobraževanje

"Altajska državna tehnična univerza

njim. I.I. Polzunov"

Povzetek.

V disciplini "organska kemija" na temo:

"Polistiren (polivinilbenzen)"

Izvaja študent PKM-71:

Barkhatova L.N.

Preverjeno s strani višjega predavatelja

oddelki FITCM: Arsentjeva S.N.

Barnaul 2008

Uvod, splošne značilnosti in klasifikacija polimerov

1. Zgodovinsko ozadje

2. Opis polistirena

3. Osnovne lastnosti

3.1 Fizične lastnosti

3.2 Kemijske lastnosti

4. Račun

5. Supramolekularna struktura, konformacija, konfiguracija

6. Metode utrjevanja

7. Uporaba v industriji

Zaključek

Bibliografija

Uvod

Splošne značilnosti in razvrstitev polimerov

Polimer je organska snov, katere dolge molekule so zgrajene iz istih večkrat ponavljajočih se enot - monomerov.

Velikost molekule polimera je določena s stopnjo polimerizacije n , tiste. število členov v verigi. Če je n= 10 do 20, so snovi lahka olja. Ko se n poveča, se viskoznost poveča, snov postane voskasta in končno pri n=1000 nastane trden polimer. Stopnja polimerizacije je neomejena: lahko je 10 4 , nato pa dolžina molekul doseže mikrometre. Molekulska masa polimera je enaka zmnožku molekulske mase monomera in stopnje polimerizacije. Običajno je v območju od 10 3 do 3×10 5 . Tako velika dolžina molekul onemogoča njihovo pravilno pakiranje, struktura polimerov pa variira od amorfne do delno kristalne. Delež kristalnosti je v veliki meri določen z geometrijo verig. Bolj ko se verige prilegajo, bolj kristalen postane polimer. Kristaliničnost, tudi v najboljšem primeru, je nepopolna.

Amorfni polimeri se talijo v temperaturnem območju, ki ni odvisno samo od njihove narave, temveč tudi od dolžine verig; kristalni imajo tališče.

Po izvoru so polimeri razdeljeni v tri skupine: sintetični polimeri (umetni), naravni organski in naravni anorganski polimeri.

Sintetične polimere dobimo s stopenjsko ali verižno polimerizacijo polimerov z nizko molekulsko maso.

Naravni anorganski polimeri so na primer talina magme, silicijev oksid.

Naravni organski polimeri nastanejo kot posledica vitalne dejavnosti rastlin in živali in jih najdemo v lesu, volni in usnju. To so beljakovine, celuloza, škrob, šelak, lignin, lateks.

Običajno so naravni polimeri podvrženi izolaciji, čiščenju, modifikaciji, pri čemer struktura glavnih verig ostane nespremenjena. Produkt takšne predelave so umetni polimeri. Primeri so naravni kavčuk, izdelan iz lateksa, celuloida, ki je nitroceluloza plastificirana s kafro za povečanje elastičnosti.

Naravni in umetni polimeri so igrali pomembno vlogo v sodobni tehnologiji, na nekaterih področjih pa so nepogrešljivi še danes, na primer v industriji celuloze in papirja. Vendar pa je prišlo do močnega povečanja proizvodnje in porabe organskih materialov zaradi sintetičnih polimerov - materialov, pridobljenih s sintezo iz snovi z nizko molekulsko maso in ki nimajo analogov v naravi. Razvoj kemijske tehnologije makromolekularnih snovi je sestavni in bistveni del sodobne znanstvene in tehnološke revolucije. . Nobena veja tehnologije, zlasti nove, ne more brez polimerov. Po kemijski strukturi polimere delimo na linearne, razvejane, mrežne in prostorske. Molekule linearnih polimerov so med seboj kemično inertne in so med seboj povezane le z van der Waalsovimi silami. Pri segrevanju se viskoznost takšnih polimerov zmanjša in lahko reverzibilno preidejo najprej v visoko elastično, nato pa v viskozno stanje (slika 1). Ker je edini učinek segrevanja sprememba plastičnosti, se linearni polimeri imenujejo termoplastični. Ne smemo misliti, da izraz "linearni" pomeni ravno, nasprotno, bolj so značilni za nazobčano ali spiralno konfiguracijo, ki daje takšnim polimerom mehansko trdnost.

Termoplastične polimere je mogoče ne le stopiti, ampak tudi raztopiti, saj se van der Waalsove vezi zlahka raztrgajo pod delovanjem reagentov.

Razvejani (cepljeni) polimeri so močnejši od linearnih. Nadzorovano razvejanje verige je ena glavnih industrijskih metod za spreminjanje lastnosti termoplastičnih polimerov.

Za strukturo omrežja je značilno, da so verige med seboj povezane, kar močno omejuje gibanje in vodi do spremembe tako mehanskih kot kemičnih lastnosti. Navadna guma je mehka, vendar se pri vulkaniziranju z žveplom tvorijo kovalentne vezi tipa S-nič in moč se poveča. Polimer lahko pridobi mrežno strukturo in spontano, na primer pod vplivom svetlobe in kisika, pride do staranja z izgubo elastičnosti in zmogljivosti. Končno, če molekule polimera vsebujejo reaktivne skupine, potem so pri segrevanju povezane s številnimi zamreženimi močnimi vezmi, polimer se izkaže za zamreženega, to pomeni, da pridobi prostorsko strukturo. Tako segrevanje povzroči reakcije, ki dramatično in nepopravljivo spremenijo lastnosti materiala, ki pridobi moč in visoko viskoznost, postane netopen in netopljiv. Zaradi visoke reaktivnosti molekul, ki se kaže z naraščanjem temperature, se takšni polimeri imenujejo termoreaktivne. Preprosto si je predstavljati, da so njihove molekule aktivne ne le med seboj, temveč tudi s površinami tujih teles. Zato imajo termoreaktivni polimeri v nasprotju s termoplastičnimi visoko lepilno sposobnost tudi pri nizkih temperaturah, kar jim omogoča, da se uporabljajo kot zaščitni premazi, lepila in veziva v kompozitnih materialih.

Z reakcijo dobimo termoplastične polimere polimerizacija, teče po shemi (slika 2).

	Slika 2 - Reakcije nastajanja polimerov: a)- polimerizacija, b)- polikondenzacija

Pri verižni polimerizaciji se molekulska masa skoraj takoj poveča, vmesni produkti so nestabilni, reakcija je občutljiva na prisotnost nečistoč in praviloma zahteva visoke tlake. Ni presenetljivo, da je tak proces v naravnih razmerah nemogoč, vsi naravni polimeri pa so nastali na drugačen način. Sodobna kemija je ustvarila novo orodje - reakcijo polimerizacije in zahvaljujoč njemu velik razred termoplastičnih polimerov. Reakcija polimerizacije se izvaja samo v kompleksni opremi specializiranih industrij, potrošnik pa prejme termoplastične polimere v končni obliki.

Reaktivne molekule termoreaktivnih polimerov se lahko tvorijo na preprostejši in bolj naraven način – postopoma od monomera do dimera, nato do trimera, tetramera itd. Takšno kombinacijo monomerov, njihovo »kondenzacijo«, imenujemo reakcija polikondenzacija; ne zahteva visoke čistosti ali tlakov, spremlja pa ga sprememba kemične sestave in pogosto sproščanje stranskih produktov (običajno vodne pare) (slika 2). Prav ta reakcija se pojavlja v naravi; enostavno ga je mogoče izvesti z le malo ogrevanja v najpreprostejših pogojih, tudi doma. Tako visoka proizvodnost termoreaktivnih polimerov ponuja veliko možnosti za proizvodnjo različnih izdelkov v nekemičnih podjetjih, vključno z radijskimi obrati.

Ne glede na vrsto in sestavo izhodnih materialov in proizvodne metode lahko materiale na osnovi polimerov razvrstimo na naslednje: plastike, z vlakni ojačane plastike, laminati, folije, premazi, lepila.

1. Zgodovinsko ozadje

Industrija plastike je nastala na prelomu 20. stoletja. Stiren, ki se zlahka polimerizira, in njegov stekleni trdni polimer sta takoj pritegnila pozornost. Temelje kemije in tehnologije za proizvodnjo polistirena sta postavila Ostromyslensky in Shtaudinger. Slednji je predlagal verižni mehanizem za tvorbo polistirenskih makromolekul.

Prvi patent za proizvodnjo polistirena (termična spontana polimerizacija v masi) je bil sprejet v Nemčiji leta 1911. Na istem mestu se je leta 1920 začela industrijska proizvodnja polimera. Leta 1936 že proizvedenih 6000 ton/leto.

Zunaj Nemčije je rast proizvodnje polistirena dolgo zavirala visoka cena monomera. Spodbuda za hiter razvoj je bila ustanovitev v ZDA med drugo svetovno vojno obsežne proizvodnje stiren-butadienske gume, kar je seveda povzročilo znižanje cen stirena. Po vojni se je proizvodnja polistirena in stirenskih kopolimerov, ki vsebujejo več kot 50 odstotkov stirena v sestavi (za razliko od stiren-butadienske gume, kjer je približno 30 odstotkov stirena), razvijala samostojno. Razvoj tako učinkovitih izdelkov; kot ekspandirani polistiren so visokoodporni polimeri stirena, ABS plastike, omogočili, da polistirenska plastika na splošno zasede tretje mesto v svetovni proizvodnji plastike za polietilenom in polivinilkloridom.