Polistiren

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 12 iunie 2022; verificarea necesită 1 editare .
Polistiren

Marca internațională de reciclare pentru polistiren
General
Abrevieri PS
Chim. formulă ( C8H8 ) n _ _
Proprietăți fizice
Densitate 1,069—1,125 g/cm³
Proprietati termice
Temperatura
 •  topirea ~160-170 °C
Clasificare
Reg. numar CAS 9003-53-6
Reg. numărul EINECS 500-008-9
CHEBI 53276
Datele se bazează pe condiții standard (25 °C, 100 kPa), dacă nu este menționat altfel.
 Fișiere media la Wikimedia Commons

Polistirenul este un  produs de polimerizare al stirenului (vinilbenzen) , un polimer termoplastic cu o structură liniară.

Proprietăți

Gradul de polimerizare al polistirenilor industriali n = 600-2500, coeficient de polidispersitate (  - greutate medie,  - greutate moleculară medie numerică). În funcție de metoda de sinteză și de gradul de polimerizare, indicele de curgere este de 1,4-30 de grame în 10 minute, temperatura de înmuiere (după Vicat, 200 MPa) este de 97 ° C pentru polistirenul amorf și 114 ° C pentru polistirenul parțial cristalizat . 1] .

Grupările fenil împiedică aranjarea ordonată a macromoleculelor și formarea formațiunilor cristaline.

Polistirenul este un polimer amorf dur fragil, cu un grad ridicat de transmisie optică a luminii și rezistență mecanică scăzută. Polistirenul are o densitate scăzută (1060 kg/m³), contracția în timpul turnării prin injecție este de 0,4-0,8%. Polistirenul are proprietăți dielectrice excelente și rezistență bună la îngheț (până la -40 °C). Are rezistență chimică scăzută (cu excepția acizilor diluați, alcoolilor și alcalinelor).

Se dizolvă în disulfură de carbon , piridină , acetonă , toluen , dicloroetan , cloroform , tetraclorură de carbon , esteri , mai lent - în benzină [2] . Insolubil în apă . material termoplastic. Polistirenul este ușor de modelat și colorat. Bine prelucrat mecanic. Se lipește bine. Are o absorbție scăzută la umiditate și rezistență ridicată la umiditate .

La încălzire puternică (peste 300 °C), polistirenul se descompune cu eliberarea de vapori de monomer ( stiren ) [3] și alți produși de descompunere ai lanțurilor polimerice. În aer, arde cu o flacără galbenă fumurie.

Obținerea

Producția industrială de polistiren se bazează pe polimerizarea radicală a stirenului . Există 3 modalități principale de a-l obține:

Emulsie (PSE)

O metodă de producție învechită care nu a fost utilizată pe scară largă în producție.

Polistirenul în emulsie se obține ca urmare a polimerizării stirenului într-o soluție apoasă de substanțe alcaline la o temperatură de 85–95 °C. Această metodă necesită stiren , apă , un emulgator și un inițiator de polimerizare . Stirenul este prepurificat din inhibitori : trebutil-pirocatecol sau hidrochinonă . Ca inițiatori de reacție se folosesc compuși solubili în apă, dioxid de hidrogen sau persulfat de potasiu. Ca emulgatori se folosesc sărurile acizilor grași, alcaline (săpun), sărurile acizilor sulfonici. Reactorul este umplut cu o soluție apoasă de ulei de ricin și, amestecând bine, se introduc stiren și inițiatori de polimerizare, după care amestecul rezultat este încălzit la 85-95 °C. Monomerul dizolvat în miceliile de săpun începe să se polimerizeze, provenind din picăturile de emulsie . Ca rezultat, se formează particule polimer-monomer. În etapa de polimerizare de 20%, săpunul micelar este cheltuit pentru formarea straturilor adsorbite, iar procesul continuă apoi în interiorul particulelor de polimer.

Procesul se termină atunci când conținutul de stiren liber este mai mic de 0,5%. În plus, emulsia este transportată din reactor în etapa de precipitare pentru a reduce în continuare monomerul rezidual; pentru aceasta, emulsia este coagulată cu o soluție de sare comună și uscată, obținându-se o masă pulverulentă cu dimensiuni de particule de până la 0,1 mm.

Reziduurile de substanțe alcaline afectează calitatea materialului obținut, deoarece este imposibil să se elimine complet impuritățile străine, iar prezența lor conferă polimerului o nuanță gălbuie. Această metodă poate fi utilizată pentru a obține polistiren cu cea mai mare greutate moleculară. Polistirenul obținut prin această metodă are abrevierea PSE, care se găsește în documentația tehnică și în manualele vechi despre materiale polimerice.

Suspensie (PSS)

Metoda de polimerizare în suspensie se efectuează conform unei scheme periodice în reactoare cu agitator și manta de îndepărtare a căldurii.

Stirenul se prepară prin suspendarea lui în apă chimic pură prin utilizarea stabilizatorilor de emulsie (alcool polivinilic, polimetacrilat de sodiu, hidroxid de magneziu) și inițiatori de polimerizare. Procesul de polimerizare se realizează cu o creștere treptată a temperaturii (până la 130 ° C) sub presiune. Rezultă o suspensie din care se izolează polistirenul prin centrifugare, apoi se spală și se usucă. Această metodă de obținere a polistirenului este, de asemenea, învechită și este cea mai potrivită pentru obținerea și copolimerii stirenului . Această metodă este utilizată în principal în producția de polistiren expandat .

Bloc sau obținut în masă (PSM)

Există două scheme pentru producția de polistiren de uz general: conversie completă și incompletă. Polimerizarea termică în vrac conform unei scheme continue este un sistem de reactoare cu 2-3 coloane conectate în serie cu agitatoare. Polimerizarea se efectuează în etape într-un mediu benzen  , mai întâi la o temperatură de 80–100°C, apoi la o etapă de 100–220°C. Reacția se oprește atunci când gradul de conversie a stirenului în polistiren atinge 80–90% în greutate (cu metoda de conversie incompletă, gradul de polimerizare este ajustat la 50–60%). Stiren-monomerul nereacționat este îndepărtat din topitura de polistiren prin vid, reducând conținutul de stiren rezidual în polistiren la 0,01-0,05%, monomerul nereacționat este readus la polimerizare. Polistirenul obținut prin metoda blocului se caracterizează prin puritate ridicată și stabilitatea parametrilor. Această tehnologie este cea mai eficientă și practic nu are deșeuri.

Aplicație

Este produs sub formă de granule cilindrice transparente, care sunt prelucrate în produse finite prin turnare prin injecție sau extrudare la 190–230 °C. Utilizarea pe scară largă a polistirenului (PS) și a materialelor plastice se bazează pe costul scăzut, ușurința de prelucrare și o gamă largă de calități diferite.

Cele mai utilizate (mai mult de 60% din producția de materiale plastice din polistiren) au primit polistiren rezistent la impact, care sunt copolimeri de stiren cu butadienă și cauciuc stiren- butadienă . Numeroase alte modificări ale copolimerilor de stiren au fost create în prezent .

Din polistiren sunt produse o gamă largă de produse, care sunt utilizate în principal în sfera casnică a activității umane (vesela de unică folosință, ambalaje, jucării pentru copii etc.), precum și în industria construcțiilor (plăci termoizolante, cofraje fixe, panouri sandwich), materiale de finisare și decorative ( mulură de tavan, plăci de tavan , elemente fonoabsorbante din polistiren, baze adezive, concentrate de polimeri), direcție medicală (piese ale sistemelor de transfuzie sanguină, vase Petri, instrumente auxiliare de unică folosință). Polistirenul expandabil după tratarea la temperatură înaltă cu apă sau abur poate fi folosit ca material filtrant (ambalaj filtrant) în filtre de coloană în tratarea apei și tratarea apelor uzate. Performanțele electrice ridicate ale polistirenului în domeniul frecvențelor microundelor fac posibilă utilizarea acestuia în producția de: antene dielectrice, suporturi pentru cabluri coaxiale . Se pot obține pelicule subțiri (până la 100 de microni), iar în amestec cu copolimeri (stiren-butadienă-stiren) până la 20 de microni, care sunt, de asemenea, utilizate cu succes în industria de ambalare și cofetărie, precum și în producția de condensatoare . .

Polistirenul de mare impact și modificările acestuia sunt utilizate pe scară largă în domeniul aparatelor electrocasnice și electronice (elementele carcasei aparatelor de uz casnic).

Vâscozitatea extrem de scăzută a polistirenului din benzen, care face posibilă obținerea de soluții încă mobile chiar și la concentrații extreme, [4] a condus la utilizarea polistirenului într-una dintre soiurile de napalm [5] ca agent de îngroșare, „vâscozitatea- dependență de temperatură” a căruia, la rândul său, scade odată cu creșterea greutății moleculare a polistirenului [4] .

Eliminare

Polistirenul nu este considerat a fi periculos pentru mediu. [6] . Există insecte care mănâncă polistiren fără a dăuna sănătății. Așa că Weiming Wu, un biolog la Universitatea Stanford , a descoperit că viermii mari și mici mănâncă polistiren [7] . Wu a descoperit că 90% dintre produsele digestiei polistirenului părăsesc corpul gândacilor la o zi după ce l-au mâncat [7] . Restul de polistiren este absorbit de gândaci și nu au fost găsite semne de otrăvire [7] . La două zile după consumul de plastic, doar 0,27% din toxina hexabromociclodecanică rămâne în organismele gândacilor, care este adăugată plasticului pentru rezistență la căldură [7] .

Reciclare

Deșeurile de polistiren se acumulează sub formă de produse învechite din PS și copolimerii săi, precum și sub formă de deșeuri industriale (tehnologice) de PS de uz general, PS rezistent la impact (HIPS) și copolimerii săi. Reciclarea materialelor plastice din polistiren se poate face în următoarele moduri:

Arde

Când polistirenul este ars, se formează dioxid de carbon (CO 2 ), monoxid de carbon (CO - monoxid de carbon), funingine, stiren . Arderea polistirenului care conțin aditivi (de exemplu, coloranți, agenți de rezistență etc.) poate elibera în atmosferă alte substanțe nocive.

Distrugere termică

Produșii de descompunere ai polistirenului formați în timpul degradării termice și degradării termic-oxidative sunt toxici. În timpul prelucrării polistirenului, ca urmare a distrugerii parțiale a materialului, pot fi eliberați vapori de stiren , benzen, etilbenzen, toluen și monoxid de carbon. [6]

Tipuri și marcaje de polistiren și copolimeri săi

Următoarele abrevieri standard sunt utilizate în întreaga lume:

Copolimeri de stiren :

Copolimeri de stiren - elastomeri termoplastici:

Vezi și

Note

  1. ↑ Krevelen, Dirk Willem; Klaas Te Nijenhuis. Proprietățile polimerilor: corelația lor cu structura chimică; Estimarea lor numerică și predicția din contribuțiile grupului aditiv . - Elsevier , 2009. - P. 849. - ISBN 9780080548197 .  
  2. ↑ V. A. Rabinovici, Z. Ya. Khavin. Scurtă carte de referință chimică. - Filiala Leningrad: „CHIMIE”, 1978. - 356 p.
  3. ↑ Shulpin G. Acești polimeri diferiți  // Știință și viață . - 1982. - Nr 3 . - S. 80-83 .
  4. ↑ 1 2 Staudinger G. Compuși organici cu moleculare înaltă. cauciuc și celuloză. Die hochmolekularen organischen Verbindugen, Kautschuk und Celulose. pe. din germană, - Leningrad, ONTI, 1935
  5. ↑ Napalm // Scurtă Enciclopedie Chimică. T. 3. Maltase - Piroliza. Ed. N. L. Knunyants. - M .: „Enciclopedia Sovietică”, 1967. - S. 360-361.
  6. ↑ 1 2 TU 2214-126-05766801-2003. Polistiren. Specificații . Consultat la 9 februarie 2018. Arhivat din original pe 9 februarie 2018.
  7. ↑ 1 2 3 4 Descoperire. - 2020. - Nr. 5 (130). - P. 9.