Министерство образования Российской Федерации и науки

Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

“Алтайский Государственный Технический Университет

им. И.И. Ползунова”

Реферат.

По дисциплине «органическая химия» на тему:

«Полистирол (поливинилбензол)»

Выполнила студентка гр. ПКМ-71:

Бархатова Л. Н.

Проверила старший преподаватель

кафедры ФиТКМ: Арсентьева С.Н.

Барнаул 2008г.

Введение, общая характеристика и классификация полимеров

1. Историческая справка

2. Описание полистирола

3. Основные свойства

3.1.Физические свойства

3.2.Химические свойства

4. Получение

5. Надмолекулярная структура, конформация, конфигурация

6. Способы отверждения

7. Применение в промышленности

Заключение

Список литературы


Введение

Общая характеристика и классификация полимеров

Полимером называется органическое вещество, длинные молеку­лы которого построены из одинаковых многократно повторяю­щихся звеньев – мономеров.

Размер молекулы полимера определяется степенью полимери­зации n, т.е. числом звеньев в цепи. Если n= от 10 до 20, вещества представляют собой легкие масла. С возрастанием n увеличива­ется вязкость, вещество становится воскообразным, наконец, при n=1000 образуется твердый полимер. Степень полимеризации неограниченна: она может быть 10 4 , и тогда длина молекул достига­ет микрометров. Молекулярная масса полимера равна произве­дению молекулярной массы мономера и степени полимеризации. Обычно она находится в пределах от 10 3 до 3×10 5 . Столь большая длина молекул препятствует их правильной упаковке, и структура полимеров варьирует от аморф­ной до частично кристаллической. Доля кристалличности в зна­чительной мере определяется геометрией цепей. Чем ближе укла­дываются цепи, тем более кристалличным полимер становится. Кристалличность даже в лучшем случае оказывается несовершенной .

Аморфные полимеры плавятся в диапазоне температур, зави­сящем не только от их природы, но и от длины цепей; кристалли­ческие имеют точку плавления.

По происхождению полимеры делятся на три группы: синтетические полимеры (искусственные), природные органические и природные неорганические полимеры.

Синтетические полимеры получаются путем ступенчатой или цепной полимеризации низкомолекулярных полимеров.

Природные неорганические полимеры – это например расплав магмы, оксид кремния.

Природные органические полимеры образуются в результате жизнедеятельности рас­тений и животных и содержатся в древесине, шерсти, коже. Это протеин, целлюлоза, крахмал, шеллак, лигнин, латекс.

Обычно природные полимеры подвергаются операциям выде­ления очистки, модификации, при которых структура основных цепей остается неизменной. Продуктом такой переработки явля­ются искусственные полимеры. Примерами являются натураль­ный каучук, изготовляемый из латекса, целлулоид, представляю­щий собой нитроцеллюлозу, пластифицированную камфарой для повышения эластичности.

Природные и искусственные полимеры сыграли большую роль в современной технике, а в некоторых областях остаются неза­менимыми и до сих пор, например в целлюлозно-бумажной про­мышленности. Однако резкий рост производства и потребления органических материалов произошел за счет синтетических поли­меров – материалов, полученных синтезом из низкомолекуляр­ных веществ и не имеющих аналогов в природе. Развитие хими­ческой технологии высокомолекулярных веществ – неотъемлемая и существенная часть современнойНТР. Без полимеров уже не может обойтись ни одна отрасль техники, тем более новой. По химической структуре полимеры делятся на линейные, разветв­ленные, сетчатые и пространственные. Молекулы линейных поли­меров химически инертны по отношению друг к другу и связаны между собой лишь силами Ван-дер-Ваальса. При нагревании вязкость таких полимеров уменьшается и они способны обратимо переходить сначала в высокоэластическое, а затем и в вязкотекучее состояния (рисунок 1). Поскольку единственным следствием нагрева является изменение пластичности, линейные полимеры называют термопластичными. Не следует думать, что термин «ли­нейные» обозначает прямолинейные, наоборот, для них более ха­рактерна зубчатая или спиральная конфигурация, что придает таким полимерам механическую прочность.

Термопластичные полимеры можно не только плавить, но и растворять, так как связи Ван-дер-Ваальса легко рвутся под дей­ствием реагентов.

Разветвленные (привитые) полимеры более прочны, чем ли­нейные. Контролируемое разветвление цепей служит одним из основных промышленных методов модификации свойств термопластичных полимеров.

Сетчатая структура характерна тем, что цепи связаны друг с другом, а это сильно ограничивает движение и приводит к изме­нению как механических, так и химических свойств. Обычная ре­зина мягка, но при вулканизации серой образуются ковалентные связи типа S-ноль, и прочность растет. Полимер может приобрести сетчатую структуру и спонтанно, например, под действием света и кислорода произойдет старение с потерей эластичности и рабо­тоспособности. Наконец, если молекулы полимера содержат реакционноспособные группы, то при нагревании они соединяются множеством поперечных прочных связей, полимер оказывается сшитым, т. е. приобретает пространственную структуру. Таким образом, нагрев вызывает реакции, резко и необратимо изменяю­щие свойства материала, который приобретает прочность и вы­сокую вязкость, становится нерастворимым и неплавким. Вслед­ствие большой реакционной способности молекул, проявляющей­ся при повышении температуры, такие полимеры называют тер­мореактивными. Нетрудно представить, что их молекулы активны не только по отношению друг к другу, но и к поверхностям ино­родных тел. Поэтому термореактивные полимеры, в отличие от термопластичных, обладают высокой адгезионной способностью даже при низких температурах, что позволяет использовать их в качестве защитных покрытий, клеев и связующего в композици­онных материалах.

Термопластичные полимеры получают по реакции полимери­зации, протекающей по схеме (рисунок 2).

При цепной полимеризации молекулярная масса нарастает почти мгновенно, промежуточные продукты неустойчивы, реакция чувствительна к присутствию примесей и требует, как правило, высоких давлений. Неудивительно, что такой процесс в естествен­ных условиях невозможен, и все природные полимеры образова­лись иным путем. Современная химия создала новый инстру­мент - реакцию полимеризации, и благодаря ему большой класс термопластичных полимеров. Реакция полимеризации реализует­ся лишь в сложной аппаратуре специализированных производств, и термопластичные полимеры потребитель получает в готовом виде.

Реакционноспособные молекулы термореактивных полимеров могут образоваться более простым и естественным путем – посте­пенно от мономера к димеру, потом к тримеру, тетрамеру и т. д. Такое объединение мономеров, их «конденсацию», называют ре­акцией поликонденсации; она не требует ни высокой чистоты, ни давлений, но сопровождается изменением химического состава, а часто и выделением побочных продуктов (обычно водяного пара) (рисунок 2). Именно эта реакция реализуется в природе; она мо­жет быть легко осуществлена за счет лишь небольшого нагрева в самых простых условиях, вплоть до домашних. Такая высокая технологичность термореактивных полимеров предоставляет ши­рокие возможности изготовлять различные изделия на нехимиче­ских предприятиях, в том числе на радиозаводах .

Независимо от вида и состава исходных веществ и способов получения материалы на основе полимеров можно классифици­ровать следующим образом: пластмассы, волокниты, слоистые пластики, пленки, покрытия, клеи.


1. Историческая справка

Промышленность ластмасс зародилась на рубеже XX века. Легко полимеризующийся стирол и его стеклообразный твердый полимер сразу же привлекли внимание. Основы химии и техноло­гии производства полистирола заложили Остромысленский и Штау-дингер. Последний предложил цепной механизм образования макромолекул полистирола.

Первый патент на получение полистирола (способом термической спонтанной полимеризации в массе) был взят в Германии в 1911г. Там же в 1920 г. началось промышленное производство полимера. В 1936г. уже производилось 6000 т/год.

За пределами Германии рост производства полистирола долгое время сдерживался высокой ценой на мономер. Стимулом к бурному развитию послужило создание в США во время второй мировой войны крупнотоннажного производства бутадиен-стирольного каучукачто, естественно, привело к снижению цен на стирол. После Войныпроизводство полистирола и сополимеров стирола, содержащихболее 50 процентов стирола по составу (в отличие от бутадиен-стирольного каучука, где стирола около 30 процентов), развивалось самостоятельно. Разработка таких эффективных продуктов; как пенополистирол, ударопрочные полимеры стирола, АБС-пластики, позволила полистирольным пластикам в целом занять третье место в мировом производстве пластмасс после полиэтилена и поливинилхлорида.

В СССР производство полистирола развернулось в послевоенные годы. Как и в других странах, основу производства составляют процессы свободнорадикальной полимеризации в блоке (массе), суспензии и эмульсии .

В настоящее время производятся практически все основные типы сополимеров стирола, включая сополимеры с α-метилстиролом, метилметакрилатом, ударопрочные сополимеры с каучуком, двойные и тройные сополимеры с акрилонитрилом (включая АВС-пластики) и др.


2. Описание полистирола

Полистирол – термопластичный аморфный полимер с формулой

[-СН 2 -С(С 6 Н 5)Н-] n

Структурная формула:

Полистирол – прозрачное стеклообразное вещество, молекулярная масса 30-500 тыс., плотность 1,06 г/см 3 (20 °С), температура стеклования 93°С.

Для полистирола характерно коптящее пламя с цветочным сладковатым запахом (Этот запах корицы обычно можно обнаружить, уколов исследуемый предмет раскаленной иглой). Если к тому же предмет падает на пол с металлическим звоном то, скорее всего полистирол .

Это твердое, упругое, бесцветное вещество. Фенильные группы препятствуют упорядоченному расположению макромолекул и формированию кристаллических образований. Это жесткий, аморфный полимер с невысокой механической прочностью при растяжении и изгибе. Полистирол имеет низкую плотность, низкую термическую стойкость, обладает отличными диэлектрическими свойствами и весьма низкой прочностью при ударе. Он легко деформируется при относительно невысоких температурах (80°C). При контакте с жирами выделяет мономер стирола. Для улучшения свойств полистирола его модифицируют различными сополимерами и подвергают сшиванию.

Полистирол – дешёвый крупнотоннажный термопласт; характеризуется высокой твёрдостью, хорошими диэлектрическими свойствами, влагостойкостью, легко окрашивается и формуется, химически стоек, растворяется в ароматически и хлорированных алифатических углеводородах. Лучшими эксплуатационными свойствами обладают различные сополимеры стирола. Так, повышения теплостойкости и прочности при растяжении (на ~ 60 процентов) достигают сополимеризацией стирола с акрилонитрилом или a-метилстиролом, повышения прочности и ударной вязкости (от 5-10 до 50-100 кДж/м 2) – получением привитых сополимеров стирола с 5-10% каучука, например бутадиенового (ударопрочный полистирол), а также тройных сополимеров акрилонитрила, бутадиена и стирола (т. н. АБС-пластик). Заменой акрилонитрила на метилметакрилат синтезируют прозрачные тройные сополимеры .


3. Основные свойства

3.1. Физические свойства

Стирол горюч и взрывоопасен. Пределы взрывоопасности в смеси с воздухом при комнатной температуре от 1,1 до 6,1 объемн. %. Допу­стимая концентрация паров в воздухе не выше 0,5 мг/м система­тическое вдыхание паров стирола в концентрации выше допустимой приводит к хроническому заболеванию печени.

Важнейшие физические свойства стирола и α-метилстирола при­ведены ниже:

Таблица 1 – Физические свойства стирола и α-метилстирола

Стирол α-метилстирол
Структурная формула
Молекулярный вес 104,14 119,14
Т. кипения при 760 мм рт. ст., °C 145,2 165,38
Градиент кипения, °C/мм рт. ст. 0,049 0,052
Т. замерзания при 760 мм рт.ст., °C –30,628 –
Плотность при 20 °C, г/см 3 0,90600 0,88 (25 °C)
Дипольный момент, Кл×м 0,37×10 -30 –
1,735 2,04
Вязкость при 20 °C, Па×с 0,078 0,080
Поверхностное натяжение, Н/м 0,0322 (20 °C) 0,0317 (25 °C)
Теплота испарения при 20 °C, кДж/моль 44,6 40,4
9,719×10 -4 11×10 -4
Критическая температура, °C 373 386
Критическое давление, МПа 3,93 4,84
Коэффициент преломления 1,54682 1,5386

Таблица 2 – Зависимость температуры кипения стирола от давления

Зависимость ряда физических свойств стирола от температуры дается эмпирическими уравнениями:

для давления паров (P-в мм рт. ст., Т-в °C):

для плотности:

для поверхностного натяжения (30-90°C):

Распространенные в технике три основных процесса полимериза­ции стирола приводят к получению продукта, разного внешнего вида. При блочной полимеризации процесс ведут путем постепенного нагревания жидкого мономера. Температурный режим подбирают таким образом, чтобы полимеризующаяся масса все время находилась в вязкотекучем состоянии. Это означает, что в конце процесса, когда конверсия мономера достигает значения, близкого к предель­ному, температура расплавленного полистирола должна быть по­рядка 200–230 °С. Массу продавливают через фильеры путем экст­рузии и в горячем или холодном состоянии разрезают на гранулы. Путем повторной экструзии блочный полистирол окрашивают и ис­пользуют для дальнейшей переработки в изделия.


Таблица 3 –Зависимость некоторых свойств стирола от температуры

Продукты, получающиеся в результате суспензионной и эмуль­сионной полимеризации, представляют собой шарообразные частицы, различающиеся размером. Суспензионный полистирол крупнее – средний размер частиц – 4×5 мм. Эмульсионный продукт – «би­сер» – имеет средний размер частиц
1–10 мкм .

Таблица 4 – Основные физические свойства полистирола

Плотность при 20 °C, г/см 3

1,04–1, 965 (аморфного)

1,12 (кристаллического)
Удельная теплоемкость при 20 °C, кДж/(кг×К) 1,258 (20 °C) 1,84 (100 °C)
Термический коэффициент объемного расширения при 25 °C, 1/°C

(1,7–2,1) ×10 -4 при Т<Т ст

(5,1–6,0) ×10 -4 при Т>Т ст
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м×К) 0,1165 (50 °C) 0,1276 (100 °C)
H сгорания, кДж/моль – 434×10 -3
H растворения, кДж/моль – 3,59
H плавления кристаллов, кДж/моль 8,373
Вязкость расплава, Па×с при 217 °C

– 2,65 ×10 -4 при Т<Т ст

– 6,05×10 -4 при Т>Т ст
Коэффициент преломления n D (в блоке) 1,59–1,60
Коэффициент Пуассона 0,325
Диэлектрическая проницаемость 2,49–2,55

3 .2. Химические свойства

Химические свойства стирола обусловлены высокой реакционной способностью боковой винильной группы. Фенильное ядро затрагивается в процессе термической полимеризации на стадии инициирования. При окислении стирола на воздухе происходит образование полимера, формальдегида и бензальдегида.

Полистирол относится к группе весьма инертных пластмасс. Он стоек к действию щелочей и галогеноводородных кислот. Нестоек к действию концентрированной азотной кислоты и ледяной уксусной кислоты.

Термическая деструкция полистирола с заметной скоростью протекает при температурах выше 200 °С. Основным продуктом разложения является мономерный стирол. Полистирол горюч. Для того чтобы понизить опасность возгорания, в него добавляют фосфорсодержащие соединения. Широкое использование полистирола в быту,строительстве, пищевой индустрии диктует необходимость максимального снижения содержания в нем остаточного мономера. По действующим нормам пищевой полистирол должен содержать менее 0,3% мономера .


4. Получение полистирола

Основным методом производства стирола в технике до сих пор является каталитическое дегидрирование этилбензола при высоких температурах. Этилбензол, в свою очередь, получают каталитическимжидкофазным алкилированием бензола этиленом на безводном AlCl 3 в мягких условиях. Выход полупродукта и мономера в обоих процессах близок к 90 % от теории. Наибольшую сложность вызывает очистка конечного, продукта от этилбензола и побочных веществ (бензола, толуола и др.), которая производится многосту­пенчатой ректификацией смеси .

Исследования, проводящиеся крупнейшими фирмами-произво­дителями стирола, позволяют постепенно совершенствовать техно­логию его производства. Применяются три типа реакторов дегидрирования – адиабатические с неподвижным слоем катализатора, трубчатые изотермические и секционные.

Поиски новых путей синтеза стирола, по-видимому, не являются совершенно безнадежными. Так, опубликовано сообщение о пуске в Испании установки производства стирола мощностью 79,4 тыс. т/год, работающей по следующей схеме: этилбензол в мягких условиях окисляется в гидроперекись этилбензола, которая затем взаимодействует с пропиленом в присутствии нафтената молибдена, образуя метилфенилкарбинол и окись пропилена. Метилфенилкарбинол выделяют и дегидратируют в стирол. Таким образом, установка производит стирол, и окись пропилена (50 % от выпуска стирола). Хотя запатентовано много других способов получения стирола, включая прямой пиролиз нефти, проблема выделения продукта из смеси компонентов с близкой температурой кипения до сих пор остается неодолимым препятствием для промышленного внедрения. Правда, и в этом; направлении возможны принципиально новые решения, например, японская фирма «Тогау» сообщила о разработке высокоэффективного процесса экстрактивной ректификации стирола из фракций, образующихся при пиролизе бензина в этилен и содер­жащих обычно до 30–35 % стирола, около 52 % ксилола и его изо­меров, а также этилбензол и другие компоненты. Конкретные детали процесса неизвестны, но авторы утверждают, что при производстве мощностью 20 тыс. т/год себестоимость стирола, получаемого в этом процессе, будет на 30–40 % ниже обычной .

Товарный стирол обычно содержит 99,6–99,7 % основного продукта и в большинстве случаев используется для проведения полимеризации без какой-либо предварительной очистки. В лабораторных условиях, когда к воспроизводимости результатов предъявляют высокие требования, стирол очищают вакуум-перегонкой.Стирол весьма плохо растворяет воду (таблица 5), так что специальной очистки от нее при радикальной полимеризации обычно не требуется. Для проведения ионной полимеризации стирол осушают, используя слабо­щелочные осушающие реагенты – окись кальция, силикагель, сер­нокислый или хлористый кальций .

Ярко выраженная склонность стирола к спонтанной (термической) полимеризации, протекающей по радикальному механизму, часто заставляет


Таблица 5 – растворимость воды в стироле и стирола в воде

применять при его хранении ингибиторы типа гидрохинона (илиn - mpem - бутилпирокатехина). Ингибиторы препятствуют также окислению стирола на воздухе и накоплению в нем перекисей, однако они эффективны при температурах ниже 100 °С .

Полимеризация стирола. Процесс состоит из трех стадий. Вначале в некоторых из многих молекул, содержащихся в реакционном сосуде, благодаря повышенной температуре и присутствию катализатора расщепляются двойные связи. Иными словами, эти молекулы активируются (первая стадия полимеризации). Затем активные частицы активируют следующие молекулы стирола, соединяются с ними, образуя цепь (следующая стадия).

Рост цепи прекращается, если соединяются две растущие цепи или если к растущей цепи присоединяется другой остаток, например фрагмент катализатора. Эта стадия называется обрывом цепи.


5. Структура полистирола

Первичные ламели имеют значительную поверхностную энергию, поэтому происходит их агрегация, приводящая к образованию монокресталов - более сложных надмолекулярных образований. При кристаллизации из расплава или концентрированного раствора полимера наиболее общего типа вторичного кристаллического образования является сферолит (рисунок 3), имеющий кольцевую или сферическую форму и достигающую гигантских размеров до 1см. В радикальных или сферических сферолитах каркас формируется из ленточных, кристаллических образований направленных от центра к периферии .

Рисунок 3 – Надмолекулярная структура полимеров: г) сферолитная лента (изотактический полистирол)

Полученные обычным способом поливинилхлорид, поливинилфторид и поли­стирол обладают гораздо меньшей степенью кристалличности и име­ют более низкие температуры плавления; у этих полимеров физиче­ские свойства сильно зависят от стереохимической конфигурации. Полистирол, полученный методом свободнорадикальной полимери­зации в растворе, является атактическим. Этот термин означает, что если ориентировать углеродные атомы полимерной цепи, придав ей, правильную зигзагообразную форму, то фенильные боковые группы окажутся распределенными случайным образом по одну и по другую сторону вдоль цепи (как это показано на рисунке 4). При полимери­зации стирола в присутствии катализатора Циглера образуется изотактический полистирол, отличающийся от атактиче-ского полимера тем, что в его цепях все фенильные группы расположены по одну или по другую сторону цепи. Свойства атактическо­го и изотактического полимеров различаются весьма существенно. Атактический полимер можно формовать при значительно более низких температурах, и он растворим в большинстве растворителей намного лучше изотактического. Существует много других типов стереорегулярных полимеров, один из которых назван синдиотакти ческим; в цепях этого полимера боковые группы расположены по­переменно то по одну, то по другую сторону цепи, как это показано на рисунке 4 .

Рисунок 4 – Конфигурации атактического, изотактического и синдиотактического полистирола


6. Способы отверждения, температура стеклования

Температура стеклования (Т ст) соответствует температуре, при которой возникает подвижность сегментов полимерных цепей.

В таблице 6 приведены значения температур стеклования полистирола. Эти данные показывают влияние скорости нагревания от Т ст.

Таблица 6 – Температура стеклования полистирола

Форму изделия из термопласта получают в результате развития в полимере пластической или высокоэластичной деформации под действием давления при нагреве полимера. При переработке реактопластов формирование изделия обеспечивают путем сочетания физических процессов формирования с химическими реакциями отверждения полимеров. При этом свойства изделий определяют скорость и полнота отверждения. Неполное использование при отверждении реакционных способностей полимера обусловливает нестабильность свойств изделия из реактопластов во времени и протекание деструкционных процессов в готовых изделиях. Низкая вязкость реактопластов при формировании приводит к снижению неравномерности свойств, увеличению скорости релаксации напряжений и меньшему влиянию деструкции при переработке на качество готовых изделий из реактопластов.

В зависимости от способа переработки отверждение совмещается с формованием изделия (при прессовании), происходит после оформления изделия в полости формы (литьевое прессование и литье под давлением реактопластов) или при термической обработке сформованной заготовки (при формовании крупногабаритных изделий, например, листов гетинакса, стеклотекстолита и др.). Полное отверждение реактопластов требует в некоторых случаях нескольких часов. Для увеличения съема продукции с оборудования окончательное отверждение может производиться вне формующей оснастки, так как устойчивость формы приобретается задолго до завершения этого процесса. По этой же причине изделие извлекают из формы без охлаждения.

При переработке полимеров (особенно термопластов) происходит ориентация макромолекул в направлении течения материала. Наряду с различием в ориентации на разных участках неоднородных по сечению и длине изделий возникает структурная неоднородность и развиваются внутренние напряжения.

Наличие температурных перепадов по сечению и длине детали ведет к еще большей структурной неоднородности и появлению дополнительных напряжений, связанных с различием скоростей охлаждения, кристаллизации, релаксации, и различной степенью отверждения.

Неоднородность свойств материала (по указанным причинам) не всегда допустима и часто приводит к браку (по нестабильности физических свойств, размеров, короблению, растрескиванию). Снижение неоднородности молекулярной структуры и внутренних напряжений удается достигнуть термической обработкой готового изделия. Однако более эффективно использование методов направленного регулирования структур в процессах переработки. Для этих целей в полимер вводят добавки, оказывающие влияние на процессы образования надмолекулярных структур и способствующие получению материалов с желаемой структурой .


7. Применение в промышленности

Существуют 2 основных вида полистирола полистирол общего назначения (GPPS), ударопрочный полистирол (HIPS)

Прозрачный полистирол (GPPS - General Purpose PolyStyrene) -неударопрочный материал. Используется в основном для внутреннего остекления, служит экономичной альтернативой оргстеклу.

HIPS (High Impact Polystyrene) обладает повышенной ударопрочностью, благодаря добавкам из бутадиенового или других специальных каучуков, которые обладают ударной вязкостью до 60-70 кДж/м 2 . Его область применения довольна широка – наружная реклама, торговое оборудование, детали холодильников и так далие.

Полистирол общего назначения (GPPS)

Материал используется в основном для внутреннего остекления, служит экономичной альтернативой оргстеклу.

Основные преимущества: влагоустойчивы, долговечны легкость в обработке, обладают великолепной оптической прозрачностью – 94 %, имеют хорошую гладкую поверхность, имеют низкую плотность, устойчивы к химическим воздействиям, обладают высокой жесткостью.

Экструдированный полистирол изготовляется в виде прозрачных, молочных, дымчатых, цветных листов. Изготавливаются антибликовые и декоративные листы с разнообразной фактурой. По специальному заказу листы полистирола могут производиться без УФ – стабилизации. Такие листы можно использовать в контакте с пищевыми продуктами, поскольку они отвечают всем действующим правилам использования материала в контакте с продуктами питания.

Прозрачный полистирол – хрупкий, ломкий и неударопрочный. В связи с этим возникают осложнения при хранении и транспортировке изделий из него. Помимо этого, для достижения необходимого светорассеивания приходится использовать листы с рифленой поверхностью, что зачастую не соответствует современному дизайну. Существенным недостатком ПС является и его низкая устойчивость к воздействию УФ-излучения. Однако полистирол является очень экономичным материалом.

Типичное применение: декоративные перегородки и ширмы защитное покрытие изображений остекление душевых кабин ценники подставки производство светильников все виды остекления внутри помещения и др.

Полистирол ударопрочный ( HIPS )

Ударопрочный полистирол высококачественный листовой материал, производится для процессов термо – или вакуумного формования. HIPS используется в производстве наружной рекламы, деталей холодильников, сантехники, игрушек, пищевой упаковки и тому подобное. Поверхность материала может быть глянцевой, матовой, гладкой или тисненой, с зеркальной поверхностью, различных цветов. Возможно изготовление листов методом соэкструзии. Это позволяет соединить два слоя различных цветов или добавить верхний слой с глянцевой поверхностью.

Ударопрочный полистирол обладает определенной эластичностью и тем самым расширяет возможность его использования при изготовлении светотехнических изделий сложной конфигурации с глубокой вытяжкой. Коэффициент светопропускания (35–38 %) и белизна полностью соответствуют существующим в России стандартам на светотехнические изделия.

Основные преимущества: повышенная ударопрочность слабая чувствительность к надрезам легкость морозостойкость до –40°С влагостойкость отличная формуемость легкость в обработке химическая стойкость к кислотам и щелочам

В своем «родном» состоянии полистирол представляет собой довольно хрупкий материал, непригодный для многих задач. Поэтому в производстве в исходное сырье добавляют специальные добавки, повышающие ударную прочность и гибкость, и таким образом получают ударопрочный полистирол. Одной из разновидностей ударопрочного полистирола является фреоностойкий полистирол, применяемый в производстве холодильного оборудования. Структура поверхности: матовая с обеих сторон или с одной стороны глянцевая (верхний глянцевый слой получают путем соэкструзии с полистиролом обшего назначения), тисненная. При необходимости лист с одной стороны обрабатывается коронным разрядом, на лист наносится защитная термоформуемая пленка. При наружном применении добавляется УФ-стабилизатор, обеспечивающий защиту от пожелтения под воздействием УФ-излучения.

Полистирол светотехнический является одной из разновидностей ударопрочного полистирола, полностью заменяет акриловое стекло при изготовлении конструкций с внутренней подсветкой. В отличие от оргстекла имеет только одну глянцевую поверхность. Высокая популярность светотехнического полистирола обуславливается большей ударной прочностью (по сравнению с акрилом), легкостью обработки, стойкостью к окружающей среде и меньшей стоимостью.

Ударопрочный полистирол является более экономичным вариантом по сравнению с оргстеклом из-за низкой плотности, а так же возможностью применения более тонких (2-3 мм) листов благодаря повышенной ударопрочности по сравнению с оргстеклом (3-5 мм), что обеспечивает экономию в 2 раза, из расчета на 1 кв. м. светорассеивателя .

Катушки, кассеты и бобины для магнитофонной ленты, цоколи радиоламп, облицовочные плиты, шкалы приборов, скобы и хомуты для крепления кабелей, аккумуляторные банки, ручки инструментов и приборов, пленки, абажуры, детали клемм, футляры, принадлежности для бритья, игрушки, посуда, плитки для отделки мебели, пудреницы, крышки для банок и бутылок, коробки, детали электрических выключателей, авторучки – этот перечень изделий из полистирола можно было бы продолжать еще долго. Применение полистирола очень разнообразно - от пленки в конденсаторах толщиной 0,02 мм до толстых плит из пенополистирола, используемых в качестве изоляционного материала в холодильной технике .


Заключение

Изучение полимеров, их физических, химических свойств, а так же взаимодействие различных полимеров друг с другом, приводит к появлению новых соединений, которые соответствовали бы нужным свойствам. Например, можно создавать ударопрочные соединения, или соединения сочетающие несколько нужных свойств, например ударопрочность, морозостойкость, стойкость к воздействию солнечных лучей.

Так изучение полистирола одного из известных полимеров привело к его повсеместному использованию. Мы порой даже не задумываемся из чего сделан тот, или иной предмет окружающий нас. Все чаще натуральные материалы, например дерево, заменяется пластмассам, который гораздо дешевле, и износа стойкий.

Можно сделать один большой вывод: нужно изучать новые материалы, во-первых, натуральных материалов осталось не так уж и много, во-вторых, изучая полимеры можно создавать соединения которые в разы превосходят натуральные, а в третьих, полимеры стали использоваться в промышленности относительно недавно и есть возможность открывать что-то новое.


Список литературы

1. Арзамасом Б.Н. Материаловедение – Москва: Машиностроение, 1986. – 456 с.

2. Беккер Х. Органикум: Пер. с нем. – 2-й том. – М.: Мир, 1992 – 474 с.

3. Малкин А.Я.Полистирол. Физ. хим. основы получения и переработки. – М.: Химия, 1975 – 263 с.

4. Пол Д., Ньюмен С., Полимерные смеси: Пер с англ./под редакцией Д.Пола, С.Ньюмена. 1-й том, – М.: Мир, 1981 – 541 с.

5. Дж.Робертс, М.Касерио. Основы органической химии. том 2-й. – М.: Мир, 1978 – 345 с.

6. Лекционный материал по органической химии.

7. Turkavkaz [Электронный ресурс] / Полимер – Спектр; В. Симонов; ред. А. Маркин; Майкоп.: Адыгейский государственный университет, 2005. Режим доступа: http://www.poli.turkavkaz.ru, свободный. Туркавказ, Turkavkaz.

8. Alhimik [Электронный ресурс] / Кунсткамера, Химия для любознательных. Основы химии и занимательные опыты; Гроссе Э., Вайсмантель X.; ред. L.Alikberova; М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2006 ­.­Режим доступа: http://www.alhimik.ru, свободный. Алхимик, Alhimik.

9. Mixport [Электронный ресурс] / Рефераты, Химия, Полимеры; А. Лебедев; ред. И. Водонов; М.: Российский химико-технологический университет (РХТУ) им. Д.И.Менделеева, 2008. Режим доступа: http://www.mixport.ru, свободный. Микспорт, Mixport.

В многообразии полимерных материй особенная роль принадлежит полистиролу. Из данной субстанции создаётся колоссальное число разных пластмассовых продуктов для домашнего и индустриального применения.

Длительный временной промежуток увеличение изготовления полистирола удерживалось значительными тарифами на исходники. Прорыв в формировании новейшей подотрасли стали военные действия. Качество полистирола дало возможность использовать его как загуститель для напалма. В мирное время производство подобного рода полимеров приобрело популярность. В настоящее время этот материал с триумфом замещает стеклянные элементы в осветительных приборах, обширно используется в строительных материалах, в упаковке и как украшающий элемент. В современном мире стремительно формируется линия переработки пластика и похожих по строению материалов, т.к. полимерные остатки не являются токсичными и в большом числе сохраняются в неизменённом составе длительных срок.

Общие свойства

Полистирол считается синтетическим полимером, имеющим отношение к подклассу термопластов. Этот продукт предполагает в своём составе наличие стирола, который имеет твёрдую стекловидную структуру.

Химическая формула данного продукта представлена в таком варианте: [СН2СН(С6Н5)]n. В сжатом виде она смотрится в таком виде: (C8H8) n. Материал не растворяется в воде, просто принимает нужную форму и окраску при изготовлении. Растворим в ацетоносодержащих жидкостях, дихлорэтане, толуоле.

Присутствие фенольных соединений в составе полистирола мешает высокоупорядоченному размещению макромолекул и формированию кристаллических строений. Потому этот продукт считается твёрдым, однако непрочным. Полимер считается превосходным диэлектриком. Влияние солнечного излучения на полимер не благоприятно сказывается, могут образоваться трещины, желтизна, возрастает ломкость. При согревании до двухсот градусов полимер распадается с образованием мономера. Материал морозоустойчивый, при температурах выше 60 градусов теряет форму.

Синтез полистирола

По способу производства полистирол разделяется на несколько видов:

  • Эмульсионный (ПСЭ). Наиболее устаревший способ получения материала, который не приобрёл обширного индустриального использования. Этот вид полимера получают в ходе полимеризации стирола в гидрофильных растворах щелочей при температурах 80-90 градусов. С целью данного взаимодействия нужны такие ингредиенты, как влага, эмульгатор, стирол, катализатор реакции. Стирол заранее фильтруют от ингибиторов. Соединения калия и двуокись водорода часто провоцируют взаимодействие всех компонентов полимерной реакции. Во время процесса получения полистирола в термореактор вливают растворенное в воде касторовое масло и после размешивания включают в смесь стирол вместе с катализаторами полимерной реакции. Приобретённый состав согревают до 80-95 градусов. Получающийся из крупиц эмульсии мономер, разведённый в мыле, со временем полимеризуется. В конечном итоге выходит полимер в варианте порошка. Целиком убрать примеси (присутствующие во время взаимодействия щёлочи) не получается и получившийся полимер приобретает желтый тон.
  • Суспензионный (ПСС). Данный способ исполняется согласно периодической схеме, в термореакторе, снабженном мешалкой и теплоотведением. Стирол подвергают суспензированию. Процедура полимеризации протекает под давлением при непрерывно увеличивающемся терморежиме (до 130 градусов). В результате выходит взвесь, из которой первоначальный полимер отделяют с поддержкой центрифугирования. После этого элемент промывают и высушивают. Данный способ также является устарелым. Его используют для изготовления пенополистирола.
  • Блочный (ПСМ). Производство полистирола всеобщего назначения в пределах данного метода возможно осуществить согласно 2 схемам: абсолютной и неполной конверсии. Тепловая автополимеризация согласно постоянной схеме выполняется в концепции, складывающейся из нескольких поочерёдно объединённых термореакторов, любой из которых снабжен мешалкой. При проведении реакции температура идёт на повышение до 200 градусов. Если уровень преобразования стирола достигает 85-90%, процедура прерывается. Данная методика считается более результативной из-за того, что не оставляет остатков производства.

Использование полистирола

Полистирол производится в форме трубчатых гранул. В окончательный продукт этот материал перерабатывают посредством литья. Изделия из этого вида полимера отличаются огромным многообразием. Это могут быть орудия быта, игрушки, элементы декора, упаковки, одноразовый инвентарь. Также полистирол необходим в строительстве. Из пенополистирола производят конструкции, которые подобно термосу не пропускают тепло. Также из-за морозоустойчивости данного материала его можно применять для изготовления ульев для зимовки пчёл, уличных конструкций в зимнее время.

Полистирол является одним из множества видов пластика, который в настоящий момент широко применяют не только в производстве товаров бытового назначения, но и в строительстве и даже в рекламе. Сам материал получают, применяя метод экструзии. Материал считается довольно хрупким, но если при его изготовлении в него ввести специальные добавки, то в итоге получается ударопрочный полистирол, который в международной маркировке обозначают HIPS.

Для нашего ресурса, полистирол интересен с точки зрения технологий производственных процессов, когда путем добавок и экструзии получается пенопласт. Пенопласт получают при воздействии пара на полистирол, он увеличивается в 20 -50 раз, и на 98% состоит из воздуха. и лишь 2% пластика. Полистирол в виде пенопласта находит различное применение во всех сферах жизнедеятельности, от одноразовой посуды, до утеплителя во внутренних и наружных стен сооружений. Нас заинтересовал материал, поэтому мы решили узнать, что такое полистирол и каким образом его лучше использовать на строительных площадках.

На сегодняшний день полистирол является довольно распространенным материалом, который широко применяют в строительстве. Одной из наиболее востребованных сфер применения материала – теплоизоляция фасадов зданий, которую выполняют при помощи специальных полистирольных плит. Данная плита представляет собой конструкцию из трех слоев, в состав которой входят два слоя полистиролбетона, между которыми располагается пенополистирольный слой. Листовой полистирол великолепно монтируется на фасад здания привычным методом за счет малой плотности (клей, специальные дюбеля).

Цветной полистирол

Материал может быть как прозрачным, так и нет. Для изготовления прозрачных листов в полистирол примешивают меньшее количество добавок. В итоге получается материал, который имеет маркировку GPPS. Он имеет свои недостатки, такие как хрупкость и меньшая пластичность.

Прозрачный полистирол, как следует из его названия, используется для остекления внутренних помещений. Это остекление является наиболее безопасным, листы такого полистирола могут быть также рифлеными или тонированными, такие материалы чаще всего применяют для построения перегородок и душевых кабинок. Рифленые листы белого цвета чаще всего используются при монтаже подвесных потолков. Их этого полимера также изготавливают антибликовую защиту, например для картин, при этом сохранятся натуральные цвета живописи.

Прозрачные гранулы полистирола, изготавливаются в виде цилиндрической формы. Переработка осуществляется путем литья или экструзийного процесса сопровождаемого высокой температурой до +230°С. Полистирол служит сырьевой базой в изготовлении различных пластиков. Низкая себестоимость полистирола, способствует развитию производства и в свет выходит огромное количество .

Предметы обихода из полистирола буквально заполнили наши дома, к счастью полистирол абсолютно не наносит вред здоровью человека. Детские игрушки, всевозможная упаковка, зубные щетки, одноразовая посуда - малая толика окружения нас полистиролом. Строителей в больше степени интересует вспененный полистирол, характеристики материала, позволяют сооружать утеплительные конструкции даже во влажном климате.

Достоинства полистирола:

    • Легкая обработка;
    • Легкая транспортировка;
    • Приемлемая цена полистирола;
    • Водонепроницаемость;
    • Отсутствие запаха;
    • Полистирол экологически безвредный продукт;

Полистирол имеет недостатки:

  • хрупкая структура материала;
  • низкая тепловая стойкость;

Невысокая стоимость способствует широкому применению полистирола (ПС). Большая классификация по маркам позволяет подобрать полистирол для любых нужд в народном хозяйстве. Повсеместное применение получил полистирол с жесткими и ударопрочными характеристиками.

Применение полистирола

Строительный комплекс. Полистирол основное сырье для изготовления блоков востребованных при возведении перегородок. Востребован как отделочный материал в обустройстве потолков ьными панелями. О многочисленных преимуществах полистиролбетона ходят легенды. Полистирол участвует в производстве теплоизоляционных плит. Существует несъемная опалубка из полистирола и многое другое.

Декоративные и облицовочные панели в избытке заполнили витрины магазинов. Без полистирольных звукопоглощающих конструкций не обходится ни одна звукозаписывающая компания. Бесконечное число полимерных концентратов, клеевых составов, как вы догадались - полимер.

Подготовка и очистка сточной воды, так же не обходится без вспененного полистирола. После термической обработки паром, полистирол применяется как фильтрующий элемент при водоподготовке или очистке сточных вод. Из полистирола получают тончайшие мембраны паро- и гидроизоляции.

Медицинская промышленность . Полимерная продукция из полистирола повсеместно встречается в медучреждениях. Шприцы, накладки емкости всего не перечислить. В полюзу экологии полистирола выступает факт того, что он участвует в комплексах по переливанию крови, всевозможные одноразовые зажимы и пластиковые элементы, также изготавливаются из этого материала.

Пищевая промышленность . Трудно переоценить применение полистирола в пищевом комплексе. Упаковка, приборы и комбайны, тарелки и одноразовые вилки - везде полистирол. Особые ударопрочные виды полистирола, служат корпусом кухонной бытовой техники или жаропрочными прихватками для горячей посуды.

Военный комплекс. Взрывчатые вещества содержат полистирол в структуре наполнителя. Ударопрочные характеристики полистирола и имеют большое значение для применения материала в военной промышленности. Твердый полистирол даже служит остновой дорожного строительства.

Утепление фасада полистиролом

Полистирол вспенивающийся можно монтировать на фасад несколькими способами. Так, существует традиционный способ утепления фасадов зданий путем наклеивания на них полистирольных плит с последующей шпаклевкой, проводимой сквозь специальное стекловолокно.

Кроме этого метода, специалисты прибегают к использованию такой разновидности материала, как полистирол ударопрочный. Данный вид полистирольных плит отличается повышенной стойкостью к механическим повреждениям. К тому же такие плиты просто монтируют на стену фасада, а процесс грунтовки и шпаклевки можно проводить до их монтажа. Следует отметить, что фасадные полистирольные плиты в последствие подвергают отделке в виде облицовки или покраски.

Наряду с распространенным вспененным полистиролом, также актуален и , получаемый при смешивании гранул материала при высоких температурных режимах, с последующим отделением из экструдера и дополнением вспенивающего элемента. Полистирол данного вида за счет неординарной структуры отличается стабильными характеристиками теплоизоляции и теплопроводности. Как правило, используется в сочетании со штукатуркой, бетоном и иными цементными смесями.

Продажа полистирола

Продается полистирол в гранулах – относится к экологически чистым материалам с высокой степенью теплоизоляции и звукоизоляции. В строительстве используется в качестве утеплителя: межэтажных перекрытий; полов с вязкостью к ударам; полов индустриального назначения, предназначенных для перемещения транспорта; кровель с максимальным наклоном угла до 40 градусов.

Полистирол, цена которого в значительной мере зависит от применяемого оборудования, доступен в свободной продаже. Полистирол купить может каждый застройщик, имеющий в планах провести процесс утепления различной сложности. Пластик из этого материала обычно продается в виде готовых изделий. При этом, его монтаж должны вести только специалисты, поскольку не стоит забывать про то, что материал не особо прочен, а также обладает высокой горючестью.

Не рекомендуется бить по листам из полистирола тяжелыми предметами и даже кулаком. Экологически материал признан полностью безопасным, его можно спокойно использовать в жилых помещениях, это допускают даже санитарные нормы.

Пенополистиролбетон

В настоящее время строители все чаще отказываются от использования традиционных материалов, выбирая продукцию, созданную по новейшим технологиям. Благодаря таким разработкам можно строить и утеплять дома при помощи современных материалов, отличающихся прочностью, долговечностью и невысокой стоимостью. Полистиролбетон является одной из разновидностей бетонного раствора, которую изготавливают в форме блоков с пористой или плотной структурой.

Этот универсальный материал применяется как в промышленном, так и в частном строительстве. Блоки из такого раствора без труда можно изготовить самостоятельно в домашних условиях. Для качественного проведения работ по утеплению при использовании гранулированного полистирола, его необходимо смешать с цементом и водой. В результате получается пенополистиролбетон, отличающийся высокой прочностью и легкостью, что немаловажно при проведении строительных работ.

После затвердения состав получает прочный внутренний слой, выполняющий функцию стяжки с высокими теплоизоляционными характеристиками. Пенополистирольные плиты, как правило, можно монтировать при любых погодных условиях, поскольку повышенная влажность и низкие температуры не оказывают воздействия на этот материал.

Состав легкой бетонной смеси:

– гранулы пенопласта в форме шариков разного диаметра. Для производства строительных блоков выбирают шарики диаметром до 10 мм. Они добавляют готовым изделиям легкость в весе и наделяют их прекрасными теплоизоляционными свойствами.

2. Цемент . Он обеспечивает прочность блокам и надежно связывает шарики между собой.

3. Песок. Его можно не добавлять в смесь для производства блоков. Он подходит только в виде наполняемого материала.

4. Синтетические волокна . Они снижают вероятность появления трещин в материале в результате резкого перепада температур.

Для того чтобы равномерно распределить гранулы пенопласта внутри блока, потребуется использование поверхностно-активного вещества. Подойдет любое моющее средство или шампунь.

Преимущества

Этот универсальный строительный материал отличается долговечностью и хорошими звукоизоляционными свойствами. Также он устойчив к воздействию высокой температуры и не представляет опасности для окружающей среды. Данный материал легко подвергается любой механической обработке. Изготавливается прямо на месте использования. Сделать блоки самостоятельно из приготовленного материала будет намного дешевле, чем купить готовые изделия.

Недостатки

Полистиролбетон не пропускает пар, поэтому при строительстве необходимо выполнить обустройство вентиляции. Под воздействием высокой температуры гранулы не горят, а плавятся. От этого могут образоваться пустые места, снижающие теплоизоляционные свойства.

Использование самостоятельно изготовленных блоков из легкой бетонной смеси поможет сэкономить деньги – не нужно тратиться на дорогостоящие строительные материалы. При этом строительные работы будут выполнены очень качественно.

Применение полистирольных плиток для потолка

Полистирол как отделочный материал, отличается своей дешевизной и простотой монтажа, к тому же он обеспечивает хорошую тепловую и звуковую изоляцию. Потому успешно применяется в помещениях, имеющих хорошую вытяжную вентиляцию. Если в помещении имеются проблемы с вентиляцией, то их надо разрешить до монтажа таких потолков, потому что при плотной подгонке плиток возникнут затруднения с обеспечением паропроницаемости.


Современные магазины строительных материалов предлагают много разновидностей полистирольных плиток. Они выпускаются ламинированными и не ламинированными, с разными рисунками и теснением, для сухих и влажных помещений, предназначенные для покраски или вовсе без нее, имитирующие древесину и другие материалы. Не говоря уже о цветах и оттенках полистирола – их сотни.

К достоинствам относится стойкость при использовании и уходе. Плитку из полистирола можно протирать не только мягкой, но и грубой тканью, допускается влажная обработка. Качественный монтаж дает практически однородную поверхность, не имеющую швов и нарушений непрерывности рисунка.

Важно понимать, что для конкретных квартир необходим подбор полистирольных плиток не только по цвету и оттенку, но и по рисунку. Крупный рисунок подойдет для больших помещений с высокими потолками, а мелкий только для небольших комнат, когда помещение узкое и длинное. Ради справедливости надо заметить, что для наклейки полистирольных плиток, необходима хорошая подготовка потолочной поверхности. Хотя они неплохо маскируют незначительные дефекты, но не смогут дать идеальный потолок, если он был изначально неровный.

Подготовительные работы и монтаж полистирольных плиток

Подготовка основания включает в себя следующие работы: очистку поверхности потолка от грязи и жира (бензином или нитрорастворителем), грунтовку рекомендуемыми материалами. Сейчас, клеивые составы имеют способность проходить сквозь водоэмульсионную краску, меловую и иную побелку, поэтому удаление этих покрытий перед приклеиванием плиток из полистирола не требуется.

Могут возникнуть проблемы с масляной краской, но она сейчас все реже используется для потолков даже на промышленных объектах, не говоря уже о жилье, офисах и торговых залах. Поэтому не имеет смысла уделять данной проблеме много внимания, но надо сказать, что имеются такие клеи, которые способны проникать даже через масляную краску, схватываясь с плитой перекрытия.

Если плитки полистирола монтируются на гипсокартон, он обязательно проклеивается слоем бумаги или чем-то ее заменяющим, например, старыми обоями. Это необходимо для защиты материала от чрезмерного проникновения клея.

Если этого не предпринять, то последующий ремонт может принести дополнительные проблемы: демонтаж плиток полистирола вызовет разрушение на листах гипсокартона. В таком случае потолок окажется неремонтопригодным, а это значит, что придется снимать еще и поврежденный гипсокартон. Так что, если лишние трудовые и материальные затраты для вас нежелательны, выполните простую рекомендацию и примените бумагу.

Полистирол — это термопластическая пластмасса в форме плит с гладкой поверхностью или со штампованным рисунком, изготавливаемая методом экструзии. Полистирол нашел широкое практическое применение, начиная от безопасного застекления до оформления интерьера жилых помещений. Популярность полистирола и разновидность его применения — это следствие очень хороших технических свойств и низкой цены.

Белый полистирол — это экономичная альтернатива пластику ПВХ, а прозрачный — оргстеклу. Популярность материала вызвана высокой ударопрочностью, легкостью обработки и гибкостью. Он прекрасно формуется и обрабатывается. Также полистирол препятствует потере тепла, устойчив к различным химическим веществам, но неустойчив к перепадам температур и влажности. Главное его достоинство — это более низкая, чем у других пластиков стоимость.

1. Свойства и общие характеристики

Идеальный заменитель стекла. Великолепная прозрачность и легкость в использовании. Сырье представляет собой полимер с прекрасными физическими и химическими свойствами, в результате чего получается продукт удобный для использования как внутри, так и снаружи помещения. К тому же полистирол значительно дешевле чем оргстекло.

Гладкий прозрачный полистирол служит альтернативой стеклу, там, где требуется внутреннее остекление помещений. Прозрачный полистирол прекрасно пропускает свет, но воздействие прямых солнечных лучей может вызвать пожелтение, помутнение, снижение прочностных характеристик.

В прозрачном и полупрозрачном (различных оттенков) виде идеально подходит для внутреннего остекления, прекрасно подходит для изготовления декоративных перегородок, душевых кабин, а также для изготовления торгового и выставочного оборудования, может использоваться для изготовления рассеивателей света, а также может применяться для изготовления вывесок. Допускается контакт прозрачного полистирола с пищевыми продуктами.

Фактурный полистирол (колотый лед, пинспот, призма) и цветной полистирол часто используется для изготовления витражей, перегородок, подвесных потолков, светильников, в том числе встроенных. Фактурный полистирол хорошо рассеивает свет, который, отражаясь от многочисленных граней на поверхности, искрится.

Антибликовый полистирол — с односторонней обработкой поверхности, препятствует отражению источников света, предотвращает нежелательные тени, сохраняет натуральные цвета картины.

Во избежание повреждения поверхности листы покрывается защитной пленкой с двух сторон.

Основные преимущества полистирола, по сравнению с силикатным стеклом, в том, что он уменьшает потерю тепла, увеличивают теплоизоляцию, препятствует сквознякам и конденсации влаги, сокращает расходы на обогрев, химически инертен. Белый полистирол отлично формуется, равномерно распределяя толщину стенок готового изделия. В отличие от ПВХ он имеет более жесткую прочную структуру.

2. Основные технические характеристики полистирола

Характеристики Стандарт Ед. изм.
1. Общие:
удельный вес D 1505 г/см³ 1,05
твердость по Роквеллу D-785 M scale 76
2. Оптические:
светопроницаемость 5036 % 93,7
коэффициент преломления 53491 1,59
3. Мехнические:
модуль гибкости 53452 МПа 3200
устойчивость на изгиб 53452 МПа 100
модуль растяжения 53455 МПа 3100
устойчивость на растяжение 53455 МПа 50
устойчивость на удлинение 53455 % 3
4. Термические:
температура размягчения по Вика 53460 °С >98
температура отклонения 53461 °С 86/98
тепловой объем D-2766 Дж/г К 1,8
коэффициент линейного расширения 53752 К-1 х 10-5 8
теплопроводность 52612 Вт/ м К 0,17
температура разложения °С >280
максимальная рабочая температура °С 80
температура формовки °С 130 — 170
5. Ударные:
ударная вязкость при испытании с надрезом (Изод) ISO 180 кДж/м² 10
ударная вязкость при испытании с надрезом (Харп) 53453 кДж/м² 14

3. Применение :

— изготовление вывесок
— изготовление рекламных щитов, штендеров
— изготовление указателей и информационных табличек
— изготовление декорации объемных букв, может служить задней стенкой объемных букв
— изготовление внутреннего остекления помещений
— замена оконных стекол
— отделка внутренняя и наружная
— производство торгового и выставочного оборудования, перегородок
— изготовление душевых кабин
— в оранжереях и теплицах
— изготовление электротехники: защитные экраны для цифровых табло, рассеиватели светильников, декоративные элементы розеток и выключателей
— создание трехмерных объектов методом термоформовки.

4. Обработка материала

1. Обработка края
2. Термоформовка
3. Сварка
4. Склеивание
5. Печать
6. Лакирование
7. Металлизация
8. Флокирование
9. Горячее тиснение
10. Фрезерование
11. Вакуумная формовка

Полистирол достаточно легкий. Обладает хорошими электроизоляционными свойствами, характеризуется небольшими диэлектрическими потерями. Максимальная рекомендуемая температура применения 70 о С. Полистирол можно без труда обрабатывать инструментами и станками для обработки дерева и металла.

1. Обработка края
Для обработки краев используют рубанок, грубый напильник, рашпиль, шабер. Инструмент должен быть хорошо заточен.

2. Термоформовка
Полистирол является идеальным материалом для этого вида обработки и предоставляет огромные возможности для создания трехмерных форм. Объемные буквы, барельефы, сложные объемные фигуры и многое другое может быть выполнено с помощью термо- или вакуумформовки. Простейший инструмент для термообработки — промышленный фен.

Температура обработки: 130-150 о С.
В экстремальных случаях: до 200 о С.

Температура формовки:
— для технических деталей до 75 о С
— для упаковки без нагревания величина усадки: прибл. 0,5%

Коэффициент вытяжки:
— при отрицательной матрице -1:1,25
— при позитивной матрице — 1:2
— время нагрева: в зависимости от источника нагревания. При толщине материала более 2 мм необходимо нагревание с двух сторон.

3. Сварка
Рекомендуется газосварка (горячий воздух) при температуре 260-330 oС, сварка нагревательным элементом (температура 180-260 oС, время нагрева 20-60сек), и особенно ультразвуковая сварка (амплитуда колебаний 35 мм, облучение ультразвуком проводится менее 1 сек).

4. Склеивание
Детали из полистирола легко склеиваются друг с другом и с другими материалами, образуя долговечные и надежные соединения. Очень хорошо подходят для этой цели контактные клеи, водорастворимый клей, клей из неопрена, а также растворяющие или цианакрилатные клеи.

5. Печать
На поверхность полистирола легко наносится и долго держится печать, нанесенная офсетным или трафаретным способом. При этом не требуется предварительной обработки поверхности. При офсетной печати используются краски для « невпитывающих поверхностей». При шелкографической печати в случае применения растворителей следует обратить внимание на рекомендации производителей красок.

6. Лакирование
Поверхность пластика хорошо покрывается совместимыми лаками.

7. Металлизация
Металлизацию полистирола с образованием зеркальной поверхности можно провести при помощи высоковакуумной технологии после соответствующей обработки поверхности.

8. Флокирование
Полистирол хорошо подвергается флокированию (электростатическому нанесению волокон).

9. Горячее тиснение
Производят фольгой для тиснения, которая подходит для термопластиков и имеется в продаже.

10. Фрезерование

11. Вакуумная формовка

Полистирол – это с высокими диэлектрическими показателями. Он химически стоек , водостоек , бесцветен, прозрачен, растворяется в ароматических и хлорированных углеводородах, простых и сложных эфирах. Однако полистирол имеет низкую механическую и невысокую теплостойкость .

Длительная обработка полистирола при температуре выше 500 °С в присутствии кислорода воздуха приводит к его деструкции .

Полистирол получают полимеризацией мономерного . Для улучшения свойств полистирола его сополимеризуют с различными виниловыми . Особенно важное значение имеют привитые и блок-сополимеры стирола с каучуками, обладающие повышенной ударной вязкостью (ударопрочные полистиролы ).

Краткий исторический очерк

Впервые полистирол был получен в Германии еще в 1839 г., однако его промышленное производство термической полимеризацией стирола было освоено только в 1920 г. (по патенту Остромысленского).

Большим стимулом для увеличения объема производства стирола и полистирола послужила организация в США во время Второй мировой войны производства бутадиен-стирольного каучука.

В СССР исследования в области синтеза и полимеризации стирола проводились в 30-40-х годах Залкиндом, Зелинским, Ваншейдтом и др. Промышленное производство полистирола развернулось в послевоенные годы.

В 50-60-х годах были разработаны процессы производства сополимеров стирола с другими виниловыми мономерами, совмещения полистирола и сополимеров стирола с акрилонитрилом и каучуками, получен изотактический полистирол . Это позволило значительно улучшить механическую прочность полистирола, повысить его теплостойкость.

В 1980-х наибольшее распространение получил ударопрочный полистирол, производимый в промышленности привитой сополимеризацией стирола или стирола и акрилонитрила к бутадиеновому каучуку.

В 1980-х гг в СССР были освоены непрерывные процессы получения гомо- и сополимеров стирола в аппаратах большой единичной мощности, обеспечивающих высокую производительность и хорошее качество полистирольных продуктов.

Получение полистирола (полимеризация стирола)

Стирол может полимеризоваться как по радикальному, так и по ионному механизмам. Полимер, получаемый полимеризацией , имеет атактическую структуру и является аморфным; полимер, получаемый ионно-координационной полимеризацией, в зависимости от типа катализатора, может быть аморфным или кристаллическим (изотактическим).

Аморфный полистирол получают разными способами - в блоке (в массе) , эмульсии , суспензии или растворе в присутствии инициаторов, или без них (путем термической полимеризации).

Изотактический полистирол получают в присутствии стереоспецифических катализаторов Циглера - Натта. В процессе переработки при нагревании выше температуры плавления (около 250 °С) изотактический полистирол необратимо переходит в аморфное состояние, что ограничивает его применение.

В промышленности полимеризацию стирола осуществляют в блоке , эмульсии и суспензии . Полимеризация в растворе не нашла широкого применения, так как получаемый полимер имеет сравнительно небольшую и выделение его из раствора представляет значительные трудности. К тому же раствор полистирола (например, лак, клей) не может быть использован из-за низкой ударной прочности образующегося лакового покрытия, клеевого шва.

Наиболее перспективными промышленными методами получения полистирола являются:

  1. с неполной конверсией мономера (непрерывный способ);
  2. (периодический способ);
  3. блочно-суспензионная полимеризация стирола (периодический способ).

Блочная полимеризация стирола с полной конверсией мономера практически утратила свое значение в связи с малой интенсивностью процесса и получением полимера со свойствами, не отвечающими современным требованиям.

В последнее время все большее значение приобретает суспензионная полимеризация стирола (периодический способ) в аппаратах большой единичной мощности (100 м 3 и более).

(периодический способ) находит в промышленности гораздо меньшее применение, чем блочная, суспензионная и блочно-суспензионная.

Эмульсионный полистирол используется только для изготовления плиточных пенопластов конструкционного назначения, где требуется полимер с высокой молекулярной массой . Производство эмульсионного полистирола включает трудоемкие стадии сушки тонкодисперсного полимера и очистки большого количества сточных вод, загрязненных токсичным стиролом и другими веществами. Необходимость предварительной грануляции тонкодисперсного эмульсионного полистирола перед его переработкой также создает определенные технологические трудности. Получаемый эмульсионный полистирол имеет худшие диэлектрические свойства, чем полистирол, синтезируемый блочным и суспензионным способами.

Свойства полистирола

Полистирол представляет собой твердый аморфный продукт плотностью 1050-1080 кг/м 3 . Молекулярная масса промышленных марок полистирола зависит от способа его получения и колеблется в пределах от 50 000 до 300 000 . Исключение составляет , молекулярная масса которого может быть значительно выше.

Большое влияние на свойства полистирола оказывает его полидисперсность , которая у блочного полистирола довольно значительна.

Для промышленных марок полистирола молекулярно-массовое распределение, характеризующееся соотношение М̅ w /M̅ n , соответствует 2-4 (в зависимости от условий получения).

Присутствие низкомолекулярных фракций в полимере:

  • уменьшает разрушающее напряжение при растяжении, ударе, изгибе;
  • снижает теплостойкость полистирола.

В связи с этим усовершенствования технологического процесса получения блочного полистирола направлены на снижение его полидисперсности .

В технике применяют полистирол с показателем текучести расплава 2-30 .

В присутствии катализаторов Циглера - Натта получается изотактический кристаллический полистирол , который отличается от аморфного повышенной температурой плавления (230- 240 °С) и более высокими механическими показателями . Однако изотактический полистирол трудно перерабатывается в изделия.

Показатели основных свойств полистирола общего назначения, полученного различными способами, приведены в таблице 1.

Таблица 1: Физико-механические свойства полистирола, полученного разными методами

Показатель Полистирол
Блочный Эмульсионный Суспензионный
Плотность, кг/м 3 1050-1060 1050-1070 1050-1060
Разрушающее напряжение при растяжении, МПа 39,2 39,2-44 41,1
Ударная вязкость, кДж/м 2 19,6-21,6 21,6 19,6-27,4
Относительное удлинение при разрыве, % 2,0 2,0 2,0
Твердость по Бринеллю, МПа 137-157 137-196 137-157
Теплостойкость по Вика, °С 95-100 100-105 105
Тангенс угла диэлектрических потерь при 10 6 Гц 4·10 -4 2·10 -4 -3·10 -4 4·10 -4
Диэлектрическая проницаемость при 10 6 Гц 2,4-2,7 2,6 2,5-2,6
Содержание остаточного мономера, % 0,5-0,8* 0,15-0,2 0,1-0,5
за 24 ч, % 0 0,07 0,01-0,02

* При применении вакуум-камеры или экструдеров с вакуум-отсосом содержание стирола в полистироле снижается до 0,2%.

Для повышения прочности при производстве полистирольных пленок и нитей полимер подвергают ориентации .

Полистирол характеризуется высокими диэлектрическими показателями , химической стойкостью , водостойкостью и хорошими оптическими свойствами .

Диэлектрические свойства полистирола

Он является очень хорошим диэлектриком. Его диэлектрические свойства не зависят от влажности окружающей среды и практически не изменяются при температурах от -80 до 90 °С и при изменении частоты от 1·10 2 до 1·10 9 Гц. Диэлектрические показатели эмульсионного полистирола ниже, чем блочного к суспензионного.

Стойкость полистирола к действию кислот и растворителей

Полистирол обладает высокой кислото- и щелочестойкостью, он стоек к неорганическим неокисляющим кислотам (соляной, серной, плавиковой), а также к спиртам и солям. Однако полистирол растворяется в тетрахлориде углерода, бензоле, нестоек к действию простых и сложных эфиров, ароматических, алифатических и хлорированных углеводородов. Он довольно легко окисляется, сульфируется, галогенируется, нитруется.

Оптические свойства полистирола

Блочный полистирол прозрачен, бесцветен, он пропускает 90% видимой части света. В ультрафиолетовой и инфракрасной областях прозрачность полистирола ниже. Высокий показатель преломления n D 25 =1,5-1,6 обусловливает применение блочного полистирола для изготовления оптических стекол.

Недостатки полистирола

Недостатками полистирола являются низкие теплостойкость и ударная прочность , склонность к старению.

Термоустойчивость полистирола

Теплостойкость полистирола по Мартенсу не превышает 70-75 °С . Эмульсионный полистирол более теплостоек (на 5-10°С), чем блочный, вследствие его большей молекулярной массы и меньшей полидисперсности. Однако этого слишком мало, чтобы обеспечить его более широкое применение.

80-82°С;

Температура эксплуатации изделий из полистирола не должна превышать 60 °С (на 10-15°С ниже теплостойкости по Мартенсу).

При нагревании до 300-400 °С полистирол деполимеризуется с образованием мономера.

Ударная вязкость полистирола составляет всего 19,6- 27,4 кДж/м 2 . В процессе эксплуатации его хрупкость увеличивается из-за старения полимера. В связи с этим применение полистирола общего назначения в качестве конструкционного материала ограничено.

По сравнению с другими термопластами полистирол обладает высокой поверхностной твердостью . Его модуль упругости при растяжении довольно высок (12,9-103 МПа) , а относительное удлинение при разрыве мало (1,5%) ; разрушающее напряжение при растяжении с повышением температуры уменьшается.

Переработка полистирола

Полистирол легко перерабатывается в изделия всеми способами, применяемыми для переработки термопластов. Основным методом его переработки в изделия является

Полистирола через кольцевую или плоскую щелевую головку (или решетку) получают пленку (или нити). На выходе из экструдера полистирольные пленки и нити подвергаются растяжению, при котором происходит ориентация макромолекул . Это приводит к значительному упрочнению пленок и нитей в направлении растяжения и увеличению их гибкости.

Полистирольные пленки толщиной 10-100 мкм, получаемые ориентацией в двух перпендикулярных направлениях, называются стирофлексом . Они отличаются большой прочностью и высокими диэлектрическими показателями.

Для окрашивания полистирола применяют красители: красный С, тиоиндиго, жировой желтый Ж и др. При синтезе полистирола блочным способом его окрашивание проводят в экструдере путем подачи с помощью шнека расплава, представляющего собой концентрированную смесь полистирола, красителя и стабилизатора.

Окрашивание суспензионного полистирол а осуществляют его предварительным смешением с красителем (опудривание) с последующим гранулированием в экструдере.

Области применения полистирола

Полистирол широко используется в качестве электроизоляционного материала для высокочастотной техники. Основными потребителями полистирола как диэлектрика являются приборостроительная промышленность (детали электро- и радиоэлектронных приборов, пленка для изготовления конденсаторов) и кабельная промышленность (изоляция кабелей стирофлексом и нитями).

Полистирол используется как конструкционный материал в промышленности строительных материалов для изготовления деталей, не работающих под большими механическими нагрузками (панели, облицовочные плитки, дверные ручки и др.)

Высокий показатель преломления блочного полистирола позволяет использовать его для изготовления оптических стекол.

Полистирол широко применяется для производства изделий бытового назначения: посуды, галантереи, игрушек, тары и т. п.

Для электроизоляционных и антикоррозионных целей используются полистирольные лаки.

Эмульсионный полистирол широко применяется в производстве некоторых марок пенополистирола прессовым методом.

Пенополистирол используется в качестве теплоизоляционного материала в строительной технике, железнодорожных вагонах и холодильниках.

Блочный полистирол имеет самое высокое содержание остаточного мономера, поэтому применение его в пищевой промышленности ограничено . Для производства изделий, контактирующих с пищевыми продуктами, используется главным образом суспензионный полистирол.

Для изготовления технических деталей и множества изделий бытового назначения используется блочный полистирол.

Для улучшения свойств полистирола, например повышения теплостойкости, в него вводят минеральные наполнители : мраморную пыль, слюдяную и кварцевую муку, тальк и др., однако при этом снижаются диэлектрические показатели. Введение в полистирол пластификаторов (трифенилфосфата, трикрезил-фосфата и др.) предотвращает растрескивание, однако при содержании пластификатора более 2% заметно снижаются теплостойкость полистирола и разрушающее напряжение при растяжении.

Теплостойкость и механическую прочность полистирола можно повысить путем армирования его стеклянным волокном (стеклянное волокно пропитывают водной дисперсией полистирола, затем высушивают и прессуют). Армированный полистирол характеризуется повышенным разрушающим напряжением при растяжении и изгибе, высокой ударной вязкостью, повышенной теплостойкостью.

Более высокую теплостойкость имеют полимеры замещенных стиролов.

Для улучшения свойств полистирола его сополимеризуют с другими мономерами.

В последние годы значительно увеличился объем производства ударопрочного полистирола марки УПС (привитой сополимер стирола к каучуку), имеющего высокую ударную вязкость и другие улучшенные показатели механических свойств.

Все большее развитие получает производство , представляющих собой сополимер стирола, акрилонитрила и бутадиена.

Прямой сополимеризацией этих трех мономеров не удается получить продукт с заданными свойствами, поэтому, как и при получении ударопрочного полистирола марки УПС, проводят привитую сополимеризацию стирола на полибутадиене и бутадиен-стирольном каучуке. Доля гомополимера стирола в общем выпуске полистирольных пластмасс непрерывно уменьшается.

Список литературы:
Зубакова Л. Б. Твелика А. С, Даванков А. Б. Синтетические ионообменные материалы. М., Химия, 1978. 183 с.
Салдадзе К М., Валова-Копылова В. Д. Комплексообразующие иониты (комплекситы). М., Химия, 1980. 256 с.
Казанцев Е. Я., Пахолков В. С, Кокошко 3. /О., Чупахин О. Я. Ионообменные материалы, их синтез и свойства. Свердловск. Изд. Уральского политехнического института, 1969. 149 с.
Самсонов Г. В., Тростянская Е. Б., Елькин Г. Э. Ионный обмен. Сорбция органических веществ. Л., Наука, 1969. 335 с.
Тулупов П. Е. Стойкость ионообменных материалов. М., Химия, 1984. 240 с. Полянский Я. Г. Катализ ионитами. М., Химия, 1973. 213 с.
Кассиди Г. Дж.у Кун К А. Окислительно-восстановительные полимеры. М., Химия, 1967. 214 с. Херниг Р. Хелатообразующие ионообменники. М., Мир, 1971. 279 с.
Тремийон Б. Разделение на ионообменных смолах. М., Мир, 1967. 431 с.
Ласкорин Б. Я., Смирнова Я. М., Гантман М. Я. Ионообменные мембраны и их применение. М., Госатомиздат, 1961. 162 с.
Егоров Е. В., Новиков П. Д. Действие ионизирующих излучений на ионообменные материалы. М., Атомиздат, 1965. 398 с.
Егоров Е. В., Макарова С. Б. Ионный обмен в радиохимии. М., Атомиздат,