Polystyren: vzorec, vlastnosti, příprava, použití

V nejrůznějších polymerech zaujímá polystyren zvláštní místo. Z tohoto materiálu vyrábíme obrovské množství různých plastových výrobků pro domácí i průmyslové využití. Dnes se seznámíme s polystyrenovým vzorem, jeho vlastnostmi, výrobními metodami a směry použití.

Obecné charakteristiky

Polystyren je syntetický polymer z termoplastické třídy. Jak naznačuje název, je to produkt polymerace vinylbenzenu (styrenu). Je to pevný sklovitý materiál. Obecný vzorec pro polystyren je následující: [CH 2CH (C 6H ₅ )] _n . V zkrácené podobě to vypadá takto: (C ₈ H ₈ ) _n . Kratší polystyrenový vzorec je častější.

Chemické a fyzikální vlastnosti

Přítomnost fenolických skupin ve vzorci strukturní jednotky polystyrenu brání řádnému umístění makromolekul a tvorbě krystalických struktur. V tomto ohledu je materiál tvrdý, ale křehký. Jedná se o amorfní polymer s nízkou mechanickou pevností a vysokou mírou přenosu světla. Vyrábí se ve formě průhledných válcových granulí, z nichž se získávají nezbytné produkty vytlačováním.

Polystyren je dobrý dielektrikum. Je rozpustný v aromatických uhlovodících, v acetonu, v esterych a v jeho vlastním monomeru. V nižších alkoholech, fenoly, alifatické uhlovodíky a ethery polystyren není rozpustný. Při smíchání látky s jinými polymery dochází k "zesítění", v důsledku čehož se vytváří kopolymery styrenu, které mají vyšší strukturní vlastnosti.

Látka má nízkou absorpci vlhkosti a odolává radiaci. Nicméně je zničen ledovou kyselinou octovou a koncentrován kyselina dusičná. Při vystavení ultrafialovému polystyrenu se zhoršuje - mikroskopické zářezy a žloutnutí se vytvářejí na povrchu a jeho křehkost se zvyšuje. Když se látka zahřeje na teplotu 200 ° C, začne se uvolňovat monomer. Současně, počínaje teplotou 60 ° C, ztrácí polystyren svůj tvar. Při normálních teplotách je látka netoxická.

Hlavní vlastnosti polystyrenu:

1. Hustota - 1050-1080 kg / m ³ .
2. Minimální provozní teplota - 40 stupňů mrazu.
3. Maximální pracovní teplota je 75 stupňů tepla.
4. Tepelná kapacita - 34 * 10 ³ J / kg * K.
5. Tepelná vodivost - 0,093-0,140 W / m * K.
6. Koeficient tepelné roztažnosti je 6 * 10 ^-5 Ohm · cm.

Výroba polystyrenu

V průmyslu se polystyren získává radikálovou polymerací styrenu. Moderní technologie umožňují tento proces provést s minimálním množstvím nezreagované látky. Reakce získání polystyrenu ze styrenu se provádí třemi způsoby. Zvažte zvlášť každý z nich.

Emulze (PSE)

Jedná se o nejstarší metodu syntézy, která nebyla široce aplikována. Emulzní polystyren se získává v procesu polymerace styrenu ve vodných roztocích alkalických kovů při teplotě 85-95 ° C. Pro tuto reakci jsou nezbytné následující látky: voda, styren, emulgátor a iniciátor polymerace. Styren se předchází inhibitorům (hydrochinonu a tributyl-pyrokatechinu). Iniciátory reakce jsou ve vodě rozpustné sloučeniny. Zpravidla se jedná o persulfát draselný nebo oxid uhličitý. Jako emulgátory se používají alkálie, soli sulfonových kyselin a soli mastných kyselin.

Postup je následující. Do reaktoru se nalije vodný roztok ricinového oleje a za důkladného míchání se spolu s polymerizačními iniciátory zavádí styren. Výsledná směs se zahřeje na 85 až 95 ° C. Monomer rozpuštěný v micelách mýdla, počínaje emulzními kapkami, začíná polymerovat. Takto se získají částice polymerního monomeru. Během reakční doby 20% se micelární mýdlo vede k tvorbě adsorpčních vrstev. Dále se proces nachází uvnitř polymerních částic. Reakce se dokončí, když obsah styrenu ve směsi je asi 0,5%.

Emulze dále vstoupí do stupně nanášení, což umožňuje snížit obsah zbytkového monomeru. K tomuto účelu se koaguluje roztokem soli (vaření) a suší se. Výsledkem je prášková hmota s velikostí částic až 0,1 mm. Zbytek alkálie ovlivňuje kvalitu získaného materiálu. Nečistoty odstraňte zcela nemožným a jejich přítomnost způsobuje nažloutlý odstín polymeru. Tato metoda umožňuje získat produkt polymerace styrenu s nejvyšší molekulovou hmotností. Takto získaná látka má označení PSE, které lze pravidelně nalézt v technických dokumentech a starých učebnicích o polymerech.

Pozastavení (PSS)

Tato metoda se provádí podle periodického schématu v reaktoru opatřeném míchadlem a pláštěm rozptylujícím teplo. K přípravě styrenu se suspenduje v chemicky čisté vodě za použití emulzních stabilizátorů (polyvinylalkohol, polymethakrylát sodný, hydroxid hořečnatý) a iniciátory polymerace. Proces polymerace probíhá pod tlakem s konstantním zvýšením teploty až na 130 ° C. Výsledkem je suspenze, ze které je primární polystyren oddělen centrifugací. Poté se látka promyje a vysuší. Tato metoda je také považována za zastaralou. Je vhodný zejména pro syntézu styrenových kopolymerů. Používá se hlavně při výrobě pěnového polystyrenu.

Blok (PSM)

Získání polystyrenu pro všeobecné použití v rámci této metody může být provedeno podle dvou režimů: úplné a neúplné přeměny. Tepelná polymerace v kontinuálním schématu se provádí na systému sestávajícím z 2-3 sériově připojených sloupových reaktorů, z nichž každý je vybaven míchadlem. Reakce se provádí postupně, přičemž teplota se zvýší z 80 na 220 ° C. Když stupeň konverze styrenu dosáhne 80-90%, proces se zastaví. Metodou neúplné konverze dosahuje stupeň polymerace 50-60%. Zbytky nezreagovaného styrenového monomeru se z taveniny odstraní vysátím, čímž se jeho obsah sníží na 0,01 až 0,05%. Polystyren získaný blokovou metodou je charakterizován vysokou stabilitou a čistotou. Tato technologie je nejúčinnější, také proto, že nemá prakticky žádný odpad.

Aplikace z polystyrenu

Polymer je vyráběn ve formě průhledných válcových granulí. V konečných produktech jejich perebaryvaya extruzí nebo odlévání, při teplotě 190-230 ° C. Polystyren vyrábí velké množství plastů. Byl rozšířen díky své jednoduchosti, nízké ceně a širokému spektru značek. Z podstaty získáte spoustu předmětů, které se staly nedílnou součástí našeho každodenního života (dětské hračky, obaly, jednorázové pokrmy atd.).

Polystyren je široce používán ve stavebnictví. Izolační materiály jsou vyrobeny z něj - sendvičové panely, desky, pevné bednění a tak dále. Kromě toho jsou z tohoto materiálu vyráběny dekorativní materiály - stropní lišty a dekorativní dlaždice. V medicíně se polymer používá k výrobě jednorázových nástrojů a některých součástí v transfuzních systémech. Polystyrenová pěna také používaný v systémech úpravy vody. Potravinářský průmysl používá tuny obalového materiálu vyrobeného z tohoto polymeru.

K dispozici je také polystyren s vysokým nárazem, jehož vzorec je modifikován přidáním butadienu a styrenbutadienového kaučuku. Tento typ polymeru představuje více než 60% celkové výroby polystyrénového plastu.

Vzhledem k extrémně nízké viskozitě látky v benzenu lze mobilní roztoky získat ve frakčních koncentracích. To způsobuje použití polystyrenu ve složení jednoho z typů napalmů. Hraje roli zahušťovadla, při níž vzrůstá molekulová hmotnost polystyrenu, snižuje vztah mezi viskozitou a teplotou.

Výhody

Bílý termoplastický polymer může být vynikající náhražkou PVC plastu a transparentní pro plexisklo. Popularita látky byla způsobena především flexibilitou a snadností zpracování. Je dokonale tvarován a zpracováván, zabraňuje tepelným ztrátám a má velmi nízkou cenu. Vzhledem k tomu, že polystyren může projít světlo dobře, je dokonce použit v zasklení budov. Nicméně takové zasklení není možné umístit na slunečnou stranu, protože se látka zhoršuje působením ultrafialového světla.

Polystyren se již dlouho používá pro výrobu pěn a příbuzných materiálů. Izolační vlastnosti polystyrenu v pěnovém stavu umožňují jeho použití k ohřevu stěn, podlah, střech a stropů v budovách pro různé účely. Je to díky hojnosti izolačních materiálů vedených expandovaným polystyrenem, které obyčejní lidé vědí o látce, která je předmětem zkoumání. Tyto materiály jsou snadno použitelné, odolné vůči hnilobě a korozivnímu prostředí, stejně jako vynikající tepelně izolační vlastnosti.

Nevýhody

Jako každý jiný materiál má polystyren nevýhody. Především je to environmentální nejistota (mluvíme o absenci bezpečných metod likvidace), křehkosti a nebezpečí požáru.

Recyklace

Samotný polystyren není nebezpečný pro životní prostředí, nicméně některé výrobky z něj vyžadují zvláštní manipulaci.

Odpadový materiál a jeho kopolymery se hromadí ve formě zastaralých produktů a průmyslových odpadů. Recyklace polystyrenových plastů probíhá několika způsoby:

1. Zlikvidujte průmyslový odpad, který byl silně kontaminován.
2. Zpracování technologického odpadu litím, vytlačováním a lisováním.
3. Recyklace opotřebovaných předmětů.
4. Likvidace smíšeného odpadu.

Sekundární použití polystyrenu umožňuje získávat nové vysoce kvalitní výrobky ze starých surovin, aniž by to znečistilo životní prostředí. Jednou ze slibných oblastí zpracování polymerů je výroba polystyrenového betonu, který se používá při výstavbě nízkopodlažních budov.

Výrobky rozkladu polymeru vzniklého během tepelného rozkladu nebo tepelně-oxidační degradace jsou toxické. V procesu zpracování polymeru mohou být částečné destrukce částečné výpary benzenu, styrenu a ethylbenzenu. oxid uhelnatý a toluenu.

Spálení

Při spalování polymeru se uvolní oxid uhličitý, oxid uhelnatý a saze. Reakční rovnice pro spalování polystyrenu je obecně následující: (C8H8) _n + O2 = ↑ C02 + H20. Spalování polymeru obsahujícího přísady (složky zvyšující pevnost, barviva apod.) Vede k uvolnění řady dalších škodlivých látek.