Реферат: Полистирол и ударопрочный полистирол. Полистирол

Полистирол – синтетический термопластичный твердый, жесткий, аморфный полимер, представляющий собой продукт полимеризации стирола. Массово выпускается в форме полистирола общего назначения и ударопрочного полистирола. Мировое производство полистирола более 14 млн. тонн в год.

Полистирол (-C 6 H 5 -CH-CH-) n является продуктом полимеризации стирола, который представляет собой сочетание непредельного углеводорода этилена с ароматическим радикалом фенилом – C 6 H 5 (фенилэтилен):

СН 2 =СН-C 6 H 5

При полимеризации радикалы винила образуют полимерную цепь с боковыми фенильными группами (бензольными кольцами).

По характеру пространственного расположения фенильной группы относительно молекулярной цепи различают:

атактический полистирол – характеризуется тем, что в нем бензольные кольца расположены по обе стороны цепи совершенно неупорядоченно;
изотактический полистирол – в его макромолекуле все бензольные кольца расположены с одной стороны цепи;
синдиотактический полистирол – в его полимерной цепи бензольные кольца расположены строго альтернативно – поочередно слева и справа от центральной цепи, упорядоченность расположения боковых групп придает синдиотактическому полистиролу высокую твердость и термостойкость.

Наиболее широко применяется атактический полистирол.

Полистирол общего назначения – прозрачный, хорошо окрашиваемый, легко перерабатываемый материал, представляющий собой продукт полимеризации стирола в массе или в суспензии, или в эмульсии, и предназначенный для изготовления изделий различными методами термоформования.

В зависимости от свойств и назначения в соответствии с ГОСТ 20282-86 установлены следующие марки полистирола общего назначения:

получаемого полимеризацией в массе:
- ПСМ-115 - для изготовления методом литья под давлением изделий технического назначения и товаров народного потребления;
- ПСМ-111 - повышенной теплостойкости, для изготовления светотехнических изделий методом литья под давлением и товаров народного потребления;
- ПСМ-118 - для изготовления методом литья под давлением изделий сложной конфигурации технического назначения и товаров народного потребления. Марка характеризуется высокой текучестью;
- ПСМ-151 - повышенной теплостойкости и низкой текучести, для изготовления листов, профилей, пленок и нитей методом экструзии, товаров народного потребления; для производства нитей предназначен только высший сорт;
суспензионного:
- ПСС - для изделий технического назначения и товаров народного потребления;
эмульсионного:
- ПСЭ-1 - для получения пенопластов;
- ПСЭ-2 - для продукции технического назначения; допускается применение для изготовления пеноплит.

Условное обозначение марок полистирола общего назначения состоит из сокращенного назначения материала (ПС), способа получения (Э – эмульсионный; М – полимеризация в массе (блочный); С – суспензионный), цифрового обозначения марки, указания рецептуры светостабилизации, наименования цвета, указания рецептуры окрашивания цвета, сорта и обозначения стандарта. В обозначение поверхностно обработанного полистирола вводят буквенный эквивалент «С» перед указанием сорта.

Пример условного обозначения полистирола общего назначения блочного марки 111, светостабилизированного, красного цвета, высшего сорта по ГОСТ 20282-86: ПСМ-111-20, красный, рец. 136П, высший сорт ГОСТ 20282-86.

Пример условного обозначения полистирола общего назначения блочного марки 151, неокрашенного, поверхностно обработанного, первого сорта по ГОСТ 20282-86: ПСМ-151 «С», первый сорт ГОСТ 20282-86.

Ударопрочный полистирол – непрозрачный бесцветный материал, продукт привитой сополимеризации стирола с бутадиеновым или бутадиен-стирольным каучуком, имеющий двухфазную структуру. Непрерывная фаза (матрица) образована полистиролом. Дискретная фаза (микрогель) – частицами каучука овальной формы с размерами 2-5 мкм. Каучуковые частицы окружены тонкой пленкой привитого сополимера стирола на каучуке, а внутри частиц содержится также окклюдированный полистирол, в результате чего увеличивается эффективный объем каучуковой фазы. От объема последней во многом зависят свойства ударопрочного полистирола. Ударопрочный полистирол выпускается стабилизированным, в виде белых гранул. Основные методы переработки – литье под давлением и экструзия листа с последующим пневмо- или вакуумформованием.

Условное обозначение ударопрочного полистирола в соответствии с ГОСТ 28250-89 состоит из букв УП – ударопрочный, сразу за которыми указывается метод синтеза полистирола: М – полимеризацией в массе, Э – полимеризацией в эмульсии, С – полимеризацией в суспензии. Далее через тире две цифры обозначают ударную вязкость. Следующие две цифры указывают удесятеренное содержание остаточного мономера. Кроме того, в марку может включаться буква, означающая предпочтительный способ переработки.

Пример условного обозначения ударопрочного полистирола, полученного полимеризацией в массе с ударной вязкостью 7 кДж/м2 и остаточным содержанием мономера 0,3 %, предназначенного для переработки экструзионным методом: УПМ-0703 Э.

Обычное обозначение полистирола на российском рынке ПС, но могут встречаться и другие обозначения: PS или GPPS или PS-GP или XPS или Crystal PS (полистирол общего назначения), УП или УПС или HIPS или PS-HI или PS-I (ударопрочный полистирол), MIPS или IPS или PS-I (ударопрочный полистирол средней ударной прочности), SHIPS (ударопрочный полистирол сверхвысокой ударной прочности).

Кроме полистирола общего назначения и ударопрочного полистирола промышленностью выпускается широкое разнообразие модификаций и сополимеров стирола. В частности, эластомеры, обладающие способностью к большим обратимым деформациям за счет частичного развертывания хаотически свернутых цепных молекул полимера, и синдиотактический полистирол, получаемый на металлоценовых катализаторах и обладающий очень высокой жесткостью и термостойкостью.

Полистирол – термопластичный материал, обладающий высокой твёрдостью и хорошими диэлектрическими свойствами, химически стойкий по отношению к щелочам и кислотам, кроме азотной и уксусной. Полистирол не растворяется в низших спиртах, алифатических углеводородах, фенолах, простых эфирах. Растворяется в собственном мономере, ароматических и хлорированных углеводородах, сложных эфирах, ацетоне. Устойчив к радиоактивному облучению, но стойкость к ультрафиолетовым лучам невелика. Полистирол легко формуется и окрашивается. Хорошо обрабатывается механическими способами. Без труда склеивается. Обладает низким влагопоглощением и высокой влагостойкостью и морозостойкостью. Физиологически безвреден. Изделия из полистирола обладают высоким глянцем.

Полистирол общего назначения весьма хрупок, имеет низкую ударную прочность и малую теплостойкость: температура размягчения полистирола составляет 90-95°С. Лучшими эксплуатационными свойствами обладают различные сополимеры стирола. Ударопрочный полистирол отличается повышенными показателями ударной вязкости в широком диапазоне температур (до -30...-40 °С).

Основной недостаток полистирола – низкая термо- и светостойкость. Поэтому изделия с применением полистирола не рекомендуются к эксплуатации на улице без покрытия и больше подходят для интерьерных применений.

Свойства полистирола общего назначения.

Плотность – 1050-1080 кг/м3.
Насыпная плотность гранул – 550-560 кг/м3.
Линейная усадка в форме – 0,4-0,8 %.
Нижний предел рабочих температур – минус 40 °С.
Верхний предел рабочих температур 65-75 °С.
Электрическая прочность при частоте 50 Гц – 20-23 кВ/мм.
Удельное поверхностное электрическое сопротивление – 1016 Ом.
Удельное объемное электрическое сопротивление
- при выдержке под напряжением 1 мин. – 1017 Ом·см
- при выдержке под напряжением 15 мин. – 1018 Ом·см.
Коэффициент термического линейного расширения – 6·10-5-7·10-5 град-1.
Коэффициент теплопроводности – 0,093-0,140 Вт/м·К.
Удельная теплоемкость – 34·103 Дж/кг·К.
Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 1 МГц – 3-4·10-4.
Диэлектрическая проницаемость – 2,49-2,60.

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.

Читая различную информацию о современных строительных материалах, часто приходится сталкиваться со словом полистирол. Применяя новые технологии в процессах производства, из него получают пенопласты. Все эти материалы находят широкое применение во многих сферах жизнедеятельности, поэтому стоит узнать более подробно, что представляет собой полистирол и как он используется, о его свойствах и характеристиках.

Полистирол относится к группе синтетических полимеров класса термопластов, продукт получают в промышленности полимеризацией стирола. Полистирол - твердое и бесцветное стеклоподобное вещество, которое пропускает до 90% лучей видимого спектра, его плотность 1,05г/м 3 , имеет регулярную цепь строения.

Полимер обладает слабой полярностью, имея высокие диэлектрические свойства, они мало зависимы от частоты тока и температур. Он растворим в кетонах, ароматических углеводородах, альдегидах и эфирах, но не растворяется в спиртах, очень устойчив к кислотам, щелочам и воде. Полимер легко формируется и окрашивается, легко обрабатывается механическими способами, хорошо склеивается, он обладает высокой влагостойкостью и морозостойкостью, низким водопоглощением. В производстве его получают 3 способами:

Эмульсионный
Суспензионный
Блочный.

Наиболее устаревший способ получения эмульсионный, поскольку он не нашел своего применения в производстве. Для того чтобы получить полистирол таким методом, необходимо иметь воду, стирол, инициатор полимеризации и эмульгатор, реакция которых происходит при температуре +85 +95 о С. Весь процесс заканчивается, когда свободного стирола остается меньше чем 0,5%. Такой метод дает возможность получить полистирол с повышенной молекулярной массой.

Метод суспензионный производится по периодической схеме в реакторах с теплоотводящей рубашкой и мешалкой, применяя эмульсию, стабилизатор и инициатор полимеризации. В ходе процесса температура постепенно повышается до +130 о С под давлением. Готовый продукт промывают и сушат. Этот метод также почти не используется, поскольку устарел, но его применяют для получения пенополистирола.

Наиболее эффективным является третий способ, он почти безотходный, поэтому нашел применение в производстве полистирола. Используются две схемы -полной и неполной конвенции для общего назначения полистирола. Полимеризация происходит в среде бензола постадийно, начиная с температуры +80 о С постепенно доведя массу до +220 о С, пока стирол не превратится в полистирол на 80-90%. Готовый продукт отличается стабильными параметрами и высокой чистотой.

Применение

Выпускается полимер в виде прозрачных гранул , которые имеют цилиндрическую форму. Они перерабатываются методом литься под давлением или экструзии, при температуре +190 +230 о С. На основе полистирола базируется огромное количество пластиков, благодаря простоте полимера, его невысокой цене, большому ассортименту марок.

Из полистирола научились изготавливать массу самых необходимых предметов, которые нашли применение в повседневной жизни. Все изделия совершенно безвредны для здоровья людей, в быту они нас постоянно окружают - одноразовая посуда игрушки для детей, упаковка.

В строительстве полистирол нашел очень большое применение, на его основе производятся теплоизоляционные материалы - плиты, сэндвич-панели, несъемная опалубка и др. Также производится и отделочный декоративный материал для облицовки - потолочный багет и плитка декоративная.

В медицинской промышленности полимер также применим, из него производят некоторые части в системах переливания крови, одноразовые инструменты. Вспененный полистирол также актуален для подготовки и очистке сточных вод.

В пищевой промышленности используется упаковочный материал , который также производится из полистирола. Есть и ударопрочный вид полимера, он стал незаменим для бытовой техники, электроники.

Физические свойства полистирола

Плотность - 1050-1080кг/м 3
Насыпная плотность гранул - 550-560кг/м 3
Усадка линейная в форме - 0,4-0,8%
Нижний предел рабочей температуры - (-40 о С), верхний предел - (+75 о С)
Электрическая прочность с частотой 50Гц - 20-23кВ/мм
Удельное электрическое сопротивление поверхностное - 10 16 Ом, объемное, под напряжением 1 мин - 10 17 Ом-см, под напряжением 15 мин - 10 15 Ом-см.
Коэффициент линейного расширения термического - 6х10 -5 , 7х10 -5 градус -1
Теплопроводность - 0,093-0,140Вт/м*К
Теплоемкость - 34х10 3 Дж/кг*К
Диэлектрическая проницаемость - 2,49-2, 6
Тангенс угла при диэлектрических потерях с частотой 1МГц составляет - 3-4Х10-4.

Свойства полимера

Полистирол - термопластическая пластмасса в форме плит, может иметь гладкую поверхность или со штампованным рисунком. Полимер белого цвета можно назвать хорошей альтернативой пластику ПВХ, а прозрачный вариант - оргстеклу. Он стал популярным благодаря таким свойствам, как гибкость и легкость в обработке, он обладает также высокой ударопрочностью. Он отлично обрабатывается и формуется, препятствует потере тепла, но главным его достоинством является низкая стоимость.

Его можно также назвать идеальным заменителем стекла, поскольку он прозрачный и легкий в обработке. Он находит применение во внутренней и наружной частях помещений, благодаря своим физическим и химическим свойствам. Прозрачный полимер часто используется для остекления зданий, отлично пропускает свет, но боится прямых солнечных лучей. Со временем УФ приводит к разрушению материала, он желтеет, снижаются его характеристики прочности.

Полистирол стал уже давно применяться, как основа для производства пенопластов и других материалов на их основе, путем нагревания смеси материала с преобразователями. В процессе производства получается вспученный полистирол, а после остывания материал превращается во вспенено застывшую массу жесткой структуры с плотными ячейками, заполненными воздухом. 98% готового материала составляет воздух, а всего 2% приходится на сам полимер .

Такое качество, как низкая теплопроводность сделала вспененный полимер незаменимым материалом в строительных работах. Его стали широко использовать для утепления стен, кровли, пола и потолков в зданиях разного типа. С утеплителем просто работать, его можно порезать обычным острым ножом, легко монтировать, поскольку он имеет незначительный вес. Большинство потребителей оценили материал по достоинству, их привлекает его устойчивость к процессам гниения и образования грибков, стойкость к агрессивной среде, воздействию микроорганизмов.

Но у вспененного полистирола есть и минусы, о которых также нужно сказать - экологическая небезопасность, недолговечность и пожароопасность.

Заключение

Сам полистирол не наносит вреда окружающей среды, но некоторые виды материалов на его основе могут быть опасны для здоровья , он является горючим материалом. В зависимости от свойств и назначения полистирола, установлены марки для общего назначения, поэтому потребитель, пользуясь этими обозначениями, может узнать о характеристиках и применении определенной марки полимера.

1.Характеристика исходного вещества

Полистирол и ударопрочный полистирол получают полимеризацией стирола в массе.

Стирол(винилбензол, фенилэтилен), - бесцветная жидкость со своеобразным запахом.

Некоторые физические свойства:

Стирол смешивается с большинством органических растворителей, с низшими спиртами, ацетоном, эфиром, сероуглеродом; в многоатомных спиртах растворим ограниченно. В смеси с воздухом в объемных концентрациях 1,1 – 6,1% образует взрывоопасные смеси. Стирол легко полимеризуется и сополимеризуется с большинством мономеров по радикальному и по ионному механизмам. В промышленности стирол получают несколькими способами:

1. Дегидрированием этилбензола в присутствии окисных катализаторов следующего

состава: (-18,4 %; MgO-72,0 %; 2-4,6 %)

2. В присутствии п- дивинилбензола при полимеризации стирола происходит сшивание

линейных макромолекул ПС, в результате чего получается неплавкий и нерастворимый продукт сетчатого строения, который не поддаѐтся переработке. Нежелательной примесью является этилбензол, который при выделении из ПС вызывает его растрескивание и потускнени

3.Из бензола и этилена жидкофазным методом в присутствии AlCl3 в качестве катализатора.

4.Реакция алкилирования протекает не только с образованием моноалкилбензола, но и

полиалкилбензолов. Очистку сырого этилбензола производят ректификацией, особенно

важно из него удалить п- дивинилбензол.

Описание полистирола

Полистирол – термопластичный полимер преимущественно линейного строения с формулой[-СН 2 -С(С 6 Н 5)Н-] n и структурной формулой:

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.

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.

Получение полистирола

В присутствии п- дивинилбензола при полимеризации стирола происходит сшивание

линейных макромолекул ПС, в результате чего получается неплавкий и нерастворимый

продукт сетчатого строения, который не поддаѐтся переработке. Нежелательной примесью

является этилбензол, который при выделении из ПС вызывает его растрескивание и

потускнение.

Затем активные частицы активируют следующие молекулы стирола II 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:

Упрощенная формула полистирола имеет вид:

2.Основные реакции синтеза

Синтез ВМС осуществляют путем реакций полимеризации и поликонденсации. Различие этих процессов заключается в том, каким образом происходит формирование макромолекул. Основным отличием является то, что в поликонденсации есть молекулы, которые имеют по две функциональные группы, в результате выделяется молекула воды.

1. Реакция полимеризации – рост каждой макромолекулы происходит в результате

последовательного присоединения молекул мономера к активному центру, локали-

зованному на конце растущей цепи. При этом реакционный центр регенерируется в

каждом акте роста. Применительно к непредельным мономерам процесс полимери-

зации можно выразить следующей схемой:

2. В поликонденсации рост макромолекул происходит путем химического взаимодей-

ствия исходных молекул друг с другом, с реакционноспособными группами n-

меров, накапливающихся в ходе реакции конденсации, а также молекул n-меров

между собой. В поликонденсации реакционный центр гибнет в каждом акте роста,

а развитие цепи происходит за счет реакции замещения, сопровождающейся или не

сопровождающейся отщеплением низкомолекулярных продуктов:

СИНТЕЗ ПОЛИСТИРОЛА В ПРИСУТСТВИИ ДИ-ТРЕТ.БУТИЛАМИНА И ГИДРОПЕРОКСИДА ТРЕТИЧНОГО БУТИЛА

Псевдоживая полимеризация по механизму обратимого ингибирования явля-

ется одним из наиболее значительных явлений в химии высокомолекулярных со-

единений последних десятилетий. Анализ реакционной способности

исследуемых соединений и известных литературных данных позволяет

обоснованно предположить протекание в процессе полимеризации стирола сле-

дующих реакций:

Увеличение скорости полимеризации стирола в присутствии ди-

трет.бутиламина по сравнению с процессом без добавки может быть связано с

образованием в системе алкильных радикалов.

3. Структура полимера

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)

Конфигурация макромолекулы

Конфигурация – порядок расположения химических связей, соединяющих атомы или

атомные группы в макромолекуле.

Конфигурация формируется в процессе синтеза и не может быть нарушена иным обра-

зом, как разрушение химических связей.

Конформация макромолекул

Конформация – это форма, которую приобретают макромолекулы данного конфигураци-

онного состава под действием теплового движения или физических полей.

Виды конформации:

· Конформация транс-зигзаг

· Конформация "клубок"

· Конформация "глобула"

· Конформация "спираль"

· Конформация "складка"

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

4. Молекулярная масса. Молекулярно- массове распределение (ММР)

Молекулярная масса является мерой длины молекулы для полимеров

M n = m 0 * P n

m0 – масса одного составного звена

Pn – степень полимеризации

Молекулярная масса полистирола равно примерно 30-500 тыс.

Молекулярно- массовое распределение (ММР)

Вводят функции распределения по молекулярным массам

Существуют дифференциальные и интегральные функции распределения.

Их, в свою очередь, подразделяют на числовые и весовые.

Дифференциальное распределение - описывает долю от общего числа ве-

щества или от общего веса макромолекул с ММ в интервале от М i до M i +dM.

Интегральное распределение – долю от общего количества/веса вещества,

приходящуюся на молекулы с ММ в интервале от массы мономера до М i (массы

полимера на i-степени превращения)

Числовая ММР – отношение числовой доли dn молекул, имеющих массу М в ин-

тервале M+dM, к значению этого интервала:

Аналогично, весовая ММР:

Для промышленного полистирола ММР будет равен 2 – 4 (в зависимости от условий получения)

Для полистирола существуют критические величины молекулярной массы выше которых прочность при растяжении и относительное удлинение мало зависят от молекулярной массы.Молекулярная масса и ММР полимера определяются температурой и мало зависят от степени превращения мономера. Это объясняется превалирующим влиянием реакции передачи цепи на мономер из всех реакций ограничения роста цепей. При изотермическом режиме удается получить полистирол с найболее узким ММР. Регулирование молекулярной массы и ММР позволяет получить полистирол с заданным индексом расплава.

5. Химические превращения полимера

В химии полимеров различают следующие типы химических реакций:

1. Реакции деструкции

2. Реакции сшивания

3. Реакции функциональных групп

Реакции деструкции

Реакциями деструкции называю реакции, протекающие с разрывом химических связей в главной цепи макромолекулы. В зависимости от типа химической связи (Ковалентной или ионной) возможны три механизма деструкции полимеров: радикальный, ионный и ионно-радикальный. При наличии ковалентной связи между атомами главной цепи разрыв макромолекулы протекает с образованием свободных макрорадикалов.

В зависимости от природы агента, вызывающего разрыв связей в цепи, различают физическую и химическую деструкцию. Физическая деструкция подразделяется на термическую, механическую, фотохимическую и деструкцию под влиянием ионизирующего излучения, Химическая деструкция протекает под действием различных химических агентов. Наиболее важными видами химической деструкции являются окислительная деструкция, гидролиз, алкоголиз, ацидолиз, аминолиз.

Реакции сшивания

Реакциями сшивания (структурирования) называют реакции образования поперечных химических связей между макромолекулами, приводящие к получению полимеров сетчатого строения. Реакции могут протекать в процессе синтеза полимеров, а также при переработке уже полученных линейных полимеров. При синтезе полимеров сшивание цепей в большинстве случаев не желательно, так как при Этом получаются нерастворимые и не плавкие продукты, которые трудно извлечь из реактора. Поэтому полимеризации и поликонденсации обычно получают полимеры линейного или разветвленного строения. При изготовлении из таких полимеров изделий часто специально проводят реакции сшивания(структурирования). В резиновой промышленности эти реакции называются вулканизацией, в промышленности пластических масс – отверждением. Такие реакции могут протекать при нагревании или при действии ионизирующих излучений. Сшивание полимеров под влиянием ионизирующих излучений называется радиационным сшиванием.

Реакции функциональных групп

Многие полимеры нельзя получить путем полимеризации или поликонденсации непосредственно из низкомолекулярных соединений потому, что исходные мономеры неизвестны, или потому что они не полимеризуются. Поэтому особое значение приобретает синтез полимеров из других высокомолекулярных соединений, содержащих реакционноспособные группы. Для проведения этого синтеза условия реакции должны подбираться так, чтобы предотвратить возможность деструкции молекулярных цепей. Тогда в результате химических превращений происходит изменение химического состава полимера без существенного уменьшения степени полимеризации. Такие реакции были названы Штаундингером Полимераналогичными превращениями. Очень интересна реакция получения высокомолекулярных соеденений, содержащих щелочные и щелочноземельные металлы, например синтез поли-n-литийстирола. Сначала изотактический кристаллический полистирол превращают в поли-n-иодстирол, который, реагируя с бутиллитием, образует поли-n-литийстирол:

Таким образом, полимераналогичные превращения дают возможность создавать новые классы полимеров и в широком диапазоне изменять свойства и области применения готовых продуктов.

6. Деструкция и старение

Полистирол стоек к действию щелочей и галогеноводных к-т, разрушается конц. азотной и ледяной уксусной кислотами. Легко окрашивается в различные цвета.

Термическая деструкция полистирола протекает с заметной скоростью при температурах несколько выше 260 °С, термоокислительная деструкция начинается около 200 °С; процессы сопровождаются выделением мономера, пожелтением и снижением вязкости расплаваостатка. Механохимическая деструкцияв присутствии следов кислорода происходит уже при 160 °С; она также приводит к снижению вязкости и изменению ММР материала. Под действием УФ- лучей происходит помутнение и пожелтение полистирола, увеличивается его хрупкость. Для фотостабилизации полистирола используют люминофорные красители и другие стабилизаторы, которые вводят в полистирол при гранулировании.

7. Технологические свойства и области применения полимера

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.

8. Экологические проблемы вызванные использованием данного полимера. Предложения по регенерации и утилизации

Начиная с 1960-х годов мировое производство полимеров удваивается через каждые пять лет, и эти темпы роста в соответствии с прогнозом сохраняется до 1990г. Одним из сопутствующих эффектов бурного развития промышленности полимеров является одновременное увелечение количества полимерных отходов. Так, в ФРГ они составили в 1977г. 1,2 млн т, в США отходы полимеров в 1980 году достигли 6,4 млн тонн. Изделия из пластмасс имеют разные сроки службы:

Упаковка и фотопленка – 1 год

Обувь и строительные материалы – 2 года

Игрушки – 5 лет

Спортивные товары – 6 лет

Кабель – 15 лет

Детали машин, посуда, мебель – 10-20 лет

Основным источником загрязнения окружающей среды становятся изделия с коротки сроком службы, главным образом тара и упаковки. Угроза такого загрязнения постепенно становится глобальной экологической проблемой. Полимерные отходы ни гниют, не разлогаются и засоряют не только землю, но и реки и морские побережья.

До начала 1970-х годов уничтожению полимерных отходов препятствовала устойчивость большинства многотоннажных полимеров к действию природных факторов – микроорганизмов, солнечного света и воды. Именно эта деградационная устойчивость большинства пластмасс побудила ученых к созданию специальных био- и фоторазлагаемых, а также водорастворимых полимерных материалов.

Такие широко применяемые полимеры как полиэтилен, полипропилен, полистирол и поливинил хлорид, в отличии от природных целлюлозы и каучука, которые могут ассимилироваться бактериями и грибками в процессе энзимологических реакций, обладают почти абсолютной стойкостью к микроорганизмам. Попытки сделать их биоразлагаемыми путем модификации различными функциональными группами не дают желаемого результата. Оказалось что полиэтилен становится «по зубам» микроорганизмам только в том случае, когда его молекулярная массауменьшена в 30-40 раз, тоесть практически в виде олигомера.

Перспективным путем придания этим полимерам биоразлагаемости может быть введением в них наполнителей, которые при определенных условиях служат источником питания микроорганизмов. Присутствие таких наполнителей приводит к ухудшению стойкости полимера по отношению к внешним воздействиям, что в конечном итоге способствует деструкции полимерных цепей и ассимиляции образующихся олигомерных фрагментов бактериями и грибками.

Список использованной Литературы:

1. А.А Тагер «Физико-химия полимеров» издательство второе 1968 г.

2. Лосев И.П «Химия синтетических полимеров»

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

4. Лекционный материал по химии

1.Характеристика исходного вещества

2.Основные реакции синтеза

3. Структура полимера

4. Молекулярная масса. Молекулярно- массове распределение (ММР)

5. Химические превращения полимера

6. Деструкция и старение

7. Технологические свойства и области применения полимера