Промышленные способы получения полистирола

3. Суспензионный ПС хотя  и содержит примеси, но они  легко отмываются от ПС и  не влияют на эксплуатационные  свойства.

4. Полимеризация проводится  в водной среде, что облегчает  отвод тепла экзотермической  реакции.

 

К недостаткам относят:

1. Многостадийность процесса.

2. Образуются сточные  воды требующие очистки.

3. Трудно перевести процесс суспензионной полимеризации стирола на непрерывную схему.

4. Низкая устойчивость  суспензии с дальнейшим налипанием  ПС на мешалку и стенки аппарата. Поэтому в промышленности данный  способ проводят по периодической  схеме.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Эмульсионный метод

 

Наиболее устаревший метод получения, не получивший широкого применения в производстве. Эмульсионный полистирол получают в результате реакции полимеризации стирола в водном растворе щелочных веществ при температуре 85-95 °C. Для этого метода требуются: стирол, вода, эмульгатор и инициатор полимеризации. Стирол предварительно очищают от ингибиторов: требутил-пирокатехина или гидрохинона. В качестве инициаторов реакции применяют водорастворимые соединения, двуокись водорода или персульфат калия. В качестве эмульгаторов применяют соли жирных кислот, щелочи, соли сульфокислот.

Реактор наполняют водным раствором касторового масла и тщательного перемешивая вводят стирол и инициаторы полимеризации, после чего полученная смесь нагревается до 85-95 °C. Мономер, растворённый в мицелах мыла, начинает полимеризовываться, поступая из капель эмульсии. В результате чего образуются полимер-мономерные частицы. На стадии 20 % полимеризации мицеллярное мыло расходуется на образование адсорбированных слоёв и процесс далее протекает внутри частиц полимера. Процесс заканчивается, когда содержание свободного стирола станет менее 0,5 %.

Далее эмульсия транспортируется из реактора на стадию осаждения с целью дальнейшего снижения остаточного мономера, для этого эмульсию коагулируют раствором поваренной соли и сушат, получая порошкообразную массу с размерами частиц до 0,1 мм. Остатки щелочных веществ влияют на качество полученного материала, поскольку полностью устранить посторонние примеси невозможно, а их наличие придаёт полимеру желтоватый оттенок.

Данным методом можно получать полистирол с наибольшей молекулярной массой. Полистирол получаемый по данному методу имеет аббревиатуру — ПСЭ, которая периодически встречается в технической документации и старых учебниках по полимерным материалам. [5]

  В отличии от суспензионной полимеризации вводят вместо защитных коллоидов сильные эмульгаторы- ПАВы. Полимеризация протекает в мицеллах.

Технологическая схема получения полистирола эмульсионным методом приведена на рисунке

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1-хранилище стирола; 2-мерник; 3-полимеризатор; 4-холодильник кожухотрубный; 5-промежуточная емкост; 6- осадитель; 7- промыватель полистирола; 8-ловушка; 9- центрифуга НОГШ; 10- сушилка с кипящим слоем; 11-вибрационное сито.

 

Рисунок 6- Схема производства эмульсионного полистирола переодическим способом

 

К достоинствами полимеризации в эмульсии относят:

1. Регулируемая и высокая ММ и достаточно узкое ММР по сравнению с блочным  полимером

2.Полимеризацию проводят в водной среде, что облегчает отвод тепла  экзотермической реакции

3. Самое низкое содержание остаточного Ст

 

Недостатки метода:

1. Многостадийность процесса.

2. Образуются сточные воды требующие очистки.

3. Загрязненность полимера различными компонентами рецептуры синтеза

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Блочный метод или получаемый в массе

 

Термическая полимеризацией в массе по непрерывной схеме представляет собой систему последовательно соединенных 2-3 колонных аппарата-реактора с мешалками. Полимеризацию проводят постадийно в среде бензола — сначала при температуре 80-100 °С, а затем стадией 100—220 °С. Реакция прекращается при степени превращения стирола в полистирол до 80-90 % массы. Не прореагировавший стирол-мономер удаляют из расплава полистирола вакуумом и понижают содержания остаточного стирола в полистироле до 0,01-0,05 %, не прореагировавший мономер возвращается на полимеризацию. Полистирол, полученный блочным методом отличается высокой чистотой и стабильность параметров. Данная технология наиболее эффективна и практически не имеет отходов. [1]

1- Емкость для стирола; 2, 3- каскад полимеризаторов; 4- холодильники;

2, 5- насосы; 6- вакуум камера; 7- экструдер с гранулятором.

 

Рисунок 7 – Схема процесса производства блочного полистирола в каскаде аппаратов с перемешиванием непрерывным способом

 

Достоинства полимеризации в массе:

1. Большая производительность, которая составляет 15—25 тыс. т/год полистирола на одном агрегате
2. Более высокая молекулярная масса и меньшая  полидисперсность полимера, так как процесс проходит при  более низкой температуре
3. Полистирол на выходе содержит остаточный мономер ‐ 0,3 %

 

Недостатками метода являются:

1. Неизбежны отходы – отгонные конденсаты стирола при реализации  крупных производств возникает необходимость использования  отгонных конденсатов которых образуется при мощности  производства 100 000 ‐120 000 т/год = 10 000 ‐12 000 т/год;
2. Очистка отгонных конденсатов с получением стирола стандартной  чис-тоты (ректификация)
3. Полимеризация отгонных конденсатов в качестве исходного сырья 

приводит к получению ПС худшего качества.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Применение полистирола

 

Полистирол  применяется во многих областях  промышленности. Полистирол легко  окрашивается, без труда формируется  и прекрасно обрабатывается. Он  почти не поглощает влагу и  морозоустойчив. Растворяется в  бензине и ацетоне [3].            Все  эти свойства позволяют использовать  полистирол для производства  бытовых товаров, таких как упаковки, одноразовая посуда. Он востребован  в медицине, в производстве бытовых  и электронных приборов. Но более  всего полистирол применяется  в строительстве. Это различные  декоративные и облицовочные  материалы, такие, как потолочная  плитка, это - различные клеевые основы. Современные пластиковые окна также нуждаются в полистироле для улучшения теплоизоляции и предотвращения появления конденсата. В передовых моделях пластиковых окон используются вкладки из полистирола. Поскольку стоимость пластиковых окон, прежде всего, диктуют стеклопакеты, цены таких окон лишь не намного выше. Рисунок 8 – одноразовая посуда из полистирола              И, конечно, говоря про полистирол, нельзя  не упомянуть такой удивительный  материал, как вспененный полистирол. Этот материал получается путем  вспенивания полистирола при  высоких температурах. У вспененного  полистирола высокая прочность, низкая теплопроводность, высокая  звукоизоляция. Он пропускает воздух, легко монтируется, и, что немаловажно, он дешев. Плиты, изготовленные из  пенополистирола, не только защитят от уличного шума. Они долговечны, легко обрабатываются, не создают пыли, не подвержены гниению или заплесневению. Ведь, практически пенополистирол состоит из воздуха, полистирола в этом материале всего 2%.            Пенополистирбетон широко применяется для утепления фасадов зданий, как жилых, так и промышленных. Им заливают потолок и полы. Из него изготовляются блоки различного назначения. Именно это и делает пенополистирбетон все более востребованным у строителей.

 

Рисунок 9 – фасадная облицовочная плитка из полистирола

 

 

 

 

 

Заключение

 

В данной работе были рассмотрены некоторые свойства полистирола, механизм и способы его получения, а так же его применение. 
 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, заменяются пластмассами, которые гораздо дешевле, и более износостойкий.

Полистирол применяется во многих сферах жизнедеятельности, от упаковочных изделий до строительства. И на сегодняшний день является одним из самых востребованных полимеров.

 

Список литературы

1. Sp-department.ru / [Электронный ресурс] /

Полистирол. Применение, свойства, промышленные схемы производства. Лекция 5 от 01.10.2014 г.; к.х.н., д о ц. Гервальд А.Ю., Режим доступа:

http://sp-department.ru/

2. Арзамасом Б.Н. Материаловедение – Москва: Машиностроение, 1986.

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

4. portal.tpu.ru [Электронный ресурс] / Полистирол.; лекция .: Томский политехнический. Режим доступа: http://portal.tpu.ru/portal/page/portal/www

5. Малкин А.Я.Полистирол. Физ. хим. основы получения и переработки. – М.: Химия.
6. 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.