Технология производства и потребительские свойства полистирола ударопрочного

   

    Полистирол легко растворим в собственном мономере, ароматических углеводородах, сложных эфирах, ацетоне. Не растворяется в низших спиртах, алифатических углеводородах, фенолах, простых эфирах. Полимер обладает низким влагопоглощением, устойчив к радиоактивному излучению, к кислотам и щелочам, однако разрушается под действием концентрированной азотной кислоты и ледяной уксусной. На воздухе при УФ облучении полистирол подвергается старению: появляются желтизна и микротрещины, происходит помутнение, увеличивается хрупкость. Термодеструкция начинается при 200 °С и сопровождается выделением мономера. Недостатки полистирола – его хрупкость и низкая теплостойкость. При температурах выше 60°С снижается формоустойчивость.

    Для получения материалов, обладающих более высокой теплостойкостью и ударной прочностью, чем полистирол, используют его смеси с другими полимерами и сополимеры стирола. Наибольшее промышленное значение имеют блок- и привитые сополимеры, а также статистические сополимеры стирола с акрилонитрилом, акрилатами и метакрилатами, α-метилстиролом и малеиновым ангидридом. 

    Полистирол обладает средней газопроницаемостью, но высокой паропроницаемостью. Паропропускание быстро понижается при отрицательных температурах, что позволяет использовать полистирол для упаковки продуктов при низких температурах. 

    Полистирол имеет отличные электрофизические свойства – низкие диэлектрические потери, высокую электрическую прочность, высокое объемное сопротивление. Химически он стоек к сильным кислотам и щелочам, нерастворим в углеводородах алифатического ряда и слабых спиртах; растворим в ароматических углеводородах, высших спиртах, сложных эфирах и хлорированных углеводородах. Из ориентированной ПС пленки можно получать термоформованием очень сложные изделия.

Свойства  ударопрочного полистирола:

- Легок в обработке 
- Легко режется 
- Прочный 
- Стойкий к высоким температурам 
- Легкость  
- Гибкость 
- Влагостойкость 
- Химическая стойкость к кислотам и щелочам 
- Повышенная ударопрочность 
- Морозостойкость до – 40С 
- Отличная формуемость

4. Классификационные признаки полистирола 

          Классификация по ТН ВЭД: 

3903 – полистирол 

Раздел  VII - Пластмассы и изделия из них; каучук, резина и изделия из них. 

Группа 39 - Пластмассы и изделия из них. 

Позиция 3903 - Полимеры стирола в первичных формах: 

                       -полистирол: 
 

           Классификация по ОКП: 

Секция  D – Продукты перерабатывающей промышленности. 

Подсекция DH – Резиновые и пластмассовые изделия. 

Раздел 25 - Резиновые и пластмассовые изделия. 

Группа 25.2 – Изделия из пластмасс 

Класс 25.21 - Пластмассовые плиты, листы, трубы и профили. 

Категория 25.21.30 – Плиты, литы, плёнки, фольга и полосы из пластмасс неармированные или некомбинированные с другими материалами. 

Подкатегория 25.21.30.300 - Плиты, литы, плёнки, фольга из полимеров стирола, неармированные. 
 

  Стандарты,  в соответствии с которыми  выпускается полистирол: 

Раздел 83 – Резиновая и пластмассовая промышленность. 

Группа 83.080 – Пластмассы 

Подгруппа 83.080.20 – Термопластичные материалы 

ГОСТ 15820-82 (01.07.1983)

Полистирол и  сополимеры стирола. Газохроматографический метод определения остаточных мономеров  и неполимеризующихся примесей. 

ГОСТ 28250-89 (01.01.1991)

Полистирол ударопрочный. Технические условия. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     5. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИСТИРОЛА 

         Ударопрочный полистирол производится методом непрерывной полимеризации в массе. Продукт выпускается в виде стабилизированных гранул в окрашенном и неокрашенном виде и представляет собой сополимер стирола с полибутадиеном. Применяемая технология получения ударопрочного полистирола обеспечивает высокую однородность материала, отсутствие включений гель-образований и низкое содержание остаточного мономера в соответствии с требованиями Европейских стандартов.

      В промышленности полистирол получают радикальной полимеризацией стирола. Методы получения полистиролов отличаются  по циклу работы, съему продукции с единицы объема, условиям проведения процесса полимеризации. От конкретного метода производства зависят свойства получаемого полистирола. Различают 4 способа полимеризации стирола: полимеризацию в массе (блоке) мономера, полимеризацию мономера в эмульсии (в основном производство АБС - пластиков), суспензионную полимеризацию (ударопрочный полистирол и пенополистирол) и полимеризацию в растворе (блок-сополимеры бутадиена и стирола).

     Для получения ударопрочных сополимеров стирола с каучуком наиболее широко применяют метод блочно-суспензионной полимеризации, при котором сначала полимеризацию ведут в массе (до достижения конверсии 20% - 40%), а затем в водной дисперсии.

     Общей тенденцией развития технологии синтеза является увеличение мощности единичных агрегатов, как за счет возрастания реакционных объемов, так и за счет интенсификации режимов синтеза. В настоящее время производительность единичных агрегатов синтеза достигает 15-30 тыс. тонн полимера в год.  
 
 

                  5.1 Полимеризация в массе.

     Метод производства полистиролов полимеризацией в массе с неполной конверсией мономеров является в настоящее время одним из наиболее распространенных в силу высоких технико-экономических показателей.  В отечественной промышленности метод полимеризации в массе был выбран в качестве основного в 70-х годах, и в настоящее время по этому методу выпускается около 60% продукции. Этот метод имеет оптимальную схему технологического процесса. Процесс осуществляется по непрерывной схеме в системе последовательно соединенных 2-3 аппаратов с мешалками; заключительную стадию процесса часто проводят в аппарате колонного типа. Начальная температура реакции 80-100°С, конечная 200-220 °С. Полимеризацию прерывают при степени превращения стирола 80% - 90%. Непрореагировавший мономер удаляют из расплава полистирола под вакуумом, а затем с водяным паром до содержания стирола в полимере 0,01% - 0,05%. В полистирол вводят стабилизаторы, красители, антипирены и другие добавки и гранулируют. Блочный полистирол отличается высокой чистотой. Эта технология наиболее экономична (в ней отсутствуют операции промывки, обезвоживания и сушки мелкодисперсных продуктов) и практически безотходна (непрореагировавший стирол возвращается на полимеризацию). Проведение процесса  до неполной конверсии мономера (80% - 90%) позволяет использовать высокие скорости полимеризации, контролировать температурные параметры, обеспечивать допустимые вязкости полимеризуемой среды. При проведении процесса до более глубоких степеней превращения мономера, затрудняется отвод тепла от высоковязкой реакционной массы, становится невозможным вести полимеризацию в изотермическом режиме. Эта особенность процесса полимеризации в массе привела к тому, что все большее внимание уделяется другим способам производства, и, в первую очередь, суспензионному методу.  
 
 
 
 

            5.2 Суспензионная полимеризация. 

    Полимеризация в суспензии – конкурирующий технологический процесс, который развивается параллельно с полимеризацией в массе, основан на малой растворимости виниловых мономеров в воде и на нейтральности последней в реакциях радикальной полимеризации. Процесс используется для получения продукта специальных марок, главным образом, пенополистирола. Суспензионный метод производства – полунепрерывный процесс – характеризуется наличием дополнительных технологических стадий (создание реакционной системы, выделение полученного полимера) и периодическим использованием оборудования на стадии полимеризации. Процесс проводится в реакторах объемом 10-50 м³, снабженных мешалкой и рубашкой. Стирол суспендируют в деминерализованной воде, используя стабилизаторы эмульсии; инициатор полимеризации (органические пероксиды) растворяют в каплях мономера, где и происходит полимеризация. В результате образуются крупные гранулы в суспензии полимера в воде.

Полимеризацию ведут  при постепенном повышении температуры  от 40 до 130°С под давлением в течение 8-14 часов. Из полученной суспензии полимер  выделяют центрифугированием, после  чего его промывают и сушат. Закономерности суспензионной полимеризации близки к закономерностям полимеризации  в массе мономера, но существенно  облегчены теплоотвод и перемешивание  компонентов системы.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                 5.3 Эмульсионная полимеризация. 

    В производстве полистирола эмульсионный метод ведения полимеризации не получил такого развития, как полимеризация в массе или суспензии. Это обусловлено тем, что при эмульсионной полимеризации получают продукт слишком высокого молекулярного веса. Чаще всего для последующей переработки его необходимо вальцевать либо каким-то другим методом снижать его молекулярный вес. Основное направление его применения – получение полупродукта для последующего производства пенополистирола прессовым методом.

     Система эмульсионной полимеризации содержит стирол, воду, как дисперсионную среду, водорастворимый инициатор (персульфат калия), ионный эмульгатор, различные добавки, в частности призванные регулировать рН среды. Полимеризация протекает в мицеллах эмульгатора, содержащих мономер. Образующийся полимер представляет собой высокодисперсную суспензию (латекс), не растворимую в воде. Система в целом является многокомпонентной, что затрудняет выделение полимера в чистом виде. Поэтому используются различные приемы его отмывки. Применение метода постепенно сокращается, так как он сопряжен с большим количеством сточных вод. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

6. Применение полистирола в сфере производства и потребления. 

       Полистирол является одним из наиболее применяемых полимеров. Его получают путем полимеризации мономера – стирола. Стирол (винилбензол) получают из этилена и бензола. В противоположность мономеру полистирол лишен запаха и вкуса, физиологически безвреден. Безвреден настолько, что определенные марки полистирола используются для формовки пищевой упаковки и производства детских игрушек.

        Белые и цветные листы ударопрочного полистирола, благодаря их стойкости к ударным воздействиям и легкости обработки, разнообразию и насыщенности цветов, зеркально-глянцевой поверхности, возможности нанесения изображений (с помощью виниловых пленок или полноцветной печати) - популярны в производстве изделий для рекламы и POSM. Хорошие прочностные характеристики листов ударопрочного полистирола, их влагостойкость, малый вес, легкомоющаяся поверхность  и декоративность - отличительные особенности этого материала,  широко используемого при изготовлении подвесных потолков, сэндвич-панелей, откосов окон и других  конструкций для внутренней отделки помещений, а также в производстве торгового оборудования, в оформлении интерьеров, концертных площадок, изготовлении декораций.

       

  Сферы применения ударопрочного полистирола в производстве охватывают значительную часть продукции. Это - панель-кронштейны и вывески (в т.ч. световые); штендеры, таблички и указатели; информационные стенды и промо-стойки; шелфтокеры, воблеры, коробочки для чеков и подставки под мелочь; постеры; термоформованные дисплеи и диспенсеры, джумби и мобайлы. Для производства этих изделий в большинстве случаев применяются листы толщиной 2-4 мм. 

        

      Наружная реклама редко обходится без полистирола. Вывески, рекламные щиты, объемные буквы, штендеры, указатели, таблички - во всем спектре рекламной продукции в качестве основного расходного материала в 50% из 100% используется полистирол.  
Отличная формуемость полистирола позволяет создавать эксклюзивные полнообъемные изделия для дизайна и рекламы.  
Широко применяется полистирол в изготовлении торгового и выставочного оборудования, для изготовления различных непрозрачных элементов аквариумов (крышек и т.д.).  
В полиграфии - для изготовления шелфтоккеров, воблеров и других средств продвижения товаров; визитных карточек.

 
       В строительстве листы полистирола используются как отделочные материалы при оформлении торговых залов магазинов, интерьеров офисов и других общественных помещений.  
Великолепный внешний вид, высокие механические свойства, широкая цветовая гамма этого пластика неизменно привлекает дизайнеров при оформлении различных зрелищных мероприятий.  
Удовлетворение высоким санитарно-гигиеническим требованиям, абсолютная влагонепроницаемость, красивая глянцевая поверхность, гармонирующая с материалами, используемыми для изготовления современных ванн, душевых кабин, мебели и аксессуаров ванной комнаты, обуславливает широкое применение полистирола в качестве сантехнического пластика.