Ps bahannya apa. Aplikasi serbaguna dari lembaran polistiren

Gugus fenil mencegah susunan makromolekul yang teratur dan pembentukan formasi kristal.

Polystyrene adalah polimer amorf yang keras, rapuh, dengan tingkat transmisi cahaya optik yang tinggi dan kekuatan mekanik yang rendah. Polystyrene memiliki kepadatan rendah (1060 kg/m³), penyusutan selama proses pencetakan injeksi adalah 0,4-0,8%. Polystyrene memiliki sifat dielektrik yang sangat baik dan ketahanan beku yang baik (hingga −40 °C). Ia memiliki ketahanan kimia yang rendah (kecuali asam encer, alkohol dan basa).

Kuitansi

Produksi industri polistiren didasarkan pada polimerisasi radikal stirena. Ada 3 cara utama untuk mendapatkannya:

Emulsi (PSE)

Metode produksi yang paling ketinggalan jaman, yang tidak banyak digunakan dalam produksi. Polistiren emulsi diperoleh sebagai hasil reaksi polimerisasi stirena dalam larutan berair zat basa pada suhu 85-95°C. Metode ini memerlukan: stirena, air, pengemulsi dan inisiator polimerisasi. Styrene telah dimurnikan sebelumnya dari inhibitor: trebutyl-pyrocatechol atau hydroquinone. Senyawa yang larut dalam air, hidrogen dioksida atau kalium persulfat digunakan sebagai pemrakarsa reaksi. Garam asam lemak, alkali (sabun), dan garam asam sulfonat digunakan sebagai pengemulsi. Reaktor diisi dengan larutan minyak jarak dan stirena, dan inisiator polimerisasi dimasukkan, diaduk rata, setelah itu campuran yang dihasilkan dipanaskan hingga 85-95 °C. Monomer yang dilarutkan dalam misel sabun mulai berpolimerisasi, berasal dari tetesan emulsi. Akibatnya, partikel polimer-monomer terbentuk. Pada tahap polimerisasi 20%, sabun misel dikonsumsi untuk membentuk lapisan teradsorpsi dan proses selanjutnya terjadi di dalam partikel polimer. Proses berakhir ketika kandungan stirena bebas kurang dari 0,5%. Selanjutnya, emulsi diangkut dari reaktor ke tahap pengendapan untuk lebih mengurangi sisa monomer; untuk ini, emulsi dikoagulasi dengan larutan garam meja dan dikeringkan, memperoleh massa tepung dengan ukuran partikel hingga 0,1 mm. . Residu zat alkali mempengaruhi kualitas bahan yang dihasilkan, karena tidak mungkin untuk sepenuhnya menghilangkan kotoran asing, dan keberadaannya memberi warna kekuningan pada polimer. Cara ini dapat menghasilkan polistiren dengan berat molekul tertinggi. Polystyrene yang diperoleh dengan metode ini memiliki singkatan PSE, yang secara berkala ditemukan dalam dokumentasi teknis dan buku teks lama tentang bahan polimer.

Penangguhan (PSS)

Metode polimerisasi suspensi dilakukan menurut skema periodik dalam reaktor dengan pengaduk dan jaket pelepas panas. Stirena dibuat dengan mensuspensikannya dalam air murni secara kimia melalui penggunaan penstabil emulsi (polivinil alkohol, natrium polimetakrilat, magnesium hidroksida) dan inisiator polimerisasi. Proses polimerisasi dilakukan dengan peningkatan suhu secara bertahap (hingga 130°C) di bawah tekanan. Hasilnya adalah suspensi polistiren yang diisolasi dengan cara sentrifugasi, kemudian dicuci dan dikeringkan. Metode ini produksi polistiren juga sudah ketinggalan zaman dan paling cocok untuk produksi kopolimer stirena. Metode ini terutama digunakan dalam produksi polistiren yang diperluas.

Blok atau diproduksi massal (PSM)

Ada dua skema untuk produksi polistiren serba guna: konversi lengkap dan tidak lengkap. Polimerisasi termal dalam jumlah besar rangkaian kontinyu merupakan suatu sistem peralatan reaktor 2-3 kolom yang dihubungkan secara seri dengan pengaduk. Polimerisasi dilakukan secara bertahap dalam lingkungan benzena - pertama pada suhu 80-100 °C, dan kemudian pada tahap 100-220 °C. Reaksi berhenti ketika derajat konversi stirena menjadi polistiren mencapai 80-90% massa (dengan metode konversi tidak lengkap, derajat polimerisasi disesuaikan menjadi 50-60%). Monomer stirena yang tidak bereaksi dikeluarkan dari lelehan polistiren melalui vakum, mengurangi kandungan sisa stirena dalam polistiren menjadi 0,01-0,05%, monomer yang tidak bereaksi dikembalikan untuk polimerisasi. Polystyrene yang diproduksi dengan metode blok ditandai dengan kemurnian tinggi dan parameter stabil. Teknologi ini adalah yang paling efisien dan hampir tidak memiliki limbah.

Aplikasi

Tersedia dalam bentuk butiran silinder transparan yang diolah menjadi barang jadi cetakan injeksi atau ekstrusi pada 190-230 °C. Meluasnya penggunaan polistiren (PS) dan plastik berbahan dasar polistiren didasarkan pada biayanya yang rendah, kemudahan pemrosesan, dan banyaknya merek yang berbeda.

Yang paling banyak digunakan (lebih dari 60% produksi plastik polistiren) adalah polistiren tahan benturan, yang merupakan kopolimer stirena dengan butadiena dan karet stirena-butadiena. Saat ini, banyak modifikasi kopolimer stirena lainnya telah dibuat.

Berbagai macam produk dihasilkan dari polistiren, yang terutama digunakan dalam aktivitas manusia domestik (peralatan makan sekali pakai, kemasan, mainan anak-anak, dll.), serta industri konstruksi (papan insulasi termal, bekisting permanen, panel sandwich ), menghadap dan bahan dekoratif(baguette langit-langit, ubin dekoratif langit-langit, elemen penyerap suara polistiren, dasar perekat, konsentrat polimer), bidang medis (bagian dari sistem transfusi darah, cawan Petri, instrumen bantu sekali pakai). Polystyrene yang dapat diperluas setelah pengolahan suhu tinggi dengan air atau uap dapat digunakan sebagai bahan filter (nosel filter) dalam filter kolom untuk pengolahan dan pemurnian air Air limbah. Kinerja listrik polistiren yang tinggi dalam rentang frekuensi sangat tinggi memungkinkannya digunakan dalam produksi: antena dielektrik, penyangga kabel koaksial. Film tipis (hingga 100 mikron) dapat diperoleh, dan dalam campuran dengan ko-polimer (styrene-butadiene-styrene) hingga 20 mikron, yang juga berhasil digunakan dalam industri pengemasan dan gula-gula, serta dalam produksi kapasitor.

Polystyrene tahan benturan dan modifikasinya banyak digunakan di bidang peralatan rumah tangga dan elektronik (elemen casing peralatan rumah tangga).

Industri militer

Viskositas polistiren yang sangat rendah dalam benzena, yang memungkinkan diperolehnya larutan yang masih bergerak bahkan pada konsentrasi yang ekstrim, menyebabkan penggunaan polistiren dalam napalm sebagai pengental, yang ketergantungan viskositas-suhunya, pada gilirannya, menurun seiring dengan meningkatnya berat molekul polistiren. .

Pembuangan

Polystyrene dianggap tidak berbahaya bagi lingkungan.

Mendaur ulang

Limbah polistiren terakumulasi dalam bentuk produk bekas yang terbuat dari PS dan kopolimernya, serta dalam bentuk limbah industri (teknologi) PS serba guna, PS tahan benturan (HIPS) dan kopolimernya. Daur ulang plastik polistiren dapat dilakukan dengan cara berikut:

• pembuangan limbah industri yang sangat terkontaminasi;
• daur ulang limbah teknologi plastik UPS dan ABS menggunakan metode pencetakan injeksi, ekstrusi dan pengepresan;
• daur ulang produk-produk usang;
• daur ulang limbah busa polistiren (EPS);
• pembuangan limbah campuran.

Pembakaran

Ketika polistiren dibakar, menghasilkan karbon dioksida (CO 2), karbon monoksida (CO - karbon monoksida), jelaga. Pembakaran polistiren yang mengandung bahan tambahan (misalnya pewarna, bahan penambah kekuatan, dll.) dapat mengakibatkan pelepasan bahan-bahan lain. zat berbahaya.

Penghancuran termal

Produk penguraian polistiren yang terbentuk selama penghancuran termal dan penghancuran oksidatif termal, beracun. Saat memproses polistiren, sebagai akibat dari penghancuran sebagian bahan, uap stirena, benzena, etilbenzena, toluena, dan karbon monoksida dapat dilepaskan.

Jenis dan penandaan polistiren dan kopolimernya

Singkatan standar berikut digunakan di seluruh dunia:

• PS - polistiren, polistiren (PS)
• GPPS - polistiren serba guna (polistiren serba guna, tidak tahan benturan, blok, kadang-kadang disebut "kristal", penandaan PSE, PSS atau PSM bergantung pada metode produksi)
• MIPS - polistiren berdampak sedang (resistensi benturan sedang)
• PINGGUL - polistiren berdampak tinggi (tahan benturan, UPS, UPM)
• EPS - polistiren yang dapat diperluas (polistiren yang dapat diperluas, EPS)
• Singkatan MIPS relatif jarang digunakan.

• ABS - Kopolimer akrilonitril-butadiena-stirena (plastik ABS, kopolimer ABS)
• ACS - Kopolimer akrilonitril-kloroetilen-stirena (kopolimer ACS)
• AES, A/EPDM/S - Kopolimer akrilonitril, EPDM dan stirena (kopolimer AES)
• ASA - Kopolimer ester akrilik, stirena dan akrilonitril (kopolimer ASA)
• ASR - Kopolimer stirena tahan benturan (Advanced Styrene Resine)
• MABS, M-ABS - Kopolimer metil metakrilat, akrilonitril, butadiena dan stirena, ABS transparan
• MBS - Kopolimer metil metakrilat butadiena stirena (kopolimer MBS)
• MS, SMMA - Kopolimer metil metakrilat dan stirena (MS)
• MSN - Kopolimer metil metakrilat, stirena dan akrilonitril (MSN)
• SAM - Kopolimer stirena dan metilstirena (SAM)
• SAN, - AS - Kopolimer stirena dan akrilonitril (SAN, CH)
• SMA, S/MA - Kopolimer stirena maleat anhidrida.

Kopolimer stirena - elastomer termoplastik

• ESI - Interpolimer etilen-stirena
• SB, S/B - Kopolimer stirena-butadiena
• SBS, S/B/S - Kopolimer stirena-butadiena-stirena
• SEBS, S-E/B-S - Kopolimer stirena-etilen-butilena-stirena
• LIHAT, S-E-E/P-S - Kopolimer stirena-etilen-etilen/propilena-stirena
• SEP - Kopolimer stirena-etilen-propilena
• SEPS, S-E/P-S - Kopolimer stirena-etilen-propilena-stirena
• SIS - Kopolimer stirena-isoprena-stirena

Polistiren diperoleh dengan polimerisasi stirena dalam jumlah besar (PSM), dalam emulsi (PSE) dan, lebih jarang, dalam suspensi (S). Berat molekul rata-rata (MM) = 80-100 ribu, tergantung metode pembuatannya.
Rumus polistiren:
N
C6H5
Polystyrene dan bahan berdasarkan itu diklasifikasikan sebagai bahan polimer struktural. Mereka cukup berkarakteristik kekuatan tinggi, kekakuan, stabilitas dimensi tinggi, sifat dekoratif yang sangat baik. Polystyrene adalah polimer amorf yang ditandai dengan transparansi tinggi (transmisi cahaya hingga 90%).
Polistiren (PS, Bakelite, Vestiron, Styrone, Fostarene, edister, dll.). Kepadatan 1,04-1,05 g/cm3, T ukuran 82-95 C. Polystyrene larut dalam stirena dan hidrokarbon aromatik, keton. Polystyrene tidak larut dalam air, alkohol, larutan asam dan basa lemah. Modulus lentur 2700-3200 MPa. Konduktivitas termal 0,08-0,12 W/(m*K). Kekuatan tumbukan Charpy berlekuk 1,5-2 kJ/m2. Polystyrene rentan retak. Suhu penyalaan sendiri 440 C. CPV campuran debu-udara adalah 25-27,5 g/m3. Polistiren rapuh, tahan terhadap alkali dan sejumlah asam, terhadap minyak, mudah diwarnai dengan pewarna tanpa kehilangan transparansi, dan memiliki dielektrik yang tinggi properti. Polystyrene tidak beracun dan disetujui untuk kontak dengan makanan dan untuk digunakan dalam teknologi medis dan biologi.
Ups(polistiren tahan benturan) diperoleh dengan kopolimerisasi cangkok stinol dengan karet polibutadiena atau butadiena stirena. Polystyrene tahan benturan (UP, Karinex, Lusterex, sternite, styrone, hostirene, dll.) Secara struktural, UPS adalah sistem tiga fase yang terdiri dari PS (polystyrene), kopolimer cangkok gel Thrace dan karet dengan stirena yang dicangkokkan dalam bentuk partikel berukuran hingga 15 mikron, didistribusikan secara merata berdasarkan volume UPS. Meskipun matriks polistiren berbobot molekul rendah (70-100 ribu), kehadiran karet secara signifikan memperlambat pertumbuhan retakan mikro, yang meningkatkan kekuatan material (Tabel 1).
Merek UPS menunjukkan metode sintesis (M, C), penunjukan digital kekuatan benturan (dua digit pertama) dan nilai sepuluh kali lipat dari kandungan monomer sisa. Selain itu, tanda tersebut dapat menyertakan surat yang menunjukkan metode pemrosesan yang disukai. Misalnya, UPM-0703 E adalah polistiren tahan benturan yang diperoleh melalui polimerisasi massal; kekuatan impaknya 7 kJ/m 2, kandungan monomer sisa 0,3%, pemrosesan dilakukan dengan ekstrusi.

Tabel 1.

Sifat dasar plastik polistiren

ABS- plastik adalah produk kopolimerisasi cangkok tiga monomer - akrilonitril, butadiena Dan stirena, dan kopolimer statis stirena dan akrilonitril membentuk matriks kaku di mana partikel karet berukuran hingga 1 mikron didistribusikan. Peningkatan kekuatan tumbukan disertai dengan pemeliharaan sifat fisik-mekanik dan termofisika dasar pada tingkat tinggi (Tabel 1). ABS buram. Tersedia dalam bentuk stabil dalam bentuk bubuk dan butiran. Digunakan untuk pembuatan produk teknis.
Pada merek ABS, dua digit pertama menunjukkan nilai kekuatan benturan Izod, dua digit berikutnya - PTR(indikator aliran leleh), huruf di akhir merek menunjukkan metode pemrosesan atau sifat khusus. Misalnya, ABS-0809T dicirikan oleh kekuatan benturan - 8 kJ/m 2, MTR - 9g/10 mnt, dan peningkatan ketahanan panas (T).
Kopolimer digunakan dalam industri stinola Dengan akrilonitril(SAN), stinol dengan metil metakrilat (MS) dan stinol dengan methimethacrylate dan akrilonitril (MSN).
Polystyrene diproses dengan semua metode yang dikenal.

Sifat mekanik polistiren

Ketahanan mekanis polistiren terhadap asam dan pelarut:

Sifat termofisika polistiren:

Karakteristik suhu:

Konstanta dielektrik polistiren:

Indeks mudah terbakar (K) adalah besaran tak berdimensi yang menyatakan rasio jumlah panas yang dilepaskan selama pembakaran dengan jumlah panas yang dikeluarkan untuk menyalakan sampel bahan. Bahan dengan indeks K>0,5 mudah terbakar. Untuk polistiren, indikator K-1.4 mudah terbakar

Indikator bahaya kebakaran dari polistiren:

Fitur pembakaran polistiren dan polistiren tahan benturan:
Perilaku api: Berkedip saat dinyalakan, mudah terbakar. Itu tetap menyala bahkan setelah dikeluarkan dari api.
Warna api: Oranye-kuning, bercahaya.
Karakter pembakaran: Terbakar dengan pembentukan jelaga dalam jumlah besar, meleleh.
Bau: Bunga manis dengan sedikit aroma benzena. Bau kayu manis bila ditusuk dengan jarum panas. Bau stirena yang manis.

Deskripsi singkat, metode pemrosesan, tujuan utama, penilaian kualitatif sifat polistiren dan fitur spesifik

Blok polistiren, emulsi, suspensi: Bahan yang lebih kaku dibandingkan LDPE dan HDPE, dengan sifat dielektrik yang baik, kelemahan dalam kerapuhan dan ketahanan panas yang rendah. Tahan secara kimia. Untuk meningkatkan kekuatan benturan dan ketahanan panas, stirena dikopolimerisasi dengan monomer lain atau dikombinasikan dengan karet. Dengan memasukkan porofor ke dalam polistiren dan pembusaan berikutnya, busa polistiren diperoleh, yang ditandai dengan sifat insulasi panas dan suara yang tinggi, daya apung, ketahanan kimia, dan tahan air.

Tujuan utama: Untuk bagian-bagian perangkat, peralatan radio-elektronik, isolator, sebagian besar lemari es, dekorasi dalam ruangan pesawat terbang. Polystyrene yang diperluas untuk insulasi panas dan suara dalam konstruksi

Polistiren tahan benturan: Kekuatan benturan lebih tinggi dibandingkan polistiren

Metode pengolahan: Cetakan injeksi. Pembentukan pneumatik dan vakum. Ekstrusi. menginjak. Mendesak. Merekatkan. Restorasi mekanis

Tujuan utama: Untuk produk dan suku cadang teknis

Plastik polistiren yang dimodifikasi: Kekuatan impak tinggi pada rendah dan suhu tinggi, peningkatan ketahanan panas, ketahanan terhadap alkali dan minyak pelumas

Metode pengolahan: Cetakan injeksi. Ekstrusi. Hembusan

Tujuan utama: Untuk produk berukuran besar di industri otomotif dan teknik elektro

1.Karakteristik zat awal

Polistiren dan polistiren berdampak tinggi diproduksi melalui polimerisasi massal stirena.

Styrene (vinylbenzene, phenylethylene) adalah cairan tidak berwarna dengan bau yang khas.

Beberapa properti fisik:

Stirena dapat bercampur dengan sebagian besar pelarut organik, dengan alkohol, aseton, eter, dan karbon disulfida yang lebih rendah; kelarutan terbatas dalam alkohol polihidrat. Jika dicampur dengan udara dalam konsentrasi volume 1,1 – 6,1%, akan membentuk campuran yang mudah meledak. Stirena mudah berpolimerisasi dan berkopolimerisasi dengan sebagian besar monomer melalui mekanisme radikal dan ionik. Dalam industri, stirena diproduksi dengan beberapa cara:

1. Dehidrogenasi etilbenzena dengan adanya katalis oksida berikut

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

2. Dengan adanya p-divinilbenzena, ikatan silang terjadi selama polimerisasi stirena

makromolekul PS linier, menghasilkan produk yang dapat diinfuskan dan tidak larut dengan struktur jaringan yang tidak dapat diproses. Pengotor yang tidak diinginkan adalah etilbenzena, yang bila dilepaskan dari PS, menyebabkannya retak dan ternoda.

3. Dari benzena dan etilen dengan metode fase cair dengan adanya AlCl3 sebagai katalis.

4. Reaksi alkilasi tidak hanya terjadi dengan terbentuknya monoalkilbenzena, tetapi juga

polialkilbenzena. Etilbenzena mentah dimurnikan khususnya dengan rektifikasi

Penting untuk menghilangkan p-divinylbenzene darinya.

Deskripsi polistiren

Polistiren adalah polimer termoplastik dengan struktur dominan linier dengan rumus [-CH 2 -C(C 6 H 5)H-] n dan rumus struktur:

Polistiren adalah zat kaca transparan, berat molekul 30-500 ribu, massa jenis 1,06 g/cm 3 (20 °C), suhu transisi gelas 93 °C.

Polistiren mempunyai ciri nyala berasap dengan bau bunga yang manis (Bau kayu manis ini biasanya dapat dideteksi dengan menusuk benda yang diperiksa dengan jarum panas). Selain itu, jika benda tersebut jatuh ke lantai dengan bunyi logam, kemungkinan besar itu adalah polistiren.

Polystyrene adalah termoplastik yang murah dan berkapasitas besar; dicirikan oleh kekerasan tinggi, sifat dielektrik yang baik, tahan lembab, mudah dicat dan dibentuk, tahan bahan kimia, larut dalam hidrokarbon alifatik aromatik dan terklorinasi. Berbagai kopolimer stirena memiliki sifat kinerja terbaik.

Memperoleh polistiren

Dengan adanya p-divinilbenzena, ikatan silang terjadi selama polimerisasi stirena

makromolekul PS linier, menghasilkan infusible dan insolven

produk dengan struktur mesh yang tidak dapat diproses. Pengotor yang tidak diinginkan

adalah etilbenzena, yang bila dilepaskan dari PS akan menyebabkan retak dan

menodai.

Partikel aktif kemudian mengaktifkan molekul stirena II berikut dan bergabung dengannya membentuk rantai (tahap selanjutnya):

Pertumbuhan rantai berhenti jika dua rantai yang sedang tumbuh bergabung atau jika residu lain, misalnya fragmen katalis, ditambahkan ke rantai yang sedang tumbuh. Tahap ini disebut pemutusan sirkuit:

Rumus sederhana dari polistiren adalah:

2.Reaksi sintesis dasar

Sintesis BMC dilakukan melalui reaksi polimerisasi dan polikondensasi. Perbedaan antara proses-proses tersebut terletak pada bagaimana pembentukan makromolekul terjadi. Perbedaan utamanya adalah pada polikondensasi terdapat molekul yang mempunyai dua gugus fungsi, sehingga mengakibatkan pelepasan molekul air.

1. Reaksi polimerisasi - sebagai hasilnya, setiap makromolekul tumbuh

penambahan berurutan molekul monomer ke pusat aktif, lokal

disebut di akhir rantai pertumbuhan. Dalam hal ini, pusat reaksi dibuat ulang menjadi

setiap tindakan pertumbuhan. Sehubungan dengan monomer tak jenuh, proses polimerisasi

dapat dinyatakan dengan skema berikut:

2. Pada polikondensasi, pertumbuhan makromolekul terjadi melalui interaksi kimia

interaksi molekul asli satu sama lain, dengan gugus reaktif n-

ukuran yang terakumulasi selama reaksi kondensasi, serta molekul n-mer

antara mereka sendiri. Dalam polikondensasi, pusat reaksi mati pada setiap tindakan pertumbuhan,

dan perkembangan rantai terjadi karena adanya reaksi substitusi, disertai atau tidak

disertai dengan penghapusan produk dengan berat molekul rendah:

SINTESIS POLYSTYRENE DENGAN KEHADIRAN DI-TERT-BUTYLAMINE DAN TERTIARY BUTYL HYDROPEROXIDE

Polimerisasi pseudoliving melalui mekanisme penghambatan reversibel adalah

adalah salah satu fenomena paling signifikan dalam kimia senyawa bermolekul tinggi

kesatuan dalam beberapa dekade terakhir. Analisis Reaktivitas

senyawa yang diteliti dan data literatur yang diketahui memungkinkan

masuk akal untuk berasumsi bahwa selama polimerisasi stirena terjadi hal berikut

reaksi berikut:

Meningkatkan laju polimerisasi stirena dengan adanya di-

tert.butylamine dibandingkan dengan proses tanpa aditif mungkin disebabkan

pembentukan radikal alkil dalam sistem.

3. Struktur polimer

Lamela primer memiliki energi permukaan yang signifikan, sehingga mereka berkumpul, mengarah pada pembentukan monokristal - formasi supramolekul yang lebih kompleks. Ketika mengkristal dari larutan polimer yang meleleh atau pekat, jenis pembentukan kristal sekunder yang paling umum adalah sferulit (Gambar 3), yang memiliki bentuk cincin atau bola dan mencapai ukuran raksasa hingga 1 cm. Pada sferulit radikal atau bola, kerangka terbentuk dari formasi kristal berbentuk pita yang diarahkan dari pusat ke pinggiran.

Gambar 3 - Struktur supramolekul polimer:

d) pita sferulit (polistiren isotaktik)

Konfigurasi makromolekul

Konfigurasi - urutan susunan ikatan kimia yang menghubungkan atom atau

gugus atom dalam suatu makromolekul.

Konfigurasi tersebut terbentuk selama proses sintesis dan tidak dapat diganggu dengan cara lain apa pun.

om, sebagai penghancuran ikatan kimia.

Konformasi makromolekul

Konformasi adalah bentuk yang diperoleh makromolekul dengan konfigurasi tertentu.

komposisi onik di bawah pengaruh gerakan termal atau medan fisik.

Jenis konformasi:

Konformasi trans-zigzag

· Konformasi kusut

Konformasi bola

Konformasi heliks

Lipat konformasi

Polivinil klorida, polivinil fluorida, dan polistiren yang diproduksi secara konvensional memiliki tingkat kristalinitas dan titik leleh yang jauh lebih rendah; Untuk polimer ini, sifat fisiknya sangat bergantung pada konfigurasi stereokimia. Polystyrene yang diperoleh dengan polimerisasi radikal bebas dalam larutan adalah ataktik. Istilah ini berarti bahwa jika atom karbon dari rantai polimer berorientasi pada bentuk zigzag yang benar, gugus samping fenil akan terdistribusi secara acak pada satu sisi atau sisi lainnya sepanjang rantai (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4). Ketika stirena dipolimerisasi dengan adanya katalis Ziegler, ia terbentuk isotaktik polistiren, yang berbeda dari polimer ataktik karena semua gugus fenil terletak di satu atau sisi lain rantai dalam rantainya. Sifat-sifat polimer ataktik dan isotaktik berbeda cukup signifikan. Polimer ataktik dapat dibentuk pada suhu yang jauh lebih rendah dan lebih mudah larut dalam sebagian besar pelarut dibandingkan polimer isotaktik. Masih banyak jenis polimer stereoregular lainnya, salah satunya disebut syndiotacti keju; dalam rantai polimer ini, gugus samping terletak bergantian pada satu atau sisi lain rantai, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4 – Konfigurasi polistiren ataktik, isotaktik, dan sindiotaktik

4. Berat molekul. Distribusi massa molekul (MWD)

Massa molekul adalah ukuran panjang molekul untuk polimer

M N = M 0 * P N

m0 – massa satu tautan komposit

Pn – derajat polimerisasi

Berat molekul polistiren kira-kira 30-500 ribu.

Distribusi massa molekul (MWD)

Memperkenalkan fungsi distribusi berat molekul

Ada fungsi distribusi diferensial dan integral.

Mereka, pada gilirannya, dibagi menjadi numerik dan berat.

Distribusi diferensial- menggambarkan proporsi jumlah total

zat atau dari berat total makromolekul dengan MM dalam kisaran dari M i hingga M i +dM.

Distribusi kumulatif– proporsi jumlah total/berat zat,

per molekul dengan berat molekul berkisar dari massa monomer hingga M i (massa

polimer pada derajat konversi i)

MMR numerik– rasio fraksi numerik dn molekul yang bermassa M dalam-

interval M+dM, dengan nilai interval ini:

Begitu pula dengan MMR berat badan:

Untuk polistiren industri, MWD adalah 2 – 4 (tergantung kondisi produksi)

Untuk polistiren, terdapat nilai berat molekul kritis yang di atasnya kekuatan tarik dan perpanjangan tidak terlalu bergantung pada berat molekul. Berat molekul dan MWD suatu polimer ditentukan oleh suhu dan tidak terlalu bergantung pada derajat konversi monomer. Hal ini dijelaskan oleh pengaruh dominan reaksi transfer berantai pada monomer di antara semua reaksi pembatas pertumbuhan rantai. Dalam mode isotermal, dimungkinkan untuk memperoleh polistiren dengan MWD tersempit. Pengaturan berat molekul dan MWD memungkinkan diperolehnya polistiren dengan indeks leleh tertentu.

5. Transformasi kimia polimer

Dalam kimia polimer, jenis reaksi kimia berikut dibedakan:

1. Reaksi penghancuran

2. Reaksi ikatan silang

3. Reaksi gugus fungsi

Reaksi kehancuran

Reaksi destruksi adalah reaksi yang terjadi dengan putusnya ikatan kimia pada rantai utama suatu makromolekul. Tergantung pada jenis ikatan kimia (kovalen atau ionik), ada tiga mekanisme penghancuran polimer yang mungkin terjadi: radikal, ionik, dan ion-radikal. Dengan adanya ikatan kovalen antar atom rantai utama, terjadi pecahnya makromolekul dengan terbentuknya makroradikal bebas.

Tergantung pada sifat agen yang menyebabkan putusnya ikatan dalam rantai, kerusakan fisik dan kimia dibedakan. Penghancuran fisik dibagi menjadi penghancuran termal, mekanis, fotokimia dan di bawah pengaruh radiasi pengion. Penghancuran kimia terjadi di bawah pengaruh berbagai bahan kimia. Jenis penghancuran kimia yang paling penting adalah penghancuran oksidatif, hidrolisis, alkoholisis, asidolisis, aminolisis.

Reaksi ikatan silang

Reaksi ikatan silang (penataan) disebut reaksi pembentukan ikatan silang antar makromolekul, yang mengarah pada produksi polimer dengan struktur jaringan. Reaksi dapat terjadi selama sintesis polimer, serta selama pemrosesan polimer linier yang sudah diperoleh. Saat mensintesis polimer, ikatan silang rantai dalam banyak kasus tidak diinginkan, karena hal ini menghasilkan produk yang tidak larut dan tidak dapat melebur sehingga sulit dikeluarkan dari reaktor. Oleh karena itu, polimerisasi dan polikondensasi biasanya menghasilkan polimer dengan struktur linier atau bercabang. Saat membuat produk dari polimer semacam itu, reaksi ikatan silang (penataan) sering kali dilakukan secara khusus. Dalam industri karet reaksi ini disebut vulkanisasi, dalam industri plastik disebut curing. Reaksi tersebut dapat terjadi ketika dipanaskan atau terkena radiasi pengion. Ikatan silang polimer di bawah pengaruh radiasi pengion disebut ikatan silang radiasi.

Reaksi gugus fungsi

Banyak polimer tidak dapat diperoleh melalui polimerisasi atau polikondensasi langsung dari senyawa dengan berat molekul rendah karena monomer awalnya tidak diketahui atau karena tidak terpolimerisasi. Oleh karena itu, sintesis polimer dari senyawa bermolekul tinggi lainnya yang mengandung gugus reaktif menjadi sangat penting. Untuk melakukan sintesis ini, kondisi reaksi harus dipilih untuk mencegah kemungkinan rusaknya rantai molekul. Kemudian, akibat transformasi kimia, terjadi perubahan komposisi kimia polimer tanpa secara signifikan mengurangi derajat polimerisasi. Reaksi seperti ini disebut transformasi analog-polimer oleh Staundinger. Reaksi yang sangat menarik adalah produksi senyawa dengan berat molekul tinggi yang mengandung logam alkali dan alkali tanah, misalnya sintesis poli-n-litium stirena. Pertama, polistiren kristal isotaktik diubah menjadi poli-n-iodostyrene, yang bereaksi dengan butillitium membentuk poli-n-litium stirena:

Dengan demikian, transformasi analog-polimer memungkinkan terciptanya kelas polimer baru dan mengubah sifat dan aplikasi produk jadi dalam rentang yang luas.

6. Kehancuran dan penuaan

Polystyrene tahan terhadap alkali dan senyawa terhalogenasi; ia dihancurkan oleh konsentrasi. asam nitrat dan asam asetat glasial. Mudah dicat dalam berbagai warna.

Penghancuran termal polistiren terjadi pada tingkat yang nyata pada suhu sedikit di atas 260 °C, penghancuran oksidatif termal dimulai sekitar 200 °C; prosesnya disertai dengan pelepasan monomer, menguningnya dan penurunan viskositas residu leleh. Penghancuran mekanisokimia dengan adanya sedikit oksigen sudah terjadi pada suhu 160 °C; itu juga menyebabkan penurunan viskositas dan perubahan MWD material. Di bawah pengaruh sinar UV, polistiren menjadi keruh dan menguning, dan kerapuhannya meningkat. Untuk fotostabilisasi polistiren, pewarna fosfor dan zat penstabil lainnya digunakan, yang dimasukkan ke dalam polistiren selama granulasi.

7. Sifat teknologi dan bidang penerapan polimer

Ada 2 jenis utama polistiren: polistiren tujuan umum (GPPS), polistiren berdampak tinggi (HIPS)

Polystyrene transparan (GPPS - General Purpose PolyStyrene) adalah bahan yang tidak tahan benturan. Digunakan terutama untuk kaca interior, ini berfungsi sebagai alternatif ekonomis untuk kaca plexiglass.

HIPS (High Impact Polystyrene) memiliki ketahanan benturan yang meningkat berkat penambahan butadiene atau karet khusus lainnya yang memiliki kekuatan benturan hingga 60-70 kJ/m2. Cakupan penerapannya cukup luas - iklan luar ruang, peralatan komersial, suku cadang lemari es, dan sebagainya.

Polistiren Tujuan Umum (GPPS)

Bahan ini digunakan terutama untuk kaca internal dan berfungsi sebagai alternatif ekonomis untuk kaca plexiglass. Keunggulan utama: tahan lembab, tahan lama, mudah diproses, memiliki transparansi optik yang sangat baik - 94%, memiliki permukaan halus yang baik, memiliki kepadatan rendah, tahan terhadap pengaruh kimia, memiliki kekakuan tinggi.

Polistiren yang diekstrusi diproduksi dalam bentuk lembaran berwarna transparan, seperti susu, berasap. Lembaran anti silau dan dekoratif dengan berbagai tekstur diproduksi. Dengan pesanan khusus, lembaran polistiren dapat diproduksi tanpa stabilisasi UV. Lembaran tersebut dapat digunakan jika bersentuhan dengan produk makanan, karena mematuhi semua peraturan saat ini untuk penggunaan bahan yang bersentuhan dengan produk makanan.

Polystyrene transparan bersifat rapuh, rapuh dan tidak tahan benturan. Dalam hal ini, timbul komplikasi selama penyimpanan dan pengangkutan produk yang dibuat darinya. Selain itu, untuk mencapai hamburan cahaya yang diperlukan, perlu menggunakan lembaran dengan permukaan bergelombang, yang seringkali tidak sesuai. desain modern. Kerugian signifikan dari PS adalah ketahanannya yang rendah terhadap radiasi UV. Namun, polistiren merupakan bahan yang sangat ekonomis.

Aplikasi umum: partisi dan layar dekoratif, lapisan pelindung gambar, kaca kabin shower, label harga, dudukan, produksi lampu, semua jenis kaca dalam ruangan, dll.

Polistiren tahan benturan ( PANGGUL )

Polystyrene tahan benturan adalah bahan lembaran berkualitas tinggi yang diproduksi untuk proses pencetakan termo atau vakum. HIPS digunakan dalam produksi iklan luar ruang, suku cadang lemari es, perlengkapan pipa, mainan, kemasan makanan dan sejenisnya. Permukaan bahan bisa glossy, matte, halus atau timbul, dengan permukaan cermin, dalam berbagai warna. Lembaran dapat diproduksi dengan menggunakan metode ko-ekstrusi. Ini memungkinkan Anda menggabungkan dua lapisan warna berbeda atau menambahkan lapisan atas dengan hasil akhir mengkilap.

Polystyrene tahan benturan memiliki elastisitas tertentu dan dengan demikian memperluas kemungkinan penggunaannya dalam pembuatan produk penerangan konfigurasi yang kompleks dengan gambar yang dalam. Koefisien transmisi cahaya (35–38%) dan warna putih sepenuhnya memenuhi standar produk pencahayaan Rusia yang ada.

Keuntungan utama: peningkatan ketahanan terhadap benturan, sensitivitas rendah terhadap pemotongan, ringan, tahan beku hingga –40°C, tahan lembab, sifat mampu bentuk yang sangat baik, kemudahan pemrosesan, ketahanan kimia terhadap asam dan basa

Dalam keadaan “aslinya”, polistiren adalah bahan yang agak rapuh dan tidak cocok untuk banyak tugas. Oleh karena itu, selama produksi, bahan tambahan khusus ditambahkan ke bahan mentah untuk meningkatkan kekuatan dan fleksibilitas benturan, sehingga menghasilkan polistiren yang tahan benturan. Salah satu jenis polistiren tahan benturan adalah polistiren tahan freon, yang digunakan dalam produksi peralatan pendingin. Struktur permukaan: matte di kedua sisi atau glossy di satu sisi (lapisan glossy atas diperoleh dengan ekstrusi bersama dengan polistiren serba guna), timbul. Jika perlu, lembaran tersebut diberi perlakuan dengan lucutan korona di satu sisi, dan film pelindung yang dapat dibentuk secara termal diterapkan pada lembaran tersebut. Untuk pemakaian luar, ditambahkan penstabil UV untuk memberikan perlindungan terhadap warna kuning akibat radiasi UV.

Polystyrene pencahayaan adalah salah satu jenis polystyrene tahan benturan, sepenuhnya menggantikan kaca akrilik dalam pembuatan struktur dengan pencahayaan internal. Berbeda dengan kaca plexiglass, kaca ini hanya memiliki satu permukaan mengkilap. Tingginya popularitas polistiren penerangan karena kekuatan benturannya yang lebih besar (dibandingkan dengan akrilik), kemudahan pemrosesan, ketahanan terhadap lingkungan, dan biaya yang lebih rendah.

Polystyrene tahan benturan adalah pilihan yang lebih ekonomis dibandingkan dengan kaca plexiglass karena kepadatannya yang rendah, serta kemungkinan menggunakan lembaran yang lebih tipis (2-3 mm) karena peningkatan ketahanan benturan dibandingkan dengan kaca plexiglass (3-5 mm), yang memberikan Penghematan 2 kali lipat, berdasarkan 1 persegi. m.penyebar.

Gulungan, kaset dan gulungan pita, soket tabung radio, pelat hadap, timbangan instrumen, braket dan klem untuk mengencangkan kabel, kaleng baterai, gagang perkakas dan instrumen, film, penutup lampu, bagian terminal, kotak, aksesori cukur, mainan, piring, ubin untuk finishing furnitur, bedak padat, tutup kaleng dan botol, kotak, suku cadang saklar listrik, pulpen - daftar produk polistiren ini dapat dilanjutkan untuk waktu yang lama. Penggunaan polistiren sangat beragam - mulai dari film dalam kapasitor dengan ketebalan 0,02 mm hingga pelat tebal polistiren yang diperluas yang digunakan sebagai bahan isolasi dalam teknologi pendingin.

8. Masalah lingkungan akibat penggunaan polimer ini. Proposal untuk pemulihan dan daur ulang

Sejak tahun 1960an, produksi polimer global meningkat dua kali lipat setiap lima tahun, dan tingkat pertumbuhan ini diperkirakan akan terus berlanjut hingga tahun 1990. Salah satu dampak yang menyertai pesatnya perkembangan industri polimer adalah peningkatan jumlah limbah polimer secara simultan. Jadi, di Jerman jumlahnya mencapai tahun 1977. 1,2 juta ton; di Amerika, limbah polimer mencapai 6,4 juta ton pada tahun 1980. Produk plastik memiliki masa pakai yang berbeda:

Pengemasan dan film – 1 tahun

Sepatu dan Bahan bangunan- 2 tahun

Mainan – 5 tahun

Barang olahraga – 6 tahun

Kabel – 15 tahun

Suku cadang mesin, piring, furnitur - 10-20 tahun

Sumber utama pencemaran lingkungan adalah produk dengan umur pemakaian yang pendek, terutama wadah dan kemasan. Ancaman pencemaran tersebut lambat laun menjadi masalah lingkungan global. Limbah polimer tidak membusuk atau terurai dan tidak hanya mengotori bumi, tetapi juga sungai dan pantai laut.

Hingga awal tahun 1970-an, penghancuran limbah polimer terhambat oleh resistensi sebagian besar polimer bertonase besar terhadap faktor alam - mikroorganisme, sinar matahari dan air. Ketahanan terhadap degradasi sebagian besar plastik inilah yang mendorong para ilmuwan untuk menciptakan bahan polimer khusus yang dapat terurai secara hayati dan fotodegradasi, serta yang larut dalam air.

Polimer yang banyak digunakan seperti polietilen, polipropilen, polistiren, dan polivinil klorida, tidak seperti selulosa dan karet alam, yang dapat diasimilasi oleh bakteri dan jamur melalui reaksi enzimologis, memiliki ketahanan yang hampir mutlak terhadap mikroorganisme. Upaya untuk menjadikannya biodegradable dengan memodifikasinya dengan berbagai gugus fungsi tidak memberikan hasil yang diinginkan. Ternyata polietilen menjadi “terlalu keras” bagi mikroorganisme hanya jika berat molekulnya berkurang 30-40 kali lipat, yaitu praktis dalam bentuk oligomer.

Cara yang menjanjikan untuk membuat polimer ini dapat terurai secara hayati adalah dengan memasukkan bahan pengisi ke dalamnya kondisi tertentu berfungsi sebagai sumber nutrisi bagi mikroorganisme. Kehadiran pengisi tersebut menyebabkan penurunan ketahanan polimer terhadap pengaruh eksternal, yang pada akhirnya berkontribusi pada penghancuran rantai polimer dan asimilasi fragmen oligomer yang dihasilkan oleh bakteri dan jamur.

Daftar Sastra bekas:

1. A.A Tager “Fisika-kimia polimer”, penerbit kedua, 1968

2. Losev I.P. “Kimia polimer sintetik”

3. Malkin A.Ya. Fis. kimia. dasar-dasar produksi dan pengolahan. – M.: Kimia, 1975 – 263 hal.

4. Materi perkuliahan kimia

1.Karakteristik zat awal

2.Reaksi sintesis dasar

3. Struktur polimer

4. Berat molekul. Distribusi massa molekul (MWD)

5. Transformasi kimia polimer

6. Kehancuran dan penuaan

7. Sifat teknologi dan bidang penerapan polimer

8. Masalah lingkungan akibat penggunaan polimer ini. Proposal untuk pemulihan dan daur ulang

Universitas Nasional Pembuatan Kapal dinamai Laksamana Makarov

Abstrak dengan topik:

Diselesaikan oleh siswa kelompok 1161:

Bondar Yuri Andreevich

Diperiksa:

Lichko Elena Ivanovna

Menteri Pendidikan Federasi Rusia dan sains

Federasi Rusia

Negara lembaga pendidikan lebih tinggi

pendidikan kejuruan

“Universitas Teknik Negeri Altai

mereka. aku. Polzunov”

Abstrak.

Dalam disiplin “kimia organik” dengan topik:

"Polistirena (polivinilbenzena)"

Diselesaikan oleh siswa gr. PKM-71:

Barkhatova L.N.

Diperiksa oleh guru senior

Departemen PhyTCM: Arsentieva S.N.

Barnaul 2008

Pendahuluan, ciri-ciri umum dan klasifikasi polimer

1. Referensi sejarah

2. Deskripsi polistiren

3. Sifat dasar

3.1.Sifat fisik

3.2.Sifat kimia

4. Tanda terima

5. Struktur supramolekul, konformasi, konfigurasi

6. Metode penyembuhan

7. Aplikasi Industri

Kesimpulan

Bibliografi

Perkenalan

Ciri-ciri umum dan klasifikasi polimer

Ini disebut polimer bahan organik, yang molekul panjangnya dibangun dari unit berulang yang identik - monomer.

Ukuran molekul polimer ditentukan oleh derajat polimerisasi n , itu. jumlah mata rantai dalam rantai tersebut. Jika n= 10 sampai 20, zat tersebut adalah minyak ringan. Dengan meningkatnya n, viskositas meningkat, zat menjadi seperti lilin, dan akhirnya, pada n = 1000, polimer padat terbentuk. Derajat polimerisasi tidak terbatas: bisa 10 4, dan panjang molekulnya mencapai mikrometer. Berat molekul suatu polimer sama dengan hasil kali berat molekul monomer dan derajat polimerisasi. Biasanya berkisar antara 10 3 hingga 3×10 5. Molekul yang begitu panjang mencegahnya untuk terbungkus dengan baik, dan struktur polimer bervariasi dari amorf hingga sebagian kristal. Fraksi kristalinitas sangat ditentukan oleh geometri rantai. Semakin dekat susunan rantai, semakin banyak kristal polimernya. Kristalinitas, bahkan yang terbaik, ternyata tidak sempurna.

Polimer amorf meleleh dalam kisaran suhu tidak hanya bergantung pada sifatnya, tetapi juga pada panjang rantainya; yang kristal memiliki titik leleh.

Berdasarkan asalnya, polimer dibedakan menjadi tiga golongan, yaitu polimer sintetik (buatan), polimer organik alami, dan polimer anorganik alami.

Polimer sintetik diperoleh dengan polimerisasi bertahap atau berantai dari polimer dengan berat molekul rendah.

Polimer anorganik alami, misalnya, magma cair dan silikon oksida.

Polimer organik alami terbentuk sebagai hasil aktivitas vital tumbuhan dan hewan dan ditemukan pada kayu, wol, dan kulit. Ini adalah protein, selulosa, pati, lak, lignin, lateks.

Biasanya, polimer alami menjalani operasi pemurnian dan modifikasi di mana struktur rantai utama tetap tidak berubah. Produk dari pengolahan tersebut adalah polimer buatan. Contohnya adalah karet alam yang terbuat dari lateks, seluloid yang merupakan nitroselulosa yang diplastisasi dengan kapur barus untuk meningkatkan elastisitas.

Polimer alami dan buatan telah memainkan peranan penting dalam teknologi modern, dan di beberapa bidang polimer tetap diperlukan hingga saat ini, misalnya dalam industri pulp dan kertas. Namun, peningkatan tajam dalam produksi dan konsumsi bahan organik terjadi karena polimer sintetik - bahan yang diperoleh melalui sintesis dari zat bermolekul rendah dan tidak memiliki analog di alam. Perkembangan teknologi kimia zat bermolekul tinggi merupakan bagian integral dan esensial dari revolusi ilmu pengetahuan dan teknologi modern . Tidak ada cabang teknologi, terutama teknologi baru, yang dapat melakukannya tanpa polimer. Berdasarkan struktur kimianya, polimer dibedakan menjadi linier, bercabang, jaringan, dan spasial. Molekul polimer linier secara kimia inert satu sama lain dan terhubung satu sama lain hanya oleh gaya van der Waals. Ketika dipanaskan, viskositas polimer tersebut menurun dan polimer tersebut mampu bertransformasi secara reversibel terlebih dahulu menjadi sangat elastis dan kemudian menjadi aliran kental (Gambar 1). Karena satu-satunya efek pemanasan adalah perubahan keuletan, polimer linier disebut termoplastik. Kita tidak boleh berpikir bahwa istilah "linier" berarti bujursangkar; sebaliknya, mereka lebih dicirikan oleh konfigurasi bergerigi atau spiral, yang memberikan kekuatan mekanik pada polimer tersebut.

Polimer termoplastik tidak hanya dapat dicairkan, tetapi juga dilarutkan, karena ikatan van der Waals mudah diputus oleh reagen.

Polimer bercabang (dicangkokkan) lebih kuat daripada polimer linier. Percabangan rantai yang terkendali adalah salah satu yang utama metode industri modifikasi sifat polimer termoplastik.

Struktur jaringan dicirikan oleh fakta bahwa rantai terhubung satu sama lain, dan ini sangat membatasi pergerakan dan menyebabkan perubahan sifat mekanik dan kimia. Karet biasa lunak, tetapi ketika divulkanisasi dengan belerang, ikatan kovalen tipe S-nol terbentuk, dan kekuatannya meningkat. Polimer dapat memperoleh struktur jaringan dan secara spontan, misalnya, di bawah pengaruh cahaya dan oksigen, terjadi penuaan dengan hilangnya elastisitas dan kinerja. Akhirnya, jika molekul polimer mengandung gugus reaktif, maka ketika dipanaskan, molekul-molekul tersebut dihubungkan oleh banyak ikatan transversal yang kuat, polimer menjadi ikatan silang, yaitu memperoleh struktur spasial. Dengan demikian, pemanasan menyebabkan reaksi yang mengubah sifat material secara tajam dan ireversibel, yang memperoleh kekuatan dan viskositas tinggi, menjadi tidak larut dan tidak dapat diinfus. Karena reaktivitas molekul yang tinggi, yang memanifestasikan dirinya dengan meningkatnya suhu, disebut polimer seperti itu termoset. Tidak sulit untuk membayangkan bahwa molekul-molekulnya aktif tidak hanya terhadap satu sama lain, tetapi juga terhadap permukaan benda asing. Oleh karena itu, polimer termoset, tidak seperti termoplastik, memiliki kemampuan rekat yang tinggi bahkan pada suhu rendah, sehingga dapat digunakan sebagai lapisan pelindung, perekat dan pengikat pada material komposit.

Polimer termoplastik dihasilkan melalui reaksi polimerisasi mengalir sesuai skema (Gambar 2).

Selama polimerisasi rantai, berat molekul meningkat hampir seketika, produk antara tidak stabil, reaksi sensitif terhadap keberadaan pengotor dan, biasanya, memerlukan tekanan tinggi. Tidak mengherankan bahwa proses seperti itu tidak mungkin dilakukan dalam kondisi alami, dan semua polimer alami terbentuk dengan cara yang berbeda. Kimia modern menciptakan alat baru - reaksi polimerisasi, dan berkat itu sejumlah besar polimer termoplastik. Reaksi polimerisasi hanya diterapkan pada peralatan kompleks di industri khusus, dan konsumen menerima polimer termoplastik dalam bentuk jadi.

Molekul reaktif polimer termoset dapat dibentuk dengan lebih sederhana dan tentu saja- secara bertahap dari monomer ke dimer, lalu ke trimer, tetramer, dan seterusnya. Kombinasi monomer ini, “kondensasinya”, disebut reaksi polikondensasi; tidak memerlukan kemurnian atau tekanan tinggi, tetapi disertai dengan perubahan komposisi kimia, dan sering kali keluarnya produk sampingan (biasanya uap air) (Gambar 2). Reaksi inilah yang terjadi di alam; hal ini dapat dengan mudah dilakukan hanya dengan sedikit pemanasan kondisi sederhana, sampai ke rumah. Kemampuan manufaktur polimer termoset yang tinggi memberikan banyak peluang untuk manufaktur berbagai produk di perusahaan non-kimia, termasuk pabrik radio.

Terlepas dari jenis dan komposisi bahan awal dan metode produksinya, bahan berbahan dasar polimer dapat diklasifikasikan sebagai berikut: plastik, serat, plastik laminasi, film, pelapis, perekat.

1. Latar belakang sejarah

Industri plastik dimulai pada pergantian abad ke-20. Stirena yang mudah terpolimerisasi dan polimer padatnya yang seperti kaca segera menarik perhatian. Fondasi kimia dan teknologi produksi polistiren diletakkan oleh Ostromyslensky dan Staudinger. Yang terakhir mengusulkan mekanisme rantai untuk pembentukan makromolekul polistiren.

Paten pertama untuk produksi polistiren (melalui polimerisasi spontan termal dalam jumlah besar) diambil di Jerman pada tahun 1911. Produksi industri polimer dimulai di sana pada tahun 1920. Pada tahun 1936 6000 ton/tahun telah diproduksi.

Di luar Jerman, pertumbuhan produksi polistiren telah lama terhambat oleh tingginya harga monomer. Dorongan untuk perkembangan pesat adalah penciptaan produksi karet styrene-butadiene skala besar di Amerika Serikat selama Perang Dunia Kedua, yang secara alami menyebabkan penurunan harga styrene. Setelah Perang, produksi kopolimer polistiren dan stirena, yang mengandung lebih dari 50 persen stirena (berbeda dengan karet stirena-butadiena, yang mengandung sekitar 30 persen stirena), dikembangkan secara mandiri. Mengembangkan produk yang efektif; seperti polistiren yang diperluas, polimer stirena yang tahan benturan, plastik ABS, memungkinkan plastik polistiren secara umum menduduki peringkat ketiga dalam produksi plastik global setelah polietilen dan polivinil klorida.

Di antara beragam bahan polimer, polistiren menempati tempat khusus. Bahan ini digunakan untuk menghasilkan sejumlah besar produk plastik yang berbeda baik untuk keperluan rumah tangga maupun industri. Hari ini kita akan berkenalan dengan formula polistiren, sifat-sifatnya, metode produksi, dan petunjuk penggunaan.

karakteristik umum

Polystyrene merupakan polimer sintetik yang termasuk dalam kelas termoplastik. Seperti namanya, ini adalah produk polimerisasi vinilbenzena (stirena). Ini adalah bahan kaca yang keras. Rumus umum polistiren adalah sebagai berikut: [CH 2 CH (C 6 H 5)] n. Dalam versi singkatnya terlihat seperti ini: (C 8 H 8) n. Rumus polistiren yang disingkat lebih umum.

Sifat kimia dan fisik

Kehadiran gugus fenolik dalam rumus unit struktural polistiren mencegah susunan makromolekul yang teratur dan pembentukan struktur kristal. Dalam hal ini, materialnya kaku namun rapuh. Ini adalah polimer amorf dengan kekuatan mekanik rendah dan level tinggi transmisi ringan. Ini diproduksi dalam bentuk butiran silinder transparan, dari mana produk yang diperlukan diperoleh dengan ekstrusi.

Polystyrene adalah dielektrik yang baik. Ini larut dalam hidrokarbon aromatik, aseton, ester, dan monomernya sendiri. Polistiren tidak larut dalam alkohol rendah, fenol, hidrokarbon alifatik, dan eter. Ketika zat tersebut dicampur dengan polimer lain, terjadi “ikatan silang”, yang menghasilkan pembentukan kopolimer stirena dengan kualitas struktural yang lebih tinggi.

Zat ini memiliki daya serap air yang rendah dan ketahanan terhadap radiasi radioaktif. Pada saat yang sama, ia dihancurkan di bawah pengaruh asam asetat glasial dan asam nitrat pekat. Saat terkena radiasi ultraviolet, polistiren memburuk - retakan mikro dan warna kuning terbentuk di permukaan, dan kerapuhannya meningkat. Ketika suatu zat dipanaskan hingga 200 °C, zat tersebut mulai terurai dengan pelepasan monomer. Pada saat yang sama, mulai dari suhu 60 ° C, polistiren kehilangan bentuknya. Pada suhu normal zat tersebut tidak beracun.

Sifat dasar polistiren:

1. Kepadatan - 1050-1080 kg/m3.
2. Suhu pengoperasian minimum adalah 40 derajat di bawah nol.
3. Suhu pengoperasian maksimum adalah 75 derajat Celcius.
4. Kapasitas panas - 34*10 3 J/kg*K.
5. Konduktivitas termal - 0,093-0,140 W/m*K.
6. Koefisien muai panas adalah 6*10 -5 Ohm cm.

Dalam industri, polistiren diproduksi menggunakan polimerisasi radikal stirena. Teknologi modern izinkan proses ini dilakukan dengan jumlah minimum zat yang tidak bereaksi. Reaksi untuk menghasilkan polistiren dari stirena dilakukan dengan tiga cara. Mari kita pertimbangkan masing-masing secara terpisah.

Emulsi (PSE)

Ini yang paling banyak metode lama sintesis, yang tidak pernah mendapat aplikasi industri luas. Polistiren emulsi diproduksi melalui polimerisasi stirena dalam larutan alkali berair pada suhu 85-95 °C. Reaksi ini memerlukan zat-zat berikut: air, stirena, pengemulsi dan inisiator proses polimerisasi. Styrene pertama-tama dihilangkan dari inhibitor (hydroquinone dan tributyl-pyrocatechol). Pemrakarsa reaksi adalah senyawa yang larut dalam air. Biasanya, ini adalah kalium persulfat atau hidrogen dioksida. Alkali, garam asam sulfonat dan garam asam lemak digunakan sebagai pengemulsi.

Prosesnya berjalan sebagai berikut. Larutan minyak jarak dalam air dituangkan ke dalam reaktor dan stirena dimasukkan dengan pencampuran menyeluruh bersama dengan inisiator polimerisasi. Campuran yang dihasilkan dipanaskan hingga 85-95 derajat. Monomer yang dilarutkan dalam misel sabun, yang berasal dari tetesan emulsi, mulai berpolimerisasi. Ini adalah bagaimana partikel polimer-monomer diperoleh. Selama 20% waktu reaksi, sabun misel membentuk lapisan adsorpsi. Proses selanjutnya terjadi di dalam partikel polimer. Reaksi selesai bila kandungan stirena dalam campuran kira-kira 0,5%.

Selanjutnya, emulsi memasuki tahap pengendapan, yang memungkinkan kandungan sisa monomer dikurangi. Untuk tujuan ini, dikoagulasi dengan larutan garam (garam meja) dan dikeringkan. Hasilnya adalah massa tepung dengan ukuran partikel hingga 0,1 mm. Residu alkali mempengaruhi kualitas bahan yang dihasilkan. Tidak mungkin untuk menghilangkan kotoran sepenuhnya, dan keberadaannya menyebabkan warna kekuningan pada polimer. Metode ini memungkinkan seseorang memperoleh produk polimerisasi stirena dengan berat molekul tertinggi. Zat yang diperoleh dengan cara ini memiliki sebutan PSE, yang secara berkala dapat ditemukan dalam dokumen teknis dan buku teks lama tentang polimer.

Penangguhan (PSS)

Metode ini dilakukan secara batch, dalam reaktor yang dilengkapi pengaduk dan jaket penghilang panas. Untuk menyiapkan stirena, stirena disuspensikan dalam air murni secara kimia menggunakan penstabil emulsi (polivinil alkohol, natrium polimetakrilat, magnesium hidroksida), serta inisiator polimerisasi. Proses polimerisasi berlangsung di bawah tekanan, dengan peningkatan suhu yang konstan, hingga 130°C. Hasilnya adalah suspensi dimana polistiren primer dipisahkan dengan sentrifugasi. Setelah itu, bahan tersebut dicuci dan dikeringkan. Cara ini juga dianggap ketinggalan jaman. Ini terutama cocok untuk sintesis kopolimer stirena. Ini digunakan terutama dalam produksi polistiren yang diperluas.

Blokir (PSM)

Produksi polistiren serba guna dalam kerangka metode ini dapat dilakukan menurut dua skema: konversi lengkap dan tidak lengkap. Polimerisasi termal menurut skema kontinyu dilakukan pada sistem yang terdiri dari 2-3 reaktor kolom terhubung seri yang masing-masing dilengkapi dengan pengaduk. Reaksi dilakukan secara bertahap, menaikkan suhu dari 80 menjadi 220 °C. Ketika derajat konversi stirena mencapai 80-90%, proses dihentikan. Dengan metode konversi tidak lengkap, derajat polimerisasi mencapai 50-60%. Sisa-sisa styrene monomer yang tidak bereaksi dikeluarkan dari lelehan dengan cara disedot, sehingga kandungannya menjadi 0,01-0,05%. Polystyrene yang diproduksi dengan metode blok ditandai dengan stabilitas dan kemurnian yang tinggi. Teknologi ini paling efektif, juga karena hampir tidak ada limbah.

Penerapan polistiren

Polimer diproduksi dalam bentuk butiran silinder transparan. Mereka diolah menjadi produk akhir dengan cara ekstrusi atau pengecoran pada suhu 190-230 °C. Sejumlah besar plastik terbuat dari polistiren. Ini tersebar luas karena kesederhanaannya, harga murah dan berbagai merek. Zat ini digunakan untuk menghasilkan banyak barang yang telah menjadi bagian tak terpisahkan dari kehidupan kita sehari-hari (mainan anak, kemasan, peralatan makan sekali pakai, dan sebagainya).

Polystyrene banyak digunakan dalam konstruksi. Bahan isolasi termal dibuat darinya - panel sandwich, pelat, bekisting permanen, dll. Selain itu, bahan finishing dekoratif dihasilkan dari bahan ini - baguette langit-langit dan ubin dekoratif. Dalam pengobatan, polimer digunakan untuk memproduksi instrumen sekali pakai dan beberapa bagian dalam sistem transfusi darah. Polystyrene berbusa juga digunakan dalam sistem pemurnian air. DI DALAM Industri makanan Mereka menggunakan banyak sekali bahan kemasan yang terbuat dari polimer ini.

Ada juga polistiren tahan benturan yang formulanya diubah dengan menambahkan butadiene dan butadiene styrene rubber. Jenis polimer ini menyumbang lebih dari 60% total produksi plastik polistiren.

Karena viskositas zat dalam benzena yang sangat rendah, dimungkinkan untuk memperoleh larutan bergerak dalam konsentrasi tertentu. Hal ini menentukan penggunaan polistiren pada salah satu jenis napalm. Ini memainkan peran pengental, di mana, ketika berat molekul polistiren meningkat, hubungan viskositas-suhu menurun.

Keuntungan

Polimer termoplastik putih dapat menjadi pengganti yang sangat baik untuk plastik PVC, dan polimer transparan dapat menjadi pengganti yang sangat baik untuk kaca plexiglass. Zat ini mendapatkan popularitas terutama karena fleksibilitas dan kemudahan pemrosesannya. Ini dibentuk dan diproses dengan sempurna, mencegah kehilangan panas dan, yang penting, memiliki biaya rendah. Karena polistiren dapat mentransmisikan cahaya dengan baik, polistiren bahkan digunakan pada kaca bangunan. Namun, kaca seperti itu tidak dapat ditempatkan di sisi yang cerah, karena zat tersebut rusak di bawah pengaruh radiasi ultraviolet.

Polystyrene telah lama digunakan untuk membuat plastik busa dan bahan terkait. Sifat insulasi termal polistiren dalam keadaan berbusa memungkinkannya digunakan untuk insulasi dinding, lantai, atap, dan langit-langit pada bangunan untuk berbagai keperluan. Hal ini berkat kelimpahannya bahan isolasi, dipimpin oleh busa polistiren, orang awam tahu tentang zat yang sedang kita pertimbangkan. Bahan-bahan ini mudah digunakan, tahan terhadap pembusukan dan lingkungan agresif, serta sifat insulasi termal yang sangat baik.

Kekurangan

Seperti bahan lainnya, polistiren juga memiliki kelemahan. Pertama-tama, ini adalah ketidakamanan lingkungan ( yang sedang kita bicarakan tentang kurangnya metode pembuangan yang aman), kerapuhan dan bahaya kebakaran.

Mendaur ulang

Polystyrene sendiri tidak berbahaya bagi lingkungan, namun beberapa produk berbahannya memerlukan penanganan khusus.

Bahan limbah dan kopolimernya terakumulasi dalam bentuk produk akhir masa pakainya dan limbah industri. Daur ulang plastik polistiren dilakukan dengan beberapa cara:

1. Pembuangan limbah industri yang telah terkontaminasi berat.
2. Pengolahan limbah teknologi menggunakan metode pengecoran, ekstrusi dan pengepresan.
3. Pembuangan produk usang.
4. Pembuangan limbah tercampur.

Mendaur ulang polistiren memungkinkan Anda memperoleh produk baru berkualitas tinggi dari bahan mentah lama tanpa menimbulkan polusi lingkungan. Salah satu bidang pengolahan polimer yang menjanjikan adalah produksi beton polistiren, yang digunakan dalam konstruksi gedung bertingkat rendah.

Produk penguraian polimer yang terbentuk selama penghancuran termal atau penghancuran oksidatif termal bersifat racun. Selama pemrosesan polimer, uap benzena, stirena, etilbenzena, karbon monoksida, dan toluena dapat dilepaskan melalui penghancuran sebagian.

Pembakaran

Ketika polimer dibakar, karbon dioksida, karbon monoksida dan jelaga dilepaskan. Secara umum persamaan reaksi pembakaran polistiren adalah sebagai berikut: (C 8 H 8) n + O 2 = CO 2 + H 2 O. Pembakaran polimer yang mengandung bahan aditif (komponen penambah kekuatan, pewarna, dll. ) menyebabkan pelepasan sejumlah zat berbahaya lainnya.