Ps kokia medžiaga. Universalus polistirolo lakštų pritaikymas

Fenilo grupės neleidžia tvarkingai išsidėstyti makromolekulėms ir formuotis kristaliniams dariniams.

Polistirenas yra kietas, trapus, amorfinis polimeras, pasižymintis dideliu optiniu šviesos pralaidumu ir mažu mechaniniu stiprumu. Polistirenas yra mažo tankio (1060 kg/m³), susitraukimas liejimo metu yra 0,4-0,8%. Polistirenas turi puikias dielektrines savybes ir gerą atsparumą šalčiui (iki –40 °C). Jis pasižymi mažu cheminiu atsparumu (išskyrus praskiestas rūgštis, alkoholius ir šarmus).

Kvitas

Pramoninė polistireno gamyba grindžiama radikalia stireno polimerizacija. Yra 3 pagrindiniai būdai jį gauti:

Emulsija (PSE)

Labiausiai pasenęs gamybos būdas, kuris gamyboje nėra plačiai naudojamas. Emulsinis polistirenas gaunamas vykstant stireno polimerizacijos reakcijai vandeniniame šarminių medžiagų tirpale 85–95 °C temperatūroje. Šiam metodui reikia: stireno, vandens, emulsiklio ir polimerizacijos iniciatoriaus. Stirenas yra iš anksto išvalytas iš inhibitorių: trebutil-pirokatecholio arba hidrochinono. Kaip reakcijos iniciatoriai naudojami vandenyje tirpūs junginiai, vandenilio dioksidas arba kalio persulfatas. Kaip emulsikliai naudojamos riebalų rūgščių druskos, šarmai (muilas), sulfonrūgščių druskos. Reaktorius užpildomas vandeniniu ricinos aliejaus ir stireno tirpalu ir gerai maišant įvedami polimerizacijos iniciatoriai, po to gautas mišinys kaitinamas iki 85-95 °C. Muilo micelėse ištirpęs monomeras pradeda polimerizuotis, atsirandantis iš emulsijos lašų. Dėl to susidaro polimero-monomero dalelės. 20 % polimerizacijos stadijoje sunaudojamas micelinis muilas, kad susidarytų adsorbuoti sluoksniai, o procesas toliau vyksta polimero dalelių viduje. Procesas baigiasi, kai laisvojo stireno kiekis yra mažesnis nei 0,5%. Toliau emulsija transportuojama iš reaktoriaus į nusodinimo stadiją, siekiant dar labiau sumažinti likutinį monomerą, emulsija koaguliuojama valgomosios druskos tirpalu ir išdžiovinama, gaunant miltelių masę, kurios dalelių dydis yra iki 0,1 mm; . Šarminių medžiagų likučiai turi įtakos gautos medžiagos kokybei, nes neįmanoma visiškai pašalinti pašalinių priemaišų, o jų buvimas suteikia polimerui gelsvą atspalvį. Šiuo metodu galima pagaminti didžiausios molekulinės masės polistireną. Šiuo metodu gautas polistirenas turi santrumpą PSE, kuri periodiškai randama techninėje dokumentacijoje ir senuose polimerinių medžiagų vadovėliuose.

Pakaba (PSS)

Suspensijos polimerizacijos metodas atliekamas pagal periodinę schemą reaktoriuose su maišytuvu ir šilumą šalinančiu apvalkalu. Stirenas gaminamas suspenduojant jį chemiškai gryname vandenyje, naudojant emulsijos stabilizatorius (polivinilo alkoholį, natrio polimetakrilatą, magnio hidroksidą) ir polimerizacijos iniciatorius. Polimerizacijos procesas atliekamas palaipsniui didinant temperatūrą (iki 130 ° C) esant slėgiui. Gaunama suspensija, iš kurios centrifuguojant išskiriamas polistirenas, po to nuplaunamas ir išdžiovinamas. Šis metodas polistireno gamyba taip pat yra pasenusi ir labiausiai tinka stireno kopolimerų gamybai. Šis metodas daugiausia naudojamas putų polistirolo gamyboje.

Blokas arba masinė gamyba (PSM)

Yra dvi bendrosios paskirties polistirolo gamybos schemos: visiškas ir nepilnas konversijos. Terminė polimerizacija masėje nuolatinė grandinė yra 2-3 kolonėlių reaktorių aparatų, nuosekliai sujungtų su maišyklėmis, sistema. Polimerizacija vyksta etapais benzeno aplinkoje – iš pradžių 80-100 °C temperatūroje, o vėliau 100-220 °C temperatūroje. Reakcija sustoja, kai stireno virtimo polistirenu laipsnis pasiekia 80-90% masės (nepilno konversijos metodu polimerizacijos laipsnis reguliuojamas iki 50-60%). Iš polistireno lydalo vakuuminiu būdu pašalinamas nesureagavęs stireno monomeras, likutinio stireno kiekį polistirene sumažinant iki 0,01-0,05%, nesureagavęs monomeras grąžinamas polimerizuoti. Blokų metodu pagamintas polistirenas pasižymi dideliu grynumu ir stabiliais parametrais. Ši technologija yra pati efektyviausia ir praktiškai nesukelia atliekų.

Taikymas

Galima įsigyti skaidrių cilindrinių granulių pavidalu, kurios yra perdirbamos į gatavų prekių liejimas įpurškimu arba ekstruzija 190-230 °C temperatūroje. Plačiai paplitęs polistirolo (PS) ir jo pagrindu pagamintų plastikų naudojimas grindžiamas maža kaina, paprastumu ir dideliu įvairių prekių ženklų asortimentu.

Plačiausiai naudojami (daugiau nei 60% polistireninio plastiko produkcijos) yra smūgiams atsparūs polistirenai, kurie yra stireno kopolimerai su butadienu ir stireno-butadieno guma. Šiuo metu yra sukurta daugybė kitų stireno kopolimerų modifikacijų.

Iš polistirenų gaminamas platus gaminių asortimentas, kuris pirmiausia naudojamas buityje žmogaus veiklos sferoje (vienkartiniai indai, pakuotės, vaikiški žaislai ir kt.), taip pat statybų pramonėje (šilumą izoliuojančios plokštės, nuolatiniai klojiniai, daugiasluoksnės plokštės). ), susiduria ir dekoratyvinės medžiagos(lubų bagetas, lubų dekoratyvinės plytelės, polistireno garsą sugeriantys elementai, lipnūs pagrindai, polimerų koncentratai), medicinos sritis (kraujo perpylimo sistemų dalys, Petri lėkštelės, pagalbiniai vienkartiniai instrumentai). Pučiamasis polistirenas po apdorojimo aukštoje temperatūroje vandeniu arba garais gali būti naudojamas kaip filtravimo medžiaga (filtro antgalis) kolonėlės filtruose vandens valymui ir valymui. Nuotekos. Aukštos polistirolo elektrinės charakteristikos itin aukštų dažnių diapazone leidžia jį naudoti gaminant: dielektrines antenas, bendraašių kabelių atramas. Galima gauti plonas plėveles (iki 100 mikronų), o mišinyje su kopolimerais (stirenas-butadienas-stirenas) iki 20 mikronų, kurios taip pat sėkmingai naudojamos pakavimo ir konditerijos pramonėje bei gamyboje. kondensatorių.

Smūgiams atsparus polistirenas ir jo modifikacijos plačiai naudojamas buitinės technikos ir elektronikos (buitinės technikos korpuso elementų) srityje.

Karinė pramonė

Itin mažas polistireno klampumas benzene, leidžiantis gauti dar judrius tirpalus net esant ekstremalioms koncentracijoms, lėmė, kad napalme kaip tirštiklis naudojamas polistirenas, kurio klampumo ir temperatūros priklausomybė, savo ruožtu, didėjant mažėja. molekulinė masė polistirenas. .

Išmetimas

Polistirenas laikomas nekenksmingu aplinkai.

Perdirbimas

Polistireno atliekos kaupiasi nebenaudojamų gaminių iš PS ir jo kopolimerų pavidalu, taip pat bendrosios paskirties PS, smūgiams atsparaus PS (HIPS) ir jo kopolimerų pramoninių (technologinių) atliekų pavidalu. Polistireninio plastiko perdirbimas gali būti atliekamas šiais būdais:

• labai užterštų pramoninių atliekų šalinimas;
• UPS ir ABS plastiko technologinių atliekų perdirbimas liejimo, ekstruzijos ir presavimo metodais;
• susidėvėjusių gaminių perdirbimas;
• polistireninio putplasčio (EPS) atliekų perdirbimas;
• mišrių atliekų šalinimas.

Degimas

Deginant polistireną, susidaro anglies dioksidas (CO 2), anglies monoksidas (CO - smalkės), suodžiai. Deginant polistireno turinčius priedus (pvz., dažus, stiprumą didinančias medžiagas ir kt.), gali išsiskirti kitų kenksmingų medžiagų.

Terminis sunaikinimas

Polistireno skilimo produktai, susidarantys terminio irimo ir terminio oksidacinio sunaikinimo metu, toksiškas. Apdorojant polistireną, dėl dalinio medžiagos sunaikinimo gali išsiskirti stireno, benzeno, etilbenzeno, tolueno ir anglies monoksido garai.

Polistirolo ir jo kopolimerų rūšys ir žymėjimai

Visame pasaulyje naudojamos šios standartinės santrumpos:

• PS - polistirenas, polistirenas (PS)
• GPPS – bendrosios paskirties polistirenas (bendrosios paskirties polistirenas, neatsparus smūgiams, blokinis, kartais vadinamas „kristaliniu“, PSE, PSS arba PSM žymėjimas priklauso nuo gamybos būdo)
• MIPS – vidutinio smūgio polistirenas (vidutinis atsparumas smūgiams)
• HIPS - didelio smūgio polistirenas (atsparus smūgiams, UPS, UPM)
• EPS - putojantis polistirenas (pučiamasis polistirenas, EPS)
• Santrumpa MIPS vartojama palyginti retai.

• ABS – akrilnitrilo-butadieno-stireno kopolimeras (ABS plastikas, ABS kopolimeras)
• ACS – akrilnitrilo-chloretileno-stireno kopolimeras (ACS kopolimeras)
• AES, A/EPDM/S – akrilnitrilo, EPDM ir stireno kopolimeras (AES kopolimeras)
• ASA – akrilo esterio, stireno ir akrilnitrilo kopolimeras (ASA kopolimeras)
• ASR – smūgiams atsparus stireno kopolimeras (Advanced Styrene Resine)
• MABS, M-ABS – metilmetakrilato, akrilnitrilo, butadieno ir stireno kopolimeras, skaidrus ABS
• MBS – metilmetakrilato butadieno stireno kopolimeras (MBS kopolimeras)
• MS, SMMA – metilmetakrilato ir stireno kopolimeras (MS)
• MSN – metilmetakrilato, stireno ir akrilnitrilo kopolimeras (MSN)
• SAM – stireno ir metilstireno kopolimeras (SAM)
• SAN, - AS - stireno ir akrilnitrilo kopolimeras (SAN, CH)
• SMA, S/MA - Stireno maleino anhidrido kopolimeras.

Stireno kopolimerai – termoplastiniai elastomerai

• ESI – Etileno-stireno interpolimeras
• SB, S/B - Stireno-butadieno kopolimeras
• SBS, S/B/S - Stireno-butadieno-stireno kopolimeras
• SEBS, S-E/B-S – stireno-etileno-butileno-stireno kopolimeras
• SEEPS, S-E-E/P-S – stireno-etileno-etileno/propileno-stireno kopolimeras
• SEP - Stireno-etileno-propileno kopolimeras
• SEPS, S-E/P-S – stireno-etileno-propileno-stireno kopolimeras
• SIS – Stirolo-izopreno-stireno kopolimeras

Polistirenas gaunami polimerizuojant stireną biriame (PSM), emulsijoje (PSE) ir rečiau suspensijoje (S). Vidutinė molekulinė masė (MM) = 80-100 tūkst., priklausomai nuo gamybos būdo.
Polistireno formulė:
n
C6H5
Polistirenas ir jo pagrindu pagamintos medžiagos priskiriamos struktūrinėms polimerinėms medžiagoms. Jie pasižymi gana didelio stiprumo, standumas, didelis matmenų stabilumas, puikios dekoratyvinės savybės. Polistirenas yra amorfinis polimeras, pasižymintis dideliu skaidrumu (šviesos pralaidumas iki 90%).
Polistirenas (PS, bakelitas, vestironas, stironas, fostarenas, redaktorius ir kt.). Tankis 1,04-1,05 g/cm3, t dydis 82-95 C. Polistirenas tirpsta stirene ir aromatiniuose angliavandeniliuose, ketonuose. Polistirenas netirpus vandenyje, alkoholiuose, silpnuose rūgščių ir šarmų tirpaluose. Lenkimo modulis 2700-3200 MPa. Šilumos laidumas 0,08-0,12 W/(m*K). Įpjova Charpy smūginė jėga 1,5-2 kJ/m2. Polistirenas yra linkęs įtrūkti. Savaiminio užsiliepsnojimo temperatūra 440 C. Dulkių-oro mišinio CPV yra 25-27,5 g/m3 Polistirenas yra trapus, atsparus šarmams ir daugeliui rūgščių, aliejams, lengvai dažomas dažais neprarandant skaidrumo, turi aukštą dielektrumą. savybių. Polistirenas yra netoksiškas ir patvirtintas sąlyčiui su maistu bei naudoti medicinos ir biologinėse technologijose.
OIP(smūgiams atsparus polistirenas) gaunamas skiepų kopolimerizuojant stinolį su polibutadieno arba butadieno stireno gumomis. Smūgiams atsparus polistirenas (UP, Karinex, Lusterex, sternitas, stironas, hostirenas ir kt.) Struktūriškai UPS yra trifazė sistema, susidedanti iš PS (polistirolo), trakijos gelio skiepų kopolimero ir gumos su skiepytu stirenu dalelių pavidalu. iki 15 mikronų dydžio, tolygiai paskirstytas pagal UPS tūrį. Nepaisant mažos matricinio polistireno molekulinės masės (70-100 tūkst.), gumos buvimas žymiai sulėtina mikroįtrūkimų augimą, o tai padidina medžiagos stiprumą (1 lentelė).
UPS prekės ženklas nurodo sintezės metodą (M, C), skaitmeninį smūgio stiprumo žymėjimą (pirmieji du skaitmenys) ir dešimteriopą likutinio monomero kiekį. Be to, ženkle gali būti raidė, nurodanti pageidaujamą apdorojimo būdą. Pavyzdžiui, UPM-0703 E yra smūgiams atsparus polistirenas, gaunamas tūrinės polimerizacijos būdu; jo atsparumas smūgiams yra 7 kJ/m 2, likutinio monomero kiekis 0,3%, apdirbimas ekstruzijos būdu.

1 lentelė.

Pagrindinės polistireninio plastiko savybės

ABS- plastikas yra trijų monomerų skiepų kopolimerizacijos produktas, akrilnitrilas, butadieno Ir stireno, o statinis stireno ir akrilnitrilo kopolimeras sudaro standžią matricą, kurioje pasiskirsto iki 1 mikrono dydžio gumos dalelės. Smūgio stiprumo padidėjimą lydi aukšto lygio pagrindinių fizinių-mechaninių ir termofizinių savybių išlaikymas (1 lentelė). ABS yra nepermatomas. Galima įsigyti stabilizuoto pavidalo miltelių ir granulių pavidalu. Naudojamas techninių gaminių gamybai.
ABS prekės ženkle pirmieji du skaitmenys nurodo Izod smūgio stiprumo vertę, kiti du - PTR(lydymosi srauto indikatorius), raidė prekės ženklo gale nurodo apdorojimo būdą arba specialias savybes. Pavyzdžiui, ABS-0809T pasižymi atsparumu smūgiams – 8 kJ/m 2, MTR – 9g/10 min, padidintu atsparumu karščiui (T).
Kopolimerai naudojami pramonėje stinola Su akrilnitrilas(SAN), stinolis su metilmetakrilatu (MS) ir stinolis su metimetakrilatu ir akrilnitrilu (MSN).
Polistirenas apdorojamas visais žinomais metodais.

Mechaninės polistirolo savybės

Mechaninis polistirenų atsparumas rūgštims ir tirpikliams:

Polistirenų termofizinės savybės:

Temperatūros charakteristikos:

Polistirenų dielektrinė konstanta:

Degumo indeksas (K) yra bematis dydis, išreiškiantis degimo metu išsiskiriančios šilumos kiekio ir šilumos kiekio, sunaudojamo medžiagos pavyzdžiui uždegti, santykį. Medžiaga, kurios indeksas K>0,5 yra degi. Polistirenui K-1.4 indikatorius yra degus

Polistirenų gaisro pavojaus rodikliai:

Polistireno ir smūgiams atsparaus polistireno degimo ypatybės:
Liepsnos elgesys: Uždegus mirksi, lengvai dega. Jis dega net nuėmus nuo ugnies.
Liepsnos spalva: Oranžinė geltona, šviečianti.
Degimo pobūdis: Degina susidarius dideliam suodžių kiekiui, tirpsta.
Kvapas: Saldus gėlių su benzeno kvapu. Įsmeigus karšta adata – cinamono kvapas. Saldus stireno kvapas.

Trumpas aprašymas, apdirbimo būdai, pagrindinė paskirtis, kokybinis polistireno savybių ir specifinių savybių įvertinimas

Polistireno blokas, emulsija, suspensija: Kietesnė medžiaga nei LDPE ir HDPE, pasižyminti geromis dielektrinėmis savybėmis, trūkumas – trapumas ir mažas atsparumas karščiui. Chemiškai atsparus. Siekiant padidinti atsparumą smūgiams ir karščiui, stirenas kopolimerizuojamas su kitais monomerais arba derinamas su gumomis. Įdėjus poroforų į polistireną ir vėliau putojant, gaunamas polistireninis putplastis, pasižymintis aukštomis šilumos ir garso izoliacinėmis savybėmis, plūdrumu, cheminiu atsparumu ir atsparumu vandeniui.

Pagrindinė paskirtis: Prietaisų korpusų dalims, radioelektroninei įrangai, izoliatoriams, didelėms šaldytuvų dalims, vidaus apdaila lėktuvai. Putų polistirenas skirtas šilumos ir garso izoliacijai statybose

Smūgiams atsparus polistirenas: Didesnis atsparumas smūgiams nei polistirenas

Apdorojimo būdai: Įpurškimas. Pneumatinis ir vakuuminis formavimas. Išspaudimas. Antspaudavimas. Spaudimas. Klijavimas. Mechaninis restauravimas

Pagrindinė paskirtis: Techniniams gaminiams ir dalims

Modifikuotas polistireninis plastikas: Didelis smūgio stiprumas esant mažam ir aukšta temperatūra, padidėjęs atsparumas karščiui, atsparumas šarmams ir tepalinėms alyvoms

Apdorojimo būdai: Įpurškimas. Išspaudimas. Pučia

Pagrindinė paskirtis: Didelio dydžio gaminiams automobilių pramonėje ir elektrotechnikoje

1.Pradinės medžiagos charakteristikos

Polistirenas ir didelio smūgio polistirenas gaminami tūrinės stireno polimerizacijos būdu.

Stirenas (vinilbenzenas, feniletilenas) yra bespalvis skystis, turintis savitą kvapą.

Kai kurie fizines savybes:

Stirenas maišosi su dauguma organinių tirpiklių, su žemesniaisiais alkoholiais, acetonu, eteriu ir anglies disulfidu; ribotas tirpumas daugiareikšmiuose alkoholiuose. Sumaišius su oru, kurio tūrinė koncentracija yra 1,1–6,1%, susidaro sprogūs mišiniai. Stirenas lengvai polimerizuojasi ir kopolimerizuojasi su dauguma monomerų radikaliais ir joniniais mechanizmais. Pramonėje stirenas gaminamas keliais būdais:

1. Etilbenzeno dehidrinimas, esant šiems oksidiniams katalizatoriams

sudėtis: (-18,4%; MgO-72,0%; 2-4,6%)

2. Esant p-divinilbenzenui, stireno polimerizacijos metu susidaro kryžminis ryšys.

linijinės PS makromolekulės, todėl susidaro nelydimas ir netirpus tinklo struktūros produktas, kurio negalima apdoroti. Nepageidaujama priemaiša yra etilbenzenas, kuris, išsiskyręs iš PS, sukelia įtrūkimus ir nešvarumus.

3. Iš benzeno ir etileno skystosios fazės metodu, naudojant AlCl3 kaip katalizatorių.

4. Alkilinimo reakcija vyksta ne tik susidarant monoalkilbenzenui, bet ir

polialkilbenzenai. Neapdorotas etilbenzenas ypač išvalomas rektifikuojant

Svarbu iš jo pašalinti p-divinilbenzeną.

Polistirolo aprašymas

Polistirenas yra daugiausia linijinės struktūros termoplastinis polimeras, kurio formulė [-CH 2 -C(C 6 H 5)H-] n ir struktūrinė formulė:

Polistirenas – skaidri stiklinė medžiaga, molekulinė masė 30-500 tūkst., tankis 1,06 g/cm 3 (20 °C), stiklėjimo temperatūra 93 °C.

Polistirenui būdinga dūminė liepsna su gėlių, saldaus kvapo (šį cinamono kvapą dažniausiai galima aptikti įsmeigus į tiriamą objektą karšta adata). Jei be to, daiktas nukrenta ant grindų metaliniu žvangėjimu, greičiausiai tai yra polistirenas.

Polistirenas yra pigus, didelės talpos termoplastas; pasižymi dideliu kietumu, geromis dielektrinėmis savybėmis, atsparumu drėgmei, lengvai dažomas ir formuojamas, atsparus chemiškai, tirpsta aromatiniuose ir chloruotuose alifatiniuose angliavandeniliuose. Įvairūs stireno kopolimerai pasižymi geriausiomis eksploatacinėmis savybėmis.

Polistirolo gavimas

Esant p-divinilbenzenui, stireno polimerizacijos metu susidaro kryžminis ryšys

linijinės PS makromolekulės, dėl kurių susidaro netirpi ir netirpi medžiaga

gaminys, kurio tinklinės struktūros negalima apdoroti. Nepageidaujamos priemaišos

yra etilbenzenas, kuris, išsiskyręs iš PS, sukelia jo įtrūkimus ir

sutepti.

Tada aktyvios dalelės aktyvuoja šias stireno II molekules ir susijungia su jomis sudarydamos grandinę (kitas etapas):

Grandinės augimas sustoja, jei susijungia dvi augančios grandinės arba jei į auginimo grandinę pridedama kita liekana, pavyzdžiui, katalizatoriaus dalis. Šis etapas vadinamas grandinės pertrauka:

Supaprastinta polistireno formulė yra tokia:

2.Pagrindinės sintezės reakcijos

BMC sintezė atliekama polimerizacijos ir polikondensacijos reakcijomis. Skirtumas tarp šių procesų yra tame, kaip susidaro makromolekulės. Pagrindinis skirtumas yra tas, kad polikondensacijoje yra molekulės, turinčios dvi funkcines grupes, todėl išsiskiria vandens molekulė.

1. Polimerizacijos reakcija – dėl to atsiranda kiekvienos makromolekulės augimas

nuoseklus monomerų molekulių pridėjimas prie aktyvaus centro, lokalus

vadinamas augimo grandinės pabaigoje. Tokiu atveju reakcijos centras regeneruojamas į

kiekvienas augimo veiksmas. Kalbant apie nesočiuosius monomerus, polimerizacijos procesas

jos gali būti išreikštos tokia schema:

2. Polikondensacijoje makromolekulių augimas vyksta cheminės sąveikos būdu

pradinių molekulių sąveikos tarpusavyje, su reaktyviosiomis grupėmis n-

kondensacijos reakcijos metu susikaupusios priemonės, taip pat n-merų molekulės

tarp savęs. Polikondensacijos metu reakcijos centras miršta kiekviename augimo veiksme,

o grandinės vystymasis vyksta dėl pakeitimo reakcijos, lydimos ar ne

kartu su mažos molekulinės masės produktų pašalinimu:

POLISTIRENO SINTEZĖ ESANT DI-TERT-BUTILAMINUI IR TREČIUI BUTILO HIDROPEROKSIDUI

Pseudolivingoji polimerizacija grįžtamojo slopinimo mechanizmu yra

yra vienas reikšmingiausių didelės molekulinės masės junginių chemijos reiškinių

pastarųjų dešimtmečių vienybės. Reaktyvumo analizė

tiriami junginiai ir žinomi literatūros duomenys leidžia

Galima pagrįstai manyti, kad stireno polimerizacijos metu:

šios reakcijos:

Didinant stireno polimerizacijos greitį, esant di-

tret.butilamino lyginant su procesu be priedo gali būti dėl

alkilo radikalų susidarymas sistemoje.

3. Polimero struktūra

Pirminės lamelės turi didelę paviršiaus energiją, todėl jos agreguojasi, todėl susidaro monokristalai – sudėtingesni supramolekuliniai dariniai. Kristalizuojant iš lydalo arba koncentruoto polimero tirpalo, dažniausiai antrinis kristalinis susidarymas yra sferulitas (3 pav.), kuris yra žiedo arba sferinės formos ir pasiekia milžiniškus iki 1 cm dydžius. Radikaliuose arba sferiniuose sferulituose rėmas susidaro iš juostelių pavidalo kristalinių darinių, nukreiptų iš centro į periferiją.

3 pav. Supramolekulinė polimerų struktūra:

d) sferulitinė juosta (izotaktinis polistirenas)

Makromolekulių konfigūracija

Konfigūracija – cheminių ryšių, jungiančių atomus, išsidėstymo tvarka arba

atominės grupės makromolekulėje.

Konfigūracija susidaro sintezės proceso metu ir negali būti kitaip sutrikdyta.

om, kaip cheminių ryšių sunaikinimas.

Makromolekulių konformacija

Konformacija yra forma, kurią įgyja tam tikros konfigūracijos makromolekulės.

oninė kompozicija, veikiama šiluminio judėjimo arba fizikinių laukų.

Konformacijos tipai:

Transzigzaginė konformacija

· Susivėlusi konformacija

Globulinė konformacija

Sraigtinė konformacija

Sulankstoma konformacija

Tradiciškai gaminamas polivinilchloridas, polivinilfluoridas ir polistirenas turi daug mažesnį kristališkumo laipsnį ir žemesnę lydymosi temperatūrą; Šių polimerų fizinės savybės labai priklauso nuo stereocheminė konfigūracija. Polistirenas, gautas laisvųjų radikalų polimerizacijos būdu tirpale atakiškas.Šis terminas reiškia, kad jei polimero grandinės anglies atomai yra orientuoti teisinga zigzago forma, fenilo šoninės grupės bus atsitiktinai paskirstytos vienoje arba kitoje grandinės pusėje (kaip parodyta 4 paveiksle). Kai stirenas polimerizuojamas dalyvaujant Ziegler katalizatoriui, jis susidaro izotaktiniai polistirenas, kuris nuo ataktinio polimero skiriasi tuo, kad jo grandinėse visos fenilo grupės yra vienoje ar kitoje grandinės pusėje. Ataktinių ir izotaktinių polimerų savybės gana smarkiai skiriasi. Ataktinis polimeras gali būti formuojamas daug žemesnėje temperatūroje ir daug geriau tirpsta daugumoje tirpiklių nei izotaktinis polimeras. Yra daug kitų stereoreguliarių polimerų tipų, vienas iš jų vadinamas sindiotaktas cheminis;šio polimero grandinėse šoninės grupės yra pakaitomis vienoje arba kitoje grandinės pusėje, kaip parodyta 4 pav.

4 pav. Ataktinio, izotaktinio ir sindiotaktinio polistireno konfigūracijos

4. Molekulinė masė. Molekulinės masės pasiskirstymas (MWD)

Molekulinė masė yra polimerų molekulinio ilgio matas

M n = m 0 * P n

m0 – vienos sudėtinės grandies masė

Pn – polimerizacijos laipsnis

Polistireno molekulinė masė yra maždaug 30-500 tūkst.

Molekulinės masės pasiskirstymas (MWD)

Supažindinti su molekulinės masės pasiskirstymo funkcijomis

Yra diferencinio ir integralaus paskirstymo funkcijos.

Jie savo ruožtu skirstomi į skaitinius ir svorius.

Diferencinis paskirstymas- apibūdina viso skaičiaus dalį

medžiagų arba nuo bendros makromolekulių, kurių MM yra nuo M i iki M i +dM, masės.

Kaupiamasis pasiskirstymas– bendro medžiagos kiekio/svorio dalis,

vienai molekulei, kurios molekulinė masė yra nuo monomero masės iki M i (masė

polimeras i konversijos laipsniu)

Skaitinis MMR– molekulių, kurių masė M, skaitinės dalies dn santykis

intervalas M+dM, iki šio intervalo reikšmės:

Panašiai, svorio MMR:

Pramoniniam polistirenui MWD bus 2–4 (priklausomai nuo gamybos sąlygų)

Polistirenui yra kritinės molekulinės masės vertės, virš kurių atsparumas tempimui ir pailgėjimas mažai priklauso nuo molekulinės masės. Polimero molekulinė masė ir MWD priklauso nuo temperatūros ir mažai priklauso nuo monomero konversijos laipsnio. Tai paaiškinama vyraujančia grandininės perdavimo reakcijos įtaka monomerui tarp visų grandinės augimą ribojančių reakcijų. Izoterminiu režimu galima gauti siauriausio MWD polistireną. Molekulinės masės ir MWD reguliavimas leidžia gauti tam tikro lydymosi indekso polistireną.

5. Cheminiai polimero virsmai

Polimerų chemijoje išskiriami šie cheminių reakcijų tipai:

1. Naikinimo reakcijos

2. Kryžminio susiejimo reakcijos

3. Funkcinių grupių reakcijos

Naikinimo reakcijos

Naikinimo reakcijos yra reakcijos, atsirandančios nutrūkus cheminiams ryšiams pagrindinėje makromolekulės grandinėje. Priklausomai nuo cheminio ryšio tipo (kovalentinis arba joninis), galimi trys polimero sunaikinimo mechanizmai: radikalinis, joninis ir jonų radikalas. Esant kovalentiniam ryšiui tarp pagrindinės grandinės atomų, makromolekulės plyšimas atsiranda, kai susidaro laisvieji makroradikalai.

Priklausomai nuo agento, sukeliančio grandinės jungčių plyšimą, pobūdžio išskiriamas fizinis ir cheminis sunaikinimas. Fizinis naikinimas skirstomas į terminį, mechaninį, fotocheminį ir sunaikinimą veikiant jonizuojančiai spinduliuotei Cheminis sunaikinimas vyksta veikiant įvairiems cheminiams veiksniams. Svarbiausios cheminio naikinimo rūšys yra oksidacinė destrukcija, hidrolizė, alkoholizė, acidolizė, aminolizė.

Kryžminės reakcijos

Kryžminio ryšio (struktūrizavimo) reakcijos vadinamos kryžminių jungčių tarp makromolekulių susidarymo reakcijomis, dėl kurių susidaro tinklinės struktūros polimerai. Reakcijos gali vykti polimerų sintezės metu, taip pat apdorojant jau gautus linijinius polimerus. Sintetinant polimerus, grandinių kryžminimas daugeliu atvejų yra nepageidautinas, nes dėl to susidaro netirpūs ir nelydantys produktai, kuriuos sunku pašalinti iš reaktoriaus. Todėl polimerizacijos ir polikondensacijos būdu dažniausiai gaunami linijinės arba šakotos struktūros polimerai. Gaminant produktus iš tokių polimerų, dažnai specialiai atliekamos kryžminimo (struktūrizavimo) reakcijos. Gumos pramonėje šios reakcijos vadinamos vulkanizacija, plastiko pramonėje – kietėjimu. Tokios reakcijos gali atsirasti kaitinant arba veikiant jonizuojančiąja spinduliuote. Polimerų susiejimas, veikiant jonizuojančiai spinduliuotei, vadinamas radiaciniu skersiniu ryšiu.

Funkcinių grupių reakcijos

Daugelio polimerų negalima gauti polimerizacijos arba polikondensacijos būdu tiesiogiai iš mažos molekulinės masės junginių, nes pradiniai monomerai nežinomi arba jie nepolimerizuojasi. Todėl polimerų sintezė iš kitų didelės molekulinės masės junginių, turinčių reaktyvių grupių, yra ypač svarbi. Norint atlikti šią sintezę, turi būti parinktos reakcijos sąlygos, kad būtų išvengta molekulinių grandinių sunaikinimo. Tada dėl cheminių virsmų įvyksta pokytis cheminė sudėtis polimeras, žymiai nesumažindamas polimerizacijos laipsnio. Tokias reakcijas Staundingeris pavadino analogiškomis polimero transformacijomis. Labai įdomi reakcija yra didelės molekulinės masės junginių, turinčių šarminių ir šarminių žemių metalų, gamyba, pavyzdžiui, poli-n-ličio stireno sintezė. Pirma, izotaktinis kristalinis polistirenas paverčiamas poli-n-jodostirenu, kuris reaguoja su butiličiu ir sudaro poli-n-ličio stireną:

Taigi polimerams analogiškos transformacijos leidžia sukurti naujas polimerų klases ir plačiame diapazone keisti gatavų gaminių savybes ir pritaikymą.

6. Naikinimas ir senėjimas

Polistirenas yra atsparus šarmams ir halogeniniams junginiams, jį ardo konc. azoto ir ledinės acto rūgštys. Lengvai dažomas įvairiomis spalvomis.

Terminis polistirolo skilimas pastebimai vyksta esant šiek tiek aukštesnei nei 260 °C temperatūrai, terminis oksidacinis destrukcija prasideda apie 200 °C; procesus lydi monomero išsiskyrimas, pageltimas ir lydalo liekanos klampumo sumažėjimas. Mechanocheminis sunaikinimas, esant deguonies pėdsakams, vyksta jau 160 °C temperatūroje; taip pat sumažėja klampumas ir keičiasi medžiagos MWD. Veikiamas UV spindulių polistirenas tampa drumstas ir pagelsta, padidėja jo trapumas. Polistirenui fotostabilizuoti naudojami fosforiniai dažai ir kiti stabilizatoriai, kurie granuliuojant įpilami į polistireną.

7. Technologinės savybės ir polimero panaudojimo sritys

Yra 2 pagrindiniai polistirolo tipai: bendrosios paskirties polistirenas (GPPS), didelio smūgio polistirenas (HIPS)

Skaidrus polistirenas (GPPS – General Purpose PolyStyrene) yra smūgiams neatspari medžiaga. Visų pirma naudojamas vidaus stiklinimui, jis yra ekonomiška alternatyva organiniam stiklui.

HIPS (High Impact Polystyrene) padidino atsparumą smūgiams, nes pridėta butadieno ar kitų specialių gumų, kurių atsparumas smūgiams siekia iki 60-70 kJ/m2. Jo taikymo sritis gana plati – lauko reklama, komercinė įranga, šaldytuvų dalys ir pan.

Bendrosios paskirties polistirenas (GPPS)

Medžiaga daugiausia naudojama vidiniam stiklinimui ir yra ekonomiška alternatyva organiniam stiklui. Pagrindiniai privalumai: atsparūs drėgmei, patvarūs, lengvai apdorojami, turi puikų optinį skaidrumą – 94%, turi gerą lygų paviršių, turi mažą tankį, yra atsparūs cheminiams poveikiams, pasižymi dideliu standumu.

Ekstruzinis polistirenas gaminamas skaidrių, pieniškų, dūminių, spalvotų lakštų pavidalu. Gaminami įvairios tekstūros anti-glare ir dekoratyviniai lakštai. Pagal specialų užsakymą polistirolo lakštai gali būti gaminami be UV stabilizavimo. Tokie lakštai gali būti naudojami liestis su maisto produktais, nes atitinka visus galiojančius su maisto produktais besiliečiančių medžiagų naudojimo reglamentus.

Skaidrus polistirenas yra trapus, trapus ir neatsparus smūgiams. Atsižvelgiant į tai, iš jo pagamintų produktų sandėliavimo ir transportavimo metu kyla komplikacijų. Be to, norint pasiekti reikiamą šviesos sklaidą, būtina naudoti lakštus su gofruotu paviršiumi, kuris dažnai neatitinka modernus dizainas. Reikšmingas PS trūkumas yra mažas atsparumas UV spinduliuotei. Tačiau polistirenas yra labai ekonomiška medžiaga.

Tipiškas pritaikymas: dekoratyvinės pertvaros ir ekranai, apsauginė vaizdų danga, dušo kabinų stiklinimas, kainų etiketės, stovai, šviestuvų gamyba, visų tipų patalpų stiklinimas ir kt.

Smūgiams atsparus polistirenas ( KLUBAI )

Smūgiams atsparus polistirenas yra aukštos kokybės lakštinė medžiaga, gaminama termo arba vakuuminio formavimo procesams. HIPS naudojamas lauko reklamos, šaldytuvų dalių, santechnikos, žaislų, maisto pakuočių ir panašiai gamyboje. Medžiagos paviršius gali būti blizgus, matinis, lygus arba reljefinis, veidrodinio paviršiaus, įvairių spalvų. Galima gaminti lakštus koekstruzijos būdu. Tai leidžia sujungti du skirtingų spalvų sluoksnius arba pridėti viršutinį sluoksnį su blizgia apdaila.

Smūgiams atsparus polistirenas turi tam tikrą elastingumą ir taip išplečia jo naudojimo galimybę gaminant apšvietimo gaminius sudėtinga konfigūracija su giliu piešiniu. Šviesos pralaidumo koeficientas (35–38%) ir baltumas visiškai atitinka galiojančius Rusijos apšvietimo gaminių standartus.

Pagrindiniai privalumai: padidėjęs atsparumas smūgiams, mažas jautrumas įpjovimams, lengvumas, atsparumas šalčiui iki –40°C, atsparumas drėgmei, puikus formavimas, paprastas apdirbimas, cheminis atsparumas rūgštims ir šarmams

„Gimtosios“ būklės polistirenas yra gana trapi medžiaga, netinkama daugeliui užduočių. Todėl gamybos metu į žaliavas dedama specialių priedų, kurie padidina smūgio stiprumą ir lankstumą, ir taip gaminamas smūgiams atsparus polistirenas. Viena iš smūgiams atsparaus polistireno veislių yra freonui atsparus polistirenas, naudojamas gaminant šaldymo įranga. Paviršiaus struktūra: matinis iš abiejų pusių arba blizgus iš vienos pusės (viršutinis blizgus sluoksnis gaunamas koekstruzijos būdu su bendrosios paskirties polistirenu), įspaustas. Jei reikia, lapas apdorojamas vainikiniu išlydžiu iš vienos pusės, ant lakšto uždedama apsauginė termoformuojama plėvelė. Išoriniam naudojimui pridedamas UV stabilizatorius, apsaugantis nuo pageltimo, kurį sukelia UV spinduliuotė.

Apšvietimo polistirenas yra viena iš smūgiams atsparaus polistirolo rūšių, jis visiškai pakeičia akrilinį stiklą gaminant konstrukcijas su vidiniu apšvietimu. Skirtingai nuo organinio stiklo, jis turi tik vieną blizgų paviršių. Apšvietimo polistirolo didelį populiarumą lemia didesnis atsparumas smūgiams (palyginti su akrilu), paprastas apdirbimas, atsparumas aplinkai ir mažesnė kaina.

Smūgiams atsparus polistirenas yra ekonomiškesnis pasirinkimas, lyginant su organiniu stiklu dėl mažo tankio, taip pat galimybė naudoti plonesnius (2-3 mm) lakštus dėl didesnio atsparumo smūgiams, lyginant su organiniu stiklu (3-5 mm), o tai užtikrina. 2 kartus sutaupoma, remiantis 1 kv. m difuzorius.

Juostos ritės, kasetės ir ritės, radijo vamzdžių lizdai, apdailos plokštės, instrumentų svarstyklės, laikikliai ir spaustukai kabeliams tvirtinti, baterijų skardinės, įrankių ir instrumentų rankenos, plėvelės, lempų gaubtai, gnybtų dalys, dėklai, skutimosi reikmenys, žaislai, indai, plytelės baldų apdailai, milteliniams kompaktams, skardinių ir butelių dangteliams, dėžėms, elektros jungiklių detalėms, rašikliams – šį polistireno gaminių sąrašą būtų galima tęsti dar ilgai. Polistirolo panaudojimas yra labai įvairus – nuo ​​plėvelės 0,02 mm storio kondensatoriuose iki storų putų polistireno plokščių, naudojamų kaip izoliacinė medžiagašaldymo technologijoje.

8. Aplinkos problemos, kurias sukelia šio polimero naudojimas. Naudojimo ir perdirbimo pasiūlymai

Nuo septintojo dešimtmečio pasaulinė polimerų gamyba padvigubėjo kas penkerius metus, ir prognozuojama, kad šis augimo tempas tęsis iki 1990 m. Vienas iš lydinčių spartaus polimerų pramonės vystymosi padarinių yra kartu didėjantis polimerinių atliekų kiekis. Taigi Vokietijoje jie siekė 1977 m. 1,2 mln. tonų, JAV polimerinių atliekų 1980 m. siekė 6,4 mln. Plastikiniai gaminiai turi skirtingą tarnavimo laiką:

Pakuotė ir plėvelė – 1 metai

Batai ir Statybinės medžiagos- 2 metai

Žaislai – 5 metai

Sporto prekės – 6 metai

Kabelis – 15 metų

Mašinų dalys, indai, baldai - 10-20 metų

Pagrindinis aplinkos taršos šaltinis yra produktai, kurių tarnavimo laikas yra trumpas, daugiausia konteineriai ir pakuotės. Tokios taršos grėsmė pamažu tampa pasauline aplinkos problema. Polimerinės atliekos nei pūva, nei suyra ir šiukšlina ne tik žemę, bet ir upes bei jūros pakrantes.

Iki aštuntojo dešimtmečio pradžios polimerinių atliekų naikinimą stabdė daugumos didelio tonažo polimerų atsparumas gamtinių veiksnių – mikroorganizmų – poveikiui, saulės šviesa ir vandens. Būtent toks daugumos plastikų atsparumas irimui paskatino mokslininkus sukurti specialias biologiškai ir fotodegraduojančias, taip pat vandenyje tirpias polimerines medžiagas.

Plačiai naudojami polimerai, tokie kaip polietilenas, polipropilenas, polistirenas ir polivinilchloridas, skirtingai nei natūrali celiuliozė ir kaučiukas, kuriuos fermentinių reakcijų metu gali pasisavinti bakterijos ir grybeliai, pasižymi beveik absoliučiu atsparumu mikroorganizmams. Bandymai padaryti juos biologiškai skaidomus modifikuojant įvairiomis funkcinėmis grupėmis neduoda norimo rezultato. Paaiškėjo, kad polietilenas tampa „per kietas“ mikroorganizmams tik tada, kai jo molekulinė masė sumažėja 30–40 kartų, tai yra praktiškai oligomero pavidalu.

Daug žadantis būdas padaryti šiuos polimerus biologiškai skaidomus gali būti į juos įterpti užpildų, kurie tam tikromis sąlygomis tarnauja kaip mikroorganizmų mitybos šaltinis. Tokių užpildų buvimas lemia polimero atsparumo išoriniams poveikiams pablogėjimą, o tai galiausiai prisideda prie polimero grandinių sunaikinimo ir susidariusių oligomerinių fragmentų įsisavinimo bakterijų ir grybelių.

Naudotos literatūros sąrašas:

1. A.A Tager “Polimerų fizikinė chemija”, antroji leidykla, 1968 m.

2. Losev I.P. „Sintetinių polimerų chemija“

3. Malkin A.Ya. Fizik. chem. gamybos ir perdirbimo pagrindai. – M.: Chemija, 1975 – 263 p.

4. Chemijos paskaitų medžiaga

1.Pradinės medžiagos charakteristikos

2.Pagrindinės sintezės reakcijos

3. Polimero struktūra

4. Molekulinė masė. Molekulinės masės pasiskirstymas (MWD)

5. Cheminiai polimero virsmai

6. Naikinimas ir senėjimas

7. Technologinės savybės ir polimero panaudojimo sritys

8. Aplinkos problemos, kylančios dėl šio polimero naudojimo. Pasiūlymai dėl naudojimo ir perdirbimo

Admirolo Makarovo vardu pavadintas Nacionalinis laivų statybos universitetas

Santrauka šia tema:

Užbaigė 1161 grupės mokinys:

Bondaras Jurijus Andrejevičius

Patikrinta:

Lichko Elena Ivanovna

Mokslo Ministerija Rusijos Federacija ir mokslas

Rusijos Federacija

valstybė švietimo įstaiga aukštesnė

profesinį išsilavinimą

„Altajaus valstybinis technikos universitetas

juos. I.I. Polzunovas“

Abstraktus.

„Organinės chemijos“ disciplinoje tema:

"Polistirenas (polivinilbenzenas)"

Baigė studentas gr. PKM-71:

Barkhatova L. N.

Patikrintas vyresniojo mokytojo

PhyTCM skyriai: Arsentieva S.N.

Barnaulas 2008 m

Polimerų įvadas, bendrosios charakteristikos ir klasifikacija

1. Istorinė nuoroda

2. Polistirolo aprašymas

3. Pagrindinės savybės

3.1.Fizikinės savybės

3.2.Cheminės savybės

4. Kvitas

5. Supramolekulinė struktūra, konformacija, konfigūracija

6. Kietėjimo būdai

7. Pramoninis pritaikymas

Išvada

Bibliografija

Įvadas

Bendrosios polimerų charakteristikos ir klasifikacija

Jis vadinamas polimeru organinės medžiagos, kurio ilgos molekulės yra sudarytos iš identiškų pasikartojančių vienetų – monomerų.

Polimero molekulės dydis nustatomas pagal polimerizacijos laipsnį n , tie. grandžių skaičius grandinėje. Jei n = 10–20, medžiagos yra lengvosios alyvos. Didėjant n, didėja klampumas, medžiaga tampa vaškinė ir galiausiai, kai n = 1000, susidaro kietas polimeras. Polimerizacijos laipsnis neribotas: gali būti 10 4, tada molekulių ilgis siekia mikrometrus. Polimero molekulinė masė yra lygi monomero molekulinės masės ir polimerizacijos laipsnio sandaugai. Paprastai jis yra nuo 10 3 iki 3 × 10 5. Toks didelis molekulių ilgis neleidžia joms tinkamai supakuoti, o polimerų struktūra kinta nuo amorfinės iki iš dalies kristalinės. Kristališkumo dalį daugiausia lemia grandinių geometrija. Kuo arčiau grandinės sukrautos, tuo polimeras tampa kristališkesnis. Kristališkumas, net geriausiu atveju, pasirodo netobulas.

Amorfiniai polimerai lydosi temperatūros intervale, kuris priklauso ne tik nuo jų pobūdžio, bet ir nuo grandinių ilgio; kristaliniai turi lydymosi temperatūrą.

Pagal kilmę polimerai skirstomi į tris grupes: sintetinius polimerus (dirbtinius), natūralius organinius ir natūralius neorganinius polimerus.

Sintetiniai polimerai gaunami laipsniškai arba grandininiu būdu polimerizuojant mažos molekulinės masės polimerus.

Natūralūs neorganiniai polimerai yra, pavyzdžiui, išlydyta magma ir silicio oksidas.

Natūralūs organiniai polimerai susidaro dėl gyvybinės augalų ir gyvūnų veiklos, jų yra medienoje, vilnoje ir odoje. Tai baltymai, celiuliozė, krakmolas, šelakas, ligninas, lateksas.

Paprastai natūraliuose polimeruose atliekamos gryninimo ir modifikavimo operacijos, kurių metu pagrindinių grandinių struktūra išlieka nepakitusi. Tokio apdorojimo produktas yra dirbtiniai polimerai. Pavyzdžiui, natūralus kaučiukas, pagamintas iš latekso, celiuliozė, kuri yra nitroceliuliozė, plastifikuota kamparu, siekiant padidinti elastingumą.

Natūralūs ir dirbtiniai polimerai vaidino svarbų vaidmenį šiuolaikinėse technologijose, o kai kuriose srityse jie yra būtini iki šiol, pavyzdžiui, celiuliozės ir popieriaus pramonėje. Tačiau smarkiai išaugo organinių medžiagų gamyba ir vartojimas dėl sintetinių polimerų – medžiagų, gautų sintezės būdu iš mažos molekulinės masės medžiagų ir neturinčių analogų gamtoje. Didelės molekulinės masės medžiagų cheminės technologijos plėtra yra neatsiejama ir esminė šiuolaikinės mokslo ir technologijų revoliucijos dalis . Nė viena technologijų šaka, ypač naujosios technologijos, nebegali apsieiti be polimerų. Pagal cheminę struktūrą polimerai skirstomi į linijinius, šakotuosius, tinklinius ir erdvinius. Linijinių polimerų molekulės yra chemiškai inertiškos viena kitos atžvilgiu ir yra sujungtos viena su kita tik van der Waals jėgomis. Kaitinant tokių polimerų klampumas mažėja ir jie gali grįžtamai transformuotis iš pradžių į labai elastingą, o paskui į klampų tekėjimo būseną (1 pav.). Kadangi vienintelis šildymo poveikis yra plastiškumo pasikeitimas, linijiniai polimerai vadinami termoplastika. Nereikėtų manyti, kad terminas „linijinis“ reiškia tiesus, priešingai, jiems labiau būdinga dantyta arba spiralinė konfigūracija, kuri suteikia tokiems polimerams mechaninio stiprumo.

Termoplastiniai polimerai gali būti ne tik išlydyti, bet ir ištirpinti, nes van der Waals jungtys lengvai nutrūksta veikiant reagentams.

Šakotieji (skiepyti) polimerai yra stipresni nei linijiniai. Valdomas grandinių išsišakojimas yra vienas iš pagrindinių pramoniniai metodai termoplastinių polimerų savybių modifikavimas.

Tinklo struktūrai būdinga tai, kad grandinės yra sujungtos viena su kita, o tai labai apriboja judėjimą ir lemia tiek mechaninių, tiek cheminių savybių pokyčius. Paprastoji guma yra minkšta, tačiau vulkanizuojant siera susidaro kovalentiniai S-nulio tipo ryšiai, stiprėja. Polimeras gali įgyti tinklinę struktūrą ir spontaniškai, pavyzdžiui, veikiamas šviesos ir deguonies, sensta prarandant elastingumą ir našumą. Galiausiai, jei polimero molekulėse yra reaktyvių grupių, tai kaitinant jas jungia daug stiprių skersinių ryšių, polimeras susijungia, t.y., įgauna erdvinę struktūrą. Taigi kaitinimas sukelia reakcijas, kurios staigiai ir negrįžtamai pakeičia medžiagos savybes, kuri įgauna tvirtumo ir didelio klampumo, tampa netirpi ir netirpi. Dėl didelio molekulių reaktyvumo, kuris pasireiškia kylant temperatūrai, tokie polimerai vadinami termoreaktyvus. Nesunku įsivaizduoti, kad jų molekulės aktyvios ne tik viena kitos atžvilgiu, bet ir svetimkūnių paviršių atžvilgiu. Todėl termoreaktingi polimerai, skirtingai nei termoplastikai, turi didelį lipnumą net esant žemai temperatūrai, todėl juos galima naudoti kaip apsauginės dangos, klijai ir rišikliai kompozitinėse medžiagose.

Reakcijos metu susidaro termoplastiniai polimerai polimerizacija teka pagal schemą (2 pav.).

Grandininės polimerizacijos metu molekulinė masė padidėja beveik akimirksniu, tarpiniai produktai yra nestabilūs, reakcija jautri priemaišų buvimui ir, kaip taisyklė, reikalauja aukšto slėgio. Nenuostabu, kad toks procesas natūraliomis sąlygomis neįmanomas, o visi natūralūs polimerai susidarė kitaip. Šiuolaikinė chemija sukūrė naują įrankį – polimerizacijos reakciją ir jos dėka didelę termoplastinių polimerų klasę. Polimerizacijos reakcija įgyvendinama tik sudėtingoje specializuotų pramonės šakų įrangoje, o vartotojas gauna termoplastinius polimerus gatavu pavidalu.

Reaktyviosios termoreaktyviųjų polimerų molekulės gali būti suformuotos paprasčiau ir natūraliai- palaipsniui nuo monomero iki dimero, tada į trimerį, tetramerą ir tt Šis monomerų derinys, jų „kondensacija“ vadinamas reakcija polikondensacija; nereikalauja didelio grynumo ar slėgio, bet kartu keičiasi cheminė sudėtis ir dažnai išsiskiria šalutiniai produktai (dažniausiai vandens garai) (2 pav.). Būtent ši reakcija vyksta gamtoje; tai galima lengvai pasiekti tik šiek tiek kaitinant paprastos sąlygos, iki pat namų. Toks aukštas termoreaktingų polimerų gamybos pajėgumas suteikia daug galimybių gaminti įvairių gaminių ne chemijos įmonėse, įskaitant radijo gamyklas.

Nepriklausomai nuo pradinių medžiagų tipo ir sudėties bei gamybos metodų, polimerinės medžiagos gali būti klasifikuojamos taip: plastikai, pluoštai, laminuotas plastikas, plėvelės, dangos, klijai.

1. Istorinis pagrindas

Plastiko pramonė prasidėjo XX amžiaus sandūroje. Lengvai polimerizuojamas stirenas ir jo kietas stiklinis polimeras iškart patraukė dėmesį. Polistirolo gamybos chemijos ir technologijos pagrindus padėjo Ostromyslenskis ir Štaudingeris. Pastarasis pasiūlė grandininį polistireno makromolekulių susidarymo mechanizmą.

Pirmasis patentas polistireno gamybai (terminės spontaninės polimerizacijos būdu) buvo gautas Vokietijoje 1911 m. Pramoninė polimero gamyba prasidėjo 1920 m. 1936 metais jau buvo pagaminta 6000 tonų per metus.

Už Vokietijos ribų polistireno gamybos augimą ilgą laiką stabdė aukšta monomero kaina. Spartaus vystymosi postūmis buvo per Antrąjį pasaulinį karą JAV atsiradusi stambi stireno-butadieno kaučiuko gamyba, natūralu, kad stireno kainos sumažėjo. Po karo polistireno ir stireno kopolimerų, kurių sudėtyje yra daugiau nei 50 procentų stireno (priešingai nei stireno-butadieno gumos, kur stireno yra apie 30 procentų), gamyba vystėsi savarankiškai. Tokių efektyvių produktų kūrimas; kaip ir putų polistirenas, smūgiams atsparūs stireno polimerai, ABS plastikai, leido polistireniniam plastikui apskritai užimti trečią vietą pasaulinėje plastiko gamyboje po polietileno ir polivinilchlorido.

Tarp daugybės polimerinių medžiagų polistirenas užima ypatingą vietą. Ši medžiaga naudojama gaminant daugybę įvairių plastikinių gaminių, skirtų tiek buitiniam, tiek pramoniniam naudojimui. Šiandien susipažinsime su polistireno formule, jo savybėmis, gamybos būdais ir naudojimo kryptimis.

bendrosios charakteristikos

Polistirenas yra sintetinis polimeras, priklausantis termoplastų klasei. Kaip rodo pavadinimas, tai yra vinilbenzeno (stireno) polimerizacijos produktas. Tai kieta stiklinė medžiaga. Bendra polistireno formulė yra tokia: [CH 2 CH (C 6 H 5)] n. Sutrumpintoje versijoje jis atrodo taip: (C 8 H 8) n. Sutrumpinta polistireno formulė yra labiau paplitusi.

Cheminės ir fizinės savybės

Fenolinių grupių buvimas polistireno struktūrinio vieneto formulėje neleidžia tvarkingai išdėstyti makromolekulių ir formuotis kristalinėms struktūroms. Šiuo atžvilgiu medžiaga yra standi, bet trapi. Tai amorfinis polimeras, turintis mažą mechaninį stiprumą ir aukštas lygisšviesos pralaidumas. Jis gaminamas skaidrių cilindrinių granulių pavidalu, iš kurių ekstruzijos būdu gaunami reikalingi produktai.

Polistirenas yra geras dielektrikas. Jis tirpsta aromatiniuose angliavandeniliuose, acetone, esteriuose ir savo monomeruose. Polistirenas netirpus žemesniuosiuose alkoholiuose, fenoliuose, alifatiniuose angliavandeniliuose ir eteriuose. Kai medžiaga sumaišoma su kitais polimerais, įvyksta „kryžminis ryšys“, dėl kurio susidaro aukštesnių struktūrinių savybių stireno kopolimerai.

Medžiaga turi mažą drėgmės sugėrimą ir atsparumą radioaktyviajai spinduliuotei. Tuo pačiu metu jis sunaikinamas veikiant ledinėms acto ir koncentruotoms azoto rūgštims. Veikiamas ultravioletinių spindulių polistirenas genda – paviršiuje susidaro mikroįtrūkimai, pageltimas, didėja jo trapumas. Kai medžiaga kaitinama iki 200 °C, ji pradeda irti, kai išsiskiria monomeras. Tuo pačiu metu, pradedant nuo 60 ° C temperatūros, polistirenas praranda savo formą. Esant normaliai temperatūrai, medžiaga nėra toksiška.

Pagrindinės polistireno savybės:

1. Tankis - 1050-1080 kg/m3.
2. Minimali darbo temperatūra yra 40 laipsnių žemiau nulio.
3. Maksimali darbinė temperatūra yra 75 laipsniai Celsijaus.
4. Šiluminė talpa - 34*10 3 J/kg*K.
5. Šilumos laidumas - 0,093-0,140 W/m*K.
6. Šiluminio plėtimosi koeficientas yra 6*10 -5 Ohm cm.

Pramonėje polistirenas gaminamas naudojant radikalią stireno polimerizaciją. Šiuolaikinės technologijos leisti atlikti šį procesą minimalus kiekis nesureagavusi medžiaga. Reakcija gaminant polistireną iš stireno atliekama trimis būdais. Panagrinėkime kiekvieną iš jų atskirai.

Emulsija (PSE)

Tai yra labiausiai senas metodas sintezė, kuri niekada nebuvo plačiai pritaikyta pramonėje. Emulsinis polistirenas gaunamas polimerizuojant stireną vandeniniuose šarmų tirpaluose 85-95 °C temperatūroje. Šiai reakcijai reikalingos šios medžiagos: vanduo, stirenas, emulsiklis ir polimerizacijos proceso iniciatorius. Stirenas pirmiausia pašalinamas iš inhibitorių (hidrochinono ir tributil-pirokatecholio). Reakcijos iniciatoriai yra vandenyje tirpūs junginiai. Paprastai tai yra kalio persulfatas arba vandenilio dioksidas. Kaip emulsikliai naudojami šarmai, sulfonrūgščių druskos ir riebalų rūgščių druskos.

Procesas vyksta taip. Į reaktorių pilamas vandeninis ricinos aliejaus tirpalas ir, kruopščiai maišant, kartu su polimerizacijos iniciatoriais įpilamas stirenas. Gautas mišinys pašildomas iki 85-95 laipsnių. Muilo micelėse ištirpęs monomeras, patekęs iš emulsijos lašų, ​​pradeda polimerizuotis. Taip gaunamos polimero-monomero dalelės. Per 20% reakcijos laiko micelinis muilas sudaro adsorbcinius sluoksnius. Toliau procesas vyksta polimero dalelių viduje. Reakcija baigta, kai stireno kiekis mišinyje yra maždaug 0,5%.

Tada emulsija patenka į nusodinimo stadiją, kuri leidžia sumažinti likutinio monomero kiekį. Šiuo tikslu jis koaguliuojamas druskos tirpalu (valgoma druska) ir džiovinamas. Rezultatas yra miltelių pavidalo masė, kurios dalelių dydis yra iki 0,1 mm. Šarminės liekanos turi įtakos gautos medžiagos kokybei. Neįmanoma visiškai pašalinti priemaišų, o jų buvimas sukelia gelsvą polimero atspalvį. Šis metodas leidžia gauti didžiausios molekulinės masės stireno polimerizacijos produktą. Tokiu būdu gauta medžiaga turi pavadinimą PSE, kurią periodiškai galima rasti techniniuose dokumentuose ir senuose polimerų vadovėliuose.

Pakaba (PSS)

Šis metodas atliekamas dalimis, reaktoriuje su maišytuvu ir šilumą šalinančiu apvalkalu. Stirenui gaminti jis suspenduojamas chemiškai gryname vandenyje, naudojant emulsijos stabilizatorius (polivinilo alkoholis, natrio polimetakrilatas, magnio hidroksidas), taip pat polimerizacijos iniciatorius. Polimerizacijos procesas vyksta esant slėgiui, nuolat didėjant temperatūrai iki 130 ° C. Gaunama suspensija, nuo kurios centrifuguojant atskiriamas pirminis polistirenas. Po to medžiaga nuplaunama ir išdžiovinama. Šis metodas taip pat laikomas pasenusiu. Jis daugiausia tinka stireno kopolimerų sintezei. Jis daugiausia naudojamas putų polistirolo gamyboje.

Blokas (PSM)

Bendrosios paskirties polistirolo gamyba pagal šį metodą gali būti vykdoma pagal dvi schemas: visišką ir nepilną konversiją. Terminė polimerizacija pagal nepertraukiamą schemą atliekama sistemoje, kurią sudaro 2-3 nuosekliai sujungti kolonėlės reaktoriai, kurių kiekvienas turi maišytuvą. Reakcija vykdoma etapais, didinant temperatūrą nuo 80 iki 220 °C. Kai stireno virsmo laipsnis pasiekia 80-90%, procesas sustoja. Naudojant nepilną konversijos metodą, polimerizacijos laipsnis siekia 50-60%. Nesureagavusio stireno monomero likučiai pašalinami iš lydalo vakuuminiu būdu, todėl jo kiekis pasiekia 0,01-0,05%. Blokiniu būdu pagamintas polistirenas pasižymi dideliu stabilumu ir grynumu. Ši technologija yra pati efektyviausia dar ir todėl, kad joje praktiškai nėra atliekų.

Polistirolo panaudojimas

Polimeras gaminamas skaidrių cilindrinių granulių pavidalu. Jie perdirbami į galutinius produktus ekstruzijos arba liejimo būdu 190-230 °C temperatūroje. Iš polistireno gaminama daugybė plastikų. Jis tapo plačiai paplitęs dėl savo paprastumo, žemos kainos ir plataus prekių ženklų asortimento. Medžiaga naudojama gaminant daugybę daiktų, kurie tapo neatsiejama mūsų kasdienio gyvenimo dalimi (vaikiški žaislai, pakuotės, vienkartiniai indai ir pan.).

Polistirenas plačiai naudojamas statybose. Iš jo gaminamos termoizoliacinės medžiagos - daugiasluoksnės plokštės, plokštės, nuolatiniai klojiniai ir kt. Be to, iš šios medžiagos gaminamos apdailos dekoratyvinės medžiagos - lubų bagetai ir dekoratyvinės plytelės. Medicinoje polimeras naudojamas vienkartiniams instrumentams ir kai kurioms kraujo perpylimo sistemų dalims gaminti. Putų polistirenas taip pat naudojamas vandens valymo sistemose. IN Maisto pramone Jie naudoja tonas pakavimo medžiagos, pagamintos iš šio polimero.

Taip pat yra smūgiams atsparaus polistirolo, kurio formulė keičiama pridedant butadieno ir butadieno stireno gumos. Šio tipo polimerai sudaro daugiau nei 60% visos polistireninio plastiko produkcijos.

Dėl itin mažo medžiagos klampumo benzene galima gauti tam tikros koncentracijos mobilius tirpalus. Tai lemia polistirolo naudojimą vienoje iš napalmo rūšių. Jis atlieka tirštiklio vaidmenį, kuriame, didėjant polistireno molekulinei masei, klampumo ir temperatūros santykis mažėja.

Privalumai

Baltas termoplastinis polimeras gali būti puikus PVC plastiko pakaitalas, o skaidrus gali būti puikus organinio stiklo pakaitalas. Medžiaga išpopuliarėjo daugiausia dėl savo lankstumo ir lengvo apdorojimo. Jis yra puikiai suformuotas ir apdorotas, apsaugo nuo šilumos nuostolių ir, svarbiausia, turi mažą kainą. Dėl to, kad polistirenas gerai praleidžia šviesą, jis naudojamas net pastatų stiklinimui. Tačiau tokio stiklo negalima dėti saulėtoje pusėje, nes medžiaga blogėja veikiant ultravioletiniams spinduliams.

Polistirenas jau seniai naudojamas putplasčiui ir susijusioms medžiagoms gaminti. Putų polistirolo termoizoliacinės savybės leidžia jį naudoti įvairios paskirties pastatų sienoms, grindims, stogams ir luboms izoliuoti. Tai dėka gausos izoliacinės medžiagos, kuriai vadovauja polistireninis putplastis, paprasti žmonės žino apie medžiagą, kurią svarstome. Šios medžiagos yra lengvai naudojamos, atsparios puvimui ir agresyviai aplinkai, taip pat pasižymi puikiomis termoizoliacinėmis savybėmis.

Trūkumai

Kaip ir bet kuri kita medžiaga, polistirenas turi trūkumų. Visų pirma, tai yra aplinkos nesaugumas ( mes kalbame apie apie saugių šalinimo būdų trūkumą), trapumą ir gaisro pavojų.

Perdirbimas

Pats polistirenas nėra pavojingas aplinkai, tačiau kai kurie iš jo pagaminti gaminiai reikalauja ypatingo tvarkymo.

Atliekos ir jų kopolimerai kaupiasi nebenaudojamų produktų ir pramoninių atliekų pavidalu. Polistireninio plastiko perdirbimas atliekamas keliais būdais:

1. Pramoninių atliekų, kurios buvo labai užterštos, šalinimas.
2. Technologinių atliekų apdorojimas liejimo, ekstruzijos ir presavimo būdais.
3. Susidėvėjusių gaminių išmetimas.
4. Mišrių atliekų išvežimas.

Polistirolo perdirbimas leidžia iš senų žaliavų gauti naujus aukštos kokybės gaminius neteršiant aplinką. Viena iš perspektyvių polimerų apdirbimo sričių – polistireninio betono gamyba, kuris naudojamas mažaaukščių pastatų statybai.

Polimerų skilimo produktai, susidarę terminio ardymo arba terminio oksidacinio skilimo metu, yra toksiški. Apdorojant polimerą, dalinio sunaikinimo metu gali išsiskirti benzeno, stireno, etilbenzeno, anglies monoksido ir tolueno garai.

Degimas

Deginant polimerus, išsiskiria anglies dioksidas, anglies monoksidas ir suodžiai. Apskritai polistireno degimo reakcijos lygtis atrodo taip: (C 8 H 8) n + O 2 = CO 2 + H 2 O. Polimero, kuriame yra priedų (stiprumą didinančių komponentų, dažiklių ir kt.), degimas. ) išskiria daug kitų kenksmingų medžiagų.