Полистирол свойства и противопоказания

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 9 июля 2018;
проверки требуют 9 правок.

Полистиро́л — продукт полимеризации стирола (винилбензола), термопластичный полимер линейной структуры.

Свойства[править | править код]

Степень полимеризации промышленно выпускаемых полистиролов n = 600—2500, коэффициент полидисперсности ( — среднемассовая, — среднечисловая молекулярные массы). В зависимости от метода синтеза и степени полимеризации индекс текучести составляет 1,4-30 граммов за 10 минут, температура размягчения (по Вика, 200 МПа) 97 °C для аморфного и 114 °C для частично кристаллизованного полистирола[1].

Фенильные группы препятствуют упорядоченному расположению макромолекул и формированию кристаллических образований.

Полистирол — жёсткий хрупкий аморфный полимер с высокой степенью оптического светопропускания, невысокой механической прочностью. Полистирол имеет низкую плотность (1060 кг/м³), усадка при литьевой переработке 0,4-0,8 %. Полистирол обладает отличными диэлектрическими свойствами и неплохой морозостойкостью (до −40 °C). Имеет невысокую химическую стойкость (кроме разбавленных кислот, спиртов и щелочей).

Растворяется в сероуглероде, пиридине, ацетоне, толуоле, дихлорэтане, хлороформе, четырёххлористом углероде, сложных эфирах, медленнее — в бензине[2]. Нерастворим в воде.
Термопластичный материал. Полистирол легко формуется и окрашивается. Хорошо обрабатывается механическими способами. Хорошо склеивается. Обладает низким влагопоглощением, высокой влагостойкостью и морозостойкостью.

При сильном (выше 300 °C) нагревании полистирол разлагается с выделением паров мономера (стирола)[3] и других продуктов распада полимерных цепей. На воздухе горит жёлтым коптящим пламенем.

Получение[править | править код]

Промышленное производство полистирола основано на радикальной полимеризации стирола. Различают 3 основных способа его получения:

Эмульсионный (ПСЭ)[править | править код]

Наиболее устаревший метод получения, не получивший широкого применения в производстве.
Эмульсионный полистирол получают в результате реакции полимеризации стирола в водном растворе щелочных веществ при температуре 85-95 °C. Для этого метода требуются стирол, вода, эмульгатор и инициатор полимеризации. Стирол предварительно очищают от ингибиторов: требутил-пирокатехина или гидрохинона. В качестве инициаторов реакции применяют водорастворимые соединения, двуокись водорода или персульфат калия. В качестве эмульгаторов применяют соли жирных кислот, щелочи (мыло), соли сульфокислот. Реактор наполняют водным раствором касторового масла и, тщательно перемешивая, вводят стирол и инициаторы полимеризации, после чего полученная смесь нагревается до 85-95 °C. Мономер, растворённый в мицеллах мыла, начинает полимеризоваться, поступая из капель эмульсии. В результате чего образуются полимер-мономерные частицы. На стадии 20 % полимеризации мицеллярное мыло расходуется на образование адсорбированных слоёв и процесс далее протекает внутри частиц полимера.
Процесс заканчивается, когда содержание свободного стирола станет менее 0,5 %. Далее эмульсия транспортируется из реактора на стадию осаждения с целью дальнейшего снижения остаточного мономера, для этого эмульсию коагулируют раствором поваренной соли и сушат, получая порошкообразную массу с размерами частиц до 0,1 мм.
Остатки щелочных веществ влияют на качество полученного материала, поскольку полностью устранить посторонние примеси невозможно, а их наличие придаёт полимеру желтоватый оттенок. Этим методом можно получать полистирол с наибольшей молекулярной массой. Полистирол, получаемый по данному методу, имеет аббревиатуру ПСЭ, которая встречается в технической документации и старых учебниках по полимерным материалам.

Суспензионный (ПСС)[править | править код]

Суспензионный метод полимеризации производится по периодической схеме в реакторах с мешалкой и теплоотводящей рубашкой.
Стирол подготавливают, суспендируя его в химически чистой воде посредством применения стабилизаторов эмульсии (поливинилового спирта, полиметакрилата натрия, гидроксида магния) и инициаторов полимеризации. Процесс полимеризации производится при постепенном повышении температуры (до 130 °C) под давлением. Результатом является получение суспензии, из которой полистирол выделяют путём центрифугирования, затем его промывают и сушат. Данный метод получения полистирола также является устаревшим и наиболее пригоден для получения и сополимеров стирола. Данный метод в основном применяется в производстве пенополистирола.

Блочный или получаемый в массе (ПСМ)[править | править код]

Различают две схемы производства полистирола общего назначения: полной и неполной конверсии. Термическая полимеризация в массе по непрерывной схеме представляет собой систему последовательно соединённых 2-3 колонных аппарата-реактора с мешалками. Полимеризацию проводят постадийно в среде бензола — сначала при температуре 80-100 °C, а затем стадией 100—220 °C. Реакция прекращается при степени превращения стирола в полистирол до 80-90 % массы (при методе неполной конверсии степень полимеризации доводят до 50-60 %). Непрореагировавший стирол-мономер удаляют из расплава полистирола вакуумированием, понижая содержание остаточного стирола в полистироле до 0,01-0,05 %, непрореагировавший мономер возвращается на полимеризацию. Полистирол, полученный блочным методом отличается высокой чистотой и стабильностью параметров. Данная технология наиболее эффективна и практически не имеет отходов.

Применение[править | править код]

Стаканчик для йогурта из ударопрочного полистирола

Выпускается в виде прозрачных гранул цилиндрической формы, которые перерабатываются в готовые изделия литьём под давлением либо экструзией при 190—230 °C. Широкое применение полистирола (ПС) и пластиков базируется на его невысокой стоимости, простоте переработки и огромном ассортименте различных марок.

Наиболее широкое применение (более 60 % производства полистирольных пластиков) получили ударопрочные полистиролы, представляющие собой сополимеры стирола с бутадиеновым и бутадиен-стирольным каучуком. В настоящее время созданы и другие многочисленные модификации сополимеров стирола.

Из полистиролов производят широчайшую гамму изделий, которые в первую очередь применяются в бытовой сфере деятельности человека (одноразовая посуда, упаковка, детские игрушки и т. д.), а также строительной индустрии (теплоизоляционные плиты, несъемная опалубка, сэндвич панели), облицовочные и декоративные материалы (потолочный багет, потолочная плитка, полистирольные звукопоглощающие элементы, клеевые основы, полимерные концентраты), медицинское направление (части систем переливания крови, чашки Петри, вспомогательные одноразовые инструменты). Вспенивающийся полистирол после высокотемпературной обработки водой или паром может использоваться в качестве фильтрующего материала (фильтрующей насадки) в колонных фильтрах при водоподготовке и очистке сточных вод. Высокие электротехнические показатели полистирола в области сверхвысоких частот позволяют применять его в производстве: диэлектрических антенн, опор коаксиальных кабелей. Могут быть получены тонкие плёнки (до 100 мкм), а в смеси с со-полимерами (стирол-бутадиен-стирол) до 20 мкм, которые также успешно применяются в упаковочной и кондитерской индустрии, а также производстве конденсаторов.

Ударопрочный полистирол и его модификации получили широкое применение в сфере бытовой техники и электроники (корпусные элементы бытовых приборов).

Военная промышленность

Предельно низкая вязкость полистирола в бензоле, позволяющая даже в предельных концентрациях получать всё ещё подвижные растворы,[4] обусловила использование полистирола в составе одной из разновидностей напалма[5] в качестве загустителя, зависимость «вязкость-температура» которого, в свою очередь, уменьшается с увеличением молекулярной массы полистирола[4].

Утилизация[править | править код]

Считается, что полистирол не представляет опасности для окружающей среды.[6]. Существуют насекомые, которые едят полистирол без вреда для здоровья. Так Веймин Ву, биолог из Стэнфордского университета, обнаружил, что большой и малый мучные хрущаки едят полистирол[7]. Ву выяснил, что 90 % продуктов переваривания полистирола покидает организм хрущаков через сутки после его поедания[7]. Остальной полистирол усваивается хрущаками, причем никаких признаков отравления им выявлено не было[7]. Через двое суток после поедания пластика в организмах хрущаков остается всего 0,27 % токсина гексабромциклодекана, который добавляется в пластик для термостойкости[7].

Переработка[править | править код]

Отходы полистирола накапливаются в виде вышедших из употребления изделий из ПС и его сополимеров, а также в виде промышленных (технологических) отходов ПС общего назначения, ударопрочного ПС (УПС) и его сополимеров. Вторичное использование полистирольных пластиков может идти по следующим путям:

утилизация сильно загрязнённых промышленных отходов;
утилизация технологических отходов УПС и АБС-пластика методами литья под давлением, эктрузии и прессования;
утилизация изношенных изделий;
утилизация отходов пенополистирола (ППС);
утилизация смешанных отходов.

Сжигание[править | править код]

При сжигании полистирола образуется диоксид углерода (CO2), монооксид углерода (CO — угарный газ), сажа. Сжигание полистирола, содержащего добавки (например, красители, компоненты, увеличивающие прочность и т. п.) может привести к выбросу в атмосферу других вредных веществ.

Термодеструкция[править | править код]

Продукты разложения полистирола, образующиеся при термодеструкции и при термоокислительной деструкции, токсичны. При переработке полистирола в результате частичной деструкции материала могут выделяться пары стирола, бензола, этилбензола, толуола, оксида углерода.[6]

Виды и маркировки полистирола и его сополимеров[править | править код]

В мире используются следующие стандартные аббревиатуры:

PS — polystyrene, полистирол (ПС)
GPPS — general purpose polystyrene (полистирол общего назначения, неударопрочный, блочный, иногда называемый «кристаллическим», ПСЭ, ПСС или ПСМ маркировка зависит от способа получения)
MIPS — medium-impact polystyrene (средней ударопрочности)
HIPS — high-impact polystyrene (ударопрочный, УПС, УПМ)
EPS — expanded polystyrene (вспенивающийся полистирол, ПСВ)
Аббревиатура MIPS используется сравнительно редко.

Сополимеры стирола:

ABS — Акрилонитрил-бутадиен-стирольный сополимер (АБС-пластик, АБС-сополимер)
ACS — Акрилонитрил-хлорэтилен-стироловый сополимер (АХС-сополимер)
AES, A/EPDM/S — Сополимер акрилонитрила, СКЭПТ и стирола (АЭС-сополимер)
ASA — Сополимер акрилового эфира, стирола и акрилонитрила (АСА-сополимер)
ASR — Ударопрочный сополимер стирола (Advanced Styrene Resine))
MABS, M-ABS — Сополимер метилметакрилата, акрилонитрила, бутадиена и стирола, прозрачный АБС
MBS — Метилметакрилат-бутадиен-стирольный сополимер (МБС-сополимер)
MS, SMMA — Сополимер метилметакрилата и стирола (МС)
MSN — Сополимер метилметакрилата, стирола и акрилонитрила (МСН)
SAM — Сополимер стирола и метилстирола (САМ)
SAN, — AS — Сополимер стирола и акрилонитрила (САН, СН)
SMA, S/MA — Стирол-малеиново-ангидридный сополимер

Сополимеры стирола — термопластичные эластомеры:

ESI — Этилен-стирольный интерполимер
SB, S/B — Стирол-бутадиеновый сополимер
SBS, S/B/S — Стирол-бутадиен-стирольный сополимер
SEBS, S-E/B-S — Стирол-этилен-бутилен-стирольный сополимер
SEEPS, S-E-E/P-S — Стирол-этилен-этилен/пропилен-стирольный сополимер
SEP — Стирол-этилен-пропиленовый сополимер
SEPS, S-E/P-S — Стирол-этилен-пропилен-стирольный сополимер
SIS — Стирол-изопрен-стирольный сополимер

См. также[править | править код]

Пенополистирол
Пенокартон

Примечания[править | править код]

↑
Krevelen, Dirk Willem; Klaas Te Nijenhuis. Properties of Polymers: Their Correlation With Chemical Structure; Their Numerical Estimation and Prediction from Additive Group Contributions (англ.). — Elsevier, 2009. — P. 849. — ISBN 9780080548197.
↑ В. А. Рабинович, З. Я. Хавин. Краткий химический справочник. — Ленинградское отделение: «ХИМИЯ», 1978. — 356 с.
↑ Шульпин Г. Эти разные полимеры (рус.) // Наука и жизнь. — 1982. — № 3. — С. 80—83.
↑ 1 2 Штаудингер Г. Высокомолекулярные органические соединения. Каучук и целлюлоза. Die hochmolekularen organischen Verbindugen, Kautschuk und Cellulose. пер. с немецкого, — Ленинград, ОНТИ, 1935
↑ Напалм. [www.xumuk.ru/encyklopedia/2/2747.html Краткая химическая энциклопедия. Том 3 (Мальтаза-Пиролиз)] Под ред. Н. Л. Кнунянц. Справочник в 5-ти т. — М., «Советская энциклопедия», 1967. с.360-361
↑ 1 2 ТУ 2214-126-05766801-2003. Полистирол. Технические условия
↑ 1 2 3 4 Discovery. — 2020. — № 5 (130). — С. 9.

Некоторые внешние ссылки в этой статье ведут на сайты, занесённые в спам-лист.

Эти сайты могут нарушать авторские права, быть признаны неавторитетными источниками или по другим причинам быть запрещены в Википедии. Редакторам следует заменить такие ссылки ссылками на соответствующие правилам сайты или библиографическими ссылками на печатные источники либо удалить их (возможно, вместе с подтверждаемым ими содержимым).

Список проблемных доменов

Источник

Листовой полистирол (polystyrene) – одна из разновидностей термопластичных полимеров, образуемая путем полимеризации мономера стирола. Продукт относится к практичному и легкому пластику, используемому в строительстве, медицине, промышленной и сельскохозяйственной сфере. На сегодня он почти не имеет аналогов. Родственные ему материалы обладают более высокой ценой и худшими эксплуатационными характеристиками, поэтому изделия из полистирола еще долго будут востребованы на рынке.

Полистирол свойства и противопоказания

Что это за материал?

В основе материала лежит бесцветная жидкость винилбензол, которая после прохождения полимеризации преобразуется в твердое стеклоподобное вещество с высокой степенью пропускания света. Производство продукта осуществляется несколькими способами:

Эмульсионный – чтобы получить полистирол листовой, винилбензол подвергают реакции в водном растворе щелочи при температуре около 95 °C.
Суспензионный – стирол смешивают со стабилизаторами эмульсии и полимеризируют под давлением с плавным поднятием температуры до 130 °С.
Блочный – для производства применяют схемы полной либо неполной конверсии с поэтапной полимеризацией сначала при t до 100 °С, затем – до 220 °С.

В рамках производственного процесса происходит образование прозрачных гранул, которые перерабатывают в лист полистирола посредством литья или экструзионным методом. Получаемый продукт имеет малую плотность и может пропускать до 90 % солнечных лучей.

Виды материала

В зависимости от способа изготовления и структурных особенностей материал может быть общего назначения (ПС), ударопрочным (УПМ) и экструдированным (вспененным).

Общего назначения

Полистирол свойства и противопоказания

Обычный полистирол ГОСТ 20282-86 похож на акриловое стекло. Он отличается повышенной хрупкостью, но имеет хорошие диэлектрические свойства, устойчивость к кислотам и щелочам. Изготовление пластиковых гранул осуществляется блочным или суспензионным методом. В дальнейшем стеклоподобное вещество принято экструдировать в листовой материал следующих видов:

Гладкий плазгаль – светорассеивающий полистирол с небольшой прочностью и стойкостью к низким температурам (до -40 °C). Толщина листов составляет от 2 до 6 мм.
Рифленый плазгаль – листы толщиной 1,7–3 мм с тиснением, преломляющим потоки солнечного света. Наибольшее распространение он находит в светотехнической сфере и оформлении интерьера.

Ударопрочный

Данный тип материала производят путем полимеризации винилбензола с добавлением бутадиенового каучука. Ударопрочный полистирол характеризуется мягкоплавкостью, простотой в механической обработке и экологической чистотой. Степень его прочности зависит от объема добавляемого каучука. Так, содержание добавок в сверхударопрочном продукте составляет 10–15 %, а в материале средней прочности – не более 4,5 %.

В связи с каучуковой фазой полимер обладает низким уровнем светопропускания. Как правило, он представляет собой полистирол листовой черный глянцевый или матовые листы в различном цветовом исполнении. По твердости и диэлектрическим параметрам ударопрочный пластик имеет одинаковые значения с материалом общего назначения.

Экструдированный

Экструдированный ПС – это продукт с пористой закрытой структурой, которая значительно повышает его плотность. Изготовление термопласта осуществляется посредством нагревания гранул с пенообразованием и последующей экструзией в полистирол прозрачный листовой или рулонный. Сфера применения этого вида пластмассы охватывает теплоизоляцию фундаментов в гражданских и промышленных сооружениях, утепление полов, кровли, внутренних и наружных стен.

Полистирол свойства и противопоказания

Близкими к вспененному продукту являются пенопласт и пенополистирол. Однако рассматриваемый полимер имеет более высокую плотность, отличается хорошей степенью светопропускания (до 90 %) и стойкостью к агрессивной среде. Экструдированный материал полистирол можно использовать в местах с повышенным уровнем влажности, поскольку он влагоустойчив и невосприимчив к грибкам.

Технические характеристики

Во многих сферах хозяйствования полистирольные листы служат отличным заменителем стекла. Будучи эффективным светорассеивателем, они могут использоваться в изготовлении декоративной подсветки или для остекления парников и теплиц. Но прежде чем купить полистирол, характеристики и описание этого материала следует рассмотреть в первую очередь.

Физические и химические свойства

Многие свойства полимера зависят от его молекулярной массы, способа получения и других факторов. Чем выше низкомолекулярная фракция гранул, тем ниже температура размягчения и прочность полистирола. В целом полимер общего назначения имеет следующие характеристики:

плотность – 1,05 г/см³;
коэффициент преломления – 12,59;
стойкость на изгиб – 103 МПа;
теплопроводность – 0,16 Вт/м К;
стойкость на растяжение – 55 МПа;
устойчивость на удлинение – 3 %.

Габариты тех или иных разновидностей материала могут существенно различаться, поэтому выбирая полистирол, размер листа лучше уточнять у производителя. В частности, компания «Полигаль Восток» реализует гладкий плазгаль в Москве в размерах 2050х3050 мм, рифленый – 1200х1800 мм.

Пожароопасные свойства

Значение кислородного индекса ПС составляет 17–19 %, а это значит, что негорючесть – не самая сильная его сторона. Продукт является сгораемым материалом, не теряющим своих горючих качеств даже в составе железобетонного каркаса. Если при строительстве используется полистирол, характеристики и свойства листов часто привлекают внимание пожарных служб. Поэтому при реализации продукции производители придерживаются открытой позиции и уведомляют покупателей о повышенной пожарной опасности предлагаемого товара.

Вместе с тем, полимер не склонен к самовозгоранию. Его воспламенение может происходить только при контакте с открытым огнем, но при этом он способен выделять токсичные газы. Стоит отметить, что в последние годы многие производители стремятся улучшить пожаробезопасность материала и создают негорючий полистирол, используя в этих целях различные добавки (агенты антипирена) и дымопоглощающие компоненты.

Область применения

Благодаря прочностным и светопропускающим характеристикам материал находит обширное применение в быту и хозяйственной сфере:

Он не имеет запаха и безопасен для человеческого здоровья, поэтому может контактировать с продуктами питания. Полистирол матовый или глянец часто применяют для производства одноразовой посуды, изготовления упаковки, детских игрушек, канцелярских товаров.
В строительстве полимер востребован при теплоизоляции зданий, изготовлении потолочных панелей, различных звукопоглощающих компонентов. Нередко его используют для устройства оранжерей, отделки жилых помещений или создания предметов декора.
Отличные диэлектрические качества материала обусловили его распространение в светотехнической сфере. Полистирол черный применяют в производстве кабеля, антенн, конденсаторной пленки.
Из матовых разновидностей полимера изготавливают медицинский инструментарий – системы переливания крови, шприцы, чашки Петри.
Такой вид продукта, как полистирол опал светорассеивающий, распространен в интерьерной и наружной рекламе, изготовлении выставочного оборудования, витрин, электротехники.

Методы обработки

Если возникла необходимость обработать полистирол, свойства этого пластика необходимо изучить с особым вниманием. Несмотря на высокую прочность, при сгибании он может резко сломаться, поэтому при сверлении под листы подкладывают деревянный брусок. Разрезание материала производится ручным инструментом или дисковой пилой. Если разрезается полистирол, толщина которого менее 2 мм, можно использовать лобзик.

Для формовки листов применяют вакуумный способ или метод нагнетания воздуха под давлением. Если планируется создание специальных покрытий, изделия подвергают металлизации или оклеивают зеркальной пленкой. Также существует возможность нанесения на полистирол прозрачный красок или печати, что особенно актуально при изготовлении рекламных конструкций.

Преимущества

По своим свойствам и эксплуатационным параметрам материал успешно конкурирует со многими другими видами термопластов. Он обладает высокой химической стойкостью и не реагирует на контакт со спиртсодержащими веществами или разбавленными кислотами. Однако нужно учитывать, что на полистирол пластик не лучшим образом воздействуют технические масла и органические растворители.

Материал отличается простотой в обработке. Он легко поддается сверлению, фрезерованию, пилению и другим необходимым работам. Если необходимо склеить полистирол, вес 1м2 и небольшая толщина позволяют сделать это без особых усилий. Его можно соединять при помощи полимерных составов или сваривать некоторыми видами сварки (термосваркой, ультразвуком).

Среди других преимуществ отметим:

термопластичность, позволяющая создавать пластиковые изделия любых форм и размеров;
большой выбор цветовой гаммы – opal, черный, белый, зеленый и др. (если вы планируете купить полистирол, фото готовых конструкций помогут подобрать нужный оттенок);
устойчивость к влажности и биологическая безопасность;
повышенная износостойкость и способность сохранять свои эстетические характеристики долгие годы.

В завершение нужно отметить, что полистирольные листы – это недорогой материал, который обходится гораздо дешевле многих своих аналогов. Разнообразные цвета и размеры полистирола позволяют покупателям подобрать приемлемый вариант, обеспечив существенную экономию средств на производственных или строительных работах.

Источник