Polistirolo: formula, proprietà, preparazione, uso

In un'ampia varietà di materiali polimerici il polistirene occupa un posto speciale. Da questo materiale produce una grande quantità di vari prodotti in plastica per uso sia domestico che industriale. Oggi faremo conoscere la formula del polistirene, le sue proprietà, i metodi di produzione e le istruzioni per l'uso.

Caratteristiche generali

Il polistirene è un polimero sintetico della classe termoplastica. Come suggerisce il nome, è un prodotto della polimerizzazione del vinil benzene (stirene). È un solido materiale vetroso. La formula per il polistirene in generale è la seguente: [CH ₂ CH (C ₆ H ₅ )] _n . In una versione abbreviata, appare come segue: (C ₈ H ₈ ) _n . La formula di polistirolo accorciato è più comune.

Proprietà chimiche e fisiche

La presenza di gruppi fenolici nella formula dell'unità strutturale di polistirene impedisce il posizionamento ordinato di macromolecole e la formazione di strutture cristalline. A questo proposito, il materiale è duro, ma fragile. È un polimero amorfo con bassa resistenza meccanica e alto livello di trasmissione della luce. È prodotto sotto forma di granuli cilindrici trasparenti, da cui i prodotti necessari sono ottenuti per estrusione.

Il polistirolo è un buon dielettrico. È solubile in idrocarburi aromatici, acetone, esteri e monomero. In alcoli inferiori, fenoli, idrocarburi alifatici e eteri il polistirene non è solubile. Quando si mescola la sostanza con altri polimeri, si verifica una "reticolazione", a seguito della quale si formano copolimeri di stirene, che hanno proprietà strutturali più elevate.

La sostanza ha un basso assorbimento di umidità e resistenza alle radiazioni. Tuttavia, viene distrutto dall'acido acetico glaciale e concentrato acido nitrico. Quando si espone al polistirene ultravioletto si deteriora - microcrack e yellowness si formano sulla superficie e la sua fragilità aumenta. Quando la sostanza viene riscaldata a 200 ° C, inizia a decomporsi con il rilascio di monomero. Allo stesso tempo, partendo da una temperatura di 60 ° C, il polistirene perde la sua forma. A temperature normali, la sostanza non è tossica.

Le principali proprietà del polistirolo:

1. Densità: 1050-1080 kg / m ³ .
2. Temperatura operativa minima - 40 gradi di gelo.
3. La temperatura massima di esercizio è di 75 gradi.
4. Capacità di calore - 34 * 10 ³ J / kg * K.
5. Conduttività termica - 0,093-0,140 W / m * K.
6. Il coefficiente di espansione termica è 6 * 10 ^-5 Ohm · cm.

Produzione di polistirolo

Nell'industria, il polistirene è ottenuto per polimerizzazione radicalica dello stirene. Le moderne tecnologie consentono di eseguire questo processo con una quantità minima di sostanza non reagita. La reazione di ottenere il polistirene dallo stirene viene effettuata in tre modi. Considerare separatamente ciascuno di essi.

Emulsione (PSE)

Questo è il più antico metodo di sintesi, che non ha ricevuto un'ampia applicazione industriale. L'emulsione polistirene si ottiene nel processo di polimerizzazione dello stirene in soluzioni acquose di alcali ad una temperatura di 85-95 ° C. Le seguenti sostanze sono necessarie per questa reazione: acqua, stirene, emulsionante e iniziatore di polimerizzazione. Lo stirene è pre-liberazione di inibitori (idrochinone e tributil-pirocatechina). Gli iniziatori della reazione sono composti idrosolubili. Di norma, è persolfato di potassio o diossido di idrogeno. Alcali, sali di acidi solfonici e sali di acidi grassi vengono utilizzati come emulsionanti.

Il processo è il seguente. Una soluzione acquosa di olio di ricino viene versata nel reattore e, con completa miscelazione, viene introdotto lo stirene insieme agli iniziatori di polimerizzazione. La miscela risultante viene riscaldata a 85-95 gradi. Il monomero sciolto nelle micelle del sapone, a partire dalle goccioline di emulsione, inizia a polimerizzare. Ecco come si ottengono le particelle di monomero polimerico. Durante il tempo di reazione del 20%, il sapone micellare va alla formazione di strati di adsorbimento. Successivamente, il processo passa all'interno delle particelle di polimero. La reazione viene completata quando il contenuto di stirene nella miscela è circa 0,5%.

Successivamente, l'emulsione entra nello stadio di deposizione, che consente di ridurre il contenuto di monomero residuo. A tal fine, viene coagulato con una soluzione di sale (cottura) ed essiccato. Il risultato è una massa di polvere con una dimensione delle particelle fino a 0,1 mm. Il resto degli alcali influisce sulla qualità del materiale ottenuto. Rimuovere le impurità completamente impossibili e la loro presenza causa una sfumatura giallastra del polimero. Questo metodo consente di ottenere il prodotto di polimerizzazione dello stirene con il più alto peso molecolare. La sostanza ottenuta in questo modo ha la denominazione PSE, che può essere trovata periodicamente in documenti tecnici e vecchi libri di testo su polimeri.

Sospensione (PSS)

Questo metodo viene eseguito secondo uno schema periodico, in un reattore dotato di un agitatore e di una camicia che dissipa il calore. Per preparare lo stirene, esso viene sospeso in acqua chimicamente pura utilizzando stabilizzanti di emulsione (alcool polivinilico, polimetacrilato di sodio, idrossido di magnesio), nonché iniziatori di polimerizzazione. Il processo di polimerizzazione avviene sotto pressione, con un costante aumento della temperatura, fino a 130 ° C. Il risultato è una sospensione, dalla quale il polistirene primario viene separato per centrifugazione. Successivamente, la sostanza viene lavata e asciugata. Questo metodo è anche considerato obsoleto. È adatto principalmente alla sintesi di copolimeri stirenici. Viene utilizzato principalmente nella produzione di polistirene espanso.

Block (PSM)

L'ottenimento di polistirene per uso generale nell'ambito di questo metodo può essere effettuato secondo due schemi: conversione completa e incompleta. La polimerizzazione termica in uno schema continuo viene eseguita su un sistema costituito da 2-3 reattori di apparecchi a colonna collegati in serie, ciascuno dei quali è dotato di un agitatore. La reazione viene eseguita gradualmente, aumentando la temperatura da 80 a 220 ° C. Quando il grado di conversione dello stirene raggiunge l'80-90%, il processo si arresta. Con il metodo di conversione incompleta, il grado di polimerizzazione raggiunge il 50-60%. I resti di monomero di stirene non reagito vengono rimossi dal fuso mediante aspirazione, portando il suo contenuto allo 0,01-0,05%. Il polistirene ottenuto mediante metodo a blocchi è caratterizzato da elevata stabilità e purezza. Questa tecnologia è la più efficace, anche perché non ha praticamente sprechi.

Applicazione in polistirolo

Il polimero viene prodotto sotto forma di granuli cilindrici trasparenti. Nei prodotti finali del loro perebaryvaya per estrusione o colata, a una temperatura di 190-230 ° C. Il polistirolo produce una grande quantità di plastica. È stato diffuso grazie alla sua semplicità, al prezzo basso e ad un'ampia gamma di marchi. Dalla sostanza prendi un sacco di oggetti che sono diventati parte integrante della nostra vita di tutti i giorni (giocattoli per bambini, imballaggi, piatti usa e getta e così via).

Il polistirene è ampiamente usato nella costruzione. I materiali isolanti sono fatti da esso - pannelli sandwich, piastre, cassaforma fissa e così via. Inoltre, i materiali decorativi sono prodotti da questo materiale: modanature del soffitto e piastrelle decorative. In medicina, il polimero viene utilizzato per produrre strumenti monouso e alcune parti nei sistemi trasfusionali. Schiuma di polistirolo utilizzato anche nei sistemi di trattamento delle acque. L'industria alimentare utilizza tonnellate di materiali di imballaggio realizzati con questo polimero.

Esiste anche un polistirolo ad alto impatto, la cui formula è modificata dall'aggiunta di butadiene e gomma stirene butadiene. Questo tipo di polimero rappresenta oltre il 60% della produzione totale di plastica di polistirolo.

A causa della viscosità estremamente bassa di una sostanza nel benzene, è possibile ottenere soluzioni mobili in concentrazioni frazionali. Ciò causa l'uso di polistirene nella composizione di uno dei tipi di napalm. Svolge il ruolo di un addensatore, in cui aumenta il peso molecolare del polistirene, diminuisce la relazione viscosità-temperatura.

vantaggi

Un polimero termoplastico bianco può essere un eccellente sostituto per la plastica in PVC e trasparente per il plexiglass. La popolarità della sostanza era principalmente dovuta alla sua flessibilità e facilità di elaborazione. È perfettamente modellato e lavorato, previene la perdita di calore e, soprattutto, ha un costo contenuto. A causa del fatto che il polistirolo può passare bene la luce, è anche usato nella vetratura degli edifici. Tuttavia, è impossibile posizionare tali vetri sul lato soleggiato, poiché la sostanza si deteriora sotto l'azione della luce ultravioletta.

Il polistirene è stato a lungo utilizzato per la produzione di schiume e materiali correlati. Le proprietà isolanti del polistirene nello stato schiumato consentono di essere utilizzato per riscaldare pareti, pavimenti, tetti e soffitti, negli edifici per vari scopi. È grazie all'abbondanza di materiali isolanti, guidati dal polistirene espanso, che la gente comune conosce la sostanza in esame. Questi materiali sono facili da usare, resistenti agli ambienti corrosivi e corrosivi, nonché eccellenti proprietà di isolamento termico.

carenze

Come ogni altro materiale, il polistirolo presenta degli inconvenienti. Prima di tutto, è l'insicurezza ambientale (stiamo parlando dell'assenza di metodi di smaltimento sicuri), della fragilità e del rischio di incendio.

lavorazione

Lo stesso polistirolo non è pericoloso per l'ambiente, tuttavia alcuni prodotti derivati ​​richiedono una gestione speciale.

Il materiale di scarto ei suoi copolimeri si accumulano sotto forma di prodotti obsoleti e rifiuti industriali. Il riciclaggio della plastica di polistirene viene effettuato in diversi modi:

1. Smaltire i rifiuti industriali che sono stati fortemente contaminati.
2. Lavorazione di rifiuti tecnologici mediante colata, estrusione e pressatura.
3. Riciclaggio di oggetti usurati.
4. Smaltimento di rifiuti misti.

L'uso secondario di polistirene consente di ottenere nuovi prodotti di alta qualità da vecchie materie prime, pur non inquinando l'ambiente. Una delle aree promettenti della lavorazione dei polimeri è la produzione di calcestruzzo di polistirolo, che viene utilizzato nella costruzione di edifici bassi.

I prodotti di decomposizione del polimero formato durante la decomposizione termica o la degradazione termico-ossidativa sono tossici. Nel processo di lavorazione del polimero, i vapori parziali di benzene, stirene, etilbenzene, possono essere rilasciati mediante distruzione parziale. monossido di carbonio e toluene.

ardente

Quando il polimero viene bruciato, vengono rilasciati anidride carbonica, monossido di carbonio e fuliggine. In generale, l'equazione di reazione per la combustione del polistirene è la seguente: (C ₈ H ₈ ) _n + O ₂ = ↑ CO ₂ + H ₂ O. La combustione di un polimero contenente additivi (componenti che aumentano la resistenza, i coloranti, ecc.) Porta al rilascio di una serie di altre sostanze nocive.