Полистирол (ПС, PS) — это прозрачный, аморфный или частично кристаллический термопласт. Аморфный полистирол — широко используемый пластик, который используется во многих сферах повседневной жизни.
Пластмассы на основе стирола (винилбензола) являются четвертой по величине группой пластмасс с долей около 10% от общего объема производства.
Полистирол относится к классу термопластичных полимеров, изменяющих агрегатное состояние при нагревании. Температура плавления ПС составляет 240 градусов, размягчается при 75 градусах. В расплавленном состоянии может принять любую форму, легко окрашивается, после отвердевания устойчиво сохраняет форму. Во время полимеризации винилбензола большие фенильные группы распределяются случайным образом, что создает атактический и, следовательно, аморфный и прозрачный полистирол.
Нефтепереработчики производят семь марок первичного ПС по ГОСТ 20282-86, материал в виде порошка и прозрачных хрупких капсул-цилиндров является сырьем для полимерной индустрии.
Первичный полистирол не взаимодействует с окружающей средой, не теряет свойств при намокании, абсолютно безвреден, из ПС изготавливают посуду, детские игрушки и одноразовые шприцы.
Перевозится насыпью, хранится вдали от нагревательных приборов, не слеживается, в хранилищах могут скапливаться токсичные пары стирола. В торговую сеть поступает в многослойных бумажных мешках 25-30 кг. Основными способами переработки являются:
- Вспенивание, в результате получается пенополистирол, входящий в ряд пенопластов,
- Литьем под давлением производят продукцию массового потребления.
Свойства
Плотность стирольных полимеров составляет от 1030 до 1050 кг / м3. Полистирол (ПС, PS) имеет высокую жесткость, среднюю твердость и прочность, но низкую ударную вязкость. Диапазон температур от -10 C до +80 C. Специальные типы достигают температуры от -30 до +70 C, кратковременно до +90 C.
Полистирол химически устойчив к кислотам и щелочам, но не в высоких концентрациях, а также к жирам и маслам. ПС не устойчив к окислителям, алифатическим, ароматическим или хлорированным углеводородам и имеет сильную тенденцию к образованию трещин под напряжением. PS полностью растворим во многих сложных эфирах, кетонах, а также в ароматических и хлорированных углеводородах.
Кристально чистый полимер отличается высоким качеством поверхности и светопропусканием. Обладая в остальном несколько менее благоприятными электроизоляционными свойствами по сравнению с полиэтиленом, он особенно подходит для высокочастотной техники из-за хороших диэлектрических свойств и хорошей радиационной стойкости, но, как и все пластмассы, имеет сильную тенденцию к накоплению электростатических зарядов. PS легко воспламеняется и не защищен от атмосферных воздействий.
Твердый аморфный полистирол кристально чистый, твердый и чувствительный к ударам. Когда он согнут или сломан, он отчетливо пахнет стиролом. PS можно раскрашивать во все цвета. Твердый материал склонен к образованию трещин под напряжением. Он не очень термостойкий и может использоваться только при температуре до 70 C. Температура стеклования составляет, в зависимости от условий обработки, около 100 C, температура плавления 240 C.
Полистирол горит ярко-желтым пламенем. Пары нельзя вдыхать, они могут быть опасны для здоровья, поскольку могут содержать другие продукты разложения помимо стирола.
Пенополистирол имеет меньшую механическую прочность и эластичность по сравнению с твердым полистиролом. Он белый, непрозрачный и имеет очень низкую теплопроводность. Особенностью пенополистирола является структура из спекшихся пенопластовых шариков размером примерно 2-3 мм.
Для разложения большого количества пенополистирола требуется лишь небольшое количество ацетона, этилацетата или толуола. Эти растворители высвобождают пропеллент во вспененном материале.
ПС, его сополимеры и смеси устойчивы к разрушению при высоких температурах обработки и к пожелтению при воздействии УФ-лучей. Они бывают легко текучими, глянцевыми, антистатическими, антипригарными (антиадгезивными).
Наполнители и армирующие материалы используются редко, особенно в случае чистого полистирола, поскольку они лишь незначительно влияют на профиль свойств с точки зрения твердости, хрупкости и растрескивания под напряжением.
Для повышения механических свойств и термостойкости, стирольные группы можно заменить метилстиролом. Модификации с поливинилкарбазолом (ПВХ ядовит!) приводят к очень термостойким, но токсичным продуктам.
Помимо повышения термостойкости ПС, ПВХ можно использовать в качестве формовочного компаунда: плотность 1,19 г / см3, модуль упругости 3500 МПа, рабочая температура 170 C кратковременно, 150 C длительно. Области применения: изоляционный материал с высокими механическими и тепловыми нагрузками.
Ударопрочный PS (PS-HI (High Impact)) получают привитыми сополимерами от 5 до 15% бутадиенового (стирольного) синтетического каучука (BR, SBR). Сополимеры с содержанием BR от 15 до 40% являются вспомогательными веществами при переработке резины. Многофазные инженерные пластмассы (привитые полимеры и / или термопластические смеси) со сбалансированными термическими, механическими характеристиками и ударной вязкостью (вплоть до прочности кожи) доступны во многих модификациях.
Продукты, содержащие бутадиен, менее устойчивы к ультрафиолетовому излучению, чем сополимеры SAN и ударопрочные типы, не содержащие бутадиен.
Пенополистирол
Плотность пенополистирола (EPS) составляет — от 20 (строительная изоляция) до 90 кг / м3 (лыжный шлем).
Массовое применение вспененного полистирола выделило это направление в самостоятельную отрасль. Пенополистирол представляет объемную массу спекшихся между собой тонко-ячеистых гранул, путем добавления различных улучшающих присадок производят десятки марок этого материала.
Область применения:
- Листовой теплоизолятор в различных сферах хозяйственной деятельности,
- Амортизатор, обеспечивающий защиту приборов, техники и мебели при транспортировании,
- Изготовление игрушек, малых архитектурных форм, предметов интерьера, разовой посуды, тары для заморозки и перевозки продуктов.
Материал горюч, выделяет токсичные продукты горения, недостаток парируется добавлением антипиренов.
Литье под давлением
Изделия, полученные литьем под давлением, обладают свойством стекла – они прозрачные и хрупкие, но гораздо легче стекла и легко обрабатываются, расплавленный полистирол легко окрашивается. Из листового ПС делают витрины, панели теплиц, облицовочную плитку.
Изделиями из ПС являются: одноразовые шприцы, лабораторная и медицинская посуда, светильники, диэлектрические вставки в электрических приборах.
Под воздействием солнечного ультрафиолета полистирол «стареет» – теряет прозрачность, становится хрупким и растрескивается.
В дополнение к химическим вспенивающим агентам используются чисто физические вспенивающие агенты, такие как диоксид углерода или циклопентан, которые дозируются в экструдер во время производства. Сброс давления расплава после выхода из сопла приводит к релаксации и, следовательно, к расширению.
Области применения
Полистирол используется в электротехнике из-за его хороших изоляционных свойств. Помимо изоляции кабелей, используется для изготовления переключателей, катушек и корпусов (ударопрочный полистирол) для электрических приборов.
Полистирол используется для изделий массового производства (например, классических упаковок для компакт-дисков, видеокассет), в строительной индустрии в качестве изоляционного материала, при создании моделей и декораций, в точном машиностроении, для смотровых стекол. Без ограничений одобрен в качестве упаковки для пищевых продуктов, например, в банках для йогурта, блистерных упаковках и т.д.
Пенополистирол используется в качестве амортизирующего упаковочного материала для теплоизоляции зданий. Поскольку пенополистирол очень хорошо режется термической пилой и стоит очень недорого, он зарекомендовал себя в качестве строительного материала в (архитектурных) моделях.
Разработка ударопрочных типов (PS-HI) путем модификации резиной также позволяет использовать их для корпусов в электронной промышленности. Хотя резина снижает жесткость, она увеличивает ударопрочность, особенно при низких температурах, а также устойчивость к растрескиванию под напряжением.
Стирол и бутадиен могут сополимеризоваться друг с другом в любом соотношении: в резиновой промышленности особенно преобладают сополимеры с 23,5% стирола.
Бутадиен-стирольный каучук (SBR) является наиболее важным синтетическим каучуком.
Блок-сополимеры стирола-бутадиена-стирола (SBS) были первыми термопластичными эластомерами. Они очень прозрачны и обладают высокой устойчивостью. Используются для изготовления прозрачных пленок, например, для упаковки мясных продуктов или для производства мягких игрушек. Низкая ударная вязкость и плохая химическая стойкость полистирола привели к появлению ряда других модификаций и сополимеров (например, ABS, SAN и ASA).
Возможность вторичной переработки
Чистый полистирол может быть переработан в регранулят путем механического измельчения. Затем он используются в производстве, например, мебели, вешалок для одежды, складных ящиков и многих других вещей, которые сопровождают нас в повседневной жизни.
ПС также можно использовать в качестве материала путем плавления / переплавки в процессе литья под давлением, так как свойства материала даже после многократной обработки меняются незначительно.
