Полистирол вспенивающийся — методы получения
Полистирол вспенивающийся (ПСВ), с поверхностной обработкой частиц, производится методом суспензионной полимеризации стирола в присутствии пентана и полимеризацией в массе. Полистирол выпускается в виде сферических частиц (бисер), поверхность которых обработана различными веществами, улучшающими технологичность полимера при переработке и придающими ему новые свойства (например, антистатические свойства, негорючесть).
При производстве вспенивающегося полистирола основными являются способы суспензионной полимеризации и полимеризации в массе. Наиболее современным и эффективным является второй способ получения ВПС.
Полимеризация в массе вспенивающегося полистирола
Метод производства полистиролов полимеризацией в массе (блочный полистирол) с неполной конверсией мономеров является в настоящее время одним из наиболее распространенных в силу высоких технико-экономических показателей. Большинство современных производств работают именно по этой схеме, как наиболее производительной. Этот метод имеет оптимальную непрерывную схему технологического процесса. Процесс осуществляется в последовательно соединенных 2-3 аппаратах с мешалками; заключительную стадию процесса часто проводят в аппарате колонного типа.
Начальная температура реакции 80-100°С, конечная 200-220 °С. Полимеризацию прерывают при степени превращения стирола 80-90%. Непрореагировавший мономер удаляют из расплава под вакуумом, а затем с водяным паром до содержания стирола в полимере 0,01-0,05%. В полистирол вводят стабилизаторы, красители, антипирены и другие добавки и гранулируют. Полистирол отличается высокой чистотой. Эта технология наиболее экономична (в ней отсутствуют операции промывки, обезвоживания и сушки мелкодисперсных продуктов) и практически безотходна (непрореагировавший стирол возвращается на полимеризацию).
Проведение процесса до неполной конверсии мономера (80-90%) позволяет использовать высокие скорости полимеризации, контролировать температурные параметры, обеспечивать допустимые вязкости полимеризуемой среды. При проведении процесса до более глубоких степеней превращения мономера, затрудняется отвод тепла от высоковязкой реакционной массы, становится невозможным вести полимеризацию в изотермическом режиме. Эта особенность процесса полимеризации в массе привела к тому, что все большее внимание уделяется другим способам производства, и, в первую очередь, суспензионному методу.
Суспензионная полимеризация
Полимеризация в суспензии — конкурирующий технологический процесс, основан на малой растворимости виниловых мономеров в воде и на нейтральности последней в реакциях радикальной полимеризации. Суспензионный метод производства проводится в реакторе, это полунепрерывный процесс, который характеризуется наличием дополнительных технологических стадий (создание реакционной системы, выделение полученного полимера) и периодическим использованием оборудования на стадии полимеризации. Стирол суспендируют в деминерализованной воде, используя стабилизаторы эмульсии; инициатор полимеризации (органические пероксиды) растворяют в каплях мономера, где и происходит полимеризация. В результате образуются крупные гранулы в суспензии полимера в воде. Полимеризацию ведут при постепенном повышении температуры от 40 до 130°С под давлением в течение 8-14 часов. Из полученной суспензии полимер выделяют центрифугированием, после чего его промывают и сушат. Затем на виброситах сортируют по маркам. При этом процессе существенно облегчены теплоотвод и перемешивание компонентов системы.
Полистирол вспенивающийся применяется:
- в производстве пенополистирольных блоков и плит различной конфигурации для тепло- и звукоизоляции зданий и помещений любого назначения (стены, крыша, пол, склады, павильоны, жилые дома, гаражи, подвалы, лоджии);
- в изготовлении упаковки сложной формы для различных приборов, требующих защиты от удара при хранении и транспортировке;
- в изготовлении комплектующих деталей автомобилей;
- в получении полистиролбетона — легкого бетона на цементном вяжущем и вспененном полистирольном наполнителе, применяемого в изготовлении теплоизоляционных блоков и плит, монолитной теплоизоляции чердаков, кровель, наружных стен, полов и др.;
-
в изготовлении отделочных материалов для потолка — плиток, плинтусов, розеток;
- в производстве несъемной опалубки для монолитного домостроения и скорлупы для теплоизоляции трубопроводов.
- для изготовления пенополистирольных газифицируемых моделей, используемых при литье металлов.
Сополимеры
Это высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых содержат мономерные звенья разных типов. В зависимости от расположения этих звеньев различают нерегулярные (статистические) и регулярные сополимеры, а также привитые сополимеры и блоксополимеры. В статистических сополимеры мономерные звенья (А и В) расположены беспорядочно (напр., АВАААВАВВ…), в регулярных-распределены с определенной периодичностью. Среди последних наиб. распространены чередующиеся сополимеры, построенные по принципу: АВАВАВ… В привитых сополимеры и блоксополимерах может быть большое число блоков одного типа. Сами блоки могут состоять из одного или неск. видов мономерных звеньев.
Для синтеза сополимеры применяют разл. способы сополимеризации и сополиконденсации. Статистические, чередующиеся и привитые сополимеры получают преим. методами радикальной полимеризации, блоксополимеры-методами анионной полимеризации и поликонденсации.
Свойства статистических (при соизмеримом кол-ве звеньев разных видов) и чередующихся сополимеры являются, как правило, промежуточными между св-вами соответствующих гомо-полимеров. Так, статистические сополимеры имеют единств. т-ру стеклования Т., которая во многих случаях описывается уравнением:
1/Tc = (cA/Tc(A)) + (cB/Tc(B)), где cА и cB-массовые доли звеньев А и В, Tc(A) и Tc(B)-т-ры стеклования полимеров Аn и Вm соответственно.
Статистические сополимеры, в процессе синтеза к-рых все исходные мономеры вступили в р-цию, композиционно-неоднородны, т.е. содержат макромолекулы разного состава. Это отрицательно сказывается на св-вах и может привести к несовместимости фракций сополимеры Композиционно-однородные (состоящие из одинаковых макромолекул) и чередующиеся сополимеры, как правило, имеют лучшие физ.-мех. св-ва.
Статистические сополимеры с заметным преобладанием звеньев одного из мономеров по св-вам близки к полимеру последнего. При этом сомономеры, присутствующие в меньших кол-вах, играют роль модификаторов. Так, 15-20% акрило-нитрила придают бутадиен-нитрильному каучуку масло-стойкость. Относительно небольшие добавки второго мономера используются часто в качестве внутр. пластификатора для снижения Тc и облегчения переработки полимера. Для модификации поверхностных св-в полимеров широко применяется прививка мономеров из газовой фазы с ра-диац.-хим. инициированием.
В то время как статистические и чередующиеся сополимеры по своим св-вам напоминают гомополимеры, привитые сополимеры и блоксополимеры похожи на смеси соответствующих полимеров и часто обладают уникальными характеристиками. Напр., на основе привитых сополимеры и блоксополимеров, содержащих блоки разной гибкости (отвечающие эластомерам и пластомерам), получены ударопрочные пластики (АБС-пластик) и термоэластопласты.
Сополимеры стирола с акрилонитрилом САН
Сополимер стирола с акрилонитрилом (САН) обычно содержит 24% последнего, что соответствует анизотропному составу смеси мономеров и позволяет получать продукт постоянного состава. САН превосходит полистирол по теплостойкости, прочности при растяжении, ударной вязкости и устойчивости к растрескиванию в агрессивных жидких средах, однако уступает по диэлектрическим свойствам и прозрачности. Стоимость САН значительно выше, чем полистирола. Аналогичными свойствами, но лучшими прозрачностью и устойчивостью к УФ облучению обладает тройной сополимер стирол-акрилонитрил-метилметакрилат (САМ); однако его стоимость ещё выше, чем САН.
Сополимеры САН обычно получают суспензионной или эмульсионной полимеризацией, аналогичной производству ПС.
Сополимеры САН имеют более высокую химическую стойкость и твердость поверхности, чем гомополимер. Исходный материал имеет желтоватый оттенок и его приходится подсинивать. Стойкость к атмосферному воздействию хорошая, что позволяет использовать его, например, для облицовки и в дорогой бытовой технике взамен хрупкого и не морозостойкого полистирола общего назначения.
Сополимеры акрилонитрила, бутадиена и стирола: АБС-пластик
Подобные сополимеры получили название «АБС-пластики». Существует несколько методов получения трехзвенного полимера (терполимера), но главные их принципы понятны на следующих примерах: 1) стирол и акрилонитрил добавляют в полибутадиеновую эмульсию, перемешивают и нагревают до 50С; затем добавляют растворимый в воде инициатор, например персульфат калия, и смесь полимеризуется; 2) бутадиенакрилонитрильный латекс добавляют в стиролакрилонитрильный латекс, смесь коагулируют и высушивают распылением.
Пропорции могут варьироваться от 15% до 35% акрилонитрила, от 5% до 30% бутадиена и от 40% до 60% стирола, что дает широкий диапазон марок.
Свойства варьируются в широком диапазоне в зависимости от композиции и метода производства. В целом, однако, АБС — пластики имеют высокую ударную прочность, химическую стойкость и пластичность; не стойки к метилэтилкетону и сложным эфирам.
Нитрильные группы делают АБС более прочным, чем чистый полистирол, а также вносят вклад в химическую стойкость, сопротивление усталости, твердость и жесткость, одновременно повышая температуру теплового отклонения. Стирол придает пластику блестящую непроницаемую поверхность, а также твердость, жесткость и упрощает обработку.
Характерные свойства ABS создаются за счет мелких частиц полибутадиенового эластомера, распределенных по жесткой матрице, обеспечивая прочность и пластичность при низких температурах.
ABS находится между стандартными полимерами (ПВХ, полиэтилен, полистирол и т. Д.) и техническими полимерами (акрил, нейлон, ацеталь) и часто имеет удовлетворительные технические характеристики по разумной цене. Он предлагает более высокие ударные свойства и немного более высокую температуру тепловой деформации, чем ударопрочный полистирол (HIPS).
Увеличение доли полибутадиена по отношению к стиролу и акрилонитрилу увеличивает ударопрочность, но за счет термостойкости и жесткости. На старение также влияет содержание полибутадиена.
АБС очень технологичен, прекрасно перерабатывается как литьем под давлением, так и экструзией. Производители выпускают марки АБС- пластика с различными индексами текучести расплава, с повышенным блеском и матовые.
АБС аморфен и поэтому не имеет истинной температуры плавления. Его температура стеклования составляет примерно 105 ° C. Обычно АБС можно использовать при температуре от –20 до 80 ° C.
Тонкие листы термоформуют в баночки и подносы. АБС-пластики широко применяются при изготовлении бытовой техники, где востребованы высокая прочность, высокий блеск, технологичность в окрашивании суперконцентратами, экологическая нейтральность и теплостойкость.
Формование при высокой температуре улучшает блеск и термостойкость, тогда как самая высокая ударопрочность и прочность достигаются при формовании при низкой температуре.
Марки, содержащие стекло и другие волокна, делают конечный продукт прочным и повышают максимальную рабочую температуру.
На изделия из АБС-пластиков лучше, чем на полистирольные изделия наносятся декоративные покрытия и рисунки методами тампопечати и металлизацией.
Химич Ирина