Звоните по тел:
ООО "Хим Торг"
(044) 573-02-54
ООО "Нефтехимия"
(044) 492-17-63
Полимерные материалы и продукты нефтехимии

ИСТОРИЯ ПОЛИСТИРОЛА

История полистирола, как и история полимерных пластмасс вообще, началась вместе с XX веком, хотя новое органические соединения на основе смолы styrax, в последствие известное как стирол, было выделено еще в 1831 году. Большой вклад в изучение и развитие отрасли производства этого полимера внесли Остромысленский и Штаудингер. И.И. Остромысленский стал ученым, впервые установившим строение стирола. Легкая полимеризация стирола и широкие возможности для применения его стеклообразных производных привлекали промышленников. Штаудингер наладил первое производство полистирола, и первый патент на изготовление полимеров стирола был зарегистрирован в Германии еще в 1911 году. С тех пор объемы производства нового полимера в стране неукоснительно росли.

Однако долгое время рост производства полистирола в мире сдерживался высокими ценами на исходные материалы. Толчком к развитию новой подотрасли, как это часто бывает, послужила война. Свойства полистирола позволили применять его в качестве загустителя для напалма: плавкое, долго горящее вещество, которое невозможно потушить водой, могло превратить бензиновый напалм в страшное оружие. Технология впервые была разработана в США во время второй Мировой: тогда для этого вида оружия стал использоваться стирольный каучук. Это позволило существенно сбить цены на мономер. Полистирольный напалм широко применялся во Вьетнамской войне.

После войны развитие мирного производства полистирола продолжалось самостоятельно. Разработка пенополистирола, ударопрочного полистирола и АБС-пластиков сделала полимер третьим по популярности в мире после полиэтилена и ПВХ. Сейчас полимер с успехом заменяет стекло в световой технике, широко применяется в строительстве, декоративной отделке и упаковке.

В Советском Союзе процесс развития отрасли мало отличался от мирового: рост производства в послевоенные годы привел к быстрому освоению всех основных способов получения полистирола (свободнорадикальная полимеризация в массе, эмульсии и суспензии). Сейчас дляполимеризации стирола в отечественной промышленности используются α-метилстирол, метилметакрилат, ударопрочные сополимеры с каучуком, двойные и тройные сополимеры с акрилонитрилом (включая АВС-пластики) и т.д.

Сейчас активно развивающейся отраслью является переработка полистирола и других пластиков, так как полимерные отходы не считаются ядовитыми и в огромном количестве накапливаются в виде неразлагающегося мусора. Основные направления отрасли – это вторичная переработка, которая приводит к получению пластмасс низкого качества, и деполимеризация.

ВИДЫ ПОЛИСТИРОЛА

Полистирол – термопластичный аморфный полимер.

Отличается твердостью и жесткостью. Полистирол классифицируют по нескольким основаниям:

По характеру пространственного расположения бензольных колец относительно молекулярной цепи выделяют:

  • атактический (аморфный) полистирол;

  • изотактический полистирол;

  • синдиотактический полистирол.

АТАКТИЧЕСКИЙ (АМОРФНЫЙ) ПОЛИСТИРОЛ.

Полистирол этого типа имеет структурную формулу:

Основной особенностью является неупорядоченное расположение бензольных колец по обе стороны цепи. Формирование этого вида полимера происходит при достаточно низких температурах, он обладает наиболее высокой растворимостью среди всех видов полистирола. Это самый продуктивный полистирол, наиболее широко применяющийся в промышленности.


ИЗОТАКТИЧЕСКИЙ ПОЛИСТИРОЛ

Его структурная формула выглядит следующим образом:

Бензольные кольца макромолекулы изотактического полистирола расположены только с одной стороны цепи, если придать ей правильную зигзагообразную форму. Характеристиками этого полимера, в отличие о атактического полистирола, будет высокая кристаллизация, твердость и прочность. Температура плавления также довольно высока (до 230оС). В промышленности не применяется (обозначение IPS применяется для ударопрочных марок полистирола).


СИНДИОТАКТИЧЕСКИЙ ПОЛИСТИРОЛ

Структурная формула синдиотактического полистирола строго упорядочена и имеет следующий вид:

Полимерная цепь включает строго чередующиеся справа и слева бензольные кольца. Это наиболее прочный, твердый и тугоплавкий полимер из всех перечисленных. В промышленности применяется для изготовления высокопрочных термостойких и химически стойких деталей.

По способу получения полистирол может быть:

  • Эмульсионным (ПСЭ),

  • Суспензионным (ПСС),

  • Получаемым в массе или блочным (ПСМ).

ЭМУЛЬСИОННЫЙ ПОЛИСТИРОЛ ПСЭ

Это один из первых способов получения полистирола. Применялся пионерами производства полимеризированного стирола и безнадежно устарел, так что в современном производстве давно не применяется. Способ заключался в проведении реакции полимеризации в водно-щелочном растворе при невысоких температурах (85-95 °C). При этом использовались: стирол, вода, эмульгатор (соли жирных кислот и сульфокислот, мыло) и инициатор полимеризации (двуокись водорода или персульфат калия). Стирол очищался от замедляющих реакцию требутил-пирокатехина и гидрохинона. Реактор наполнялся смесью воды с касторовым маслом, затем вводился стирол и инициаторы полимеризации при постоянном тщательном перемешивании, и смесь начинала нагреваться. Поступающий из капель эмульсии мономер, растворённый в мыле, постепенно полимеризовался. На стадии 20 % полимеризации мицеллярное мыло расходовалось и далее реакция разворачивалась уже внутри частиц полимера. Завершение процесса происходило при содержании в растворе стирола не более 0,5 %. Эмульсия помещалась в другой резервуар, где начиналась стадия осаждения: эмульсию сгущали раствором поваренной соли и сушили.

В результате получался полимер в виде порошка (размер частицы не более 0,1 мм). Однако полностью удалить примеси (участвовавшие в реакции щелочи) не удавалось, и готовый полистирол получал желтоватый оттенок.

СУСПЕНЗИОННЫЙ ПОЛИСТИРОЛ ПСС.

Метод, также утративший свою актуальность. В современной промышленности применяется для получения сополимеров стирола или при изготовлении пенополистирола (пенопласта). Стирол помещается в реактор и перемешивается с водой с добавлением стабилизаторов эмульсии (поливинилового спирта, полиметакрилата натрия, гидроксида магния) и инициаторов полимеризации (те же вещества, что использовались ранее при эмульсионном изготовлении полистирола). При постепенном нагревании до средних температур (130о С) под давлением стартует процесс полимеризации. Из полученной смеси полистирол выделяется с помощью центрифугирования, затем промывается и сушится.

ПОЛИСТИРОЛ, ПОЛУЧАЕМЫЙ В МАССЕ (БЛОЧНЫЙ ПОЛИСТИРОЛ) ПСМ.

Наиболее эффективный метод, активно применяющийся для изготовления полистирола на современных предприятиях. Процесс может проходить по пути полной и неполной конверсии: в первом случае реакция завершается на стадии полимеризации 80-90% массы, во втором – при полимеризации 50-60%. Процесс превращения стирола в полистирол происходит последовательно (в три стадии) в бензольной среде при постепенном повышении температуры от 80 до 220о С. Остаточный мономер удаляют вакуумным способом и снова возвращают в начало цикла. Конечный продукт отличается высоким качеством и чистотой.

По назначению выделяют три основных вида промышленного полистирола:

  • Ударопрочный (HIPS),

  • Общего назначения или прозрачный (GPPS),

  • Экструдированный пенополистирол (EPS).

УДАРОПРОЧНЫЙ ПОЛИСТИРОЛ HIPS.

Высококачественный листовой материал, прочность и эластичность которого обусловлена включением в состав бутадиенового или бутадиен-стирольного каучуков. Легкость, морозостойкость и нечувствительность к щелочам и кислотам делают возможным его применение в пищевой промышленности, а также в наружной отделке, рекламе и т.д. Область применения ударопрочного полистирола охватывает практически все сферы человеческой деятельности, что обуславливается универсальностью этого материала: в зависимости от обработки он может быть глянцевым и матовым, гладким и рифленым, светорассеивающим и цветным. Эти свойства позволяют использовать ударопрочный полистиролпри отделке, изготовлении игрушек, одноразовой посуды, упаковки и прочего. Отдельные разновидности имеют специфическое назначение. Так в холодильной технике применяется особый фреоностойкий полистирол, в наружном оформлении используется ударопрочный полистирол с добавлением УФ-стабилизаторов, обеспечивающих защиту от пожелтения в результате воздействия солнечных лучей.

ПОЛИСТИРОЛ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ ИЛИ ПРОЗРАЧНЫЙ ПОЛИСТИРОЛ GPPS.

Имеет широкую сферу применения. Это неударопрочный, хрупкий материал с низкой плотностью. Характеризуется высокой жесткостью. Химически и влаго- устойчив и потому долговечен, кроме того обладает ровной гладкой поверхностью и имеет высокую степень прозрачности, поэтому широко применяется в качестве недорогого аналога оргстекла. Одним из недостатков полистирола общего назначения является его низкая устойчивость к ультрафиолетовому излучению и хрупкость, что ограничивает сферу применения и затрудняет транспортировку.Прозрачный полистирол широко применяется в светотехнике, наружной рекламе, внутренней декоративной отделке. Это дешевый материал с большим сроком службы.

ЭКСТРУДИРОВАННЫЙ ПЕНОПОЛИСТИРОЛ EPS.

Изготавливается из полимеризированного стирола методом экструзии: в полистирол добавляют вспенивающий агент (фреоны различной жесткости или системы на базе CO2 – более современный агент) и газ и смешивают под большим давлением при высокой температуре. Затем расплавленную массу продавливают через экструдер, в результате чего получают шарообразные легкие гранулы с крошечными ячейками (до 0,2 мм), заполненными воздухом. Вспененный полистирол формуется в зависимости от назначения (блоки, пласты и т.д.).

Область применения вспененного полистирола очень широка. Прежде всего, это уникальный утеплитель, который применяется в строительстве уже более 60 лет и до сих пор не имеет аналогов с такими же характеристиками. Долговечность, устойчивость к химическим воздействиям, грибкам, влаге и сдавливанию делает его универсальным строительным материалом. Эти же свойства делаютэкструдированный пенополистирол прекрасным материалом для изготовления изотермической и упаковочной тары для пищевых продуктов и других упаковок, для моделирования и производства отдельных деталей ульев, плавательных средств и др. Кроме того вспененный полистиролодин из наиболее экологичных полимерных материалов, однако большой проблемой является высокая горючесть экструдированного пенополистирола, которая часто приводит к возгоранию помещений, при строительстве которых использовался этот материал.