Навигация
1. Историческая справка
Промышленность ластмасс зародилась на рубеже XX века. Легко полимеризующийся стирол и его стеклообразный твердый полимер сразу же привлекли внимание. Основы химии и технологии производства полистирола заложили Остромысленский и Штау-дингер. Последний предложил цепной механизм образования макромолекул полистирола.
Первый патент на получение полистирола (способом термической спонтанной полимеризации в массе) был взят в Германии в 1911г. Там же в 1920 г. началось промышленное производство полимера. В 1936г. уже производилось 6000 т/год.
За пределами Германии рост производства полистирола долгое время сдерживался высокой ценой на мономер. Стимулом к бурному развитию послужило создание в США во время второй мировой войны крупнотоннажного производства бутадиен-стирольного каучука что, естественно, привело к снижению цен на стирол. После Войны производство полистирола и сополимеров стирола, содержащих более 50 процентов стирола по составу (в отличие от бутадиен-стирольного каучука, где стирола около 30 процентов), развивалось самостоятельно. Разработка таких эффективных продуктов; как пенополистирол, ударопрочные полимеры стирола, АБС-пластики, позволила полистирольным пластикам в целом занять третье место в мировом производстве пластмасс после полиэтилена и поливинилхлорида.
В СССР производство полистирола развернулось в послевоенные годы. Как и в других странах, основу производства составляют процессы свободнорадикальной полимеризации в блоке (массе), суспензии и эмульсии [2].
В настоящее время производятся практически все основные типы сополимеров стирола, включая сополимеры с α-метилстиролом, метилметакрилатом, ударопрочные сополимеры с каучуком, двойные и тройные сополимеры с акрилонитрилом (включая АВС-пластики) и др.
2. Описание полистирола
Полистирол – термопластичный аморфный полимер с формулой
[-СН2-С(С6Н5)Н-]n
Структурная формула:
Полистирол – прозрачное стеклообразное вещество, молекулярная масса 30-500 тыс., плотность 1,06 г/см3 (20 °С), температура стеклования 93°С.
Для полистирола характерно коптящее пламя с цветочным сладковатым запахом (Этот запах корицы обычно можно обнаружить, уколов исследуемый предмет раскаленной иглой). Если к тому же предмет падает на пол с металлическим звоном то, скорее всего полистирол [8].
Это твердое, упругое, бесцветное вещество. Фенильные группы препятствуют упорядоченному расположению макромолекул и формированию кристаллических образований. Это жесткий, аморфный полимер с невысокой механической прочностью при растяжении и изгибе. Полистирол имеет низкую плотность, низкую термическую стойкость, обладает отличными диэлектрическими свойствами и весьма низкой прочностью при ударе. Он легко деформируется при относительно невысоких температурах (80°C). При контакте с жирами выделяет мономер стирола. Для улучшения свойств полистирола его модифицируют различными сополимерами и подвергают сшиванию.
Полистирол – дешёвый крупнотоннажный термопласт; характеризуется высокой твёрдостью, хорошими диэлектрическими свойствами, влагостойкостью, легко окрашивается и формуется, химически стоек, растворяется в ароматически и хлорированных алифатических углеводородах. Лучшими эксплуатационными свойствами обладают различные сополимеры стирола. Так, повышения теплостойкости и прочности при растяжении (на ~ 60 процентов) достигают сополимеризацией стирола с акрилонитрилом или a-метилстиролом, повышения прочности и ударной вязкости (от 5-10 до 50-100 кДж/м2) – получением привитых сополимеров стирола с 5-10% каучука, например бутадиенового (ударопрочный полистирол), а также тройных сополимеров акрилонитрила, бутадиена и стирола (т. н. АБС-пластик). Заменой акрилонитрила на метилметакрилат синтезируют прозрачные тройные сополимеры [5].
3. Основные свойства
3.1. Физические свойства
Стирол горюч и взрывоопасен. Пределы взрывоопасности в смеси с воздухом при комнатной температуре от 1,1 до 6,1 объемн. %. Допустимая концентрация паров в воздухе не выше 0,5 мг/м систематическое вдыхание паров стирола в концентрации выше допустимой приводит к хроническому заболеванию печени.
Важнейшие физические свойства стирола и α-метилстирола приведены ниже:
Таблица 1 – Физические свойства стирола и α-метилстирола
| Стирол | α-метилстирол | |
| Структурная формула |
|
|
| Молекулярный вес | 104,14 | 119,14 |
| Т. кипения при 760 мм рт. ст., °C | 145,2 | 165,38 |
| Градиент кипения, °C/мм рт. ст. | 0,049 | 0,052 |
| Т. замерзания при 760 мм рт.ст., °C | –30,628 | – |
| Плотность при 20 °C, г/см3 | 0,90600 | 0,88 (25 °C) |
| Дипольный момент, Кл×м | 0,37×10-30 | – |
| Удельная теплоемкость при 20 °C, кДж/(кг×К) | 1,735 | 2,04 |
| Вязкость при 20 °C, Па×с | 0,078 | 0,080 |
| Поверхностное натяжение, Н/м | 0,0322 (20 °C) | 0,0317 (25 °C) |
| Теплота испарения при 20 °C, кДж/моль | 44,6 | 40,4 |
| Термический коэффициент объемного расширения при 25 °C, 1/°C | 9,719×10-4 | 11×10-4 |
| Критическая температура, °C | 373 | 386 |
| Критическое давление, МПа | 3,93 | 4,84 |
| Коэффициент преломления | 1,54682 | 1,5386 |
Таблица 2 – Зависимость температуры кипения стирола от давления
| Т, кип., °C | 32,40 | 45,60 | 53,86 | 60,05 | 65,45 | 69,68 | 76,60 | 82,19 |
| Р, мм рт.ст. | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 |
Зависимость ряда физических свойств стирола от температуры дается эмпирическими уравнениями:
для давления паров (P-в мм рт. ст., Т-в °C): 
для плотности: 
для поверхностного натяжения (30-90°C): 
Распространенные в технике три основных процесса полимеризации стирола приводят к получению продукта, разного внешнего вида. При блочной полимеризации процесс ведут путем постепенного нагревания жидкого мономера. Температурный режим подбирают таким образом, чтобы полимеризующаяся масса все время находилась в вязкотекучем состоянии. Это означает, что в конце процесса, когда конверсия мономера достигает значения, близкого к предельному, температура расплавленного полистирола должна быть порядка 200–230 °С. Массу продавливают через фильеры путем экструзии и в горячем или холодном состоянии разрезают на гранулы. Путем повторной экструзии блочный полистирол окрашивают и используют для дальнейшей переработки в изделия.
Таблица 3 –Зависимость некоторых свойств стирола от температуры
| Температура, °C | Плотность, Мг/см3 | Вязкость, Па×с | Удельная теплоемкость, кДж/(кг×К) | Давление, мм рт.ст. | Теплота испарения, кДж/моль |
| 0 10 20 25 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 | 0,9238 0,9150 0,9063 0,9019 0,8975 0,8887 0,8800 0,8712 0,8624 0,8537 0,8449 0,8361 0,8274 0,8186 0,8098 0,8011 0,7925 | 9,76 8,77 7,81 7,30 6,94 6,21 5,52 4,90 4,38 3,92 3,48 3,12 2,78 2,48 2,21 1,96 1,75 | 1,634 1,660 1,686 1,700 1,719 1,748 1,781 1,809 1,843 1,884 1,927 1,980 2,042 2,110 2,165 2,240 2,320 | 1,3 2,6 4,9 6,6 8,8 15,2 25,0 39,8 61,0 92,0 134 196 270 371 500 665 880 | 44,6 44,2 43,8 43,6 43,3 42,9 42,5 42,0 41,6 41,2 40,7 40,2 39,7 39,3 38,7 38,2 37,6 |
Продукты, получающиеся в результате суспензионной и эмульсионной полимеризации, представляют собой шарообразные частицы, различающиеся размером. Суспензионный полистирол крупнее – средний размер частиц – 4×5 мм. Эмульсионный продукт – «бисер» – имеет средний размер частиц
1–10 мкм [3].
Таблица 4 – Основные физические свойства полистирола
| Плотность при 20 °C, г/см3 | 1,04–1, 965 (аморфного) 1,12 (кристаллического) |
| Удельная теплоемкость при 20 °C, кДж/(кг×К) | 1,258 (20 °C) 1,84 (100 °C) |
| Термический коэффициент объемного расширения при 25 °C, 1/°C | (1,7–2,1) ×10-4 при Т<Тст (5,1–6,0) ×10-4 при Т>Тст |
| Коэффициент теплопроводности, Вт/(м×К) | 0,1165 (50 °C ) 0,1276 (100 °C) |
| H сгорания, кДж/моль | – 434×10-3 |
| H растворения, кДж/моль | – 3,59 |
| H плавления кристаллов, кДж/моль | 8,373 |
| Вязкость расплава, Па×с при 217 °C | K=13,40 – 2,65 ×10-4 при Т<Тст – 6,05×10-4 при Т>Тст |
| Коэффициент преломления nD(в блоке) | 1,59–1,60 |
| Коэффициент Пуассона | 0,325 |
| Диэлектрическая проницаемость | 2,49–2,55 |
Похожие работы
... и инструментов, используемых в течение всего жизненного цикла продукции для планирования потребительной стоимости продукции и обеспечения требуемого уровня качества процессов 2 Анализ качества продукции на заводе полистиролов ОАО «Нефтекамскнефтехим» 2.1 Общая характеристика деятельности предприятия ОАО "Нефтекамскнефтехим" - динамично развивающееся, высокотехнологичное нефтехимическое ...
... II), полученных при одной и той же 7,=130°, одинаков. Однако ер вдоль оси вытяжки у К-5 выше, чем у К-1. Деформационно-прочностные свойства композиций достаточно хорошо коррелируют с их структурой. В таблице приведены результаты исследования структуры ПЭ и композиций рентгенографическим методом. Было установлено, что пленки ПЭ, К-1 и К-5 при приведенных выше условиях переработки получаются ...
... полимера из блочного состояния в разбавленный раствор [15]. Таким образом, совокупность приведенных выше экспериментальных данных свидетельствует о весьма длительном сохранении расплавами ПС структурной «памяти» в конформационном состоянии и степени взаимного перекрывания макромолекул в исходных растворах различного термодинамического качества. По нашему мнению, возможная причина кажущейся ...
... информации и финансовыми аналитиками, в значительной степени формирующими у потенциальных инвесторов первичное мнение о ситуации в Татарстане [34]. 3. Финансирование инновационной деятельности ОАО «НКНХ» на примере завода полистирола 3.1 Характеристика инновационного продукта и необходимости его производства Группа полистиролов разделяется на пять типов продуктов: полистирол общего ...
0 комментариев