Полистирол промышленный способ получения

Поставки полимеров пластиковой и выдувной тары

Основные технологии получения полистирола

Технология, с помощью которой получают вспенивающийся полистирол, изобретена достаточно недавно. С ее внедрением удалось эффективно снизить барьер для входа на рынок изолирующих материалов. Для того чтобы организовать производство и выпуск изделий из данного материала, необходимо всего несколько десятков тысяч долларов, а сам технологический процесс достаточно прост. По этой причине подобное производство можно встретить во многих населенных пунктах.

Гранулы вспенивающегося агента состоят из микроскопических очень плотных клеток, которые заполнены воздухом. В итоге получается вспененная равномерно масса, обладающая замкнутой ячеистой структурой. Один кубический метр данного материала на 98% заполнен воздухом, который содержится в 3-6 миллиардах ячеек.

Вспененный полистирол, благодаря своей внутренней структуре, обладает низкой теплопроводностью, что делает его хорошим теплоизолятором (при толщине материала в 1 см. передается всего 0.00006 калорий за секунду).

Таким образом, полистирол это застывшая в процессе охлаждения, жесткая вспененная масса, содержащая замкнутые ячейки, заполненные воздухом. Вспененный полистирол является экологически чистым строительным материалом.

Продукция, производимая из вспенивающегося полистирола:

1. Пенополистирольные блоки и плиты разных конфигураций, предназначены для изоляции зданий и помещений любого предназначения.
2. Упаковка любой сложности для различных приборов, которые нуждаются в защите от механических повреждений при транспортировке и хранении.
3. Изготовление деталей для автомобилей, плавсредств (катера и яхты), элементов декора для интерьеров.
4. Изготовление полистиролбетона. Данный строительный материал представляет собой легкий бетон на основе цемента и полистирола в качестве наполнителя. Широко применяется для теплоизоляции чердаков, кровли, наружных стен зданий, и.т.д.
5. Изготовление отделочного материала для потолков, а также плитки, плинтусов, розеток, и.т.д.

Сравнительно новыми сферами применения вспененного полистирола является изготовление несъемной опалубки в монолитном строительстве, и изготовление скорлупы, применяющейся в изоляции трубопроводов.

Две технологии производства ПСВ, ПСМ, ПСС/М, УПС, УПМ

В процессе производства полистирола основными способами являются: суспензионная полимеризация и полимеризация в массе. Второй способ является наиболее эффективным, и конечная продукция, полученная данным способом, отличается более высоким качеством. Полистирол, который получен с помощью полимеризации в массе, применяется для изготовления качественной и сложной продукции.

Метод полимеризации в массе на данный момент является наиболее распространенным в силу высоких технических и экономических показателей. В отечественном производстве данному методу отдали предпочтение в 70-х годах. По сегодняшний день более 50% продукции выпускается по этому методу. Данный метод обладает оптимальной схемой технологического процесса производства.

Производство осуществляется по непрерывной схеме. В двух последовательно соединенных аппаратах происходит процесс смешивания. Заключительная стадия процесса включает в себя процесс полимеризации, проводимый в аппарате колонного типа. При начале реакции температура достигает 80-100?С, а в конце – около 200?С. Процесс полимеризации прерывается, когда степень превращения полистирола достигает 80-90%. Не прошедший реакцию мономер удаляется с помощью вакуума. Далее в полистирол вводятся антипирены, стабилизаторы, красители и прочие добавки. После этого расплав гранулируют. При этом блочный полистирол отличается большой чистотой. Данная технология наиболее экономична, так как при ней не применяются обезвоживание и просушка. Она также практически безотходна, так как не прошедший реакцию стирол возвращают на повторную полимеризацию. Благодаря тому, что процесс не доводят до полной конверсии мономера, процесс полимеризации происходит на достаточно большой скорости.

При этом контролируются параметры температуры, обеспечивается нужная вязкость полимеризуемой среды. Но в случае проведения процесса до более глубокой степени превращения мономеров возникают существенные затруднения с отводом тепла от реакционной массы, имеющей высокую вязкость. В связи с этим становится невозможным проведение полимеризации в изотермическом режиме.
Такой существенный недостаток метода полимеризации в массе заставляет специалистов уделять внимание другим способам производства, в частности суспензионному методу.

Метод суспензионной полимеризации

Представляет собой конкурирующий метод, который развивается параллельно с полимеризацией в массе. Он основан на слабой растворимости винилового мономера в воде. Кроме того, вода нейтральна в реакции радикальной полимеризации. Суспензионная полимеризация используется для изготовления специальных продуктов, например пенополистирола.

Метод являет собой полу-непрерывный процесс, который отличается наличием дополнительных стадий в процессе производства, а также периодическим применением оборудования на протяжении процесса полимеризации.

Процесс проводится внутри реакторов, имеющих объем до 50м3. Реакторы снабжены мешалкой и рубашкой. Сначала стирол суспензируют в воде, прошедшей деминерализацию. При этом используются стабилизаторы эмульсии. В процессе инициатор полимеризации растворяется в каплях мономера, где, собственно, и происходит сама полимеризация. После этого происходит образование крупных гранул в суспензии полимера в воде. Процесс полимеризации проводится с постепенным повышением температуры – от 40 до 130? С под высоким давлением, на протяжении от 8 до 14 часов. Полученную суспензию помещают в центрифугу, с помощью которой выделяют полимер. Готовое сырье подвергают промывке и сушке. Закономерности данного процесса полимеризации в целом схожи с закономерностями метода полимеризации в массе с тем лишь отличием, что в данном случае существенно облегчен теплоотвод и смешивание компонентов.

Источник

Полистирол (ПС, PS)

Полистирол (сокращенно ПС, PS) является прочным, бесцветным стеклоподобным материалом, который способен пропускать до 90% лучей видимого света и относится к группе синтетических полимерных продуктов класса термопластов.

Химическая формула

Сам термин «полистирол», уже исходя из его названия, говорит о том, что в качестве первичного материала выступает стирол (жидкость, обладающая достаточно неприятным и сильным запахом), а получен он посредством полимеризации.

Полистирол представляет собой полимерный материал, обладающий небольшой механической прочностью, который производится в виде прозрачных гранул, имеющих цилиндрическую форму. Из этих гранул затем изготавливают листы и другую продукцию экструзионным и литьевым способом.

Физические свойства

1. Плотность материала составляет 1060 кг/м 3

2. Насыпная плотность гранул составляет от 550 кг/м 3 до 560 кг/м 3

3. Устойчивость к перепадам температуры — материал выдерживает морозы до -40°C и жару до +60°C, при иных значениях начинает менять изначальную форму

4. Усадка линейная в форме составляет 0,4-0,8%

5. Диэлектрическая проницаемость равняется от 2,4 до 2,6

6. Электрическая прочность с частотой 50Гц — 20-23 кВ/мм

7. Теплоемкость имеет значение 34х10 3 Дж/кг*К

8. Электрическая прочность составляет частоту 50 Гц

9. Тангенс угла при диэлектрических потерях с частотой 1 МГц имеет значение 3-4х10 -4

10. Термическая стойкость может достигать до 100°C, а температурное значение, при котором материал начинает плавиться —

11. Не происходит растворения материала в простых эфирах, низших спиртах, алифатических углеводородах, уксусной кислоте, воде и фенолах, устойчив к действию минеральных и растительных масел, растворам солей

12. Растворение происходит в углеводородах (хлорированных и ароматических), сложных эфирах, ацетоне

Для улучшения качественных характеристик полистирола проводят его сополимеризацию с разнообразными виниловыми мономерами. Немаловажное значение также имеют привитые и блок-сополимеры стирола, которые имеют высокую ударную вязкость. Проведение данного процесса имеет название модификации материала.

Способы получения

В производстве получают 3 способами:

Самый 1-й метод получения — это эмульсионный способ (ПСЭ), предполагающий ведение процесса со значительной скоростью при достаточно умеренном температурном режиме. Для производства полистирола таким способом требуется вода, регулятор, инициатор процесса полимеризации и эмульгатор. Сам процесс полимеризации выполняется при температуре от +85°C до +95°C, и подходит к концу, когда остается менее 0,5% свободного стирола. Эмульсионный способ позволяет на выходе получить высокомолекулярный полимер, но материал при этом не получится в конечном счете «чистым», а будет иметь желтоватый оттенок за счет того, что не представляется возможным удалить полностью все посторонние включения.

Суспензионный способ (ПСС) используется для изготовления пенополистирола и сополимеров. Выполняется этот метод в реакторах с рубашкой для нагрева и при непрерывном смешивании, с использованием таких компонентов, как инициатор процесса полимеризации (в роли него применяют перекись бензола, гидроперекись кумола и др.), стабилизатор, эмульсии. Температура в ходе процесса постепенно увеличивается (до +120°C), и процесс полимеризации длится 12-15 ч. В результате теплового воздействия получается суспензия. Из нее путем разделения неоднородных систем получают нужное вещество, подвергающееся промыванию и высушиванию.

Самым эффективным считается блочный способ (ПСМ), обеспечивающий получение полимерного вещества с высокой молекулярной массой и почти свободного от остаточного мономера. Изготовление данным методом возможно осуществить путем термически инициируемой полимеризации в массе с использованием двух или трех реакторов колонного типа, оборудованных механическими устройствами для смешивания и соединенных в последовательном порядке. Процесс полимеризации выполняется в несколько стадий в бензоле. Температура в ходе данного процесса идет на повышение до 200°C. Выпускают произведенный таким образом полистирол в виде мелкодисперсного или крупнозернистого порошка, а также в виде гранулята, имеющего размер не больше 10-16 мм.

Сравнительная таблица физико-механических свойств полистирола, полученного разными методами

Показатель	Блочный	Эмульсионный	Суспензионный
Плотность, кг/м 3	1050 — 1060	1050 — 1070	1050 — 1060
Разрушающее напряжение при растяжении, МПа	39,2	39,2 — 44	41,1
Ударная вязкость, кДж/м 2	19,6 — 21,6	21,6	19,6 — 27,4
Относительное удлинение при разрыве, %	2,0	2,0	2,0
Твердость по Бринеллю, МПа	137 — 157	137 — 196	137 — 157
Теплостойкость по Вика, °С	95-100	100-105	105
Тангенс угла диэлектрических потерь при 10 6 Гц	4 — 10 -4	2 — 10 -4 — 3 — 10 -4	4 — 10 -4
Диэлектрическая проницаемость при 10 6 Гц	2,4-2,7	2,6	2,5-2,6
Содержание остаточного мономера, %	0,5 — 0,8	0,15-0,2	0,1-0,5
Водопоглощение за 24 ч, %	0	0,07	0,01-0,02

По назначению выделяют 3 основных вида полистирола:

2. Общего назначения

Полистирол, относящийся к первому виду — ударопрочный или модифицированный, представляющий собой бесцветный материал, который может быть покрашен в разные цвета. Этот пластик обладает такими свойствами, как легкоплавкость, высокая прочность, морозоустойчивость, легкость механической обработки. Поэтому данный материал и используется в столь разных областях — от рекламной индустрии до строительства. Он достаточно гибок и прост в обработке, совместим с пищевой продукцией и способен выдерживать температурные колебания от -30°C до +70°C.

Основные виды ударопрочного полистирола:

1. Сверхударопрочный полистирол, с содержанием каучука от 10% до 15%, SHIPS — Super High Impact Polystyrene

2. Полистирол высокой ударной прочности, с содержанием стирола от 92,5% до 91% и каучука от 7,5% до 9%, HIPS — HighImpactPolystyrene

3. Полистирол средней ударной прочности, с содержанием стирола от 96,5% до 95% и каучука от 3,5% до 4,5% каучука, MIPS — MiddleImpactPolystyrene

Технические характеристики ударопрочного полистирола

1. Модуль упругости при растяжении составляет не менее 1800 МПа

2. Прочность при изгибе составляет не менее 35 МПа

3. Глянец под углом 60° составляет не менее 100

4. Прочность при растяжении составляет не менее 21 МПа

5. Модуль эластичности составляет не менее 50 МПа

6. Относительное удлинение составляет не менее 45%

Полистирол общего назначения — прозрачный материал, который отличается хрупкостью и ломкостью, легко деформирующийся вследствие незначительных надрезов или ударов. Если сравнить его с ударопрочным, то этот полистирол обладает меньшей гибкостью и эластичностью. Изготавливается с помощью суспензионного и блочного метода, и используется для изготовления изделий разнообразными способами термического формования. Возможности применения данного полимера ограничивает повышенная чувствительность к УФ-излучению, но в то же время высокий уровень прозрачности материала позволяет применять его в роли более доступного аналога оргстекла.

Технические характеристики полистирола общего назначения:

1. Модуль упругости при растяжении составляет от 2850 МПа до 2930 МПа

2. Прочность на изгиб составляет от 80 МПа до 104 МПа

3. Предел хрупкости составляет от 60°C до 70°C

4. Предельная прочность на разрыв — 3%

5. Максимальная температура эксплуатации составляет от 75°C до 105°C

6. Стеклование составляет от 80°C до 113°C

7. Плотность составляет от 1,04 г/см 3 до 1,06 г/см 3

Экструдированный полистирол изготавливается посредством экструзии и представляет собой листы прозрачные, цветные или молочные. Используется данный материал при долговременном сроке эксплуатации под постоянным воздействием УФ-излучения. Сфера применения достаточно обширна. Используется данный вид полистирола при изготовлении фурнитуры, дверей, пленок, оконных стекол, перегородок и пр. Экструдированный полистирол также является универсальным материалом для строительства, благодаря простоте в монтаже, устойчивостью к влаге, химическим воздействиям, грибкам.

Технические характеристики экструдированного полистирола:

1. Модуль упругости составляет от 3200 МПа до 3500 МПа

2. Предел прочности при изгибе составляет от 75 МПа до 80 МПа

3. Предел прочности при растяжении составляет от 45 МПа до 55 МПа

4. Коэффициент линейного расширения составляет 8х10-5 1/0°C

5. Прозрачность — 90%

6. Относительное удлинение — 1,3%

7. Ударная вязкость — 14 кДж/м 2

Маркировки

В мире используются следующие типовые аббревиатуры:

1. Полистирол — PS (ПС)

2. Полистирол общего назначения — GPPS (ПСЭ, ПСС или ПСМ — маркировка зависит от способа получения материала)

3. Полистирол средней ударопрочности — MIPS

4. Полистирол ударопрочный — HIPS (УПС, УПМ)

5. Полистирол вспенивающийся — EPS (ПСВ)

Аббревиатура MIPS используется сравнительно редко.

Области применения

Благодаря своим исключительным свойствам, полистирол применяют:

— в бытовой и хозяйственной сфере для изготовления детских игрушек, ведер, упаковочных материалов, тары, канцелярских товаров, принадлежностей для кухни и пр.;

— в строительстве необходим при изготовлении звукопоглощающих компонентов, потолочных панелей, при тепловой изоляции зданий. Также этот материал используется при создании предметов декора, отделки жилых площадей, для устройства оранжерей и пр.;

— для медицинского оборудования и инструментария, включая различное лабораторное оборудование и инструменты для одноразового использования, которые изготавливают из матовых разновидностей полимера;

— распространение в светотехнической сфере (производство конденсаторной пленки, антенн, кабеля) обусловлено отличными диэлектрическими качествами полистирола;

— в военном деле полистирол входит в некоторые виды напалма;

— в отрасли сельского хозяйства при производстве контейнеров для хранения овощей, теплиц, сельскохозяйственного инвентаря и пр.

— сополимеры стирола с высокими показателями твердости находят применение в сферах, где требуется пластик для изготовления ударопрочных изделий.

Полистирол является высококачественным и одновременно доступным материалом, который обладает отличными показателями влагостойкости, химической стойкости, прекрасными термоизоляционными и прочими свойствами. Обусловлено массовое использование данного материала в различных сферах жизни человека невысокой стоимостью и экологической безопасностью. Пока что не имеет аналогов, которые были бы способны его полностью заменить. Похожие материалы либо стоят гораздо дороже, либо обладают худшими эксплуатационными характеристиками. Полистирол, скорее всего, еще длительное время будет востребован как в России, так и за рубежом.

Источник