Полистирол. Блочная, суспензионная, эмульсионная полимеризация стирола

 

МИнистерство образования и науки

республики казахстан

современный гуманитарно-технический институт

 

 

 

 

 

 

 

кафедра: Естественно-научных дисциплин

 

 

реферат

на тему: Полистирол. Блочная, суспензионная, эмульсионная полимеризация стирола

      по дисциплине: Технология органических веществ и продуктов

 

 

 

 

 

Проверила:    к.х.н.,  ст. преп.  Калдыбаева А. К.  

Сдала: студентка. гр. ВХТОВ-201 Бакиева Ж. К.

 

 

 

 

 

 

 

караганда-2010 г.

 

Содержание

 

Введение

1. Описание полистирола

2. Основные свойства полистирола

2.1. Физические свойства

2.2. Химические свойства

3. Структура полистирола

4. Способы отверждения, температура стеклования

5. Применение в промышленности:

5.1 Полистирол общего назначения (GPPS)

5.2 Полистирол ударопрочный (HIPS)

6. Полимеризация стирола

6.1 Блочный метод полимеризации стирола

6.2 Эмульсионный метод полимеризации стирола

6.3 Суспензионный метод полимеризации стирола

 

 

Заключение

 

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

При замещении одного из атомов водорода в молекуле этилена на бензольное ядро образуется новая «заготовка» для получения полимеров — винилбензол (стирол) СН2=СН—С6Н5.

Полистирол получил широкое распространение из-за своей дешевизны и лёгкости обработки. Однако есть у него один серьёзный недостаток — это очень непрочный и хрупкий материал, в чём может убедиться каждый, наступив на корпус шариковой ручки. Прозрачные корпуса авторучек, коробки для кассет и лазерных дисков, детские игрушки, сувениры и другие предметы, для которых не требуется высокой прочности материала, — все они изготовлены из полистирола.

Промышленность пластмасс 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 Штаудингер. 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 настоящее время производятся практически все основные типы сополимеров стирола, включая сополимеры с метилстиролом, метилметакрилатом, ударопрочные сополимеры с каучуком, двойные и тройные сополимеры с акрилонитрилом (включая АВС-пластики) и др.

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Описание полистирола

 

Полистирол—неполярный полимер, широко применяющийся в электротехнике, сохраняющий прочность в диапазоне 210 ... ... 350 К. Благодаря введению различных добавок приобретает специальные свойства: ударопрочность, повышенную теплостойкость, антистатические свойства, пенистость. Недостатки полистирола—хрупкость, низкая устойчивость к действию органических растворителей (толуол, бензол, четыреххлористый углерод легко растворяют полистирол; в парах бензина, скипидара, спирта он набухает).

Полистирол вспенивающийся широко используется как теплозвукоизоляционный строительный материал. В радиоэлектронике он находит применение для герметизации изделий, когда надо обеспечить минимальные механические напряжения, создать временную изоляцию от воздействия тепла, излучаемого другими элементами.

Полистирол - термопластичный аморфный полимер с формулой

[-СН2-С(С6Н5)Н-]n

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.

Это твердое, упругое, бесцветное вещество. 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 ароматических 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.

 

2. Основные свойства полистирола

 

2.1. Физические свойства

 

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.

 

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

 

2.1 Химические свойства

 

Химические свойства стирола обусловлены высокой реакционной способностью боковой винильной группы. Фенильное ядро затрагивается в процессе термической полимеризации на стадии инициирования. При окислении стирола на воздухе происходит образование полимера, формальдегида и бензальдегида.

Полистирол относится к группе весьма инертных пластмасс. Он стоек к действию щелочей и галогеноводородных кислот. Нестоек к действию концентрированной азотной кислоты и ледяной уксусной кислоты.

Термическая деструкция полистирола с заметной скоростью протекает при температурах выше 200 °С. Основным продуктом разложения является мономерный стирол. Полистирол горюч. Для того чтобы понизить опасность возгорания, в него добавляют фосфорсодержащие соединения. Широкое использование полистирола в быту, строительстве, пищевой индустрии диктует необходимость максимального снижения содержания в нем остаточного мономера. По действующим нормам пищевой полистирол должен содержать менее 0,3% мономера [3].

 

3. Структура полистирола

 

Первичные ламели имеют значительную поверхностную энергию, поэтому происходит их агрегация, приводящая к образованию монокресталов - более сложных надмолекулярных образований. При кристаллизации из расплава или концентрированного раствора полимера наиболее общего типа вторичного кристаллического образования является сферолит, имеющий кольцевую или сферическую форму и достигающую гигантских размеров до 1см. В радикальных или сферических сферолитах каркас формируется из ленточных, кристаллических образований направленных от центра к периферии.

Полученные обычным способом поливинилхлорид, поливинилфторид и полистирол обладают гораздо меньшей степенью кристалличности и имеют более низкие температуры плавления; у этих полимеров физические свойства сильно зависят от стереохимической конфигурации.

Полистирол, полученный методом свободно-радикальной полимеризации в растворе, является атактическим. Этот термин означает, что если ориентировать углеродные атомы полимерной цепи, придав ей, правильную зигзагообразную форму, то фенильные боковые группы окажутся распределенными случайным образом по одну и по другую сторону вдоль цепи. При полимеризации стирола в присутствии катализатора Циглера образуется изотактический полистирол, отличающийся от атактиче-ского полимера тем, что в его цепях все фенильные группы расположены по одну или по другую сторону цепи. Свойства атактического и изотактического полимеров различаются весьма существенно. Атактический полимер можно формовать при значительно более низких температурах, и он растворим в большинстве растворителей намного лучше изотактического.

Существует много других типов стереорегулярных полимеров, один из которых назван синдиотактическим; в цепях этого полимера боковые группы расположены по-переменно то по одну, то по другую сторону цепи, как это показано на рисунке 4 [5].

 

4. Способы отверждения, температура стеклования

 

Температура стеклования (Тст) соответствует температуре, при которой возникает подвижность сегментов полимерных цепей.

Форму изделия из термопласта получают в результате развития в полимере пластической или высокоэластичной деформации под действием давления при нагреве полимера. При переработке реактопластов формирование изделия обеспечивают путем сочетания физических процессов формирования с химическими реакциями отверждения полимеров. При этом свойства изделий определяют скорость и полнота отверждения. Неполное использование при отверждении реакционных способностей полимера обусловливает нестабильность свойств изделия из реактопластов во времени и протекание деструкционных процессов в готовых изделиях.

В таблице 6 приведены значения температур стеклования полистирола. Эти данные показывают влияние скорости нагревания от Тст.

 

Таблица 6 - Температура стеклования полистирола.

 

Тст полистирола, °C	Скорость нагревания, град/мин
89 - 100 101 108 113 - - 106 -	~0,1 ~0,1 ~1 10 10 10 16 20 40 40

 

Низкая вязкость реактопластов при формировании приводит к снижению неравномерности свойств, увеличению скорости релаксации напряжений и меньшему влиянию деструкции при переработке на качество готовых изделий из реактопластов.

В зависимости от способа переработки отверждение совмещается с формованием изделия (при прессовании), происходит после оформления изделия в полости формы (литьевое прессование и литье под давлением реактопластов) или при термической обработке сформованной заготовки (при формовании крупногабаритных изделий, например, листов гетинакса, стеклотекстолита и др.). Полное отверждение реактопластов требует в некоторых случаях нескольких часов. Для увеличения съема продукции с оборудования окончательное отверждение может производиться вне формующей оснастки, так как устойчивость формы приобретается задолго до завершения этого процесса. По этой же причине изделие извлекают из формы без охлаждения.