| Полистирол,получаемый полимеризацией стирола, является одним из наиболее известных инаиболее полно изученных полимеризационных пластиков. Он обладает почтиабсолютной водостойкостью, высокой химической стойкостью и прозрачностью.
Стирол, С6Н5СН= СН2 — бесцветная жидкость. Удельный вес ее 0,909 г/см3,температура кипения 145°С. Стирол нерастворим в воде, растворим в спирте, эфиреи других органических растворителях. В обычных условиях он медленносамопроизвольно полимеризуется; при нагревании полимеризация протекает быстро.
Стирол былоткрыт еще в 1831 г.французским ученым Бонастром в продуктах перегонки бальзама растения стиракс,откуда и происходит его название. В промышленности стирол получают главнымобразом дегидрированием паров этилбензола. Для предупреждения полимеризации встирол добавляют замедлитель реакции — ингибитор, обычно гидрохинон.
Для полученияполистирола применяют три метода — полимеризацию чистого мономера (блочныйметод), полимеризацию в растворителе и водноэмульсионную полимеризацию.Полимеризацию в растворителях и заливку мономера в формы — одну изразновидностей блочного метода — применяют сравнительно редко. Наибольшеераспространение получили методы непрерывной блочной полимеризации иводноэмульсионный.
При блочнойполимеризации в подогреваемые формы заливают чистый стирол, который с течениемвремени постепенно густеет и превращается в твердый прозрачный материал,принимающий форму сосуда, в котором протекал процесс. Этот метод потому иназван блочным, что мономер получают в виде блока. Полимеризация чистогомономера в формах позволяет в лабораторных условиях получать полистирол с(высоким молекулярным весом, недостижимым при других методах, еслиполимеризация проводится при низких температурах (30—40°С) в течениедлительного времени без инициаторов.
Техническаяполимеризация стирола в формах обычно происходит при более высоких температурах(60—90°С) и в присутствии инициатора (перекиси бензоила), ускоряющего процесс.
Техническаяполимеризация стирола в формах имеет существенные недостатки. Из-за высокойвязкости и плохой теплопроводности образующегося материала ,в блоке возникаюттрещины. Кроме того, при этом методе никогда не происходит полного превращениямономера, а наличие в блоке непрореагировавшего мономера сильно снижаеттеплостойкость полистирола, что является основной причиной его старения.
Непрерывный блочный метод полимеризации стирола(рис. 4)
Позволяетполучать полимер с более высоким молекулярным весом, свободный от мономера.Аппарат для полимеризации состоит из двух алюминиевых реакторов 1 емкостьюоколо 2 мг - каждый и колонны 2 из хромоникелевой стали. Реакторы снабженызмеевиками, по которым циркулирует охлаждающая вода (74—78°С), и лопастнымимешалками, вращающимися со скоростью 50—60 об/мин. Вода уносит часть тепла,образующегося в результате .реакции, благодаря чему в реакторе сохраняетсяпостоянная температура (80—82°С).
В реакторахпроводится только предварительная полимеризация стирола. Степень превращениямономера здесь составляем всего лишь 35%. Окончательная полимеризация стиролапроисходит в колонне 2, куда непрерывно из реакторов подают смесь мономера иполимера. Колонна состоит из частей — царг; самая верхняя из них снабженатолько обогревательной рубашкой, остальные царги, кроме рубашек, имеютзмеевики. Для каждой царги характерен самостоятельный тепловой режим. Дляобогрева применяют высококипящий органический теплоноситель — смесь дифенила идифенилоксида.
В реакторыпредварительной полимеризации и в колонну непрерывно подают азот, чтобыпредотвратить окисление стирола кислородом воздуха.
В нижнююконусообразную часть колонны стекает расплавленный полимер, практически несодержащий мономера. Из колонны полимер, имеющий температуру 200—210°С,поступает в шнек 3, который подает полистирол в воздушный холодильник 4. Отсюдаполистирол направляют на склад.
Приводноэмульсионном методе очищенный от ингибитора стирол смешивают сдистиллированной водой в соотношении 1 вес. ч. стирола и 2—3 вес. ч. воды. Дляоблегчения, образования эмульсии применяют эмульгаторы (мыла, солисульфокислот). Эмульгирование производится в чугунном эмалированном реакторе,снабженном мешалкой. После перемешивания стирола, эмульгатора и щелочи вреактор вводят инициатор (надсернокислый калий, взвешенный в воде). Затем врубашку реактора пускают пар и смесь в течение 1,5—2 ч нагревают до 70°С. Вдальнейшем температура повышается до 95°С за счет тепла, выделяющегося во времяполимеризации. При этой температуре реакция продолжается еще 2—3 н.
Продуктполимеризации представляет собой мелкозернистую стойкую суспензию, из которойдля выделения полистирола необходимо удалить эмульгатор. Для этого вреакционную смесь вводят кислоты. Выделение (коагуляцию) полимера производят вспециальных аппаратах из нержавеющей стали или эмалированного чугуна. Смесьсуспензии и кислоты продувают паром и перемешивают. После отстаивания массаразделяется на два слоя — нижний, содержащий полимер, и верхний, являющийсяводным раствором эмульгатора, щелочей и инициатора. Этот раствор удаляют,полимер промывают водой и подают на центрифугу. После центрифугированияполистирол высушивают и измельчают в шаровых мельницах или дезинтеграторах.
Эмульсионныйметод получения полистирола имеет значительные преимущества по сравнению сблочным. Во-первых, процесс полимеризации идет быстрее, во-вторых, полимер несодержит мономера и в-третьих, он получается в виде тонкого порошка.
В соответствиис методом производства различают блочный и эмульсионный полистиролы.
Блочныйполистирол, получаемый методом непрерывной полимеризации, отличается большойчистотой, поэтому его диэлектрические свойства выше. Молекулярный вес блочногополистирола от 500 000 до 300 000, эмульсионного — от 70 000 до 200 000.
При обычнойтемпературе полистирол представляет собой твердое упругое тело с удельным весом1,05. Лишь при 80— 90°С начинают проявляться свойства эластичности.Теплостойкость полистирола по Мартенсу 70—80°С.
Полистиролбесцветен, прозрачен (пропускает до 90% лучей видимой части спектра). Онрастворим в ароматических углеводородах и во многих эфирах; нерастворим вспиртах и бензине.
Механическиесвойства полистирола зависят от степени его полимеризации. Низкомолекулярныеполистиролы очень хрупки и имеют низкую прочность. При молекулярном весе выше100 000 механичеокие свойства полистирола изменяются мало.
Основнымметодом переработки полистирола, отличающегося высокой текучестью в разогретомсостоянии, является литье под давлением 500—2000 кГ/см2 притемпературе 180—230°С. Для этого применяют полистирол в виде порошка илигранул.
Наряду слитьем под давлением широко применяют метод экструзии (выдавливания), напримердля получения пленок.
Из полистиролаизготовляют цветные плитки для облицовки стен санитарных узлов, кухонь, больниц,пористые плиты для тепло- и звукоизоляции, латексные краски для внутреннейотделки, эмали СТЭМ для внутренней отделки, пленки для гидроизоляции и другихцелей. Благодаря высокой прозрачности полистирол можно применять для остеклениязданий.
К недостаткамполистирола как строительного материала относится большая хрупкость, низкийпоказатель удельной ударной вязкости, невысокая атмосферостойкость. Приэксплуатации в блочном полистироле появляются мелкие трещины, ухудшающие егопрозрачность и уменьшающие прочность. | | | | |
