Использование полистирола, характеристики, производство и определение

Полистирол: что это такое и свойства такого материала

Полистирол (ПС) — это прозрачный, аморфный, неполярный товарный термопласт, который легко перерабатывается и может быть легко преобразован в большое количество полуфабрикатов, таких как пены, пленки и листы. Это один из крупнейших по объему товарных пластиков, на который приходится примерно семь процентов всего рынка термопластов 1 . PS является очень хорошим электрическим изолятором, имеет превосходную оптическую прозрачность из-за отсутствия кристалличности и обладает хорошей химической стойкостью к разбавленным кислотам и основаниям. Его также легко превратить в большое количество готовых изделий, поскольку он представляет собой вязкую жидкость с температурой выше температуры стеклования (T g ), которую можно легко формовать. Однако полистирол имеет ряд ограничений. Он подвергается воздействию углеводородных растворителей, имеет плохую стойкость к кислороду и ультрафиолетовому излучению и довольно хрупок, т.е. имеет плохую ударную вязкость из-за жесткости основной цепи полимера. Кроме того, его верхний температурный предел для постоянного использования довольно низок из-за отсутствия кристалличности и низкой температуры стеклования около Tg = 373 K (100°C). Ниже T g он имеет предел прочности при растяжении от среднего до высокого (35–55 МПа), но низкую ударную вязкость (15–20 Дж/м). Несмотря на все эти недостатки, стирольные полимеры представляют собой очень привлекательные пластмассы для массового производства.

Некоторые из его недостатков можно преодолеть путем сополимеризации с другими мономерами. Например, полистирол можно сополимеризовать с метилметакрилатом. Сополимер поли(стирол-со-метилметакрилат) (ПСММА) имеет более высокую прозрачность и улучшенную химическую и УФ-стойкость.

Одним из наиболее важных сополимеров стирола является поли(стирол-со-акрилонитрил) (ПСАН). Он обладает значительно улучшенной химической стойкостью, лучшей термостойкостью и улучшенными механическими свойствами. Однако эти сополимеры часто дают желтые продукты.

Вероятно, одинаковое значение имеют поли(стирол-со-бутадиен) (SBR, SBS) и поли(стирол-со-акрилонитрил-со-бутадиен) (ABS). Оба сополимера обладают очень высокой устойчивостью к нагрузкам и ударам, а АБС имеет более высокую прочность на растяжение, чем чистый полистирол.

Для повышения термостойкости стирол иногда сополимеризуют с небольшими количествами малеинового ангидрида или сополимеризуют с этим мономером в чередующуюся структуру. Сополимер поли(стирол-комалеиновый ангидрид) (ПСМА) имеет более высокую Tg, чем чистый полистирол (400-430 К), улучшенную термостойкость и высокую размерную стабильность.

Читайте также:
Замки для подъездных ворот, садовых ворот, проходных ворот, пешеходных ворот и дверей

Многие производные стирола были синтезированы в лабораторных масштабах, а некоторые из них были тщательно исследованы. Однако ни один другой стирольный полимер не стал массовым товарным термопластом. Среди тех, которые производятся в промышленных масштабах, находятся α-метилстирол, о-, м- и п-метилстирол, метоксистирол, хлорстирол, дивинилбензол и п-дивинилбензол. Последний используется в качестве сшивающего агента в большом количестве различных полимерных материалов.

Полистирол не является биоразлагаемым пластиком и устойчив к фотолизу. Это основной источник мусора в океане. Несмотря на возможность вторичной переработки, полистирол не перерабатывается во многих частях мира. Самой большой проблемой является вспенивающийся полистирол (EPS); из-за своей низкой плотности он занимает относительно много места на свалках.
В последние годы (пищевая) упаковочная промышленность разработала альтернативные изоляционные пластмассы для термических применений, такие как Versalite, который представляет собой вспененный полипропилен (ПП), который можно перерабатывать вместе с другими продуктами из полипропилена в общем потоке вторичной переработки. Мы ожидаем, что другие недорогие смолы с более низкой плотностью увеличат свою долю рынка в традиционных больших объемах применения вспенивающегося полистирола.

Коммерческие полистиролы

Полистирол является одним из наиболее важных товарных пластиков. Объем производства полистирола и сополимеров стирола составляет несколько миллионов тонн в год. Он продается под различными торговыми названиями, включая Styrofoam™, Styropor® и Styron™.

®, Styro-Flex®, Cellofoam®, Depron XPS®, Fostarene®, Styraclear®, Lustrex®1, SABIC® PS и INEOS® Styrenics.

1 Большая часть стирольных пластиков Monsanto была приобретена компанией BAYER.

Три наиболее важных сорта стирола:

GPS : Полистирол общего назначения, также известный как кристально чистый полистирол, представляет собой полностью прозрачный, жесткий и довольно хрупкий недорогой термопласт, изготовленный из мономера стирола. GPPS представляет собой твердый продукт, выпускаемый в виде гранул размером 2-5 мм.

HIPS : Ударопрочный полистирол обычно содержит от 5 до 10% каучука (бутадиена) и используется для деталей, требующих высокой ударопрочности. HIPS представляет собой привитой сополимер с ответвлениями из полистирола. Прививка происходит, когда некоторые из радикалов реагируют с двойными связями полибутадиена.

EPS : Вспенивающийся полистирол состоит из микрогранул или шариков, содержащих вспенивающий агент (обычно пентан). Пенополистирол является теплоизоляционным, обладает высокой ударопрочностью и хорошей технологичностью.

Читайте также:
Вентиляционные отверстия в многоквартирных домах.

Стирольные сополимеры и их смеси считаются техническими термопластами, поскольку их свойства могут быть адаптированы в широком диапазоне для большого количества применений с широким спектром методов обработки, что позволяет производить высококачественные, очень прочные пластмассовые изделия, подходящие для многих требовательных применений.

Приложения

Полистирол – дешевый и простой в обработке полимер. Это предпочтительный материал для многих применений, включая упаковку для пищевых продуктов, одноразовые потребительские пластмассовые товары, а также детали для оптических, электронных/электрических и медицинских приложений. Путем литья под давлением изготавливается большое разнообразие продуктов, включая столовую посуду, пластиковые стаканчики, предметы домашнего обихода, игрушки, коробки для компакт-дисков, косметические контейнеры, крышки и приспособления.

Вспенивающийся полистирол, либо кристаллический полистирол 2, либо сополимеры стирола, пропитанные вспенивающим агентом (обычно пентаном), используются для производства различных вспененных изделий, таких как одноразовые стаканчики для питья, картонные коробки для яиц, лотки, контейнеры для фаст-фуда, мягкая упаковка и теплоизоляция для строительный рынок.

Медицинские приложения включают пипетки, чашки Петри и контейнеры для лекарств.

ТЕРМОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

  • Полистирол
  • Поли(2-метоксистирол)
  • Поли(α-метилстирол)
  • Поли(2-метилстирол)
  • Поли(3-метилстирол)
  • Поли(4-метилстирол)
  • Поли(4-трет-бутилстирол)

1 Источник: PlasticEurope / Consultic / ECEBD (2013 г.)
2 Термин «кристалл» используется для описания превосходной оптической прозрачности продукта. Кристаллический полистирол не является кристаллическим; он полностью аморфен.

Использование полистирола, характеристики, производство и определение

Волдеб Х. Тесфамариам

Полистирол — это тип полимера, прозрачный, жесткий, хрупкий и умеренно прочный в немодифицированном состоянии. Это пластик, полученный путем полимеризации, который сочетает в себе строительный блок, называемый стиролом. Полистирол используется в различных формах, в том числе в виде пены, пленки и жесткого пластика, для различных применений, от упаковки пищевых продуктов до защиты электроники. В то время как использование полистирола является гибким и имеет низкую скорость усадки, он также медленно течет и может стать хрупким. Полистирол безопасен для пищевых продуктов, хотя со временем он может выщелачивать стирол. Он обычно используется в литье под давлением и производится такими компаниями, как Dow и Trinseo.

Что такое полистирол?

Полистирол, также известный как полифенилэтен, представляет собой полимер, состоящий из повторяющихся молекул, называемых стиролом. Это термопластичный полимер, то есть он размягчается и плавится при нагревании и может быть использован повторно. Это отличный электрический изолятор и устойчив к химическим веществам, таким как кислоты и щелочи. Твердый полистирол прозрачен из-за отсутствия кристаллического расположения молекул стирола. Это хрупкий материал с плохой устойчивостью к ультрафиолетовому излучению. Он также имеет относительно низкую температуру стеклования 100ºC, при которой полимер начинает размягчаться перед плавлением. Полистирол имеет код вторичной переработки 6, его можно расплавлять и повторно использовать в различных формах.

Читайте также:
Превратите одну комнату в две с помощью этих гениальных идей

Полистирол обычно комбинируют или сополимеризуют с другими соединениями для получения пластмасс с улучшенными свойствами. Например, полистирол соединяется с метилметакрилатом с образованием поли(стирол-со-метилметакрилата) или ПСММА. Полученный материал имеет более высокую прозрачность с повышенной устойчивостью к ультрафиолетовому излучению и химическому воздействию. Другой популярный пластик под названием акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС) получается в результате сополимеризации акрилонитрила и бутадиена с полистиролом. В результате АБС обладает высокой прочностью на растяжение, свариваемостью, формуемостью и стабильностью размеров.

Каковы области применения полистирола?

Полистирол используется во всех отраслях промышленности, от игрушек и деталей товаров народного потребления до изоляционных и упаковочных материалов. Он также является ингредиентом для синтеза новых пластмасс. Полистирол используется в твердом, пленочном и вспененном виде, образует полимерную матрицу в композитах, служит основой для сополимеризованных пластмасс.

  • Твердая или жесткая форма: этот тип полистирола прозрачный, жесткий, хрупкий и умеренно прочный в немодифицированном состоянии.
  • Форма пены: наиболее заметным применением полистирола является пенопласт, также известный как вспененный полистирол (EPS).
  • Форма фильма: Пленки из полистирола прозрачны, прочны и пригодны для печати.
  • Композиты: Полистирол используется в качестве базовой полимерной матрицы для изготовления композитов, армированных волокном.
  • Сополимер полистирола: полистирол обычно комбинируют с другими соединениями для синтеза пластиков с уникальными свойствами. К ним относятся ABS, SBR, SAN и HIPS.

Полистирол используется в различных областях, начиная от бытовой техники и заканчивая медицинскими изделиями и автомобильными деталями. В бытовых приборах пенополистирол используется в качестве изоляции, а его жесткая форма используется для корпусов и кожухов. Электроника также использует жесткую форму этого материала для корпусов и кожухов. Полистирол также безопасен для пищевых продуктов, поэтому он используется в сфере общественного питания в качестве жесткой посуды и контейнеров для еды и напитков, а также полистироловой пленки в качестве части упаковки мяса и еды на вынос. Медицина также использует этот материал в пробирках и чашках Петри. Строительство также выигрывает от этого материала, так как в качестве утеплителя используется пенополистирол. Другой отраслью, в которой используется полистирол, является автомобилестроение, где используется чистый полистирол для детских защитных сидений и композиты из этого материала для автомобильных кузовов и компонентов.

Читайте также:
Обзор напольных покрытий Pergo от мамы 4 детей - arinsolangeathome

Тарелки и чашки могут быть изготовлены из полистирола, звукопоглощающая пена и защитная ламинация плакатов и других изделий. Ветряные турбины и коррозионно-стойкие трубы также могут быть изготовлены из полистирола. Его сополимеризованные формы ABS, SBR, SAN и HIPS могут использоваться для различных применений: от прототипов, напечатанных на 3D-принтере, до резиновых прокладок для оптических волокон и автомобильных бензобаков.

Каковы преимущества процесса литья пластмасс под давлением?

Преимуществами литья полистирола под давлением являются низкая усадка, формуемость и гибкость для использования в смешанной и вспененной форме. Полистирол, как и все термопласты, пригоден для повторного использования и легко формуется. Он также имеет низкую усадку в процессе литья пластмасс под давлением. Обычно полистирол дает усадку менее 0.5%, что мало по сравнению с другими пластиками, полученными литьем под давлением. Это свойство позволяет фиксировать сложные детали конструкции деталей. Кроме того, полистирол меньше коробится и позволяет производить детали однородной формы, что позволяет конструкторам точно прогнозировать размеры готовых деталей.

Пенополистирол также можно использовать в процессе литья под давлением, называемом формованием структурной пены, для создания жестких, но легких конструкций для различных применений. Сополимерный полистирол также подвергается литью под давлением для производства деталей с улучшенными механическими свойствами.

Каковы недостатки процесса литья пластмасс под давлением?

Недостатками процесса литья полистирола под давлением являются низкий индекс текучести расплава, высокая температура плавления и короткий диапазон температур. Полистирол плавится при относительно высокой температуре плавления от 210 ºC до 250 ºC, что требует более высоких энергозатрат для выполнения процесса литья под давлением. Полистирол также имеет низкий индекс текучести расплава с типичным значением от 12 до 16 г/10 мин, что представляет собой легкость текучести расплавленного пластика в процессе литья под давлением, измеряемую в граммах текучести пластика за 10 минут.

Температурный диапазон, при котором полистирол начинает размягчаться и плавиться, относительно невелик, и процесс необходимо тщательно контролировать и соответствующим образом проектировать. Немодифицированный полистирол также является хрупким, из-за чего детали могут выйти из строя во время извлечения деталей из формы. Должна быть тщательно продумана конструкция выталкивающего штифта, чтобы детали могли выдерживать изгибающее напряжение, возникающее во время выталкивания. Сополимеризация полистирола с такими соединениями, как каучук или бутадиен, также часто используется для улучшения ударной вязкости материала и уменьшения хрупкости пластика.

Читайте также:
19 Traditional Decor Ideas for Living Rooms

Как полистирол влияет на здоровье человека?

Полистирол влияет на здоровье человека, выделяя стирол, когда он начинает выщелачиваться после длительных периодов времени, что может повлиять на центральную нервную систему. Однако при случайном проглатывании материал заставит кого-то задохнуться, только если кусок достаточно большой. Стирол, основной строительный блок полистирола, считается потенциальным канцерогеном Международным агентством по изучению рака Всемирной организации здравоохранения. В 1980-х годах Агентство по охране окружающей среды США (EPA) смогло показать, что стирол был обнаружен в 100% образцов человеческого жира, взятых в 48 штатах США. Хроническое воздействие стирола опасно для здоровья человека. Он влияет на центральную нервную систему, вызывая головные боли, усталость и спутанность сознания.

Полистирол токсичен?

Полистирол не токсичен, но воздействие молекул стирола в течение длительного времени может вызвать различные проблемы со здоровьем. Молекулы стирола могут выщелачиваться из контейнеров из полистирола в пищу и легко попадать в организм человека. Обычно считается, что полистирол безопасен до тех пор, пока он не начнет осыпаться или не произойдет миграция стирола в виде микро- или наночастиц. Несколько научных исследований связывают воздействие стирола с риском развития рака. Молекулы стирола, вымываемые из контейнеров с едой и напитками, увеличивают вероятность проглатывания этих молекул.

Используется ли полистирол для литья пластмасс под давлением?

Да, полистирол используется для литья пластмасс под давлением; это наиболее часто используемый пластиковый материал для литьевых деталей. Полистирол можно формовать под давлением как в твердом, так и в пенном виде. Литье под давлением твердого полистирола обеспечивает такие свойства, как низкая усадка, что делает детали менее склонными к короблению. Кроме того, он хорошо фиксирует сложные детали конструкции деталей. Из-за своей высокой молекулярной массы он имеет низкий индекс текучести расплава, что может удлинить производственный цикл. Полистирол также используется в процессе, называемом формованием конструкционной пены. Это модифицированный процесс литья под давлением с процессом выдувания или вспенивания перед впрыскиванием материала в форму. Этот процесс производит детали, которые являются жесткими и легкими. Хрупкость полистирола и низкий индекс расплава обычно улучшаются путем его сополимеризации или смешивания с другими материалами для облегчения процесса литья под давлением. Это также позволяет производителю производить детали с высокой точностью и хорошим качеством поверхности.

Читайте также:
Венок из виниловых пластинок.

В чем разница между полистиролом и полипропиленом?

Отличие полистирола от полипропилена заключается в их долговечности; в отличие от полистирола, полипропилен устойчив к большему количеству форм повреждений. И полистирол, и полипропилен являются полимерами, то есть большими молекулами с повторяющимися более мелкими структурными единицами или мономерами. Стирол является мономером для полистирола, тогда как пропилен для полипропилена. Полипропилен является одним из наиболее часто используемых пластиков в производстве предметов домашнего обихода, пищевых контейнеров, деталей электроники, упаковки, автомобильных компонентов и других отраслях промышленности. В отличие от полистирола, полипропилен более устойчив к ультрафиолету и органическим растворителям.

Несмотря на то, что оба имеют схожие экономические преимущества, их применение различается в зависимости от их физических свойств, формы и производственного процесса. Полипропилен — прочный и небьющийся пластик, что делает его более универсальным и долговечным, чем полистирол. Полипропилен устойчив к высоким температурам и автоклавируется (процесс стерилизации паром при высокой температуре). Полистирол не автоклавируется, но используются другие методы стерилизации, такие как гамма-излучение. Полипропилен также обычно пригоден для повторного использования, в то время как полистирольные пластмассы, особенно те, которые используются для упаковки, утилизируются после однократного использования. При использовании литья под давлением полипропилен имеет более высокий индекс текучести расплава и более низкую температуру плавления, чем полистирол. Это делает процесс литья полипропилена под давлением менее энергоемким, с более быстрым производственным циклом. Преимущество использования полистирола по сравнению с полипропиленом заключается в том, что он имеет более низкую скорость усадки, что может повлиять на качество и точность конечного изделия из пластика. Вспенивать можно как полипропилен, так и полистирол. Однако, в отличие от полистирола, полипропилен в форме волокна используется для изготовления канатов с превосходной прочностью и долговечностью.

Заключение

Полистирол является популярным материалом во многих областях применения, от деталей потребительских товаров до изоляционных и упаковочных решений. Его формуемость и низкая усадка делают полистирол пригодным для литья под давлением. Кроме того, полистирол является базовым материалом для различных процессов сополимеризации для производства более качественных пластиков с уникальными свойствами. Он также используется в качестве полимерной матрицы для нескольких композитных материалов.

Читайте также:
10 способов создать теплую и гостеприимную столовую

Задумались о заказе изделий из полистирола? Инженеры Xometry готовы помочь вам выбрать, какой материал и технология производства сделают ваш дизайн-проект успешным. Начните свое предложение с Xometry сегодня.

Юридическое предупреждение

Контент, отображаемый на этой веб-странице, предназначен только для информационных целей. Xometry не делает никаких заявлений и не дает никаких гарантий, явных или подразумеваемых, в отношении точности, полноты или достоверности информации. Любые рабочие параметры, геометрические допуски, особенности конструкции, качество и типы материалов или процессов не должны рассматриваться как представляющие то, что будет поставляться сторонними поставщиками или производителями через сеть Xometry. Покупатели, которым нужны расценки на детали, несут ответственность за определение конкретных требований к этим частям. Пожалуйста, ознакомьтесь с нашими условиями для получения дополнительной информации.

Волдеб Х. Тесфамариам

Волдеб Х. Тесфамариам — инженер-механик, занимающийся промышленным дизайном и производством. Он увлечен зелеными технологиями и с энтузиазмом относится к использованию умного дизайна, моделирования, новых технологий производства и Интернета вещей (IoT) для поиска инновационных решений проблем, с которыми сталкивается человечество, таких как изменение климата, энергетический кризис и загрязнение.

полистирол

Несмотря на то, что были приложены все усилия для соблюдения правил стиля цитирования, могут быть некоторые расхождения. Пожалуйста, обратитесь к соответствующему руководству по стилю или другим источникам, если у вас есть какие-либо вопросы.

Наши редакторы рассмотрят то, что вы отправили, и решат, следует ли пересматривать статью.

Несмотря на то, что были приложены все усилия для соблюдения правил стиля цитирования, могут быть некоторые расхождения. Пожалуйста, обратитесь к соответствующему руководству по стилю или другим источникам, если у вас есть какие-либо вопросы.

Наши редакторы рассмотрят то, что вы отправили, и решат, следует ли пересматривать статью.

полистирол

полистирол, твердая, жесткая, блестяще прозрачная синтетическая смола, полученная полимеризацией стирола. Он широко используется в сфере общественного питания в качестве жестких подносов и контейнеров, одноразовой столовой посуды, чашек, тарелок и мисок из вспененного материала. Полистирол также сополимеризуется или смешивается с другими полимерами, что придает твердость и жесткость ряду важных пластиковых и резиновых изделий.

Читайте также:
Преимущества угловых диванов

Молекулярная структура.

Стирол получают взаимодействием этилена с бензолом в присутствии хлорида алюминия с получением этилбензола. Затем бензольная группа в этом соединении дегидрируется с получением фенилэтилена или стирола, прозрачного жидкого углеводорода с химической структурой CH.2=CHC6H5. Стирол полимеризуют с использованием свободнорадикальных инициаторов, главным образом, в объемных и суспензионных процессах, хотя также используются растворные и эмульсионные методы. Структуру повторяющегося звена полимера можно представить в виде:

Присутствие бокового фенила ( C6H5) групп является ключом к свойствам полистирола. Твердый полистирол прозрачен из-за этих больших кольцеобразных молекулярных групп, которые не позволяют полимерным цепям упаковываться в тесные кристаллические структуры. Кроме того, фенильные кольца ограничивают вращение цепей вокруг углерод-углеродных связей, придавая полимеру его заметную жесткость.

Полимеризация стирола известна с 1839 года, когда немецкий фармацевт Эдуард Симон сообщил о его превращении в твердое вещество, позже названное метастиролом. Еще в 1930 году для полимера было найдено мало коммерческого применения из-за хрупкости и растрескивания (минимальное растрескивание), которые были вызваны примесями, которые вызывали сшивку полимерных цепей. К 1937 году американский химик Роберт Дрейсбах и другие сотрудники физической лаборатории Dow Chemical Company получили очищенный мономер стирола путем дегидрирования этилбензола и разработали экспериментальный процесс полимеризации. К 1938 году полистирол начали производить в промышленных масштабах. Он быстро стал одним из самых важных современных пластиков из-за низкой стоимости производства больших объемов мономера стирола, простоты формования расплавленного полимера в операциях литья под давлением, а также оптических и физических свойств материала.

Узнайте, почему пенополистирол (полистирол) не перерабатывается так часто, как мог бы

Раньше пенополистирол производился с помощью хлорфторуглеродных пенообразователей — класса соединений, которые были запрещены по экологическим причинам. В настоящее время полистирол, вспененный пентаном или углекислым газом, превращается в изоляционные и упаковочные материалы, а также в пищевые контейнеры, такие как чашки для напитков, картонные коробки для яиц, а также одноразовые тарелки и подносы. Изделия из твердого полистирола включают литые столовые приборы, видеокассеты и аудиокассеты, футляры для аудиокассет и компакт-дисков. Многие свежие продукты упаковываются в прозрачные лотки из полистирола вакуумной формовки из-за высокой газопроницаемости и хорошей паропроницаемости материала. Прозрачные окна во многих почтовых конвертах сделаны из полистирольной пленки. Кодовый номер полистирола для вторичной переработки пластика — #6. Изделия из переработанного полистирола обычно переплавляются и повторно используются в пенопластовой изоляции.

Читайте также:
Утепление наружных стен: какой лучше использовать? Достижимый дом

Несмотря на свои полезные свойства, полистирол хрупок и горюч; он также размягчается в кипящей воде и без добавления химических стабилизаторов желтеет при длительном воздействии солнечных лучей. Для уменьшения хрупкости и улучшения ударной вязкости более половины всего производимого полистирола смешивают с бутадиеновым каучуком в количестве от 5 до 10 процентов. Эта смесь, подходящая для игрушек и деталей бытовой техники, продается как ударопрочный полистирол (HIPS).

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: