Таблица 1. Физические свойства полистирола.
| Физические свойства | Обозначение | Единица измерения | Значение |
| Плотность | г/см3 | 1,05 | |
| Температура стеклования | Т ст. | °С | |
| Температура самовоспламенения | Т св. | °С | |
| Предел прочности при растяжении | Σ раст. | МПа | 40-50 |
| Модуль упругости при изгибе | ГПа | 3,2 | |
| Относительное удлинение | % | 1,2-2 | |
| Теплопроводность | Вт(м∙К) | 0,08-0,12 | |
| Теплостойкость по Мартенсу | °С | ||
| Твердость по Бринелю | МПа | 140-200 | |
| Усадка при литье | % | 0,4-0,8 | |
| Удельное электрическое сопротивление | ρv | Ом∙см | |
| Диэлектрическая проницаемость | ε | 2,5-2,6 | |
| Нижний концентрационный предел воспламенения | КПВ | г/м3 | 25-27,5 |
Полистирол легко растворим в собственном мономере, ароматических углеводородах, сложных эфирах, ацетоне. Не растворяется в низших спиртах, алифатических углеводородах, фенолах, простых эфирах. Полимер обладает низким влагопоглощением, устойчив к радиоактивному излучению, к кислотам и щелочам, однако разрушается под действием концентрированной азотной кислоты и ледяной уксусной. На воздухе при УФ облучении полистирол подвергается старению: появляются желтизна и микротрещины, происходит помутнение, увеличивается хрупкость. Термодеструкция начинается при 200 °С и сопровождается выделением мономера. Недостатки полистирола – его хрупкость и низкая теплостойкость. При температурах выше 60°С снижается формоустойчивость.
Для получения материалов, обладающих более высокой теплостойкостью и ударной прочностью, чем полистирол, используют его смеси с другими полимерами и сополимеры стирола. Наибольшее промышленное значение имеют блок- и привитые сополимеры, а также статистические сополимеры стирола с акрилонитрилом, акрилатами и метакрилатами, α-метилстиролом и малеиновым ангидридом.
Полистирол обладает средней газопроницаемостью, но высокой паропроницаемостью. Паропропускание быстро понижается при отрицательных температурах, что позволяет использовать полистирол для упаковки продуктов при низких температурах.
Полистирол имеет отличные электрофизические свойства – низкие диэлектрические потери, высокую электрическую прочность, высокое объемное сопротивление. Химически он стоек к сильным кислотам и щелочам, нерастворим в углеводородах алифатического ряда и слабых спиртах; растворим в ароматических углеводородах, высших спиртах, сложных эфирах и хлорированных углеводородах. Из ориентированной ПС пленки можно получать термоформованием очень сложные изделия.
Свойства ударопрочного полистирола:
- Легок в обработке
- Легко режется
- Прочный
- Стойкий к высоким температурам
- Легкость
- Гибкость
- Влагостойкость
- Химическая стойкость к кислотам и щелочам
- Повышенная ударопрочность
- Морозостойкость до – 40С
- Отличная формуемость
4.Классификационные признаки полистирола
Классификация по ТН ВЭД:
3903 – полистирол
Раздел VII - Пластмассы и изделия из них; каучук, резина и изделия из них.
Группа 39 - Пластмассы и изделия из них.
Позиция 3903 - Полимеры стирола в первичных формах:
-полистирол:
Классификация по ОКП:
Секция D – Продукты перерабатывающей промышленности.
Подсекция DH – Резиновые и пластмассовые изделия.
Раздел 25 - Резиновые и пластмассовые изделия.
Группа 25.2 – Изделия из пластмасс
Класс 25.21 - Пластмассовые плиты, листы, трубы и профили.
Категория 25.21.30 – Плиты, литы, плёнки, фольга и полосы из пластмасс неармированные или некомбинированные с другими материалами.
Подкатегория 25.21.30.300 - Плиты, литы, плёнки, фольга из полимеров стирола, неармированные.
Стандарты, в соответствии с которыми выпускается полистирол:
Раздел 83 – Резиновая и пластмассовая промышленность.
Группа 83.080 – Пластмассы
Подгруппа 83.080.20 – Термопластичные материалы
ГОСТ 15820-82 (01.07.1983)
Полистирол и сополимеры стирола. Газохроматографический метод определения остаточных мономеров и неполимеризующихся примесей.
ГОСТ 28250-89 (01.01.1991)
Полистирол ударопрочный. Технические условия.
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИСТИРОЛА
Ударопрочный полистирол производится методом непрерывной полимеризации в массе. Продукт выпускается в виде стабилизированных гранул в окрашенном и неокрашенном виде и представляет собой сополимер стирола с полибутадиеном. Применяемая технология получения ударопрочного полистирола обеспечивает высокую однородность материала, отсутствие включений гель-образований и низкое содержание остаточного мономера в соответствии с требованиями Европейских стандартов.
В промышленности полистирол получают радикальной полимеризацией стирола. Методы получения полистиролов отличаются по циклу работы, съему продукции с единицы объема, условиям проведения процесса полимеризации. От конкретного метода производства зависят свойства получаемого полистирола. Различают 4 способа полимеризации стирола: полимеризацию в массе (блоке) мономера, полимеризацию мономера в эмульсии (в основном производство АБС - пластиков), суспензионную полимеризацию (ударопрочный полистирол и пенополистирол) и полимеризацию в растворе (блок-сополимеры бутадиена и стирола).
Для получения ударопрочных сополимеров стирола с каучуком наиболее широко применяют метод блочно-суспензионной полимеризации, при котором сначала полимеризацию ведут в массе (до достижения конверсии 20% - 40%), а затем в водной дисперсии.
Общей тенденцией развития технологии синтеза является увеличение мощности единичных агрегатов, как за счет возрастания реакционных объемов, так и за счет интенсификации режимов синтеза. В настоящее время производительность единичных агрегатов синтеза достигает 15-30 тыс. тонн полимера в год.
5.1 Полимеризация в массе.
Метод производства полистиролов полимеризацией в массе с неполной конверсией мономеров является в настоящее время одним из наиболее распространенных в силу высоких технико-экономических показателей. В отечественной промышленности метод полимеризации в массе был выбран в качестве основного в 70-х годах, и в настоящее время по этому методу выпускается около 60% продукции. Этот метод имеет оптимальную схему технологического процесса. Процесс осуществляется по непрерывной схеме в системе последовательно соединенных 2-3 аппаратов с мешалками; заключительную стадию процесса часто проводят в аппарате колонного типа. Начальная температура реакции 80-100°С, конечная 200-220 °С. Полимеризацию прерывают при степени превращения стирола 80% - 90%. Непрореагировавший мономер удаляют из расплава полистирола под вакуумом, а затем с водяным паром до содержания стирола в полимере 0,01% - 0,05%. В полистирол вводят стабилизаторы, красители, антипирены и другие добавки и гранулируют. Блочный полистирол отличается высокой чистотой. Эта технология наиболее экономична (в ней отсутствуют операции промывки, обезвоживания и сушки мелкодисперсных продуктов) и практически безотходна (непрореагировавший стирол возвращается на полимеризацию). Проведение процесса до неполной конверсии мономера (80% - 90%) позволяет использовать высокие скорости полимеризации, контролировать температурные параметры, обеспечивать допустимые вязкости полимеризуемой среды. При проведении процесса до более глубоких степеней превращения мономера, затрудняется отвод тепла от высоковязкой реакционной массы, становится невозможным вести полимеризацию в изотермическом режиме. Эта особенность процесса полимеризации в массе привела к тому, что все большее внимание уделяется другим способам производства, и, в первую очередь, суспензионному методу.
5.2 Суспензионная полимеризация.
Полимеризация в суспензии – конкурирующий технологический процесс, который развивается параллельно с полимеризацией в массе, основан на малой растворимости виниловых мономеров в воде и на нейтральности последней в реакциях радикальной полимеризации. Процесс используется для получения продукта специальных марок, главным образом, пенополистирола. Суспензионный метод производства – полунепрерывный процесс – характеризуется наличием дополнительных технологических стадий (создание реакционной системы, выделение полученного полимера) и периодическим использованием оборудования на стадии полимеризации. Процесс проводится в реакторах объемом 10-50 м3, снабженных мешалкой и рубашкой. Стирол суспендируют в деминерализованной воде, используя стабилизаторы эмульсии; инициатор полимеризации (органические пероксиды) растворяют в каплях мономера, где и происходит полимеризация. В результате образуются крупные гранулы в суспензии полимера в воде.
Полимеризацию ведут при постепенном повышении температуры от 40 до 130°С под давлением в течение 8-14 часов. Из полученной суспензии полимер выделяют центрифугированием, после чего его промывают и сушат. Закономерности суспензионной полимеризации близки к закономерностям полимеризации в массе мономера, но существенно облегчены теплоотвод и перемешивание компонентов системы.
5.3 Эмульсионная полимеризация.
В производстве полистирола эмульсионный метод ведения полимеризации не получил такого развития, как полимеризация в массе или суспензии. Это обусловлено тем, что при эмульсионной полимеризации получают продукт слишком высокого молекулярного веса. Чаще всего для последующей переработки его необходимо вальцевать либо каким-то другим методом снижать его молекулярный вес. Основное направление его применения – получение полупродукта для последующего производства пенополистирола прессовым методом.
Система эмульсионной полимеризации содержит стирол, воду, как дисперсионную среду, водорастворимый инициатор (персульфат калия), ионный эмульгатор, различные добавки, в частности призванные регулировать рН среды. Полимеризация протекает в мицеллах эмульгатора, содержащих мономер. Образующийся полимер представляет собой высокодисперсную суспензию (латекс), не растворимую в воде. Система в целом является многокомпонентной, что затрудняет выделение полимера в чистом виде. Поэтому используются различные приемы его отмывки. Применение метода постепенно сокращается, так как он сопряжен с большим количеством сточных вод.
6. Применение полистирола в сфере производства и потребления.
Полистирол является одним из наиболее применяемых полимеров. Его получают путем полимеризации мономера – стирола. Стирол (винилбензол) получают из этилена и бензола. В противоположность мономеру полистирол лишен запаха и вкуса, физиологически безвреден. Безвреден настолько, что определенные марки полистирола используются для формовки пищевой упаковки и производства детских игрушек.
Белые и цветные листы ударопрочного полистирола, благодаря их стойкости к ударным воздействиям и легкости обработки, разнообразию и насыщенности цветов, зеркально-глянцевой поверхности, возможности нанесения изображений (с помощью виниловых пленок или полноцветной печати) - популярны в производстве изделий для рекламы и POSM. Хорошие прочностные характеристики листов ударопрочного полистирола, их влагостойкость, малый вес, легкомоющаяся поверхность и декоративность - отличительные особенности этого материала, широко используемого при изготовлении подвесных потолков, сэндвич-панелей, откосов окон и других конструкций для внутренней отделки помещений, а также в производстве торгового оборудования, в оформлении интерьеров, концертных площадок, изготовлении декораций.
Сферы применения ударопрочного полистирола в производстве охватывают значительную часть продукции. Это - панель-кронштейны и вывески (в т.ч. световые); штендеры, таблички и указатели; информационные стенды и промо-стойки; шелфтокеры, воблеры, коробочки для чеков и подставки под мелочь; постеры; термоформованные дисплеи и диспенсеры, джумби и мобайлы. Для производства этих изделий в большинстве случаев применяются листы толщиной 2-4 мм.
Наружная реклама редко обходится без полистирола. Вывески, рекламные щиты, объемные буквы, штендеры, указатели, таблички - во всем спектре рекламной продукции в качестве основного расходного материала в 50% из 100% используется полистирол.
Отличная формуемость полистирола позволяет создавать эксклюзивные полнообъемные изделия для дизайна и рекламы.
Широко применяется полистирол в изготовлении торгового и выставочного оборудования, для изготовления различных непрозрачных элементов аквариумов (крышек и т.д.).
В полиграфии - для изготовления шелфтоккеров, воблеров и других средств продвижения товаров; визитных карточек.
В строительстве листы полистирола используются как отделочные материалы при оформлении торговых залов магазинов, интерьеров офисов и других общественных помещений.
Великолепный внешний вид, высокие механические свойства, широкая цветовая гамма этого пластика неизменно привлекает дизайнеров при оформлении различных зрелищных мероприятий.
Удовлетворение высоким санитарно-гигиеническим требованиям, абсолютная влагонепроницаемость, красивая глянцевая поверхность, гармонирующая с материалами, используемыми для изготовления современных ванн, душевых кабин, мебели и аксессуаров ванной комнаты, обуславливает широкое применение полистирола в качестве сантехнического пластика.
Полистирол - экологически чистый материал, соответствующий всем требованиям, предъявляемым к материалам для производства пищевой упаковки. Упаковочные пленки толщиной от 0,25 до 1,8 мм из "пищевого" полистирола на термоформовочном оборудовании преобразуются в стаканчики для йогурта, контейнеры для маргарина, майонеза, салатов, сгущенного молока, меда, горчицы, а также в упаковку для косметики.
Соответствие гигиеническим нормам, формуемость и морозостойкость полистирола обусловили широкое применение его в качестве термоформованных внутренних деталей холодильников.
Полистирол - отличный материал для формования корпусов медицинской аппаратуры и оргтехники.
7. Стандарты на полистирол ударопрочный.
Полистирол ударопрочный должен изготавливаться в соответствии с ГОСТом 28250-89 (01.01.1991).
В зависимости от назначения ударопрочный полистирол выпускают различных марок, которые делятся по величине показателя ударной вязкости на три группы (табл.2)
Таблица 2
| Группа и марка ударопрочного полистирола | Назначение |
| Сверхударопрочный полистирол УПС-1002 | Для изготовления деталей радиотехнического и электротехнического назначения, требующих повышенных механических свойств |
| Полистирол высокой ударопрочности УПС-0803Э | Для изготовления листов и деталей внутренней облицовки холодильников, морозильников и их комплектующих |
| УПС-0703Э | Для изготовления листов и внутренних деталей холодильников с рабочим режимом камеры не ниже -18°С |
| УПМ-424 | Для изготовления листов, внутренних деталей холодильников, деталей технического назначения, товаров народного потребления. |
| УПС-0801 | Для изготовления изделий и тары, предназначенной для контакта с пищевыми продуктами |
| Упс-0803Л | Для изготовления крупногабаритных изделий технического назначения и товаров народного потребления, комплектующих деталей холодильников |
| Полистирол средней ударопрочности УПМ-0612Л УПМ-0508 | Для изготовления изделий технического назначения и товаров народного потребления |
| УПМ-0503Э УПМ-0503Л | Для изготовления различных изделий и тары, предназначенных для контакта с пищевыми продуктами |
· Индексы «Л» и «Э» обозначают способы переработки данного полимера – литьём под давлением или экструзией соответственно.
· Полистирол всех марок выпускают стабилизированным.
· Ударопрочный полистирол выпускают в виде окрашенных и неокрашенных гранул.
· Условное обозначение ударопрочного полистирола состоит из сокращенного названия полимера (УПМ или УПС), цифрового обозначения марки, рецептуры стабилизации, рецептуры окрашивания, сорта, и обозначения стандарта.
7.1 Характеристики.
1. Ударопрочный полистирол по показателям качества должен соответствовать требованиям и нормам, указанным в табл.3
(в качестве примера соответствия стандарту выбран полистирол марки УПС-1002)
2. Ударопрочный полистирол, применяемый для внутренней облицовки и деталей холодильников, морозильников, изделий, контактирующих с пищевыми продуктами и игрушек, не должен придавать модельной среде постороннего запаха и привкуса выше
1 балла. Концентрация стирола не должна превышать 0,01 мг/дм³.
Таблица 3. Характеристика сверхударопрочного полистирола марки УПС-1002.
| Наименование показателя | Норма для ударопрочного полистирола марки УПС-1002 |
| 1) Размер гранул | Гранулы с наибольшим размером от 2 до 5 мм. Допускается не более 1% гранул размером от 5 до 8 мм и не более 1% гранул размером от 1,5 до 2 мм. |
| 2) Чистота полимера: чистота поверхности диска | Допускается одно включение диаметром 0,2-0,3 мм на поверхностях дисков а пересчете не площадь, см²: 10 |
| 3) Массовая доля остаточного мономера и примесей, %, не более: стирола этилбензола | 0,08 0,10 |
| 4) Массовая доля воды, %, не более | 0,1 |
| 5) Ударная вязкость: на образцах с надрезом по Шарпи, кДж/м², не менее | 9,8 |
| 6) Показатель текучести расплава, г/10 мин | 2,4-3,6 |
| 7) Разброс показателя текучести расплава пределах одной партии,% | -(±10) |
| 8) Относительное удлинение при разрыве, %, не менее | |
| 9) Прочность при разрыве, МПа (кгс/см²), не менее | 24,5 (250) |
7.2 Требования безопасности
1. Ударопрочный полистирол при комнатной температуре не оказывает вредного действия на организм человека.
2. Ударопрочный полистирол не токсичен, не взрывоопасен, загорается при контакте с огнем, по ГОСТ 12.1.044 – горючее вещество, температура воспламенения 343ºС, самовоспламенения 486ºС. Пыль полистирола с размерами частиц от 20 до 70 мкм взрывоопасна, нижний предел взрываемости – 27,5 г/м³.
3. В процессе переработки ударопрочного полистирола возможно выделение в воздух летучих веществ: стирола, бензола, этилбензола, толуола, бензальдегида, оксида углерода.
4. Периодичность санитарно-химического контроля воздуха рабочей зоны устанавливается Минздравом.
5. Переработка ударопрочного полистирола должна проводиться при работающей вентиляции, при строгом соблюдении температурных режимов и технологических параметров.
6. При воспламенении ударопрочного полистирола необходимо использовать первичные средства огнетушения: песок, углекислотные огнетушители, асбестовые одеяла.
7.3 Маркировка
Транспортная маркировка – по ГОСТ 14192 с нанесением манипуляционных знаков «Беречь от влаги», «Беречь от нагрева», классификационного шифра 921 по ГОСТ 19433 и следующих данных, характеризующих продукцию:
наименования и товарного знака предприятия-изготовителя;
условного обозначения полимера и его кода ОКП;
номера партии;
массы нетто;
даты изготовления;
обозначения стандарта.
8. Контроль качества. Правила приемки, хранения и транспортирования.
8.1 Методы контроля.
Из каждого контейнера, автоцистерны, вагона для гранулированных полимерных материалов отбирают не менее трех проб щупами с разных уровней.
Точечные пробы соединяют, тщательно перемешивают и отбирают объединенную пробу массой не менее 3 кг.
Минимальная масса точечной пробы – 0,2 кг.
Массовую долю гранул более 5 мм и менее 2 мм определяют измерением максимального размера гранул или ситовым методом.
(200±1) г пробы взвешивают на весах общего назначения 3-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 1кг.
Определение массовой доли остаточного мономера и примесей – по ГОСТ 15820.
Определение массовой доли воды но ГОСТ 11736.
8.2 Приемка
Приемка ударопрочного полистирола осуществляется партиями.
Масса партии полистирола должна составлять от 1 до 60 т.
Документ о качестве должен содержать следующие данные:
наименование предприятия-изготовителя и его товарный знак или код предприятия;
условное обозначение полистирола или его код ОКП;
номер партии и количество упаковочных единиц;
дату изготовления;
массу нетто;
обозначение стандарта;
показатели качества по проведенным испытаниям и подтверждение соответствия цвета контрольному образцу-эталону.
Каждая контейнер-цистерна, железнодорожный цистерна и вагон для полимерных материалов является партией.
8.3 Транспортирование и хранение
Ударопрочный полистирол транспортируется всеми видами транспорта в крытых транспортных средствах в соответствии с правилами перевозки грузов, действующими на данном виде транспорта.
Полистирол, упакованный в мешки, формируют в транспортные пакеты в соответствии с правилами перевозки грузов и ГОСТ 26663.
Допускается транспортировка неупакованного полимера в вагонах для гранулированных полимерных материалов.
Полистирол должен храниться в закрытом помещении на полках и поддонах, отстоящих от пола не менее чем на 50 мм, от отопительных приборов не менее на 1 м или в специальных хранилищах.
Срок хранения ударопрочного полистирола – 3 года.
9. Заключение
Изучение полимеров, их физических и химических свойств, а так же взаимодействие различных полимеров друг с другом, приводит к появлению новых соединений, которые соответствовали бы нужным свойствам. Например, можно создавать ударопрочные соединения, или соединения сочетающие несколько нужных свойств, например ударопрочность, морозостойкость, стойкость к воздействию солнечных лучей.
Так изучение полистирола одного из известных полимеров привело к его активному использованию. Мы порой даже не задумываемся, из чего сделан тот, или иной предмет окружающий нас. Все чаще натуральные материалы, например дерево, заменяется пластмассами, которые гораздо дешевле, и износостойкие.
На примере полистирола ударопрочного можно убедиться как с добавлением в материал некоторых примесей и должной обработке можно получить совершенно отличный от исходного продукт, который будет намного выгоднее использовать в производстве.
В условиях постоянно развивающихся технологий мы можем сочетать различные материалы для получения совершенного продукта, который позволит экономить доступные ресурсы для развития производства.
Можно сделать один большой вывод: нужно изучать новые материалы, во-первых, натуральных материалов осталось не так уж и много, во-вторых, изучая полимеры можно создавать соединения которые в разы превосходят натуральные, а в третьих, полимеры стали использоваться в промышленности относительно недавно и есть возможность открывать что-то новое.
10. Использованная литература:
Малкин А.Я.Полистирол. Физ. хим. основы получения и переработки. – М.: Химия, 1975
Иванова В.И. Технология резиновых технических изделий. Л.: Химия, 1988. - 216 с., ил.
Балаев Г.А. Полимерные материалы: оправ, пособие. Л.: Химия, 1982. - 430 с.
Кацнельсон М.Ю., Балаев Г.А. Полимерные материалы: свойства и применение: справ. Л.: Химия, 1982.
Садовский В.В., Самойлов М.В. Производственные технологии. Учебник. Минск, 2008.
Самойлов М.В. Введение в курс «Товароведение».
Уч. пособие, Минск, 1994.
ГОСТ 28250-89 Межгосударственный стандарт. Полистирол ударопрочный. Технические условия. Москва, 2007.
Товарная номенклатура внешнеэкономической деятельности Республики Беларусь (ТН ВЭД РБ). Мн., 1993.
Общегосударственный классификатор Республики Беларусь. Промышленная и сельскохозяйственная продукция. ОКП РБ 007 — 96. Мн., 1996.
«Техническое нормирование и стандартизация. Каталог нормативных правовых актов» Издание в 4 томах. Мн. 2008