Polystyren: co je to za materiál? Použití a výroba granulí, hustota transparentního a jiného polystyrenu, bod tání a další vlastnosti

Polystyren je odolný, bezbarvý materiál podobný sklu, který je schopen propustit až 90 % paprsků viditelného světla a patří do skupiny syntetických polymerních produktů třídy termoplastů.

Химическая формула

Samotný výraz „polystyren“ na základě svého názvu naznačuje, že primárním materiálem je styren (kapalina s poměrně nepříjemným a silným zápachem) a získává se polymerací.

Polystyren je polymerní materiál s nízkou mechanickou pevností, který se vyrábí ve formě průhledných granulí válcového tvaru. Z těchto granulí se pak vytlačováním a vstřikováním vyrábějí listy a další produkty.

Vzhled polystyrenu

1. Primární granule.

Fotografie zapůjčena ze stránek granula.pro

3. Druh výrobku z extrudovaného polystyrenu.

4. Polystyrenový pěnový granulát.

5. Typ výrobku z pěnového polystyrenu.

6. Druh výrobku z polystyrenu rozptylujícího světlo.

Fyzikální vlastnosti

1. Hustota materiálu je 1060 kg/m3

2. Objemová hmotnost granulí se pohybuje od 550 kg/m3 do 560 kg/m3

3. Odolnost vůči změnám teplot – materiál snese mrazy do -40°C a zahřátí až +60°C, při jiných hodnotách začíná měnit svůj původní tvar

4. Lineární smrštění ve formě je 0,4-0,8%

5. Dielektrická konstanta je od 2,4 do 2,6

6. Elektrická pevnost s frekvencí 50Hz – 20-23 kV/mm

7. Tepelná kapacita má hodnotu 34×10 3 J/kg*K

8. Elektrická síla je 50Hz

9. Tangenta úhlu pro dielektrické ztráty o frekvenci 1 MHz má hodnotu 3-4×10 -4

10. Tepelná odolnost může dosáhnout až 100 °C a hodnota teploty, při které se materiál začíná tavit, je ~240 °C

11. Materiál se nerozpouští v etherech, nižších alkoholech, alifatických uhlovodících, kyselině octové, vodě a fenolech, je odolný vůči minerálním a rostlinným olejům, roztokům solí

12. K rozpouštění dochází v uhlovodících (chlorovaných a aromatických), esterech, acetonu

Pro zlepšení kvalitativních charakteristik polystyrenu se kopolymeruje s různými vinylovými monomery. Důležité jsou také roubované a blokové kopolymery styrenu, které mají vysokou rázovou houževnatost. Provedení tohoto procesu se nazývá modifikace materiálu.

Způsoby, jak se dostat

Ve výrobě dostávají 3 způsoby:

Úplně první způsob získání je emulzní metoda (EPM), což zahrnuje provádění procesu značnou rychlostí při poměrně mírné teplotě. K výrobě polystyrenu tímto způsobem je zapotřebí voda, regulátor, iniciátor polymeračního procesu a emulgátor. Samotný proces polymerace se provádí při teplotách od +85 °C do +95 °C a končí, když zbývá méně než 0,5 % volného styrenu. Emulzní metoda umožňuje, aby výstupem byl vysokomolekulární polymer, ale materiál nakonec nebude „čistý“, ale bude mít nažloutlý odstín, protože není možné úplně odstranit všechny cizí inkluze.

Metoda zavěšení (PSS) používá se k výrobě pěnového polystyrenu a kopolymerů. Tato metoda se provádí v reaktorech s topným pláštěm a za kontinuálního míchání za použití složek jako je iniciátor polymeračního procesu (používá se peroxid benzenu, hydroperoxid kumenu atd.), stabilizátor a emulze. Teplota se během procesu postupně zvyšuje (až do +120°C) a polymerační proces trvá 12-15 hod. V důsledku tepelné expozice se získá suspenze. Z něj se oddělením heterogenních systémů získá požadovaná látka, která se promyje a suší.

Považován za nejúčinnější bloková metoda (PSM)poskytující polymerní látku s vysokou molekulovou hmotností a téměř bez zbytkového monomeru. Výroby tímto způsobem lze dosáhnout tepelně iniciovanou blokovou polymerací za použití dvou nebo tří kolonových reaktorů vybavených mechanickými míchacími zařízeními a zapojenými do série. Polymerační proces se provádí v několika stupních v benzenu. Teplota se během tohoto procesu zvýší na 200 °C. Polystyren vyrobený tímto způsobem se vyrábí ve formě jemného nebo hrubozrnného prášku a také ve formě granulí o velikosti maximálně 10-16 mm.

Srovnávací tabulka fyzikálních a mechanických vlastností polystyrenu získaných různými metodami

Index	Blocky	Emulze	Suspenze
Hustota, kg/m3	1050 – 1060	1050 – 1070	1050 – 1060
Napětí v tahu, MPa	39,2	39,2 – 44	41,1
Rázová houževnatost, kJ/m2	19,6 – 21,6	21,6	19,6 – 27,4
Prodloužení po přetržení, %	2,0	2,0	2,0
Tvrdost podle Brinella, MPa	137 – 157	137 – 196	137 – 157
Tepelná odolnost podle Vicata, °C	95-100	100-105	105
tangens dielektrické ztráty při 10 6 Hz	4-10-4	2 – 10 -4 – 3 – 10 -4	4-10-4
Dielektrická konstanta při 10 6 Hz	2,4-2,7	2,6	2,5-2,6
Obsah zbytkového monomeru, %	0,5 – 0,8	0,15-0,2	0,1-0,5
Absorpce vody za 24 hodin, %		0,07	0,01-0,02

Podle účelu jsou přiděleny 4 hlavní typy polystyrenu:

Polystyren, který patří k prvnímu typu, je nárazuvzdorný nebo modifikovaný, což je bezbarvý materiál, který lze natírat různými barvami. Tento plast má vlastnosti, jako je tavitelnost, vysoká pevnost, mrazuvzdornost a snadné opracování. Proto se tento materiál používá v tolika různých oblastech – od reklamního průmyslu až po stavebnictví. Je poměrně flexibilní a snadno zpracovatelný, kompatibilní s potravinářskými výrobky a je schopen odolávat teplotním výkyvům od -30 ° C do +70 ° C. Hlavní typy nárazuvzdorného polystyrenu:

1. Polystyren s velmi vysokou houževnatostí, s obsahem kaučuku od 10 % do 15 %, SHIPS – Polystyren s velmi vysokou houževnatostí

2. Vysoce houževnatý polystyren, obsahující styren od 92,5 % do 91 % a pryž od 7,5 % do 9 %, HIPS – HighImpactPolystyren

3. Středně houževnatý polystyren, obsahující styren od 96,5 % do 95 % a pryž od 3,5 % do 4,5 % pryže, MIPS – MiddleImpactPolystyren

Technické vlastnosti nárazuvzdorného polystyrenu

1. Modul pružnosti v tahu není menší než 1800 MPa

2. Pevnost v ohybu je minimálně 35 MPa

3. Lesk pod úhlem 60° je minimálně 100

4. Pevnost v tahu není menší než 21 MPa

5. Modul pružnosti je minimálně 50 MPa

6. Tažnost je alespoň 45 %

Univerzální polystyren je transparentní materiál, který je křehký a křehký, snadno se deformuje v důsledku drobných řezů nebo nárazů. Pokud jej porovnáme s nárazuvzdorným polystyrenem, má tento polystyren menší pružnost a pružnost. Vyrábí se metodou kaše a bloků a používá se k výrobě produktů pomocí různých metod tepelného lisování. Možnosti použití tohoto polymeru jsou omezeny jeho zvýšenou citlivostí na UV záření, ale zároveň vysoká průhlednost materiálu umožňuje jeho použití jako cenově dostupnější obdobu plexiskla.

Tento typ polystyrenu se používá při výrobě: kufrů na vybavení, hraček, vnitřních obložení mrazicích zařízení, spotřebního zboží, nádob na potraviny, tácků na vejce, tácků na maso, polystyrenových desek, kancelářských potřeb, obalů na domácí spotřebiče a elektroniku, světelných difuzérů.

Technické vlastnosti polystyrenu pro všeobecné použití:

1. Modul v tahu se pohybuje od 2850MPa do 2930MPa

2. Pevnost v ohybu se pohybuje od 80MPa do 104MPa

3. Hranice křehkosti je mezi 60°C a 70°C

4. Konečná pevnost v tahu – 3 %

5. Maximální provozní teplota je 75°C až 105°C

6. Skelný přechod se pohybuje od 80°C do 113°C

7. Hustota se pohybuje od 1,04 g/cm3 do 1,06 g/cm3

Extrudovaný polystyren Vyrábí se vytlačováním a skládá se z průhledných, barevných nebo mléčných plátů. Tento materiál se používá pro dlouhodobý provoz za stálého vystavení UV záření. Rozsah použití je poměrně široký. Tento typ polystyrenu se používá při výrobě kování, dveří, fólií, okenních skel, příček, obalů na CD/DVD, rakví, jednorázového nádobí, zdravotnických výrobků a technických výrobků. Extrudovaný polystyren je také univerzálním stavebním materiálem pro snadnou instalaci, odolnost proti vlhkosti, chemickým vlivům a plísním.

Technické vlastnosti extrudovaného polystyrenu:

1. Modul pružnosti se pohybuje od 3200 MPa do 3500 MPa

2. Pevnost v ohybu se pohybuje od 75MPa do 80MPa

3. Pevnost v tahu se pohybuje od 45MPa do 55MPa

4. Koeficient lineární roztažnosti je 8×10-5 1/0°C

5. Průhlednost – 90 %

7. Rázová houževnatost – 14 kJ/m2

Tento typ polystyrenu se používá ke zvýšení tepelné izolace stěn, podlah, střech a dalších konstrukcí.

Technické vlastnosti pěnového polystyrenu:

1. Hustota v kilogramech na metr krychlový (měrná hmotnost v kilonewtonech na metr krychlový) – 11-35 (107,8-345).

2. Mez pevnosti v ohybu v megapascalech – 0,05-0,17.

3. Pevnost v tlaku v megapascalech (při 10,0 % lineární deformace) – 0,05-0,16.

4. Obsah vlhkosti materiálu při dodání nepřesahuje 1,0 %.

5. Absorpce vody není větší než 1,0 % za 24,0 hodin v přímém kontaktu s vodou.

6. Doba hoření na čerstvém vzduchu nepřesáhne 3,0 sekundy.

7. Součinitel tepelné vodivosti při okolní teplotě +25±5°C byl v rozmezí 0,033-0,037.

Tento typ polystyrenu má širokou škálu aplikací, mezi nimiž je třeba zdůraznit následující:

— výroba stavebních desek (tepelná a zvuková izolace);

— výroba svetrů s různými pojivy;

— izolace potrubí pro různé účely;

— výroba stropních desek;

— výroba technického, potravinářského balení, jednorázového nádobí.

Polystyrén rozptylující světlo

Materiál byl vyvinut speciálně pro výrobu světelné reklamy. Má ideální vlastnosti pro rozptyl světla. Na rozdíl od plexiskla má pouze vnější lesklý povrch. Díky UV stabilizačním přísadám odráží přímé sluneční záření. Používá se pro výrobu svítidel, objemových písmen s podsvícením, světelných boxů při výrobě interiérové ​​a venkovní reklamy.

Označení

Ve světě se používají následující typické zkratky:

1. Polystyren – PS (PS)

2. Univerzální polystyren – GPPS (PSE, PSS nebo PSM – značení závisí na způsobu získání materiálu)

3. Středně houževnatý polystyren – MIPS

4. Nárazuvzdorný polystyren – HIPS (UPS, UPM)

5. Expandovatelný polystyren – EPS (PSV)

Zkratka MIPS se používá poměrně zřídka.

Aplikace

Pro své výjimečné vlastnosti se polystyren používá:

– v domácnosti a hospodářské sféře na výrobu dětských hraček, kyblíčků, obalových materiálů, nádob, papírenského zboží, kuchyňských potřeb apod.;

— ve stavebnictví je nezbytný při výrobě prvků pohlcujících zvuk, stropních panelů a tepelné izolace budov. Tento materiál se také používá při výrobě dekorativních předmětů, úpravách obytných prostor, při stavbě skleníků atd.;

— pro lékařské vybavení a nástroje, včetně různých laboratorních zařízení a jednorázových nástrojů, které jsou vyrobeny z matných druhů polymerů;

— distribuce v osvětlovacím průmyslu (výroba kondenzátorových fólií, antén, kabelů) je způsobena vynikajícími dielektrickými vlastnostmi polystyrenu;

– ve vojenských záležitostech je polystyren součástí některých typů napalmu;

— v zemědělství při výrobě nádob na skladování zeleniny, skleníků, zemědělského nářadí atd.

— styrenové kopolymery s vysokou tvrdostí se používají v oblastech, kde je pro výrobu nárazuvzdorných výrobků vyžadován plast.

Polystyren je vysoce kvalitní a zároveň cenově dostupný materiál, který má vynikající odolnost proti vlhkosti, chemickou odolnost, vynikající tepelnou izolaci a další vlastnosti. Široké použití tohoto materiálu v různých oblastech lidského života je způsobeno jeho nízkou cenou a ekologickou bezpečností. Zatím nemá obdoby, které by jej dokázaly zcela nahradit. Podobné materiály buď stojí mnohem více, nebo mají horší výkonové vlastnosti. Polystyren bude s největší pravděpodobností dlouho žádaný jak v Rusku, tak v zahraničí.