Производство полистирола и ударопрочного полистирола в массе

Лекция 5. Полистирол: свойства стирола его полимеризация. Блочный полистирол: производство свойства и применение

Полистирольиые пластики включают разнообразные материалы - полимеры, сополимеры и привитые сополимеры, получаемые реакциями радикальной полимеризации и сополимеризацин стирола. Широкое применение нашли полистирол (ПС), ударопрочный полистирол (УПС), АБС-сополпмеры и различные сополимеры стирола, особенно с акрилонитрилом и метилметакрилатом. По объему производства полистирольные пластики занимают третье место после полиолефинов и поливинилхлорида. Промышленное производство полистирольных пластмасс технологически осуществляется в массе, в эмульсии и в суспензии.

Наибольшее распостронение получило производство ПС в массе по методу неполной конверсии мономера, обеспечивающему высокую скорость процесса в нескольких последовательно соединенных реакторах до конверсии 80-90 % с отгонкой непрореагировавшего стирола и возвратом его впроцесс после ректификации. Основными преимуществами этого метода являются возможность создания непрерывных автоматизированных производств с агрегатами крупной единичной мощности и отсутствие химически загрязненных сточных вод. Недостаток этого способа состоит в сложности перехода с выпуска одной марки ПС на выпуск другой марки. Суспензионный метод применяется для получения различных малотоннажных марок ПС и сополимеров стирола. Эмульсионный метод полимеризации используют в основном при производстве АБС-сополпмеров.

Переработка полистирольных пластмасс в изделия осуществляется современными высокопроизводительными методами ─ литьем под давлением, экструзией, вакуум- и пневмоформованием.

Производство полистирола и ударопрочного полистирола в массе

Полистирол и ударопрочный полистирол можно получать полимеризацией стирола в массе непрерывными методами в аппаратах колонного типа (с полной конверсией) и в каскадах реакторов (с неполной конверсией).

Мономер-стирол непредельный ароматический углеводород представляет собой жидкость с характерным резким запахом. После очистки вакуумной ректификацией стирол (чистота не менее 99 %) кипит при 145,2 ºС, замерзает при -30,6 °С, при 25 °С плотность 904,5 кг¤м³.

СН₂ = СН

ô

С₆ Н₅

При хранении стирола, для предотвращения его самопроизвольной полимеризации добавляют ингибитор(гидрохинон). Перед полимеризацией стирола ингибитор удаляют перегонкой мономера в вакууме.

Полимеризацию стирола в массе можно проводить как с использованием тер­мического инициирования, так и в присутствии инициаторов радикального типа. Скорость термической полимеризации при температуре ниже 70°С очень мала и для полного завершения процесса требуется длительное время. При 100 °С она несколько превышает 2 %/ч, но при 150 °С реакция проходит быстро (в течение нескольких часов). Образующийся полимер имеет среднюю молекулярную массу 80 000-100 000.

Введение инициаторов значительно ускоряет процесс, но одновременно приводит к уменьшению молекулярной массы ПС и понижению его физико-мехапнческнх свойств, особенно стойкости к ударным нагрузкам. Поэтому в промышленности производство ПС в массе (блочного ПС) часто осуществляется без применения инициаторов.

При проведении полимеризации стирола скорость реакции уменьшается с конверсией мономера. Практически реакция завершается при конверсии 90 %, получение 100 %-иого выхода полимера практически недостижимо. В связи с этим по одному из методов получение ПС не доводят до полней конверсии, а прекращают его раньше. Непрореагировавший стирол удаляют из расплавленного полимера в вакууме. Присутствие остаточного стирола в полимере категорически недопустимо вследствие его токсичности.

Растворение в стироле полибутадиенового или, более редко, стирол-бутадиенового каучука в количестве 3-10 % и термическая прививка стирола на каучук приводят к получению ПС, обладающего повышенной стойкостью к удару — ударопрочного полистирола.

Рис. 5.1. Схема производства блочного и ударопрочного полистирола