Полистирол – виды, производство, характеристики, применение и выбор

Полистирол – универсальный синтетический полимер, задействованный во всех областях деятельности. Впервые он был получен в 1786 году и с того момента стал активно изучаться ведущими химиками разных стран мира. Уникальные свойства материала, возможность фотополимеризации, твердость и жаропрочность позволили использовать его в разных сферах промышленности, строительства, электроники.

Первый завод по изготовлению полистирола был запущен в Германии в 1931 году предприятием BASF. После этого производства полимера стали появляться по всему миру. В частности, американский концерн The Dow Chemical Company открыл в 1938 году крупнейший завод по выпуску полистирола и долгое время считалась лидером рынка.

Причем в довоенный период рост мирового производства полимера сдерживался высокими ценами на сырье. Серьезные изменения в историю полистирола и прочих видов пластика внесла война, которая послужила толчком к масштабным исследованиям и крупнотоннажным производствам материала. В результате такого подхода стали изготавливаться различные виды полистирола, подходящие для получения РТИ и нового оружия массового поражения. Сегодня полимер отличается более широким применением и встречается в самых разных системах, а его крупнейшие производства находятся в КНР, Германии, США и Южной Корее.

Определение полистирола

Полистирол – полимер на основе стирола. Он отличается повышенной жесткостью и небольшим весом. Материал широко используются в электро- и теплоизоляции, упаковочных материалах, различных потребительских товарах.

Минимальная цена производства полимера и уникальный набор физико-химических свойств делают его универсальным материалом. При изготовлении и эксплуатации полистирола учитываются различные стандарты: ГОСТ 28250-89, ГОСТ 15588-2014, ТУ 20.16.20-224-05766801-2020, ТУ 2214-019-53505711-2010.

Методы производства

На 2023-2024 в промышленности реализовано 3 способа выпуска полистирола: суспензионная, массовая блочная, эмульсионная полимеризация. Самыми популярными методами признаются суспензионный и блочный. При использовании массового способа стирол в течение нескольких часов полимеризуется без инициаторов в полимеризаторе при 80°C, а затем направляется в башню каскадных реакторов (100°С…180°С). Повышенная температура внизу колонны обеспечивает высокую конверсию, позволяя выпаривать стирол. В основании башни располагается бункер экструдера, откуда расплав выходит в формате нитей, которые в дальнейшем охлаждаются, распадаются и фасуются.

Суспензионная полимеризация осуществляется за счет суспендирования капель стирола в водной среде. Процесс начинается с создания водной среды с инициатором, стабилизатаром, каплями мономера. В качестве ингибитора берется гидрохинон и трет-бутилкатехин. Химическая реакция приводит к образованию полимерных цепей, окружающих капли мономера. Точный размер каждой гранулы полистирола в этом случае зависит от концентрации стирола, температуры, скорости перемешивания. На рынке можно встретить пенополистирол диаметром 50 мм, 2 мм, 10 мм, 8 мм, 20 мм, 3 мм, 100 мм, 5 мм, 100 мм, 30 мм, 40 мм, 80 мм, 1 мм, 16 мм.

Эмульсионная полимеризация делается в водной среде с помощью инициаторов и эмульгаторов при температуре 50–80°С и атмосферном давлении. В ходе реакции инициатор разлагается, создавая свободные радикалы, которые приводят к полимеризации стирола в каплях эмульсии. Процессом можно управлять – за счет повышения или уменьшения температуры.

Полистирол, вне зависимости от способа изготовления, хорошо перерабатывается всеми доступными способами, прекрасно сваривается и склеивается, соединяется с пластификаторами, легко окрашивается. Для его переработки обычно используют метод литья под давлением или экструзии. При окраске полимера применяются красители и концентраты пигментов особых марок. Также для полистирола можно использовать красители, разработанные для полиолефинов.

Виды полистирола

Классификация видов полистирола регламентируется положениями ГОСТ 20282-86. На основании указанного стандарта выделяется несколько марок полимера – каждый вид материала имеет определенные особенности, которые следует учитывать при выборе, покупке, эксплуатации.

По способу изготовления полистирол подразделяется на листовой, вспененный, экструдированный, а по типу оформления – на прозрачный, бесцветный, цветной. В зависимости от качества готового продукта выделяют первый сорт и высший сорт материала – точные характеристики продукта всегда указываются в его сопроводительной документации.

Области применения

Полистирол – универсальное сырье в промышленности, производстве, строительстве. Он используется для изготовления всевозможных товаров, в т.ч. подпадающих под контроль Госкомсанэпиднадзора РФ:

• деталей холодильников, морозильников, доильных аппаратов;

• изделий, используемых для контакта с пищей, овощами, соками, фруктами, ягодами:

• подносов;

• деталей оборудования для переработки пищевой продукции: овощерезок, терок, соковыжималок;

• всевозможных предметов быта и т.д.

Также полистирол общего назначения используется для выпуска оконных стекол, оранжерей, теплиц, вывесок, перегородок, душкабин, рассеивателей света, подставок, дверей, комплектующих, плёнок. Из него получается качественный напольный утеплитель на бетон, модифицированное стекло синтетическое, декоративная плита для потолка, одноразовая посуда и т. д.

Характеристики

Полистирол – продукт комплексной полимеризации стирола. Это термопластичный материал с высокой твердостью и уникальными диэлектрическими свойствами. Внешне материал имеет приятный зеркальный блеск и практически любой цвет: белый, черный, серый. Полистирол показывает стойкость к щелочам и кислотам - кроме уксусной и азотной, но при этом растворяется в некоторых углеводородах, ацетоне, сложных эфирах.

Пластик устойчив к радиоактивному облучению и к ультрафиолетовым лучам. Он легко формуется, быстро окрашивается, великолепно обрабатывается механическим способом, моментально склеивается. Полистирол обладает минимальным влагопоглощением, влагостойкостью, морозостойкостью. Он безвреден и не выделяет потенциально токсических соединений. Специальный ударопрочный полистирол обладает максимальной ударной вязкостью в широком температурном диапазоне. Точные физические свойства материала отражены ниже.

Для улучшения, усиления качественных технических характеристик полистирола осуществляют его сополимеризацию со всевозможными виниловыми мономерами – модификацию материала. Значение для этого имеют блок сополимеры стирола.

Выбор полистирола

При выборе полистирола необходимой марки и разновидности следует учитывать его планируемую область применения, внешний вид и технические характеристики.

Необходимо ознакомиться с сопроводительной документацией на материал и удостовериться в наличии актуальных сертификатов соответствия – для нормальной эксплуатации рекомендуется приобретать только сертифицированные материалы.