Polystyrene

Полистирол (xим. формула (C₈H₈)_n) — продукт полимеризации стирола (винилбензола), термопластичный полимер линейной структуры. Полистирол получают путем полимеризации стирола либо путем сополимеризации последнего с другими мономерами (акрилонирилом, метилметакрилатом, а также каучуками). Полистирол – хороший диэлектрик, обладает химической стойкостью и отличными оптическими свойствами. Полистирол (PS, ПС) стоек к щелочам, спиртам, солям и кислотам (соляной, серной, плавиковой). Полистирол не стоек к четыреххлористому углероду, бензолу, эфирам, ароматическим и хлорированным углеводородам. Полистирол довольно легко окисляется, сульфируется, галогенизируется, нитруется. Полистирол обладает высокими показателями поверхностной твердости. Модуль упругости при растяжении высокий (12,9 103), а относительное удлинение, наоборот, незначительное (1,5%). Нагревание полистирола до 300 - 400 °С приводит к процессу деполимеризации и образованию мономера.

Физико-механические и диэлектрические свойства полистирола зависят от способа его получения, молекулярной массы, полидисперсности и ряда других факторов. С увеличением содержания низкомолекулярной фракции снижаются механическая прочность и температура размягчения полимера; наличие высокомолекулярных фракций затрудняет переработку полистирола в изделия. Нагревание полистирола, особенно выше температура стеклования (Тс полистирола 78-85 °С ), приводит к снижению почти всех его механических характеристик, в том числе разрушающего напряжения при растяжении.

Достоинства полистирола

• Легкая обработка;
• Легкая транспортировка;
• Приемлемая цена полистирола;
• Водонепроницаемость;
• Отсутствие запаха;
• Полистирол экологически безвредный продукт.

Полистирол имеет следующие недостатки

• склонность к старению;
• невысокая теплостойкость;
• максимальная рабочая температура (70 – 75 °С);
• малое сопротивление ударным нагрузкам;
• повышенная хрупкость.

Полистирол общего назначения

Другие обозначения: PS, PS-GP, GPPS. Прозрачные неокрашенные марки иногда обозначают: Сrystal PS или XPS.

Прозрачный жесткий хрупкий аморфный материал. Максимальная температура эксплуатации: 75 – 80 °С (отдельные марки работают при температурах до 105 °С). Температура стеклования: 80 – 113 °С. Температура хрупкости: -60 – -70 °С. Имеет высокую твердость. При старении наблюдается большое падение прочности.

Эксплуатационные свойства

• имеет низкое влагопоглощение;
• высокие диэлектрические свойства;
• радиационно стоек;
• не стоек к УФ-излучению (устойчивость к УФ-излучению повышается при введении специальных добавок).

Полистирол общего назначения устойчив к воде, разбавленным кислотам, щелочам, спиртам. Не стоек к органическим растворителям, техническим маслам. Полистирол общего назначения – прозрачный, хорошо окрашиваемый, легко перерабатываемый материал, представляющий собой продукт полимеризации стирола в массе или в суспензии, или в эмульсии, и предназначенный для изготовления изделий различными методами термоформования и литья под давлением.

При производстве полистирола общего назначения основными являются способы суспензионной полимеризации и полимеризации в массе. Эмульсионную полимеризацию применяют в сравнительно небольшом масштабе.Продукт выпускается в виде стабилизированных гранул в окрашенном или неокрашенном виде с содержанием остаточного мономера в соответствии с требованиями Европейских стандартов.

Полистирол общего назначения, получаемый непрерывной полимеризацией в массе по ряду качественных показателей (прозрачность, теплостойкость, диэлектрические свойства) превосходит аналогичный продукт, полученный суспензионной полимеризацией. Полистирол общего назначения допущен Министерством здравоохранения РФ для изготовления изделий, контактирующий с пищевыми продуктами (тара, упаковка), а также детских игрушек.

Ударопрочный полистирол

Непрозрачный бесцветный материал, продукт привитой сополимеризации стирола с бутадиеновым или бутадиен-стирольным каучуком, имеющий двухфазную структуру. Непрерывная фаза (матрица) образована полистиролом. Дискретная фаза (микрогель) – частицами каучука овальной формы с размерами 2-5 мкм. Каучуковые частицы окружены тонкой пленкой привитого сополимера стирола на каучуке, а внутри частиц содержится также окклюдированный полистирол, в результате чего увеличивается эффективный объем каучуковой фазы. От объема последней во многом зависят свойства ударопрочного полистирола. Ударопрочный полистирол выпускается стабилизированным, в виде белых гранул. Основные методы переработки – литье под давлением и экструзия листа с последующим пневмо- или вакуумформованием.

Он имеет двухфазную структуру: непрерывная фаза (матрица) образована полистиролом., дискретная (микрогель) – овальной формы частицами размером 1 – 5 мкм, окруженными тонкой пленкой привитого сополимера стирола – каучук; внутри частиц содержится окклюдированный полистирол. Материал обладает свойствами термопласта и сохраняет свою структуру в расплаве; при переработке частицы дискретной фазы (микрогеля) ориентируются в направлении приложения напряжения сдвига. Обычно содержание каучука в пересчете на исходную смесь составляет от 3 до 12%. В результате прививки полистирольных цепей на каучук и окклюзии при образовании микрогеля объем дискретной фазы в готовом материале возрастает в 3 – 4 раза по сравнению с объемом каучука и составляет 10 – 40% от общего объема. Свойства готового материала во многом определяются именно объемом микрогеля.

При температурах выше 230 °С и больших напряжениях сдвига частицы микрогеля могут быть разрушены; при этом механические свойства ударопрочного полистирола резко ухудшаются.

При одинаковом содержании каучука ударная прочность ударопрочного полистирола в 5-10 раз выше, чем смеси полистирола с каучуком. Это обусловлено большей однородностью дискретной фазы, увеличением ее объема в результате окклюзии П. Привитой сополимер С.- каучук действует как эффективный стабилизатор твердой эмульсии полимер – полимер (к-рую представляет собой готовый продукт), повышая адгезию микрогеля к матричному П.

При одинаковом содержании исходного каучука объем микрогеля в ударопрочном полистироле можно изменять, варьируя условия получения материала. При увеличении содержания микрогеля ударная вязкость и относительное удлинение достигают максимума (при содержании 20 – 30%), прочность при растяжении снижается, модуль упругости возрастает.

Основные виды ударопрочного полистирола

В зависимости от содержания стирола и каучука в сополимере или смеси получают материалы с различной стойкостью к ударным нагрузкам. Можно выделить три основных вида УПС:

• сверхударопрочный полистирол (10-15% каучука, SHIPS – Super High Impact Polystyrene);
• ударопрочный полистирол или полистирол высокой ударной прочности (92,5-91% стирола и 7,5-9% каучука, HIPS – High Impact Polystyrene);
• полистирол средней ударной прочности (96,5-95% стирола и 3,5-4,5% каучука, MIPS – Middle Impact Polystyrene).

Полистирол ударопрочный по модулю упругости, теплостойкости, твердости, диэлектрическим, реологическим и другим свойствам мало отличается от полистирола общего назначения.

Атмосферостойкость повышают, заменяя бутадиеновый каучук на акрилатный или этилен-пропиленовый. Используя в качестве матрицы тройные сополимеры стирола с акрилатами и уменьшая размер частиц каучуковой фазы, получают оптически прозрачный полистирол ударопрочный.

Полистирол ударопрочный перерабатывают литьем под давлением при 190-230 °С и т-ре литьевых форм 50-60 °С и экструзией при 130-190 °С. Экструзией производят также в небольших кол-вах пленки и нити. Используют как конструкц. материал вместо дерева и металлов для изготовления корпусов приборов и аппаратов, объемных деталей бытовых и пром. холодильников, емкостей, бутылей, посуды разового пользования, мебели, конторского оборудования, игрушек, осветит. приборов и арматуры к ним, чемоданов, авторучек и т.п. Это один из самых дешевых и доступных пластиков.

Правильнее было бы называть ударопрочный полистирол сополимером, т.к. он является привитым сополимером стирола с каучуками, чаще всего с полибутадиеном или бутадиен-стирольными, а также смеси этих сополимеров с полистиролом общего назначения и другими сополимерами.

Кстати, эту путаницу в терминологии взяли на вооружение таможенные службы, т.к. таможенная пошлина на полистирол и сополимеры различна.

Структурно УПС представляет собой трёхфазную систему, состоящую из полистирола, гель-фракции привитого сополимера и каучука с привитым стиролом в виде частиц размером до 1-5 мкм, равномерно распределённых по всему объёму УПС. Несмотря на низкую молекулярную массу матричного полистирола (70-100 тыс.), присутствие каучука существенно замедляет рост микротрещин при ударных нагрузках, что и повышает прочность материала.