Polistyren (50 Zdjęć): Co To Za Materiał? Nakładanie I Przygotowanie Granulatu, Gęstość Styropianu Przezroczystego I Innego, Temperatura Topnienia I Inne Właściwości

2024 Autor: Beatrice Philips | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-18 12:22

Różne rodzaje tworzyw sztucznych radykalnie zmieniły nasze rozumienie codzienności – dziś nie można sobie już wyobrazić naszego życia bez pewnych plastikowych rzeczy. Istnieją jednak różne rodzaje plastiku, a każda z jego odmian ma swoje specyficzne cechy, które determinują zastosowanie określonej substancji w określonych obszarach. Ponieważ polistyren jest obecnie jedną z najpopularniejszych opcji plastikowych, warto bliżej przyjrzeć się jego właściwościom.

Co to za materiał?

Polistyren to spolimeryzowany styren, czyli produkt przemysłu chemicznego. Możesz osiągnąć jego produkcję za pomocą różnych metod, z których każda ma swoje zalety i wady, a najpopularniejsze z nich omówimy bardziej szczegółowo w poniższym artykule. W którym polistyren zawiera tylko cząsteczki tak powszechnych substancji jak węgiel i wodór , ale jest wytwarzany z ciekłego styrenu, który z kolei pozyskiwany jest z ropy naftowej i węgla.

Polimeryzowany styren wygląda jak twarda i elastyczna, bezbarwna, a nawet przezroczysta substancja, która może zginać się bez pękania i jest wysoce higroskopijna.

Po raz pierwszy polistyren uzyskano na wczesnych etapach rewolucji przemysłowej – wiadomo, że w 1839 został zsyntetyzowany w Niemczech … Inną rzeczą jest to, że jego produkcja na skalę przemysłową rozpoczęła się znacznie później - dopiero w 1920 roku, a nawet wtedy w pierwszych dziesięcioleciach nie była tak aktywnie wykorzystywana. Dopiero w czasie II wojny światowej w Stanach naprawdę się nimi zainteresowali, produkując sztuczną gumę na bazie polistyrenu, a w ZSRR produkcja przemysłowa tego materiału została całkowicie odłożona na lata powojenne.

Nie można powiedzieć, że współczesny polistyren w pełni odpowiada próbkom sprzed wieku . - przez cały ten czas naukowcy szukali sposobów na poprawę właściwości materiału. Dzięki temu tworzywa sztuczne po II wojnie światowej stały się znacznie trwalsze, w tym znacznie lepiej znosiły uderzenia – stało się to możliwe dzięki stworzeniu kopolimerów styrenu otrzymywanych w jeszcze bardziej skomplikowanych procesach chemicznych.

Nieruchomości

Dokładny właściwości fizyczne współczesnego polistyrenu w dużym stopniu zależą od sposobu jego produkcji , ale generalnie mówiąc o prostym polistyrenie bez żadnego doprecyzowania mamy na myśli materiał o bardzo specyficznych parametrach. Jego gęstość nie jest najwyższa (1060 kg/m²

Masa cząsteczkowa substancja nie jest też bynajmniej specyficzna i silnie zależy od metody otrzymywania polistyrenu – zwykle waha się od 50 tys. do 300 tys., chociaż warianty emulsyjne wykazują niekiedy znacznie wyższe wskaźniki. Rozpuszczalność polistyren ma znaczenie w wielu substancjach, w tym w swoim własnym monomerze, a także w acetonie, węglowodorach aromatycznych i estrach.

Nie nadaje się do wielu rozpuszczalników, w tym eterów, niższych alkoholi, fenoli i węglowodorów alifatycznych.

Polistyren ma wyraźne właściwości dielektryczne które nie zmieniają się niezależnie od otoczenia. Materiał ten jest również praktycznie obojętny na destrukcyjne działanie kwasów i zasad, soli, alkoholi. Powyżej wymieniliśmy już substancje, które nadal mogą go rozpuszczać, a także utlenia się, halogenuje, nitruje i sulfonuje.

W pierwotnej postaci, bez dodatkowego barwienia, polistyren (przynajmniej jego odmiana blokowa) jest nie tylko bezbarwny, ale także przezroczysty … Konstrukcja praktycznie nie zatrzymuje światła widzialnego, przepuszczając 90% jego ilości, a to pozwala na zastosowanie takiego materiału w produkcji okularów optycznych. Jednocześnie promieniowanie ultrafioletowe i podczerwone nie przechodzi tak pewnie przez powierzchnie styropianowe.

Jeśli weźmiemy pod uwagę właściwości styropianu jako zalety, które sprawiają, że jest on tak popularny w różnych dziedzinach, to przede wszystkim warto zwrócić uwagę na następujące ważne punkty

• Połączenie niskiego kosztu i łatwości przetwarzania … W swojej cenie polistyren można uznać za jeden z głównych silników współczesnej cywilizacji, biorąc pod uwagę jego właściwości. Nie bez powodu dziś tak wiele produktów powstaje przy bezpośrednim udziale tego materiału – po prostu nie ma on realnej alternatywy.
• Dobra odporność chemiczna . Większość substancji, które mogą dostać się na powierzchnię styropianu w życiu codziennym, nie stanowi dla niego żadnego zagrożenia – to świetna wiadomość dla producentów, którzy chcą wytwarzać produkty wyróżniające się trwałością. Jednocześnie w laboratorium chemicznym, dysponującym imponującym zestawem odczynników, rozpuszczenie polistyrenu nie jest trudne.
• Toksyczność jest stosunkowo bezpieczna . Polistyren emituje stosunkowo mało szkodliwych oparów iz punktu widzenia ochrony środowiska, z pewnymi zastrzeżeniami, uważany jest za nieszkodliwy. Przynajmniej eksperci nie stawiają żadnych ograniczeń dotyczących stosowania materiałów polistyrenowych w pomieszczeniach mieszkalnych, a nawet naczynia z polistyrenu mogą być wykonane.
• Szeroki zakres zastosowań … Ze względu na swoje właściwości, łatwość obróbki i barwienia, polistyren może służyć jako surowiec do produkcji czegokolwiek.

Posiadając wszystkie zalety styropianu, posiada również ograniczenia i choć jest ich niewiele, to czasami odgrywają bardzo istotną rolę.

Przede wszystkim przegrzanie takiego plastiku jest niebezpieczne i nawet w domowych warunkach trzeba jeszcze zastanowić się, gdzie można użyć styropianu, a gdzie nie. Ponadto, dla większości rodzajów materiałów, oprócz odporności na wstrząsy, uderzenia stanowią znaczne zagrożenie i ogólnie problemem jest ogólna kruchość.

Porównanie z polipropylenem

Jednym z głównych konkurentów polistyrenu jest inny popularny polimer - polipropylen … W niektórych obszarach, takich jak produkcja materiałów opakowaniowych, są oni bezpośrednimi konkurentami, ale różnica między tymi dwoma materiałami jest dość znaczna. Warto zacząć przynajmniej od tego, że polistyren jest trudny do recyklingu i choć często słychać, że jest bezpieczny, ekolodzy nadal uwielbiają doszukiwać się w nim wad.

Polipropylen również nie jest bezgrzeszny, ale wciąż jest trochę mniej pytań i łatwiej jest go poddać recyklingowi. Jeśli mówimy wyłącznie o właściwościach fizycznych obu materiałów, to polipropylen charakteryzuje się również zwiększoną elastycznością - tam, gdzie polistyren już pęka lub pęka, polipropylen ciągliwy po prostu się wygina. Jeśli chodzi o cenę, być może styropian już dawno przegrałby konkurencję ze swoim rywalem, ale więcej niska cena Jest czynnikiem, który do tej pory utrzymuje go na powierzchni.

Wizualne odróżnienie jednego od drugiego nie jest takie trudne, ale trzeba wiedzieć, na co patrzeć. Polistyren wygląda piękniej jest błyszcząca i błyszcząca, bez dodatkowego zabarwienia wygląda na przezroczystą, choć może mieć charakterystyczny zimny odcień niebieskiego. Polipropylen wydaje się nieco bardziej brudny z powodu zamglenia ., efekt rozpraszania światła jest znacznie wyższy. Możesz także rozróżnić dwa materiały, dotykając: polistyren jest dźwięczny i przy uderzeniu wydaje charakterystyczne trzaski, podczas gdy polipropylen jest przytłumiony.

Czy jest szkodliwy dla ludzi?

Polistyren jest jednym z najbardziej kontrowersyjnych materiałów pod względem oceny szkodliwości i zagrożenia dla zdrowia . Z jednej strony jest szeroko stosowany w mieszkaniach ludzi, a nawet do produkcji naczyń, co już sugeruje, że nie jest to zabronione. Z drugiej strony liczne wypowiedzi podważające przyjazność dla środowiska plastiku odnoszą się przede wszystkim do polistyrenu. Można śmiało powiedzieć, że nie będąc najbardziej niebezpiecznym z istniejących materiałów, nadal nie można go uznać za bezpieczny - nie można go tak aktywnie wykorzystywać.

Należy rozumieć, że styren, który jest surowcem do produkcji polistyrenu, jest uważany za bardzo toksyczny.

Polistyren może emitować niewiele substancji toksycznych, które nie będą tak bardzo wpływać na zdrowie człowieka , ale to tylko tak długo, jak długo nie masz z nim stałego kontaktu i dopóki się nie nagrzeje. Im wyższa temperatura, tym bardziej niebezpieczne sąsiedztwo z produktami styropianowymi, zwłaszcza jeśli wybuchł pożar i pali się materiał. Przede wszystkim opary chemiczne zaburzają wątrobę, ale problemy mogą dotyczyć nawet serca i płuc, a niektórzy eksperci uważają, że banalne wdychanie oparów styrenu obarczone jest rozwojem zapalenia wątroby.

Musisz również zrozumieć, że polistyren i polistyren różnią się: w celu poprawienia właściwości tworzywa producent może dodawać różne plastyfikatory, barwniki i inne dodatki, które wpływają na wytrzymałość i elastyczność materiału.

W niektórych przypadkach dodatki te mogą okazać się jeszcze bardziej niebezpieczne niż sam styren, a producent może nie wskazywać dodatkowych danych o zagrożeniach, aby nie stracić klientów.

Kiedy powyżej nazwaliśmy polistyren stosunkowo bezpiecznym, mieliśmy na myśli to, że istnieją inne, jeszcze bardziej szkodliwe produkty działalności człowieka, z których nadal nie możemy zrezygnować – na przykład spaliny samochodowe. Ponadto teoretycznie styropian można stosować niemal całkowicie bezpiecznie - pod warunkiem, że znasz i ściśle przestrzegasz instrukcji, w szczególności nie poprzez sprzyjanie nagrzewaniu się materiału, ale poprzez ochronę przed nim. Ale i tak Nie należy postrzegać polistyrenu jako substancji całkowicie bezpiecznej, bo nawet w świecie plastiku, który w ostatnich latach spotyka się z coraz większą krytyką, polistyren nie jest najbezpieczniejszy.

Przegląd gatunków

Na razie do produkcji polistyrenu stosuje się kilka metod uzyskania pożądany materiał i pod względem jego właściwości końcowy wynik nie zawsze będzie taki sam. Aby zrozumieć, jak to działa, Przyjrzyjmy się każdej z trzech popularnych metod.

Każdy z tych materiałów posiada oznaczenie z charakterystycznym oznaczeniem sposobu otrzymywania polistyrenu.

Emulsja

Dzisiaj to metoda jest już w dużej mierze przestarzała i praktycznie nie jest stosowana w produkcji … Zasada działania jest następująca: najpierw styren jest oczyszczany z inhibitorów, po czym łączy się go w wodzie z emulgatorami (solami kwasów tłuszczowych i sulfonowych, mydłem), a także inicjatorami polimeryzacji - nadsiarczanem potasu i dwutlenkiem wodoru. Po podgrzaniu do 85-95 stopni zachodzi reakcja chemiczna - stopniowy proces polimeryzacji, który uważa się za zakończony, jeśli ilość styrenu spadnie poniżej 0,5%.

Otrzymaną emulsję koaguluje się następnie roztworem zwykłego chlorku sodu i suszy, w wyniku czego powstaje drobnoziarnisty proszek, którego każda granulka ma wielkość nie większą niż 0,1 mm. Chociaż polistyren jest zwykle określany jako biały i przezroczysty, ta metoda nie będzie w stanie osiągnąć tych cech . - kulki mają żółtawy odcień, co wskazuje na obecność zanieczyszczeń alkalicznych, których nie można całkowicie wyeliminować.

Chociaż metoda ta jest dziś niepopularna, to właśnie ta metoda zapewnia substancję o najwyższej możliwej masie cząsteczkowej.

Zawieszenie

Inna metoda, która jest już uważana za przestarzałą, chociaż nadal uważa się ją za odpowiednią do recyklingu polistyrenu w kopolimery, takie jak polistyren ekspandowany. Do produkcji potrzebny jest przygotowany styren, a raczej jego zawiesina w wodzie, wodorotlenku magnezu, alkoholu poliwinylowym, polimetakrylanie sodu i inicjatorach polimeryzacji. Wszystko to trafia do reaktora, gdzie substancja jest aktywnie mieszana ze stopniowym podgrzewaniem do 130 stopni i wysokim ciśnieniem. Następnie powstałą zawiesinę trzeba jeszcze poddać obróbce wirówkowej, a dopiero po przemyciu i wysuszeniu zebranego materiału otrzymuje się polistyren.

Blocky

Ta metoda jest obecnie uważana za najbardziej popularną i odpowiednią i większość dzisiejszego polistyrenu jest wytwarzana w ten sposób . Uzasadnienie jest dość proste: wyjście to czysty materiał, idealny pod względem parametrów technicznych oświetlenia, charakteryzujący się stabilnością parametrów. Jednocześnie zastosowanie rozważanej technologii jest zarówno efektywne, jak i gwarantuje prawie całkowity brak odpadów produkcyjnych.

Produkcja bloku styropianu polega na mieszaniu styrenu w medium benzenowym w dwóch etapach - najpierw w temperaturze około 90 stopni, a następnie ze stopniowym podgrzewaniem od 100 do 220 stopni. Produkcja bloku zostaje zatrzymana na etapie, gdy około 85% styrenu masa zamieniła się w polistyren. Usunięcie styrenu, który nie miał czasu na polimeryzację, przeprowadza się pod próżnią.

Podanie

Polistyren jest używany w ogromnej liczbie obszarów działalności człowieka, a nawet jest używany do robienia rzemiosła własnymi rękami. W domu wykonuje się z niego drobne upominki, wycinając laserem, frezując, malując na dowolne kolory - od czerwonego po złoty i czarny, aw niektórych przypadkach - drukując na powierzchni styropianowej. Najszersze zastosowanie polistyrenu znalazło w budowie , gdzie jest używany do produkcji paneli ściennych i sufitowych, różnych przegród i bagietek. W postaci arkusza materiał ten może być również stosowany do elewacji. W końcu na bazie tego materiału produkują popularne ostatnio styrobetonu.

Przemysł meblarski również coraz aktywniej wykorzystuje ten materiał, choć w tej chwili nie jest konkurencją dla drewna i jego pochodnych. Jednak tam, gdzie wilgotność jest wysoka, jest on stale używany – np. dziś można z niego zrobić brodzik w całości. Dodatkowo stosowane są granulaty polistyrenowe jak wypełniacz w poduszkach , i do tych celów sprzedawane są gotowe w workach.

Dla zwykłego człowieka, polistyrenowa odmiana spożywcza jest dobrze znana jako prawie główny materiał. do produkcji jednorazowej zastawy stołowej … Większość plastikowych kubków, które są dziś tak popularne do butelkowania napojów bezalkoholowych, jest z niego wykonana. Ponadto intensywnie stosowany jest polistyren spożywczy jako materiał do pakowania ze względu na niski koszt i względną wytrzymałość. Biorąc pod uwagę właściwości dielektryczne materiału, warto zauważyć, że znalazł on również szerokie zastosowanie w: Inżynieria elektryczna.

Jednocześnie w rzeczywistości istnieje tak wiele możliwości wykorzystania produktów polistyrenowych, że po prostu nie można ich wszystkich wymienić.

Jak z nim pracować?

W życiu codziennym najczęściej musisz pracować z styropianem arkuszowym , które mogą być przetwarzane zarówno mechanicznie jak i termicznie. Formowanie przez gięcie, klejenie, cięcie i wiercenie może być zarówno materiałem zwykłym, jak i odpornym na uderzenia. Zwykła wyrzynarka służy do rozdrabniania arkusza o grubości poniżej 2 mm, natomiast grubsze arkusze można pobierać szlifierką lub narzędziem ręcznym. W warsztacie przemysłowym możliwe jest cięcie laserowe . Linia cięcia okazuje się nieco postrzępiona, dlatego wymaga późniejszej obróbki - najpierw podaje się ją za pomocą pilnika, a następnie szmerglowego.

Jeśli konieczne jest wykonanie otworu w arkuszu, użyj wiertła, do którego potrzebujesz wiertła stworzonego specjalnie do wiercenia blachy z tworzywa sztucznego. Jeśli grubość blachy jest niewielka, podczas wiercenia może się ona odkształcać wbrew życzeniom mistrza – takiego rozwoju wydarzeń można uniknąć umieszczając pod blachą drewniany klocek. Arkusz jest formowany albo techniką próżniową, albo przez wdmuchiwanie powietrza pod wysokim ciśnieniem. Przetwarzanie dowolną ze wskazanych metod wiąże się ze znacznym (do 160-200 stopni) ogrzewaniem materiału.

Połączenie poszczególnych części wykonanych ze styropianu jest możliwe zarówno przez spawanie jak i klejenie. W obu przypadkach przed połączeniem fragmentów powierzchni należy najpierw dokładnie odtłuścić. Konieczne jest gotowanie metodą gazową lub ultradźwiękową, klejenie - kompozycjami polimerowymi na bazie cyjanoakrylanu lub neoprenu.

Jeśli mówimy o styropianu matowym, to można go również poddać takiej obróbce, jak: szlifowanie i polerowanie . W tym celu stosuje się szlifierkę, ale w żadnym wypadku z tarczą ścierną - zamiast tego bierze się miękką tarczę, na którą nakłada się specjalną pastę polerską. Jeśli część jest mała, możesz ją również polerować lub szlifować ręcznie.

Między innymi, na powierzchnię styropianu można nakładać dowolne powłoki specjalne – od warstwy metalowej do folii lustrzanej . Można go na nim wydrukować w kolorze czarnym lub kolorowym, w dowolny ze znanych sposobów. Jednocześnie w celu ochrony powstałego tekstu lub obrazu konieczne jest otwarcie powierzchni lakierem, ponieważ polimer nie wchłania wilgoci.

Przetwarzanie

Polistyren w czystej postaci nie wydaje się wyrządzać dużej szkody środowisku, ale jednocześnie jego odpady, tak jak powinno być w przypadku plastiku, utrzymują się przez ogromny okres czasu, zanieczyszczając planetę … Dodatkowo będąc w środowisku naturalnym polimer i jego kopolimery mogą być narażone na nadmierne nagrzewanie, w tym spalanie w ogniu, a wtedy konsekwencje mogą być znacznie bardziej dotkliwe. Podobnie niepożądany jest niekontrolowany kontakt przedmiotów styropianowych z substancjami zdolnymi do rozpuszczania materiału, w przeciwnym razie nie da się uniknąć uwalniania toksycznych par styrenu, benzenu, toluenu, tlenku węgla i etylobenzenu.

Względną zaletą materiału jest to, że w większości przypadków nadaje się do recyklingu , wykorzystując zarówno bezpośrednie odpady, jak i po prostu zużyte produkty. Jako techniki przetwarzania stosuje się wytłaczanie, prasowanie i odlewanie. Na wyjściu uzyskuje się produkty, które nie są gorszej jakości od nowych, podczas gdy nie powstają śmieci. Ponadto w ostatnich latach powstał nowy materiał budowlany na bazie polistyrenu - styrobetonu , który jest odpowiedni dla budownictwa o niskiej zabudowie. Niestety ogromne ilości odpadów polistyrenowych, zwłaszcza w biednych krajach, są po prostu spalane. Takie zachowanie w przypadku odpadów z tworzyw sztucznych jest wyjątkowo negatywne dla środowiska.