Polistyren: właściwości i odmiany materiału
Polistyren to złożony polimer, którego sieć krystaliczna składa się z dużej liczby wiązań węgiel-wodór. W zależności od metody produkcji właściwości fizyczne i zastosowania substancji mogą się znacznie różnić.
Fizyczne i chemiczne właściwości
Polimer charakteryzuje się następującymi wskaźnikami:
- odporność na wydłużenie - 3%;
- wytrzymałość na zginanie - 103 MPa;
- ostateczna wytrzymałość na rozciąganie - 55 MPa;
- przewodność cieplna - 0,16 W / mK;
- współczynnik załamania światła - 12,59;
- gęstość - 1,05 g/cm3.
Masa cząsteczkowa substancji i sposób wytwarzania wpływają na właściwości fizyczne polimeru. Siła i temperatura, w których substancja staje się bardziej miękka, są odwrotnie proporcjonalne do wielkości cząstek polistyrenu.
Producenci oferują szeroką gamę formatów gotowych płyt styropianowych: od 1200x1800 mm do 2050x3050 mm.
Właściwości przeciwpożarowe
Polistyren jest materiałem palnym. Indeks tlenowy substancji sięga 19%. Nawet żelbetowa powłoka obramowująca materiał budowlany nie uchroni przed spaleniem. Producenci i sprzedawcy styropianu są zobowiązani do informowania nabywców o tym, że kupowany produkt nie jest ognioodporny. Straż pożarna zwraca coraz większą uwagę na wykorzystanie styropianu w konstrukcjach budowlanych.
Wadą substancji jest również zdolność do wydzielania niebezpiecznego toksycznego gazu, który uwalnia się podczas spalania. Jednak polimer nie ulega samozapłonowi. Dzieje się tak tylko pod wpływem bezpośredniego ognia.
Główni producenci polistyrenu opracowują niepalną wersję tej substancji. Dodatki kontrolujące dym i składniki zmniejszające palność znacznie poprawiają ognioodporność polimeru.
Obszar zastosowań
Polistyren znajduje zastosowanie w następujących branżach:
- Medycyna. Lekki i wytrzymały polimer odpowiedni do produkcji sprzętu medycznego. Materiały eksploatacyjne, artykuły jednorazowego użytku, urządzenia do transfuzji krwi i naczynia laboratoryjne są produkowane w dużych ilościach. Przyjazność dla środowiska i bezpieczeństwo pozwalają na produkcję z polistyrenu pojemników, strzykawek, systemów transfuzyjnych i elementów jednorazowego użytku.
- Budowa. Projektowanie i utrzymanie autostrad, a także budowa innych projektów budowlanych nie jest kompletna bez użycia polimerów. Materiał służy do wykańczania elewacji budynków, w tym w celu stworzenia warstwy dźwiękochłonnej. Styropian wykorzystywany jest również do produkcji płyt sufitowych, podkładów klejowych oraz płyt warstwowych.
- Sprzęt AGD i elektryczny. Przynależność do dielektryków determinowała dalsze wykorzystanie polistyrenu do produkcji osłon obudowy sprzętu AGD, kondensatorów foliowych, anten i wyrobów kablowych.
- Powierzchnia gospodarstwa domowego. Ze względu na bezpieczny wpływ na organizm człowieka polistyren ma szerokie zastosowanie w życiu codziennym. Jest nieszkodliwy i nie wydziela obcego zapachu, dlatego artykuły papiernicze i dziecięce, opakowania, naczynia jednorazowe i elementy dekoracyjne wykonane są z tworzywa sztucznego.
- Tereny przemysłowe. Bez styropianu budowa poszczególnych elementów z zakresu budownictwa cywilnego nie jest kompletna. Należą do nich złożone urządzenia, turbiny, agregaty, a także komponenty do budowy budynków.
- Kompleks wojskowo-przemysłowy. Łatwopalność polimeru doprowadziła do jego wykorzystania jako mieszanki zapalającej w tworzeniu urządzeń wybuchowych. Budowa autostrad wojskowych nie jest kompletna bez trwałego i lekkiego polistyrenu.
- Przemysł spożywczy. W każdej kuchni jest dziś plastik, z którego wykonane są obudowy sprzętu AGD, elementy dekoracyjne, żaroodporne uchwyty na garnki, jednorazowe naczynia i materiały opakowaniowe.
Przydatne wideo
Rodzaje styropianu
W zależności od struktury wewnętrznej i technologii produkcji rozróżnia się następujące rodzaje materiałów:
- ogólnego przeznaczenia (PS);
- odporny na uderzenia (UPM);
- wytłaczany (spieniony).
ogólny cel
Polimer wytwarzany zgodnie z GOST 20282-86 ma postać szkła organicznego. Proces produkcji odbywa się w sposób zawieszany lub blokowy. Zaletą polistyrenu ogólnego przeznaczenia jest odporność na substancje zasadowe i kwasowe oraz przynależność do dielektryków. Wadą jest brak siły. Za pomocą ekstruzji produkowane są dwa rodzaje materiałów budowlanych:
- Plasgal falisty. Są to arkusze o przekroju 1,7-3 mm. Relief na powierzchni zapewnia zmianę kierunku ruchu promieni słonecznych, co znalazło zastosowanie w produkcji elementów wyposażenia wnętrz w dziedzinie techniki oświetleniowej.
- Gładki Plasgal. Produkowany jest w postaci arkuszy o stosunkowo dużej grubości - 2-6 mm. Jest odporny na niskie temperatury powietrza dochodzące do -40C oraz zdolność rozpraszania światła. Wady materiału obejmują jego kruchość.
Odporny na wstrząsy
Polistyren tego typu otrzymuje się w wyniku syntezy styrenu i kauczuku syntetycznego. Ilość dodanego kauczuku butadienowego wpływa na odporność materiału na uszkodzenia. Do produkcji polimeru o średniej wytrzymałości stosuje się 4,5% zanieczyszczenia w kompozycji, a wysokoudarowy polistyren uzyskuje się przez dodanie 10-15% gumy. Produkt ma niską temperaturę topnienia i jest łatwy w obróbce. Polimer odporny na uderzenia jest bezpieczny dla ludzkiego organizmu. Charakterystyki przewodnictwa elektrycznego i wytrzymałości materiału nie różnią się od zwykłego polistyrenu. Jednak domieszka gumy w kompozycji znacznie zmniejsza przepuszczalność światła substancji.
wytłaczany
Polistyren tego typu jest uważany za najmocniejszy ze względu na porowatą izolowaną strukturę. W procesie produkcyjnym następuje spienianie styropianu, a następnie jego formowanie w postaci arkuszy. Właściwości termoizolacyjne styropianu ekstrudowanego umożliwiają zastosowanie materiału do ocieplania budynków od zewnątrz i wewnątrz, konstruowania warstwy termoizolacyjnej dachu i podłogi, a także do budowy fundamentów, nie tylko w postaci warstwa termoizolacyjna, ale również jako szalunek stały.
Styropian jest niewrażliwy na grzyby, a zaletą materiału jest zwiększona odporność na wilgoć. Wśród tworzyw o podobnych właściwościach wyróżnia się styropian i polistyren. Polistyren ekstrudowany wygrywa w odporności na zmiany w środowisku, przepuszcza do 90% światła słonecznego, a także ma wysoki stopień zagęszczenia.
Jeśli porównamy powyższe rodzaje styropianu, rozważmy następujące wskaźniki:
- Gęstość UPM wynosi 1060 kg/m3, na drugim miejscu jest PS - 1050 kg/m3, na trzecim spieniony polimer 1040 kg/m3;
- naprężenie zginające dla polistyrenu ekstrudowanego wynosi 60-87 MPa, a dla dwóch pozostałych typów mieści się w zakresie 50-60 MPa;
- naprężenie ściskające jest takie samo dla PS i UPM i wynosi 80-100 MPa, materiał piankowy ma wartość 46-80 MPa;
- naprężenie rozciągające dla polimeru ekstrudowanego - 36-60 MPa, dla UPM - 27-56 MPa, a dla PS - 35-40 MPa;
- wydłużenie przy zerwaniu wynosi 1-3% dla polistyrenu ekspandowanego, 1-2% dla UPM i 1-1,5% dla PS;
- pod względem odporności cieplnej na pierwszym miejscu plasuje się materiał ekstrudowany z 85-90C, a następnie UPM z 65-80C i PS z 60-70C;
- PS ma najniższą udarność - 12-20 kJ/m2, na drugim miejscu jest UPM - 40-50 kJ/m2, a na trzecim jest spieniony polimer - 80-100 kJ/m2.
Metody produkcji
Wybór metody wytwarzania determinuje właściwości chemiczne i fizyczne tworzywa.
Emulsja
Istotą metody jest oczyszczenie styrenu na początkowym etapie z substancji, które mogą spowolnić reakcję. Następnie dodaje się dwutlenek wodoru i nadtlenodisiarczan potasu w celu wytworzenia polimeru. Mydło i alkilosulfoniany w mieszaninie zapewniają tworzenie emulsji. Podwyższenie temperatury do 85-95°C stymuluje proces chemiczny, podczas którego powstaje polimer. O zakończeniu reakcji świadczy zmniejszenie objętości winylobenzenu do poziomu 0,5%.
Ponadto mikroskopijne cząstki cieczy pod wpływem dodanego chlorku sodu sklejają się ze sobą w większe cząstki i są suszone. W rezultacie polistyren ma wygląd pudrowy z cząstkami, których średnica nie przekracza 0,1 mm. Domieszka alkaliów w kompozycji polimerowej nadaje granulkom żółtawy odcień. Niemożliwe jest uzyskanie przezroczystości materiału metodą emulsyjną. Ta metoda jest uważana za przestarzałą, dlatego praktycznie nie występuje w produkcji polistyrenu.
Zawieszenie
Produkcja polimeru tą metodą polega na zastosowaniu etenylobenzenu, który został wstępnie przygotowany i rozpuszczony w cieczy. Do składu mieszaniny dodaje się również alkohol poliwinylowy, wodorotlenek magnezu, polimetakrylan sodu i inne substancje, które sprzyjają tworzeniu polimeru. Następnie składniki są dokładnie wymieszane. Reakcja polimeryzacji zachodzi przy podwyższonym ciśnieniu i stopniowym wzroście temperatury do 130C. Następnie mieszaninę poddaje się działaniu siły odśrodkowej w specjalnym urządzeniu. Końcowe etapy produkcji: płukanie i suszenie. Przestarzała jest również metoda zawieszenia. Jego zastosowanie uzasadnia powtórną przeróbkę polimeru, w wyniku której otrzymuje się spieniony polistyren.
Przydatne wideo
Blocky
Istotą metody jest zmieszanie winylobenzenu z medium benzenowym, aż cząstki zostaną równomiernie rozłożone względem siebie. Mieszanie na początkowym etapie następuje w temperaturze 90C, drugi etap polega na podniesieniu temperatury do 220C. Tworzenie bloku kończy się przy wartości resztkowej styrenu, który nie przekształcił się w polistyren, wynoszący 15%. Dalsze opróżnianie usuwa z mieszaniny niespolimeryzowany winylobenzen.
Do tej pory metoda blokowa jest uważana za najbardziej popularną w produkcji polistyrenu ze względu na produkcję wysokiej jakości materiału. Polimer ma wysoką czystość i wytrzymałość. Za zalety tej metody uważa się maksymalną bezodpadowość i opłacalność procesu produkcyjnego.
Zalety materiałowe
Właściwości chemiczne i fizyczne polistyrenu zapewniły mu konkurencyjność wśród podobnych polimerów. Zalety tworzyw termoplastycznych obejmują:
- Odporność chemiczna na rozcieńczone kwasy i substancje zawierające alkohol.
- Łatwość prac wykończeniowych. Styropian można łatwo obrabiać, piłować, frezować, wiercić.
- Łatwość modyfikacji zmian. Ze względu na niewielką wagę i przekrój możliwe jest sklejanie arkuszy materiału za pomocą ultradźwięków, termozgrzewania i kompozycji polimerowych.
- Odporność na wilgoć i odporność na grzyby.
- Przyjazność dla środowiska użytkowania.
- Odporność na środowisko. Materiał przez długi czas zachowuje swój pierwotny wygląd.
- Różnorodność rozwiązań kolorystycznych z sugerowanymi przykładami ułatwia dobór odpowiedniego materiału.
Wady polistyrenu to jego podatność na rozpuszczalniki pochodzenia organicznego i oleje techniczne, pod wpływem których szybko się zapada.
Niski koszt i szeroka gama produktów pozwala zaoszczędzić pieniądze na zakupie materiałów budowlanych, a także uzyskać wysokiej jakości i estetyczny efekt.
Przydatne wideo
Różnica między polistyrenem a polistyrenem
Polistyren ekstrudowany i styropian to materiały pokrewne. Podczas procesu produkcyjnego para wodna zwiększa granulki materiału, który pęcznieje i łączy się. Ogrzewanie i przetłaczanie polimeru przez wytłaczarkę tworzy piankę polistyrenową, która praktycznie nie różni się właściwościami chemicznymi od tworzywa piankowego. Główną różnicą jest gęstość materiału końcowego.
Wniosek
Niski koszt, wysoka przyjazność dla środowiska, dobra izolacja akustyczna i cieplna, jaką mają płyty polistyrenowe, zapewniają, że materiał jest poszukiwany w nowoczesnym budownictwie. Wysokiej jakości i trwały polimer przewyższa konkurencję we wszystkich obszarach zastosowań, ponieważ podobne materiały wykończeniowe tracą na cenie lub wydajności.
