Полистирол получение из стирола уравнение

Составьте уравнения реакций, в которых образуются поливинилхлорид, полистирол, полиметилметакилат. Где применяются эти полимеры?

Поливинилхлорид получают при полимеризации винилхлорида:

Винилхлорид применяют для изготовления искусственной кожи, линолеума, изоляции для электропроводов.

Полистирол получают при полимеризации стирола (винилбензола):

Из полистирола делают различные бытовые изделия, а также пенопласт, применяемый как упаковочный материал.

Полиметилметакрилат получают при полимеризации метилметакрилата – метилового эфира метакриловой (2-метилпропеновой кислоты):

Из полиметилметакрилата делают органическое стекло. В отличие от обычного стекла, оно пропускает ультрафиолетовые лучи.

Решебник по химии за 11 класс (Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман, 2000 год),
задача №6
к главе «Глава XIII. Синтетические высокомолекулярные вещества и полимерные материалы на их основе».

Полистирол: формула, свойства, получение, применение

В широком разнообразии полимерных материалов особое место занимает полистирол. Из этого материала производят огромное количество различных пластиковых изделий как для бытового, так и для промышленного использования. Сегодня мы с вами познакомимся с формулой полистирола, его свойствами, способами получения и направлениями использования.

Общая характеристика

Полистирол является синтетическим полимером, относящимся к классу термопластов. Как можно понять из названия, он представляет собой продукт полимеризации винилбензола (стирола). Это твердый стеклообразный материал. Формула полистирола в общем виде выглядит следующим образом: [СН₂СН(С₆Н₅)]_n. В сокращенном варианте она выглядит так: (C₈H₈)_n. Сокращенная формула полистирола встречается чаще.

Химические и физические свойства

Наличие фенольных групп в формуле структурного звена полистирола препятствует упорядоченному размещению макромолекул и образованию кристаллических структур. В этой связи материал является жестким, но хрупким. Он представляет собой аморфный полимер с малой механической прочностью и высоким уровнем светопропускания. Он производится в виде прозрачных цилиндрических гранул, из которых путем экструзии получают необходимую продукцию.

Полистирол является хорошим диэлектриком. Он растворяется в ароматических углеводородах, ацетоне, сложных эфирах, и собственном мономере. В низших спиртах, фенолах, алифатических углеводородах, а также простых эфирах полистирол не растворим. При смешивании вещества с другими полимерами, происходит «сшивание», в результате которого образуются сополимеры стирола, обладающие более высокими конструктивными качествами.

Вещество обладает низким влагопоглощением и устойчивостью к радиоактивному облучению. Вместе с тем оно разрушается под действием ледяной уксусной, и концентрированной азотной кислот. При воздействии ультрафиолета полистирол портится – на поверхности образуется микротрещины и желтизна, увеличивается его хрупкость. При нагревании вещества до 200 °С оно начинает разлагаться с выделением мономера. При этом, начиная с температуры в 60 °С, полистирол теряет форму. При нормальной температуре вещество не токсично.

Основные свойства полистирола:

1. Плотность – 1050-1080 кг/м 3 .
2. Минимальная рабочая температура – 40 градусов мороза.
3. Максимальная рабочая температура – 75 градусов тепла.
4. Теплоемкость – 34*10 3 Дж/кг*К.
5. Теплопроводность – 0,093-0,140 Вт/м*К.
6. Коэффициент термического расширения – 6*10 -5 Ом·см.

Получение полистирола

В промышленности полистирол получают с помощью радикальной полимеризации стирола. Современные технологии позволяют проводить этот процесс с минимальным количеством непрореагировавшего вещества. Реакция получения полистирола из стирола осуществляется тремя способами. Рассмотрим отдельно каждый из них.

Эмульсионный (ПСЭ)

Это самый старый метод синтеза, который так и не получил широкого промышленного применения. Эмульсионный полистирол получают в процессе полимеризации стирола в водных растворах щелочей при температуре 85-95 °С. Для этой реакции необходимы такие вещества: вода, стирол, эмульгатор и инициатор процесса полимеризации. Стирол предварительно избавляют от ингибиторов (гидрохинона и трибутил-пирокатехина). Инициаторами реакции выступают водорастворимые соединения. Как правило, это персульфат калия или двуокись водорода. В качестве эмульгаторов применяют щелочи, соли сульфокислот и соли жирных кислот.

Процесс происходит следующим образом. В реактор наливают водный раствор касторового масла и при тщательном перемешивании вводят стирол вместе с инициаторами полимеризации. Полученную смесь греют до 85-95 градусов. Растворенный в мицеллах мыла мономер, поступая из капель эмульсии, начинает полимеризоваться. Так получаются полимер-мономерные частицы. На протяжении 20 % времени реакции мицеллярное мыло идет на образование слоев адсорбции. Далее процесс идет внутри частиц полимера. Реакция завершается, когда содержание стирола в смеси будет составлять примерно 0,5 %.

Далее эмульсия поступает на стадию осаждения, позволяющую снизить содержание остаточного мономера. С этой целью ее коагулируют раствором соли (поваренной) и высушивают. В результате получается порошкообразная масса с размером частиц до 0,1 мм. Остаток щелочи сказывается на качестве получаемого материала. Устранить примеси полностью невозможно, а их наличие обуславливает желтоватый оттенок полимера. Этот метод позволяет получить продукт полимеризации стирола с наибольшей молекулярной массой. Получаемое таким способом вещество имеет обозначение ПСЭ, которое периодически можно встретить в технических документах и старых учебниках по полимерам.

Суспензионный (ПСС)

Этот метод осуществляется по периодической схеме, в реакторе, оборудованном мешалкой и теплоотводящей рубашкой. Для подготовки стирола его суспензируют в химически чистой воде с помощью стабилизаторов эмульсии (поливиниловый спирт, полиметакрилат натрия, гидроксид магния), а также инициаторов полимеризации. Процесс полимеризации проходит под давлением, при постоянном повышении температуры, вплоть до 130 °С. В итоге получается суспензия, из которой первичный полистирол отделяют с помощью центрифугирования. После этого вещество промывают и высушивают. Этот метод также считается устаревшим. Он пригоден в основном для синтезирования сополимеров стирола. Его применяют в основном в производстве пенополистирола.

Блочный (ПСМ)

Получение полистирола общего назначения в рамках этого метода можно проводить по двум схемам: полной и неполной конверсии. Термическая полимеризация по непрерывной схеме осуществляется на системе, состоящей из 2-3 последовательно соединенных колонных аппаратов-реакторов, каждый из которых оборудован мешалкой. Реакцию проводят постадийно, увеличивая температуру с 80 до 220 °С. Когда степень превращения стирола доходит до 80-90 %, процесс прекращается. При методе неполной конверсии степень полимеризации достигает 50-60 %. Остатки непрореагировавшего стирола-мономера удаляют из расплава путем вакуумирования, доводя его содержание до 0,01-0,05 %. Полученный блочным методом полистирол отличается высокой стабильностью и чистотой. Эта технология является наиболее эффективной, в том числе и потому, что практически не имеет отходов.

Применение полистирола

Полимер выпускается в виде прозрачных цилиндрических гранул. В конечные изделия их перебарывают путем экструзии или литья, при температуре 190-230 °С. Из полистирола производят большое количество пластиков. Распространение он получил благодаря своей простоте, невысокой цене и широкому ассортименту марок. Из вещества получают массу предметов, которые стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни (детские игрушки, упаковка, одноразовая посуда и так далее).

Полистирол широко используют в строительстве. Из него делают теплоизоляционные материалы – сэндвич-панели, плиты, несъемные опалубки и прочее. Кроме того, из данного вещества производят отделочные декоративные материалы – потолочные багеты и декоративную плитку. В медицине полимер используют для производства одноразовых инструментов и некоторых деталей в системах переливания крови. Вспененный полистирол также применяют в системах для очистки воды. В пищевой промышленности используют тонны упаковочного материала, сделанного из данного полимера.

Существует и ударопрочный полистирол, формула которого изменяется путем добавления бутадиенового и бутадиенстирольного каучука. На этот вид полимера приходится более 60 % всего производства полистирольного пластика.

Благодаря предельно низкой вязкости вещества в бензоле можно получить подвижные растворы в придельных концентрациях. Этим обуславливается использование полистирола в составе одного из видов напалма. Он играет роль загустителя, у которого по мере увеличения молекулярной массы полистирола уменьшается зависимость «вязкость-температура».

Преимущества

Белый термопластичный полимер может стать отличной заменой пластику ПВХ, а прозрачный – оргстеклу. Популярность вещество получило главным образом благодаря гибкости и легкости в обработке. Оно отлично формуется и обрабатывается, предотвращает потери тепла и, что немаловажно, имеет низкую стоимость. Благодаря тому, что полистирол может хорошо пропускать свет, его даже используют в остеклении зданий. Однако размещать такое остекление на солнечной стороне нельзя, так как под действием ультрафиолета вещество портится.

Полистирол давно используется для изготовления пенопластов и сопутствующих материалов. Теплоизоляционные свойства полистирола во вспененном состоянии, позволяют использовать его для утепления стен, пола, кровли и потолков, в зданиях различного назначения. Именно благодаря обилию утеплительных материалов, во главе которых стоит пенополистирол, простые обыватели знают о рассматриваемом нами веществе. Эти материалы отличаются простой в использовании, устойчивостью к гниению и агрессивным средам, а также отличными теплоизоляционными свойствами.

Недостатки

Как и у любого другого материала, у полистирола есть недостатки. Прежде всего, это экологическая небезопасность (речь идет об отсутствии методов безопасной утилизации), недолговечность и пожароопасность.

Переработка

Сам по себе полистирол не представляет опасности для окружающей среды, однако некоторые продукты, полученные на его основе, требуют особого обращения.

Отходы материала и его сополимеров накапливаются в виде изделий, вышедших из употребления, и промышленных отходов. Вторичное использование полистирольных пластиков, производится несколькими путями:

1. Утилизация промышленных отходов, которые были сильно загрязнены.
2. Переработка технологических отходов методами литья, экструзии и прессования.
3. Утилизация изношенных изделий.
4. Утилизация смешанных отходов.

Вторичное применение полистирола позволяет получить новые качественные изделия со старого сырья, не загрязняя при это окружающую среду. Одним из перспективных направлений переработки полимера является производство полистиролбетона, который применяется в строительстве зданий малой этажности.

Продукты разложения полимера, образующиеся при термодеструкции или термоокислительной деструкции, токсичны. В процессе переработки полимера путем частичной деструкции могут выделяться пары бензола, стирола, этилбензола, оксида углерода и толуола.

Сжигание

При сжигании полимера выделяется диоксид углерода, монооксид углерода и сажа. В общем виде уравнение реакции горения полистирола выглядит так: (С₈Н₈ )_n + О₂ = ↑СО₂ + Н₂О. Сжигание полимера, содержащего добавки (компоненты увеличивающие прочность, красители и т. д.), приводит к выбросу ряда других вредных веществ.

Список тематических статей

Полистирол

ПС и сополимеры стирола

Полистирол (ПС, PS, polystyrene) – это твердый, аморфный полимерный материал, получающийся путем полимеризации стирола и относящийся к категории термопластов. Полистирол бывает общего назначения (ПСОН, GPPS), ударопрочный, вспенивающийся, а также разработано большое количество прочих сополимеров стирола. Ударопрочный ПС (УПС, УПМ) является блоксополимером стирола и каучука. Полимер в чистом виде достаточно хрупок, нуждается в модификаторе ударной вязкости или других аддитивах.

Ударопрочный полистирол за счет включений каучуковых мономерных звеньев обладает большей гибкостью и ударной вязкостью. При этом он имеет более низкую прочность на растяжение и термостойкость, чем ПС общего назначения. Также каучуковые звенья в УПС снижают его хрупкость и ухудшают оптические свойства материала. Такой сополимер отлично подходит для получения листов с дальнейшим термоформованием продуктов.

Вспенивающиеся полистиролы (ПСВ) – группа материалов, в состав которых включены специальные вспенивающие агенты, они применяются для изготовления пенопластовых изделий. ПСВ имеют отличные теплоизоляционные характеристики, минимальный удельный вес и используются для производства упаковки и отделочных строительных материалов.

Полистиролы в России производят ОАО «Нижнекамскнефтехим», ООО «Газпром нефтехим Салават», ООО «Стайровит» (Группа «Пеноплэкс»), и СИБУР (выпускает ПСВ).

Как следует из названия полимера, полистирол получают путем полимеризации стирола или фенилэтилена, представляющим собой жидкое вещество, имеющее резкий запах. Синтез проходит в массе в присутствии катализатора. Схематически реакция полимеризации стирола показана на рис.1. Обычно ПС выпускают в форме гранул от 2 до 5 мм в диаметре, расфасованных в мешки по 25 кг.

ПС при нормальных условиях выглядит как аморфное стекловидное вещество. Примерно при 80 градусах С пластик становится высокоэластичным, при 239 градусах С плавится. Ниже приведены основные свойства ПС общего назначения (GPPS).

— плотность около 1060 кг/куб.м;

— минимальная температура эксплуатации -40°С;

— максимальная температура эксплуатации +75 °С;

— невысокий коэффициент термического расширения;

— хорошая водостойкость и химстойкость, в том числе к кислотам и щелочам;

— хорошая стойкость к радиации;

— слабая стойкость к ультрафиолетовым лучам;

— сильные электроизоляционные свойства;

— экологически чистый, некоторые марки имеют пищевой допуск.

Разновидности стирольных пластиков

Помимо ПСОН промышленность производит большое количество других модификаций стирола и его сополимеров с другими мономерами. Рассмотрим наиболее часто применяющиеся из них.

2. Гомополимер

GPPS — полистирол аморфного типа общего назначения.

SPS — кристаллизующийся синдиотактический ПС.

ПС высокой ударной прочности, УПС

Переработка

Полистирол и сополимеры являются одной из самых крупнотоннажных групп полимеров, производимых в мире. Технология их переработки, как правило, не представляет большого труда. Полимеры стирольной группы могут перерабатываться всеми основными методами. Причем хуже всех поддается переработке именно самый простой ПСОН ввиду своей хрупкости, ломкости и склонности к растрескиванию при любых напряжениях (в том числе внутренних). Это связано с тем, что линейная усадка ПС при переработке может достигать трех процентов, тогда как относительная деформация до разрушения обычно меньше этого значения. Сополимеры стирола перерабатываются без каких-либо проблем.

Полистирольные листы и плиты (в том числе из вспененного ПС или EPS) получают методом экструзии на плоскощелевых экструзионных линиях, это касается и вспененного ПС. Зачастую, лист не является самостоятельным изделием и отправляется на дальнейшую переработку методом пневмо- или вакуумформования (термоформования) в упаковочные продукты или одноразовую посуду. Термоформование производится либо на специальных машинах периодического действия, либо на автоматических термоформовочных линиях высокой производительности.

Рис.2. Виды вспененного материала EPS

Литьем под давлением из ПС производят товары для дома, кухни (масленки, хлебницы, баночки для хранения сыпучих и т.п.), автомобильные и строительные изделия и т.д. Для переработки полистирольных пластиков литьем нет необходимости в специальном оборудовании. Можно применять стандартные термопластавтоматы и использовать любые разновидности форм, в том числе горячеканальные, запорные, многокомпонентные и т.п. Важно иметь ввиду, что литьевые уклоны для ПСОН желательно проектировать больше, чем для других термопластов (не менее 2 градусов). Это связано с описанной выше совсем небольшой относительной деформацией при разрушении. Кроме того, отливку в форме нельзя сильно охлаждать, желательно извлекать изделие как можно более горячим.

Для окраски изделий из ПС в массе существуют специальные суперконцентраты пигментов на основе полистирола. Также при малом процентном вводе и невысоких требованиях к прозрачности, полистирольные изделия можно окрашивать СКП на основе полиолефинов.

Вспенивающийся ПС (не путать со вспененным) перерабатывается на специальных машинах, где вспенивание происходит при помощи горячего пара. Таким образом выпускают защитную пенопластовую упаковку и строительные отделочные плитки, профили, панели.

Применение

Уникальные свойства ПС и пластиков полистирольной группы, вариативность их свойств, относительная простота и доступность привели к тому, что стирольные полимеры стали очень популярны в различных областях применений. Их используют в том числе:

В домашнем хозяйстве, прежде всего на кухне. ПС применяется для производства многочисленной недорогой кухонной утвари и посуды, например всем известных недорогих пластиковых кружек с печатью. Практически все изделия с высокой степенью прозрачности и твердости в наших домах изготовлены из полистиролов, таких как САН и т.п. ПС – безусловный лидер по выпуску посуды и столовых приборов однократного применения, которые, однако, переживают не лучшие времена и подвергаются ограничениям и запрету во многих странах.

Рис.3. Хлебница – классическое ПС изделие для кухни

Для строительной индустрии из полистирола и его производных выпускают теплоизолирующие и мембранные материалы, сэндвич-панели, отделочные материалы, остекление, звукоизоляцию, клеи и краски и т.п. Полистирол в форме прозрачных или цветных листов применяют внутри зданий и даже снаружи вместо неорганического стекла, для изготовления вывесок, душевых, теплиц, перегородок, дверей.

В медицине из ПС состоят корпуса медоборудования, посуда, компоненты одноразовых изделий и т.д.

В светотехнике из полистиролов изготавливают рассеиватели недорогих светильников. Особенно это направление обрело популярность в последние годы ввиду распространения светодиодов, которые не нагревают светильник так сильно, как лампы накаливания.

В электротехнике ПС используют для производства фильтров, элементов электроизоляции, и других деталей.

Широчайшее значение материал имеет в упаковке. ПС пленка в огромных количествах применяется для изготовления контейнеров, лотков (используется также вспененный полистирол), коррексов и проч. Кроме того ПС используют наряду с ПВХ для выпуска все более популярной блистерной упаковки.

Кроме того, полистирол используют для производства пластиковых карт, канцтоваров, детских товаров, корпусных деталей, сантехнических компонентов, в дизайне и рекламной индустрии и т.д.

Экология и вторичная переработка

Полистирол безопасен для здоровья человека и живых организмов. Однако, мономер, из которого получается пластик – стирол вещество достаточно опасное. В случае деструкции ПС (например, при горении или даже при переработке) он может выделяться вкупе с некоторыми другими ядами. Нужно иметь этот факт в виду, и принимать меры против возгорания в помещениях, отделанных полистиролом.

Вторичная переработка ПС аналогична переработке других полимеров. Полистирольные изделия собирают, моют, сушат, а затем регранулируют на грануляторах экструзионного типа. Проблему составляет отделить стирольные пластики от других полимеров похожего внешнего вида и плотности. Также дело портит большое разнообразие самих сополимеров стирола и небольшой объем применения каждого из них по сравнению с общей массой полимеров.