Полистирол: что это за материал
Полистирол — это жесткий и прочный материал, который используют в строительстве, мебельной промышленности, рекламной индустрии и других сферах производства. Изделия из полистирола получаются крепкими, но при этом легкими.
Далее мы рассмотрим основные свойства, разновидности, способы изготовления и сферу применения данного материала.
Физические характеристики полистирола
Полистирол стал популярным благодаря высокой прочности и надежности. Основные физические характеристики материала:
- Плотность: 1040-1100 кг/м3
- Насыпная плотность (для гранул): 550-570 кг/м3
- Удельный вес: 1.04-1.06 г/см3
- Ударная вязкость: 30-70 кДж/м2
- Прочность на изгиб: 50-87 МПа
- Прочность при сжатии: 46-100 МПа
- Прочность при растяжении: 35-60 МПа
- Электрическая прочность: 50 Гц
- Линейная усадка в форме: 0,6%
У материала нет запаха Однородный массив не впитывает влагу и не проводит электрический ток. Долговечный пластик выдержит даже радиоактивное излучение. Но его прочность уменьшается при охлаждении до -40°С и при нагревании до 60-90°С.
Полистирол относится к группе термопластов. Так называются твердые материалы, которые после нагрева становятся высокоэластичными или вязкотекучими. При высокой температуре полистирол меняет форму и свойства, он плавится при температуре 240°С.
Полистирол как диэлектрик плохо проводит электрический ток. Поверхность материала реагирует на разряд тока. Обработка пластика электрическими разрядами называется коронированием, она вызывает реакцию окисления. На окислившиеся участки можно наносить краски для полиграфии.
Химические свойства
Материал не разрушается от контакта с кислотами, разбавленных щелочами, спиртосодержащими веществами. Но его можно растворить в ацетоне, сложных эфирах, ароматических углеводородах и концентрированной азотной кислоте. В этих веществах он легко растворяется, как кубик сахара в стакане воды.
Разновидности полистирола
Меняя условия реакции полимеризации, можно получить несколько видов полистирола. Свойства вещества зависят от формулы полученных макромолекул и определяют область его применения.
✍ Общего назначения
Под названием «полистирол» обычно понимают состав общего назначения. Его получают методом непрерывной полимеризации винилбензола в массе. Существует и другой способ его получения, это суспензионная полимеризация. В результате любой реакции получаются прозрачные гранулы пластика.
Состав общего назначения по крепости уступает ударопрочному полистиролу. Из него производят вещи, которые не будут испытывать сильные механические нагрузки:
- рекламные вывески;
- пищевые контейнеры;
- игрушки для детей;
- медицинские изделия;
- внутреннее остекление;
- утеплитель (пеноплекс).
Материал широко применяется в отделочных и интерьерных работах. Он выдерживает действие многих агрессивных веществ, но растворяется в ацетоне, технических маслах или органических растворителях.
✍ Ударопрочный
Для изготовления ударопрочного полистирола применяют акрилонитрил, бутадиеновый каучук, бутадион-стирольный каучук и другие полимеры. Реакция, для которой нужно несколько простых веществ, называется реакцией сополимеризации (совместной полимеризации).
Присутствие мономеров каучука в составе макромолекулы увеличивает прочность полистирола. В результате сополимеризации получаются однородные гранулы, прозрачные или окрашенные. Чем выше прочность материала, тем меньше будет его прозрачность.
Ударопрочность зависит от содержания каучука в составе:
- Средняя прочность: 3,5-4,5%.
- Высокая прочность: 7,5-9,0%.
- Сверхударопрочный материал: 10-15%.
Ударопрочный полистирол применяется в машиностроении, строительстве, рекламной сфере. Он используется для производства бытовых товаров. Для переработки прочного материала требуется большее количество энергии.
✍ Светорассеивающий
Светорассеивающий материал изобретен специально для монтажа световой рекламы. В состав материала входят УФ-стабилизирующие добавки. Благодаря этим добавкам полистирол отражает прямые солнечные лучи. Одна поверхность листового материала глянцевая, а другая матовая.
У этого материала идеальные светорассеивающие свойства. Из него производят объемные буквы с подсветкой, световые короба, светильники. Он широко применяется для изготовления наружной световой рекламы. Большая часть рекламы, которую вы видите на улицах с наступлением вечера, сделана из светорассеивающего полистирола.
✍ Экструдированный
Материал изготавливается из полимеризованного стирола с помощью экструзии. Эта технология основана на продавливание расплавленной массы через формирующее отверстие. В результате получается прочный, но достаточно гибкий материал.
Экструдированный полистирол легко режется инструментами. Из него изготавливают плиты для отделки зданий. Панели из экструдированного пластика обеспечивают хорошую теплоизоляцию и шумоизоляцию комнат. Можно монтировать их как снаружи, так и внутри помещений. Поверхность плит может быть глянцевой или матовой, гладкой или тисненой.
Материал устойчив к воздействию агрессивных веществ. Пластик не разрушается от влажности, в нем не заведется грибок или плесень. Но материал боится прямых солнечных лучей. Под солнцем он медленно разрушается. При утеплении дома плитами пеноплекса обязательно нужно защитить их от солнечных лучей.
✍ Вспененный
Вспененный полистирол или пенополистирол используется для утепления и шумоизоляции домов. Он применяется и как наполнитель для полистиролбетонных блоков. ПБС блоки являются одним из востребованных материалов для строительства домов.
Пенополистирол получается при заполнении гранул полистирола природным газом. Эта реакция проходит при нагреве. Гранулы увеличиваются в объеме в 30-50 раз и спекаются в единую массу. В сырье часто добавляют пластификаторы для повышения пластичности материала, антипирены для защиты от возгорания, антипирены и другие наполнители.
Как изготавливают полистирол
Есть несколько технологий получения полистирола. Все они основаны на полимеризации стирола, или, как его еще называют, винилбензола. На производстве в сырье вносят добавки, усиливающие пластичность и ударопрочность материала. От состава и соотношения добавок зависит, какой вид полистирола получится в результате химической реакции.
✍ Эмульсионная технология
Полистирол можно получить методом полимеризации стирола при 85-95°С в щелочном растворе. Для протекания реакции требуется вода, стирол, эмульгатор и вещество, запускающее реакцию полимеризации. В результате получается пластик с высокой молекулярной массой. Эмульсионная технология менее распространена, чем другие способы проведения реакций.
✍ Суспензионная технология
Суспензионный метод используют для выпуска пенополистирола и сополимеров. Полимеризация протекает под сильным давлением, температура в процессе медленно повышается. В результате получается суспензия — вещество, где твердые частицы находятся во взвешенном состоянии. Их отделяют от общей массы с помощью центрифугирования. При вращении в центрифуге фракции разделяются под действием центробежных сил.
✍ Блочная технология
Большинство фабрик используют блочную методику как наиболее современную. Полимеризация стирола в массе протекает в несколько этапов с медленным нагреванием до 200-230°С. Процесс происходит без перемешивания в аппаратах колонного типа. В результате получается пластик с низкой молекулярной массой.
Что производят из полистирола
Полистирол широко используется в разных областях промышленности. Давайте посмотрим, где он применяется, и что из него изготавливают.
- Рекламная индустрия: вывески, таблички, трафареты, объемные буквы, световые короба, уличные щиты, указатели.
- Строительство зданий: сэндвич-панели, теплоизоляционные плиты, облицовочные панели, подложка под линолеум и ламинат, потолочные плиты, несъемную опалубку, мембраны для пароизоляции и гидроизоляции. Полистирол добавляют в краски, сухие смеси, клей.
- Дизайн интерьеров: мебель, прозрачные перегородки, декоративные ширмы, внутренние окна, душевые кабины.
- Торговля: выставочное и торговое оборудование, остекление витрин и павильонов.
- Агрономия: остекление теплиц, парников, оранжерей для выращивания растений.
- Медицина: шприцы, зажимы, наборы для переливания крови, другие одноразовые изделия.
- Бытовые товары: одноразовая посуда, контейнеры, пищевая пленка, канцелярия, плафоны и рассеиватели для светильников, кухонная утварь.
И это далеко не полный список изделий, которые делают из полистирола. Из ударопрочных видов материала изготавливают корпуса телевизоров, компьютеров, радиоэлектроники. Из них делают детали для холодильников и другой бытовой техники.
Для производства любых товаров нужны мелкие гранулы полистирола. Эти гранулы расплавляют внутри термопластавтоматов. Переплавка гранул происходит под давлением при температуре от 190 до 240°С. Расплавленный пластик разливают по формам, где он застывает.
Методы обработки полистирола
Полистирол можно обрабатывать инструментами для дерева и металла. Тонкие листы разрезает даже канцелярский ножик. На заводах используют более серьезные технологии обработки:
- Лазерная резка позволяет изготавливать предметы сложной формы. Она используется для создания объемных световых букв и цифр.
- Вакуумная формовка. Разогретый пластик повторяет форму матрицы за счет воздействия вакуума, который возникает между матрицей и заготовкой. Эта методика используется для изготовления рельефных фигур и барельефов.
- Термоформовка подразумевает изменение формы материала при высоких температурах. Для термоформовки используется промышленный фен или формовочная машина. Пластик
- Сгибание на термогибочном станке. Под действием высокой температуры и давления на поверхности формируется сгиб. Если линия сгиба находится далеко от края заготовки, то получается надежное ребро жесткости.
- Резка пластика болгаркой, ножовкой, циркулярной пилой. Резка может проводится вручную или на автоматической производственной линии.
- Высечка деталей заданной формы по трафаретам. Технология служит для изготовления рекламы или сувениров.
Края деталей из полистирола можно обрабатывать рашпилем, шабером, рубанком и напильником. Материал легко просверливается обычными сверлами. Чтобы склеивать детали из полистирола, лучше взять клей на основе цианакрилата, неопрена или ПВХ.
Востребован ли полистирол на рынке?
Объемы рынка полимеров сократились в кризисном 2020 году. Причинами стали падение спроса со стороны потребителей и временная остановка работы фабрик. В первые четыре месяца рынок показал рост на 18% по сравнению с прошлым годом. Основной спрос создавали производители пластиковой упаковки, медицинских изделий и строительных материалов.
Но с апреля 2020 года спрос постепенно начал снижаться. По итогам 2020 года спрос на пластики снизился на 15% по сравнению с предыдущим годом. Тем не менее, эксперты считают, что спрос восстановится и объемы производства снова вырастут после окончания ограничительных мер.
Глобальный спрос на полистирол в 2020 году снизился всего на 3-4%. К падению спроса привела рецессия в отраслях машиностроения. Снижение покупательной способности населения вызвало падение спроса на полистирол как на строительный материал.
С другой стороны, за 2020 год выросли объемы производства упаковки и одноразовой посуды из полистирола. Это связано с увеличением спроса на доставку еды из кафе и ресторанов. Но в долгосрочной перспективе ожидается, что заведения общественного питания будут отказываться от пластиковой посуды в пользу бумажной. Это мировая тенденция, которая не скоро дойдет до России. Эксперты ожидают, что уже в 2022 году спрос на полистирол может увеличиться на 4-5%.
Недостатки материала
Полистирол нельзя назвать полностью безопасным материалом. В обычном состоянии пластик не представляет опасности. Полистирол можно использовать на пищевом производстве, в медицине, в жилых домах (включая детские комнаты). Но при горении или сильном нагревании он выделяет токсичные вещества. Горящий пластик сильно коптит, но через некоторое время самозатухает.
Материал боится солнечных лучей. Если плиты из пеноплекса используются для утепления дома, их нужно защитить от солнца. Плиты, оставленные без защиты, рано или поздно начнут крошится. Как скоро это произойдет, через год или через десять лет, зависит от качества материала.
Способы утилизации полистирола
Некоторое время после изобретения полистирола считалось, что материал разлагается за тысячи лет. На самом деле он почти не представляет опасности для экологии. Материал относительно быстро разлагается по сравнению с другими видами пластика..
Процесс разложения начинается во время использования материала. За 20 лет службы пластик разлагается на 10-15%. Если он постоянно находится под лучами солнца, срок уменьшается до 10 лет. Полное разложение материала в природной среде занимает от 100 до 200 лет.
Но все-таки ненужные предметы из полистирола лучше не выбрасывать, а сдавать на вторичную переработку. Фабрики успешно перерабатывают полистирол, его сополимеры и материалы на его основе, в том числе технологические отходы.
Изделия из полистирола не рекомендуется сжигать или подвергать термодеструкции. При горении он выделяет углекислый и угарный газ, сажу, стирол. Некоторые виды пластика выделяют бензол, толуол, этилбензол. Сжигание полистирола наносит вред экологии нашей планеты.
Подведем итоги
Полистирол — общее название нескольких видов материалов, похожих по составу и свойствам. У всех видов полистирола высокая прочность, устойчивость к агрессивным веществам. Есть у них и недостатки, главным из которых является выделение токсичных веществ при горении. Полистирол когда-нибудь заменят безопасные материалы, мировой тенденцией является отказ от пластика. Но до этого момента еще далеко: на данный момент российский рынок нуждается в полистироле.
оценивших 1, оценка: 5,00 из 5
Смотрите также статьи по теме