Jaká je hustota polystyrenu?

Plast je dnes jedním z nejpoužívanějších materiálů. Vyrábí se z něj vše – od jednorázových tašek až po složitá technická zařízení. Existuje mnoho druhů plastů, ale jedním z předních míst v tomto seznamu je polystyren. Používá se jak pro výrobu jednotlivých prvků, tak jako hlavní materiál pro stavbu – polystyrenové bloky.

Polystyren – jaký materiál?

Polystyren je bezbarvý, sklovitý a tvrdý materiál patřící do skupiny syntetických polymerů.

Samotný výraz „mluvení“ znamená, že výchozím materiálem je styren (kapalina s velmi štiplavým a nepříjemným zápachem) a získává se polymerací. Poslední jmenovaný je jedním ze způsobů zpracování ropy nebo zemního plynu.

Polystyrenové složení

Chemický vzorec polystyrenu je následující:

Získání polystyrenu

Jak bylo uvedeno výše, polystyren se vyrábí polymerací styrenu.

Existují tři hlavní způsoby:

Emulzní metoda

Jedná se o vůbec první způsob výroby polystyrenu, který nebyl široce používán a dnes je považován za zastaralý. Ta spočívala v polymeraci styrenu ve speciálním vodném roztoku s přídavkem alkálie a zahřátí na teploty 85-95 stupňů.

Dříve se styren čistil od tzv. inhibitorů – hydrochinonu nebo trebul-pyroctequinu. Po zahřátí a přidání speciálních reakčních iniciátorů byla z výchozího materiálu získána prášková směs, jejíž velikost částic nepřesahovala 0,1 milimetru.

Při použití této metody měl polystyren nejvyšší molekulovou hmotnost, ale nebyl „čistý“. Měl nažloutlý odstín, protože nebylo možné odstranit absolutně všechny cizí nečistoty.

Závěsná metoda

Tato metoda je také považována za zastaralou, ale stále se používá – hlavně pro výrobu pěnového polystyrenu. Celý proces probíhá ve speciálních reaktorech, kde se výchozí materiál zahřívá a neustále míchá. Navíc je zde teplota zpracování styrenu mnohem vyšší – až 130 stupňů.

V důsledku tepelné expozice se uvolní suspenze, ze které se pak odstředěním získá požadovaná látka.

Bloková metoda

Jedná se o nejmodernější metodu a dnes je v průmyslu široce používána. S jeho pomocí je možné získat vysoce kvalitní polystyren, se stabilními vlastnostmi a bez cizích nečistot. Navíc je proces považován za téměř bezodpadový, což je dobré z ekonomického hlediska.

Výchozím materiálem je styren, který je umístěn v benzenovém médiu. To vše je poháněno systémem vzájemně propojených reaktorů – kolon, kde se suroviny ohřívají a míchají. P

polymerace probíhá v několika fázích – nejprve dochází k tepelnému zpracování při 80-100 stupních a poté se teplota zvýší na 220 stupňů.

Polystyren: vlastnosti

Polystyren je tuhý polymer s vysokým stupněm optické propustnosti.

Jeho hlavní vlastnosti:

• hustota polystyrenu – 1060 kg/m3;
• tepelná odolnost – až 105 stupňů a bod tání polystyrenu je 220 stupňů;
• stupeň polymerace – 600-2500;
• smrštění při zpracování – 0,4-0,8 %;
• odolnost vůči teplotám – mrazy až -40 stupňů a teplo až +60 stupňů nejsou hrozné, při jiných hodnotách začíná ztrácet svůj původní tvar;
• rozpouští se ve vlastním monomeru, esterech, aromatických uhlovodících, acetonu;
• nerozpustný v alifatických uhlovodících, nižších alkoholech, etherech a fenolech;
• neodolává ultrafialovým paprskům – objevují se mikrotrhliny a žloutnutí.

Pro zlepšení vlastností polystyrenu se často míchá s jinými polymery a podrobuje se takzvanému „zesíťování“.

Polystyren: rozměry

Polystyren v primární fázi zpracování jsou granule. Ale poté, co jsou nality, jsou transformovány do jediné hmoty ve formě plátů. K tomu se používají speciální polystyrenové nálitky.

Velikost listů může být jakákoliv v závislosti na další aplikaci.

Za standardní se považuje šířka 600 milimetrů, délka 1200 milimetrů. Ale tloušťka plechů se pohybuje od 20 do 150 milimetrů.

Polystyren: aplikace

Polystyren je dnes jedním z nejoblíbenějších polymerů.

Používá se v různých oblastech:

• potřeby domácnosti – jednorázové nádobí, plastové kbelíky a umyvadla, kuchyňské náčiní a dokonce i hračky;
• budova – výroba barev, lepidel, izolačních materiálů, ztraceného bednění, sendvičových panelů, různých dekorativních prvků pro výzdobu fasády a interiéru domu, např. polystyrenové stropní sokle;
• lékařství – výroba různých zařízení, například systémů pro stylingové náčiní a nástroje, krevní transfuzní systémy a jednotlivé prvky lékařských nástrojů;
• průmysl – výroba elektrické izolace, vláknových filtrů, kondenzátorů a četných elektronických součástek;
• zemědělství – výroba částí zařízení a skleníků;
• obal.

Polystyrenová izolace

Polystyren se dnes všude používá jako izolace. A to vše díky jeho výhodám – vodotěsnosti, odolnosti proti deformaci, nízké tepelné vodivosti.

Navíc je díky speciální úpravě schopen odolat kritickým teplotám několika stovek stupňů se znaménky mínus a plus.

Další nespornou výhodou materiálu je jeho univerzálnost. Lze je použít k zateplení fasády budovy polystyrenem a použít k dekoraci interiéru.

K tomu je třeba přičíst také nízkou hmotnost, odolnost a relativně nízkou cenu. A pokud to srovnáme s jinými podobnými materiály, tak dnes, s přihlédnutím ke všem poměrům, nic lepšího ještě nebylo vynalezeno.

Stupeň polymerace průmyslově vyráběných polystyrenů n = 600–2500, koeficient polydisperzity M w / M n = 2 − 4 /M_=2-4> ( M w > – hmotnostní průměr, M n – číselně střední molekulová hmotnost). V závislosti na metodě syntézy a stupni polymerace je index toku 1,4–30 gramů za 10 minut, teplota měknutí (Vic, 200 MPa) je 97 °C pro amorfní a 114 °C pro částečně krystalizovaný polystyren [1].

Fenylové skupiny zabraňují uspořádanému uspořádání makromolekul a tvorbě krystalických útvarů.

Polystyren je tvrdý, křehký amorfní polymer s vysokým stupněm optické propustnosti světla a nízkou mechanickou pevností. Polystyren má nízkou hustotu (1060 kg/m³), smrštění při zpracování vstřikováním je 0,4-0,8%. Polystyren má vynikající dielektrické vlastnosti a dobrou mrazuvzdornost (do −40 °C). Má nízkou chemickou odolnost (kromě zředěných kyselin, alkoholů a zásad).

Rozpouští se v sirouhlíku, pyridinu, acetonu, toluenu, dichlorethanu, chloroformu, tetrachlormethanu, esterech a pomaleji v benzinu [2]. Nerozpustný ve vodě. Termoplastický materiál. Polystyren se snadno tvaruje a natírá. Dobře se zpracovává mechanickými prostředky. Dobře drží. Má nízkou absorpci vlhkosti a vysokou odolnost proti vlhkosti.

Při silném zahřátí (nad 300 °C) se polystyren rozkládá, přičemž se uvolňují páry monomeru (styrenu) [3] a další produkty rozkladu polymerních řetězců. Ve vzduchu hoří žlutým, kouřovým plamenem.

Příjem [upravit | upravit kód]

Průmyslová výroba polystyrenu je založena na radikálové polymeraci styrenu. Existují 3 hlavní způsoby, jak jej získat:

Emulze (PSE) [upravit | upravit kód]

Zastaralý způsob výroby, který se ve výrobě příliš nepoužívá.

Emulzní polystyren se získává jako výsledek polymerační reakce styrenu ve vodném roztoku alkalických látek při teplotě 85-95 °C. Tato metoda vyžaduje styren, vodu, emulgátor a iniciátor polymerace. Styren je předčištěn z inhibitorů: trebutyl-pyrokatechol nebo hydrochinon. Jako iniciátory reakce se používají ve vodě rozpustné sloučeniny, oxid vodíku nebo persíran draselný. Jako emulgátory se používají soli mastných kyselin, alkálie (mýdlo) a soli sulfonových kyselin. Reaktor se naplní vodným roztokem ricinového oleje a za důkladného míchání se zavede styren a iniciátory polymerace, načež se výsledná směs zahřeje na 85-95 °C. Monomer rozpuštěný v mýdlových micelách začíná polymerovat, pocházející z kapek emulze. V důsledku toho se tvoří částice polymer-monomer. Ve fázi 20% polymerace se micelární mýdlo spotřebovává k vytvoření adsorbovaných vrstev a proces dále probíhá uvnitř částic polymeru.

Proces končí, když je obsah volného styrenu nižší než 0,5 %. Dále se emulze transportuje z reaktoru do srážecího stupně, aby se dále redukoval zbytkový monomer, emulze se koaguluje s roztokem kuchyňské soli a suší se, čímž se získá prášková hmota s velikostí částic do 0,1 mm; .

Zbytky alkalických látek ovlivňují kvalitu výsledného materiálu, protože není možné zcela odstranit cizí nečistoty a jejich přítomnost dává polymeru nažloutlý odstín. Touto metodou lze vyrobit polystyren s nejvyšší molekulovou hmotností. Polystyren vyrobený touto metodou má zkratku PSE, která se nachází v technické dokumentaci a starých učebnicích o polymerních materiálech.

Pozastavení (PSS) [upravit | upravit kód]

Suspenzní způsob polymerace se provádí podle periodického schématu v reaktorech s míchadlem a pláštěm odvádějícím teplo.

Styren se připravuje suspendováním v chemicky čisté vodě za použití stabilizátorů emulzí (polyvinylalkohol, polymethakrylát sodný, hydroxid hořečnatý) a iniciátorů polymerace. Proces polymerace se provádí s postupným zvyšováním teploty (až na 130 °C) pod tlakem. Výsledkem je suspenze, ze které se polystyren izoluje odstředěním, poté se promyje a suší. Tento způsob výroby polystyrenu je také zastaralý a je nejvhodnější pro výrobu styrenových kopolymerů. Tato metoda se používá především při výrobě pěnového polystyrenu.

Blok nebo hromadně vyráběné (PSM) [upravit | upravit kód]

Existují dvě schémata výroby polystyrenu pro všeobecné použití: úplná a neúplná konverze. Tepelná polymerace ve velkém podle kontinuálního schématu je systém 2-3 kolonových reaktorů s míchadly zapojenými do série. Polymerace probíhá ve stupních v prostředí benzenu – nejprve při teplotě 80-100 °C a poté ve fázi 100-220 °C. Reakce se zastaví, když stupeň přeměny styrenu na polystyren dosáhne 80 až 90 % hmotnosti (u metody neúplné konverze se stupeň polymerace zvýší na 50 až 60 %). Nezreagovaný styrenový monomer se odstraní z polystyrenové taveniny vakuem, čímž se sníží obsah zbytkového styrenu v polystyrenu na 0,01-0,05 %, nezreagovaný monomer se vrací k polymeraci. Polystyren vyráběný blokovou metodou se vyznačuje vysokou čistotou a stabilními parametry. Tato technologie je nejúčinnější a nemá prakticky žádný odpad.

Aplikace [ upravit | upravit kód]

Kalíšek na jogurt vyrobený z nárazuvzdorného polystyrenu

Vyrábí se ve formě průhledných válcových granulí, které se zpracovávají na hotové výrobky vstřikováním nebo extruzí při 190-230 °C. Široké použití polystyrenu (PS) a plastů je založeno na jeho nízké ceně, snadném zpracování a obrovské škále různých jakostí.

Nejpoužívanější (více než 60 % produkce polystyrenových plastů) jsou nárazuvzdorné polystyreny, což jsou kopolymery styrenu s butadienem a styren-butadienový kaučuk. V současné době byly vytvořeny četné další modifikace styrenových kopolymerů.

Z polystyrenů se vyrábí široká škála výrobků, které nacházejí uplatnění především v domácí sféře lidské činnosti (jednorázové nádobí, obaly, dětské hračky atd.), ale i ve stavebnictví (tepelně izolační desky, ztracené bednění, sendvičové panely ), obkladové a dekorační materiály (stropní bageta, stropní desky, polystyrenové prvky pohlcující zvuk, lepicí základy, polymerní koncentráty), lékařské aplikace (části krevních transfuzních systémů, Petriho misky, pomocné jednorázové nástroje). Expandovatelný polystyren po vysokoteplotní úpravě vodou nebo párou lze použít jako filtrační materiál (filtrační trysku) do kolonových filtrů pro úpravu vody a čištění odpadních vod. Vysoký elektrický výkon polystyrenu v ultravysokém frekvenčním rozsahu umožňuje jeho použití při výrobě: dielektrických antén, nosičů koaxiálních kabelů. Lze získat tenké fólie (do 100 mikronů) a ve směsi s kopolymery (styren-butadien-styren) do 20 mikronů, které se s úspěchem používají i v obalovém a cukrářském průmyslu a také při výrobě kondenzátorů .

Nárazuvzdorný polystyren a jeho modifikace jsou široce používány v oblasti domácích spotřebičů a elektroniky (prvky pláště domácích spotřebičů).

Extrémně nízká viskozita polystyrenu v benzenu, která umožňuje získat stále mobilní roztoky i při extrémních koncentracích, [4] vedla k použití polystyrenu v jedné z odrůd napalmu [5] jako zahušťovadla, viskozita-teplota jehož závislost naopak klesá s rostoucí molekulovou hmotností polystyrenu [4].

Likvidace [upravit | upravit kód]

Polystyren je považován za neškodný pro životní prostředí. [6]. Existuje hmyz, který požírá polystyren bez újmy na zdraví. Weiming Wu, biolog ze Stanfordské univerzity, tedy zjistil, že velcí a malí mouční červi jedí polystyren [7]. Wu zjistil, že 90 % produktů trávení polystyrenu opustí tělo brouků během jednoho dne po jeho požití [7]. Zbytek polystyrenu brouci absorbují a nebyly zjištěny žádné známky otravy [7]. Dva dny po požití plastu zůstává v organismech brouků pouze 0,27 % toxinu hexabromcyklodekanu, který je do plastu přidáván pro tepelnou odolnost [7] .

Recyklace [ upravit | upravit kód]

Polystyrenový odpad se hromadí jak ve formě nepoužívaných výrobků vyrobených z PS a jeho kopolymerů, tak i ve formě průmyslového (technologického) odpadu univerzálního PS, houževnatého PS (HIPS) a jeho kopolymerů. Recyklaci polystyrenových plastů lze provést následujícími způsoby:

• likvidace silně kontaminovaného průmyslového odpadu;
• recyklace technologického odpadu UPS a ABS plastů metodami vstřikování, vytlačování a lisování;
• recyklace opotřebovaných výrobků;
• recyklace odpadní polystyrenové pěny (EPS);
• likvidace směsného odpadu.

Pálení [upravit | upravit kód]

Proces spalování pěnového polystyrenu

Při spalování polystyrenu vzniká oxid uhličitý (CO).₂), oxid uhelnatý (CO – oxid uhelnatý), saze, styren. Spalování polystyrenu obsahujícího přísady (např. barviva, zvýrazňovače pevnosti atd.) může uvolňovat do ovzduší další škodlivé látky.

Tepelná destrukce [upravit | upravit kód]

Produkty rozkladu polystyrenu vznikající při tepelné destrukci a tepelné oxidační destrukci jsou toxické. Při zpracování polystyrenu se mohou v důsledku částečné destrukce materiálu uvolňovat páry styrenu, benzenu, ethylbenzenu, toluenu a oxidu uhelnatého. [6]

Typy a značení polystyrenu a jeho kopolymerů [editovat | upravit kód]

Ve světě se používají následující standardní zkratky:

• PS – polystyren, polystyren (PS)
• GPPS – polystyren pro všeobecné použití (univerzální polystyren, nenárazuvzdorný, blokový, někdy nazývaný „krystalický“, označení PSE, PSS nebo PSM závisí na způsobu výroby)
• MIPS – středně houževnatý polystyren (středně houževnatý)
• HIPS – houževnatý polystyren (nárazuvzdorný, UPS, UPM)
• EPS – pěnový polystyren (expandovaný polystyren, EPS)
• Zkratka MIPS se používá poměrně zřídka.

• ABS – kopolymer akrylonitril-butadien-styren (ABS plast, kopolymer ABS)
• ACS – Akrylonitril-chlorethylen-styrenový kopolymer (ACS kopolymer)
• AES, A/EPDM/S – Kopolymer akrylonitrilu, EPDM a styrenu (AES kopolymer)
• ASA – Kopolymer akrylového esteru, styrenu a akrylonitrilu (ASA kopolymer)
• ASR – Kopolymer styrenu odolný proti nárazu (Advanced Styrene Resine)
• MABS, M-ABS – Kopolymer methylmethakrylátu, akrylonitrilu, butadienu a styrenu, transparentní ABS
• MBS – Methylmethakrylát-butadien-styrenový kopolymer (MBS kopolymer)
• MS, SMMA – Kopolymer methylmethakrylátu a styrenu (MS)
• MSN – Kopolymer methylmethakrylátu, styrenu a akrylonitrilu (MSN)
• SAM – Kopolymer styrenu a methylstyrenu (SAM)
• SAN, – AS – Kopolymer styrenu a akrylonitrilu (SAN, CH)
• SMA, S/MA – Kopolymer styren-maleinanhydrid

Kopolymery styrenu – termoplastické elastomery:

• ESI – Ethylen-styrenový interpolymer
• SB, S/B – Styren-butadien kopolymer
• SBS, S/B/S – Kopolymer styren-butadien-styren
• SEBS, SE/BS – Kopolymer styren-ethylen-butylen-styren
• SEEPS, SEE/PS – Kopolymer styren-ethylen-ethylen/propylen-styren
• SEP – Kopolymer styren-ethylen-propylen
• SEPS, SE/PS – Kopolymer styren-ethylen-propylen-styren
• SIS – Kopolymer styren-isopren-styren

Viz také [upravit | upravit kód]

Literatura [upravit | upravit kód]

1. Krevelen, Dirk Willem; Klaas Te Nijenhuis. Vlastnosti polymerů: jejich korelace s chemickou strukturou; Jejich číselný odhad a predikce z aditivních skupinových příspěvků (angl.). – Elsevier, 2009. – S. 849. – ISBN 9780080548197.
2. V. A. Rabinovič, Z. Ya. Stručná chemická referenční kniha. – Leningradský obor: „CHEMIE“, 1978. – 356 s.
3. Shulpin G. Tyto různé polymery // Věda a život. – 1982. – č. 3. – S. 80-83.
4. Staudinger G. Vysokomolekulární organické sloučeniny. Guma a celulóza. Die hochmolekularen organischen Verbindugen, Kautschuk und Cellulose. pruh z němčiny, – Leningrad, ONTI, 1935
5. Napalm // Stručná chemická encyklopedie. T. 3. Maltáza – Pyrolýza. Ed. N. L. Knunyants. – M.: „Sovětská encyklopedie“, 1967. – S. 360-361.

Poznámky [upravit | upravit kód]

1. ↑Krevelen, Dirk Willem; Klaas Te Nijenhuis.Vlastnosti polymerů: jejich korelace s chemickou strukturou; Jejich číselný odhad a predikce z aditivních skupinových příspěvků(angl.). – Elsevier, 2009. – S. 849. – ISBN 9780080548197.
2. ↑V. A. Rabinovič, Z. Ya. Stručná chemická referenční kniha. – Leningradský obor: „CHEMIE“, 1978. – 356 s.
3. ↑Shulpin G. Tyto různé polymery (Ruština) // Věda a život. – 1982. – č. 3. – str. 80-83.
4. ↑ 12 Staudinger G. Vysokomolekulární organické sloučeniny. Guma a celulóza. Die hochmolekularen organischen Verbindugen, Kautschuk und Cellulose. pruh z němčiny, – Leningrad, ONTI, 1935
5. ↑ Napalm // Stručná chemická encyklopedie. T. 3. Maltáza – Pyrolýza. Ed. N. L. Knunyants. – M.: „Sovětská encyklopedie“, 1967. – S. 360-361.
6. ↑ 12(nespecifikováno) . Datum přístupu: 9. února 2018.Archivováno z originálu 9. února 2018.
7. ↑ 1234 Objev. — 2020. — č. 5 (130). — str. 9.

• Polyetylen (PE)
• Ethylenvinylacetát (EVA)
• Polypropylen (PP)
• Polybutylen (PB)
• Polystyren (PS)
• Akrylonitrilbutadienstyren (ABS)
• Polymethylmethakrylát (PMMA)
• Polyvinylchlorid (PVC)
• Chlorovaný polyvinylchlorid (CPVC, PVCC)
• Polyvinylidenchlorid (PVDC)
• Fluoroplasty
• Polyformaldehyd (POM)
• Pentaplast
• Polyfenylenoxid
• Polysulfon (PES)
• Polyestery
• Polyethylentereftalát (PET, PETE)
• Polybutylentereftalát (PBT)
• Polyethylen naftalát
• Polykarbonát (PC)
• polyamid (PA)
• Polyimid (PI)
• Polylaktid (PLA)

• Fenolové pryskyřice
• Fenolformaldehydové pryskyřice
• Aminopryskyřice
• Nenasycené polyesterové pryskyřice
• Polyuretany (PU)
• Epoxidové pryskyřice
• Kyanátové esterové pryskyřice
• Polyorganosiloxany
• Alkydové pryskyřice

• Gumy (stránka s obecnými informacemi)
• Síťovaný polyethylen (PEX, XLPE)
• Izoprenová guma
• Butadienový kaučuk
• Styren-butadienové kaučuky
• Nitril-butadienový kaučuk
• Butylkaučuk
• Ethylen propylenový kaučuk
• Silikonové gumy
• Uretanové pryže
• Termoplastické elastomery