Полистирол
Таблица 2 – Зависимость температуры кипения стирола от давления
|
Т, кип., °C |
32,40 |
45,60 |
53,86 |
60,05 |
65,45 |
69,68 |
76,60 |
82,19 |
|
Р, мм рт.ст. |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
Зависимость ряда физических свойств стирола от температуры дается эмпирическими уравнениями:
для давления паров (P-в мм рт. ст., Т-в °C): 
для плотности: 
для поверхностного натяжения (30-90°C): 
Распространенные в технике три основных процесса полимеризации стирола приводят к получению продукта, разного внешнего вида. При блочной полимеризации процесс ведут путем постепенного нагревания жидкого мономера. Температурный режим подбирают таким образом, чтобы полимеризующаяся масса все время находилась в вязкотекучем состоянии. Это означает, что в конце процесса, когда конверсия мономера достигает значения, близкого к предельному, температура расплавленного полистирола должна быть порядка 200–230 °С. Массу продавливают через фильеры путем экструзии и в горячем или холодном состоянии разрезают на гранулы. Путем повторной экструзии блочный полистирол окрашивают и используют для дальнейшей переработки в изделия.
Таблица 3 –Зависимость некоторых свойств стирола от температуры
|
Температура, °C |
Плотность, Мг/см3 |
Вязкость, Па×с |
Удельная теплоемкость, кДж/(кг×К) |
Давление, мм рт.ст. |
Теплота испарения, кДж/моль |
|
0 10 20 25 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 |
0,9238 0,9150 0,9063 0,9019 0,8975 0,8887 0,8800 0,8712 0,8624 0,8537 0,8449 0,8361 0,8274 0,8186 0,8098 0,8011 0,7925 |
9,76 8,77 7,81 7,30 6,94 6,21 5,52 4,90 4,38 3,92 3,48 3,12 2,78 2,48 2,21 1,96 1,75 |
1,634 1,660 1,686 1,700 1,719 1,748 1,781 1,809 1,843 1,884 1,927 1,980 2,042 2,110 2,165 2,240 2,320 |
1,3 2,6 4,9 6,6 8,8 15,2 25,0 39,8 61,0 92,0 134 196 270 371 500 665 880 |
44,6 44,2 43,8 43,6 43,3 42,9 42,5 42,0 41,6 41,2 40,7 40,2 39,7 39,3 38,7 38,2 37,6 |
Продукты, получающиеся в результате суспензионной и эмульсионной полимеризации, представляют собой шарообразные частицы, различающиеся размером. Суспензионный полистирол крупнее – средний размер частиц – 4×5 мм. Эмульсионный продукт – «бисер» – имеет средний размер частиц 1–10 мкм [3].
Таблица 4 – Основные физические свойства полистирола
|
Плотность при 20 °C, г/см3 |
1,04–1, 965 (аморфного) 1,12 (кристаллического) |
|
Удельная теплоемкость при 20 °C, кДж/(кг×К) |
1,258 (20 °C) 1,84 (100 °C) |
|
Термический коэффициент объемного расширения при 25 °C, 1/°C |
(1,7–2,1) ×10-4 при Т<Тст (5,1–6,0) ×10-4 при Т>Тст |
|
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м×К) |
0,1165 (50 °C ) 0,1276 (100 °C) |
|
H сгорания, кДж/моль |
– 434×10-3 |
|
H растворения, кДж/моль |
– 3,59 |
|
H плавления кристаллов, кДж/моль |
8,373 |
|
Вязкость расплава, Па×с при 217 °C |
K=13,40 – 2,65 ×10-4 при Т<Тст – 6,05×10-4 при Т>Тст |
|
Коэффициент преломления nD (в блоке) |
1,59–1,60 |
|
Коэффициент Пуассона |
0,325 |
|
Диэлектрическая проницаемость |
2,49–2,55 |
3.2.Химические свойства
Химические свойства стирола обусловлены высокой реакционной способностью боковой винильной группы. Фенильное ядро затрагивается в процессе термической полимеризации на стадии инициирования. При окислении стирола на воздухе происходит образование полимера, формальдегида и бензальдегида.
Полистирол относится к группе весьма инертных пластмасс. Он стоек к действию щелочей и галогеноводородных кислот. Нестоек к действию концентрированной азотной кислоты и ледяной уксусной кислоты.
Термическая деструкция полистирола с заметной скоростью протекает при температурах выше 200 °С. Основным продуктом разложения является мономерный стирол. Полистирол горюч. Для того чтобы понизить опасность возгорания, в него добавляют фосфорсодержащие соединения. Широкое использование полистирола в быту, строительстве, пищевой индустрии диктует необходимость максимального снижения содержания в нем остаточного мономера. По действующим нормам пищевой полистирол должен содержать менее 0,3% мономера [3].
4. Получение полистирола
Основным методом производства стирола в технике до сих пор является каталитическое дегидрирование этилбензола при высоких температурах. Этилбензол, в свою очередь, получают каталитическимжидкофазным алкилированием бензола этиленом на безводном AlCl3 в мягких условиях. Выход полупродукта и мономера в обоих процессах близок к 90 % от теории. Наибольшую сложность вызывает очистка конечного, продукта от этилбензола и побочных веществ (бензола, толуола и др.), которая производится многоступенчатой ректификацией смеси [3].
