16 Полистирол

Полистирол (П.) — термопластичный полимер преимущественно линейного строения.

С войства и структура. Выпускаемый в пром-сти П.— аморф­ный, прозрачный, хрупкий продукт; степень полиме­ризации 600—2500. Элементарные звенья в макромоле­кулах П. расположены гл. обр. в положении 1,2. Для П. существуют критич. величины мол. массы (М_п~120∙10³, М_ω~250∙10³), выше к-рых прочность при растяжении и относительное удлинение мало зависят от мол. массы.

При уменьшении мол. массы увеличивается текучесть, снижаются прочность при растяжении и теплостой­кость; твердость, модуль упругости при изгибе от мол. массы зависят незначительно. П.— очень хороший ди­электрик, но характеризуется относительно низкой механич. прочностью. Для улучшения ударной вязкости и теплостойкости получают сополимеры стирола.

В присутствии координационно-анионных катализа­торов образуется непрозрачный кристаллич. П. изо-тактич. структуры, к-рый плавится при 237°С. В осталь­ном физич. свойства аморфного и кристаллич. П. близко совпадают.

Для П. характерны низкое влагопоглощение, высо­кая стойкость к действию радиоактивного излучения. Он хорошо растворим в мономере, ароматич. и хлориро­ванных углеводородах, сложных эфирах, кетонах, се­роуглероде, пиридине; нерастворим в низших спиртах, низкомолекулярных алифатич. углеводородах, про­стых эфирах, фенолах. П. стоек к действию щелочей и галогеноводородных к-т, разрушается конц. азотной и ледяной уксусной к-тами. Легко окрашивается в различные цвета.

Термич. деструкция П. протекает с заметной ско­ростью при темп-рах несколько выше 260°С, термо­окислительная деструкция начинается ок. 200°С; про­цессы сопровождаются выделением мономера, пожел­тением и снижением вязкости расплава остатка. Механохимич. деструкция в присутствии следов кислорода происходит уже при 160°С; она также приводит к сни­жению вязкости и изменению ММР материала, причем эффект тем выше, чем больше М_ω полимера. Под дей­ствием УФ-лучей происходит помутнение и пожелте­ние П., увеличивается его хрупкость. Для фотостаби­лизации П. используют люминофорные красители и другие стабилизаторы, которые вводят в П. при грану­лировании.

П. безвреден и широко используется как упаковоч­ный материал в пищевой пром-сти (при этом содержание остаточного мономера в нем не должно превышать 0,1% по массе). Для др. областей применения допусти­мое содержание мономера в П. 0,5—0,7%.

Получение и переработка. В пром-сти П. получают радикальной полимеризацией С, гл. обр. в массе по непрерывной схеме и в суспензии по периодич. схеме; в небольшом масштабе — в эмульсии.

Полимеризация в массе наиболее экономична, а получаемый этим методом П. обладает наилучшими электроизоляционными свойствами. Производитель­ность современных агрегатов по производству П. в массе составляет 10—30 тыс. т/год.

Суспензионную (бисерную) полимеризацию С. про­водят в реакторе объемом 10—50 м³ и более, снабжен­ном мешалкой и рубашкой. С. при интенсивном пере­мешивании суспендируют в деминерализованной воде в присутствии растворимого в мономере инициатора или смеси инициаторов (перекись бензоила или трет-бутила, трет-бутилпербензоат, динитрил азодиизомасляной к-ты, перекись лаурила и др.). В воду добавля­ют суспендирующие агенты — защитные коллоиды (не растворимые в воде тонкодисперсные минеральные сме­си, поверхностно-активные вещества). После достиже­ния степени превращения С. 40—60% суспензионная фаза представляет собой гранулы П., размер к-тых в зависимости от условий полимеризации м. б. равен 0,1 —1,0 мм. Обычно процесс ведут при постепенном повышении темп-ры в течение 8—14 ч. Мол. массу ре­гулируют, изменяя концентрацию инициатора и интер­вал темп-р (в пределах 40—130°С; выше 100°С процесс проводят при повышенном давлении). Полученный П. отделяют от водной фазы центрифугированием, промы­вают и высушивают. Суспензионный П. содержит 0,1—0,2% остаточного мономера. Окраску и стабили­зацию такого П. осуществляют в процессе экструзии. Полимеризацией в суспензии получают также пенополистирол. В этом случае в реакционную среду добав­ляют порообразователь — растворимый в мономере, но не растворимый в полимере углеводород (обычно изопентан). Процесс ведут так же, как описано выше, но под давлением.

Анионную полимеризацию с образованием живущих полимеров и катионную полимеризацию С. осущест­вляют в лаборатории и на опытных установках.

Изотактич. П. синтезируют в лабораторных усло­виях на катализаторах Циглера — Натта, напр. ТiC1₄— А1(С₂Н₅)₃, в гептане при комнатной темп-ре.

Основные методы переработки П.— литье под дав­лением и экструзия. Изделия из П. склеивают (при по­мощи растворителей) и сваривают. П. окрашивают неорганическими и органическими пигментами, раство­римыми органическими красителями, а также концен­тратами красок.

Применение. П. широко применяют как литье­вой конструкционный и декоративный материал гл. обр. для изготовления предметов широкого потребле­ния (посуда, игрушки, осветительная арматура, упа­ковка для пищевой и медицинской пром-сти, авторучки, мебель, панели приборов, кассеты, фурнитура и т. п.). Важное технич. значение имеет пенополистирол. Полистирольную пленку и нити используют в электротехнике для изоляции и изготовления конденсаторов, а плен­ку — также для упаковки.