Блог / Как получают пенополистирол

Как получают пенополистирол

29 Декабря 2022 2419

Полистирол — полимер, обладающий высокой твёрдостью и хорошими диэлектрическими свойствами, проявляет химическую устойчивость по отношению к большинству щелочей и кислот [1]. На основе полистирола производят АБС-пластики [2] и важный в строительстве материал — пенополистирол.

Интересно, что впервые стирол был получен из природного сырья еще в XIX веке. До запуска производства хорошо нам знакомого вспененного полистирола оставалось чуть больше ста лет.

История появления пенополистирола

Всё началось в 1839 году в Берлине во время химических экспериментов Эдуарда Саймона с экстрактами растений. Из смолы лиственного дерева Liquidambar orientalis ему удалось выделить маслянистую жидкость, которая получила название стирол. Через несколько дней оказалось, что раствор сгустился и превратился в желеобразную массу. Спустя время было доказано, что этот эффект возникает вследствие процесса полимеризации стирола, который может начинаться в том числе при нагревании [2].

Промышленное производство полистирола началось в Германии в 1931 году фирмой I. G. Farben, ставшей впоследствии частью известного транснационального концерна BASF. Там же впервые стали выводить полистирол из реактора через экструдеры и резать на гранулы [2].

В 1949 году в Германии предложили способ производства вспененного полистирола — в массу полимера вводились лёгкие углеводороды типа пентана, которые при нагревании испарялись. При этом получались лёгкие гранулы с порами внутри. Они использовались как сырьё для обработки методами литья или экструзии [2]. Это и был пенополистирол, также известный в обиходе как пенопласт.

Получение полистирола (полимеризация стирола)

Полимеры и сополимеры стирола могут быть получены различными способами: блочным, суспензионным, эмульсионным, в растворителях и методом механохимии [3]. Сейчас в основном конкурируют между собой суспензионный и блочный способы. В результате полимеризации получается материал высокой твёрдости и термостойкости [4].

Суспензионная полимеризация является наиболее экологичной, на ней основаны ведущие мировые технологии производства полистирола [5]. Этим способом можно получить полистирол любых видов.

Основные виды полистирола

По своим качественным признакам полистирол делится на три типа:

  • Общего назначения. Представляет собой продукт полимеризации стирола блочным, суспензионным или эмульсионным методом. Прозрачный, бесцветный. Предназначен для изготовления изделий различными методами термоформования [4].
  • Ударопрочный. Непрозрачный бесцветный материал. Для его получения стирол полимеризуется совместно с бутадиеновым или бутадиен-стирольным каучуком, который и придаёт конечному продукту ударопрочность. Основные методы переработки такого полистирола — литьё под давлением и экструзия листа с последующим пневмо- или вакуумным формованием [4].
  • Вспенивающийся (вспененный). Получается после смешивания массы расплава полимера со вспенивающими агентами и последующего нагрева. Вспенивающие агенты выкипают из полимера при невысоких температурах, в результате чего получаются лёгкие гранулы [2].

Из полистирола изготавливают коробки для дисков, корпуса электронной техники, пищевую упаковку и многие другие предметы, прочно прижившиеся в современном быту. Наибольшее применение в промышленности имеет вспененный полистирол, из которого изготавливают универсальный, эффективный и недорогой строительный утеплитель. Восемь из десяти частных домов в Европе утеплены именно пенополистирольными плитами [2].

Внутри каждого типа полистирола может быть несколько разновидностей. Чтобы в них разобраться, вводится маркировка, которую легко расшифровать.

Маркировка вспененного пенополистирола

Вспененный пенополистирол выпускают двух типов [6]:

  • ПСВ тип SЕ (ЕРS SЕ) — самозатухающий. Предназначен для использования в производстве плит для изоляции шагового шума, для изготовления теплоизоляционных плит и других технических изделий.
  • ПСВ тип LР SЕ (ЕРS LР SЕ) — самозатухающий, с пониженным содержанием пентана. Предназначен для изготовления теплоизоляционных плит высокой плотности и сложной формы, с высокой механической прочностью и формованных фасонных изделий сложной формы.

Оба типа обязательно содержат присадки для защиты от воспламенения — антипирены.

Условное обозначение вспененного полистирола состоит из [6]:

  • наименования материала (например, «АЛЬФАПОР» ПСВ);
  • буквенного обозначения типа SЕ, LР SЕ;
  • цифрового обозначения марки;
  • номера ТУ, по которым произведён пенополистирол, включая год их утверждения и имеющиеся изменения.

Пенополистирол сначала представляет собой гранулы, которые в процессе переработки наполняют пентаном и подогревают паром. Переход пентана в летучее состояние заставляет гранулы раздуваться, увеличиваясь в 20–50 раз. Ячейки в получившихся шариках наполняются воздухом, а затем склеиваются под воздействием пара. Конечный продукт представляет собой материал, на 98% состоящий из воздуха и лишь на 2% — из пластика. Шарики удерживаются между собой без химических связующих, что обеспечивает материалу высокую экологичность [7].

Список источников

  1. Описание и марки полимеров — Полистирол. Свойства полистирола // Журнал «Полимерные материалы». — URL: http://www.polymerbranch.com/catalogp/view/5.html&viewinfo=2 (дата обращения: 13.10.2022).
  2. Костин А. А. Популярная нефтехимия // Москва. — ЛомоносовЪ. — 2013. — С. 65, 67, 69-70. — URL: https://www.sibur.ru/upload/iblock/d38/d382a7df6963f6feedd0b72a0c61cfd3.pdf (дата обращения: 13.10.2022).
  3. Санитарные правила для производства полимеров и сополимеров стирола // Сборник важнейших официальных материалов по санитарным и противоэпидемиологическим вопросам. — Том 1. — С. 184-185. — Электронный ресурс: Система нормативных документов МЕГАНОРМ. — URL: https://meganorm.ru/Data2/1/4293723/4293723107.pdf (дата обращения: 13.10.2022).
  4. Описание и марки полимеров — Полистирол. Общие сведения // Журнал «Полимерные материалы». — URL: http://www.polymerbranch.com/catalogp/view/5.html (дата обращения: 13.10.2022).
  5. Култыгина Наталья. Состояние и перспективы развития производства вспенивающегося полистирола и АБС-пластиков в ОАО «СИБУР Холдинг» // Материалы VI Международной конференции «Полистирол и АБС-пластики 2009». — С. 3. — URL: http://www.creon-conferences.com/upload/iblock/e29/sostoyanie%20%20i%20perspektivy%20razvitiya%20proizvodstva%20psv%20i%20abs-plastikov%20v%20oao%20sibur%20holding.pdf (дата обращения: 13.10.2022).
  6. ТУ 2214-019-53505711-2010. Полистирол вспенивающийся (ПСВ). Технические условия // Электронный ресурс: Официальный сайт производителя пенополистирола АЛЬФАПОР. — URL: https://alphapor.ru/upload/ТУ%202214-019-53505711-2010%20на%20ПСВ%20(переиздание%20с%20изм.%201-5).pdf (дата обращения: 13.10.2022).
  7. Производственные мощности вспенивающегося полистирола ALPHAPOR запущены холдингом СИБУР в 2010 году в Перми // Электронный ресурс: Официальный сайт производителя пенополистирола Альфапор. — URL: https://alphapor.ru/production/ (дата обращения: 13.10.2022).