Достоинства: скорость эмульсионной полимеризации выше, чем в гомогенных системах, молекулярная масса полимера больше.

Полистирол – продукт полимеризации стирола (винилбензола) относится к полимерам класса термопластов. Имеет химическую формулу вида:

Относится к классу полимеров непредельных ароматических углеводов (к данному классу относятся также сополимеры стирола – АБС – пластики).

Фенильные группы препятствуют упорядоченному расположению макромолекул и формированию кристаллических образований. Это жесткий, хрупкий, аморфный полимер с высокой степенью оптического светопропускания, невысокой механической прочностью, выпускается в виде прозрачных гранул цилиндрической формы. Полистирол имеет низкую плотность (1 060 кг/м³), термическую стойкость (до 150 ˚ С), усадка при литьевой переработке 0, 4 - 0, 8%. Полистирол обладает отличными диэлектрическими свойствами и неплохой морозостойкостью (до -40˚ С). Имеет невысокую химическую стойкость (кроме разбавленных кислот, спиртов и щелочей).

Для улучшения свойств полистирола его модифицируют путем смешения с различными полимерами – подвергают смешиванию, таким образом, получая полимеры стирола.

Достоинства полистирола:

· Легкость обработки, низкая стоимость полистирола. Способность к термоформированию и вакуумоформированию.

· Большая химическая стойкость к воде, кислотам и щелочам, не растворяется в бензине и спирте. Хорошо растворяется в ароматических углеводородах и сложных эфирах.

· Полистирол лишен запаха, экологически безвреден, допускают использование его в жилых помещениях, с пищей.

· Широко применяемый в производстве товаров бытового назначения, строительстве и рекламе, легко окрашивается, и наноситься пленочная аппликация, трафаретная и офсетная печать.

Недостатки полистирола: хрупкость и низкая теплостойкость, низкое сопротивление ударным нагрузкам.

Наиболее широкое применение (более 60% производства полистирольных пластиков) получили ударопрочные полистиролы, представляющие собой сополимеры стирола мс бутадиеновым и бутадиен-стирольным каучуком. В настоящее время созданы модификации сополимеров стирола.

Промышленное производство полистирола основано на радикальной полимеризации стирола. Различают 3 основных способа его получения: эмульсионный полистирол, суспензионный и блочный (получаемый в массе).

Наиболее устаревший метод получения, не получивший широкого применения в производстве – эмульсионный. Данным методом можно получать полистирол с наибольшей молекулярной массой. Полистирол, получаемый по данному методу имеет аббревиатуру – ПСЭ, которая встречается в технической документации и старых учебниках по полимерным материалам.

Эмульсионная полимеризация: в качестве растворителя используется вода. Ни полимер, ни мономер не растворяются в воде. Процесс протекает в эмульсии. Для эмульгирования мономера и повышения устойчивости полимера в систему вводят эмульгаторы, которые в водном растворе образуют мицеллы, в которых растворяют мономер.

В качестве инициаторов используются водорастворимые инициаторы, например персульфат калия, перекись водорода. Полимеризация протекает в мицеллах, в которых содержание мономера гораздо выше. Свободные радикалы, инициирующие реакцию, возникают в водной фазе, где находится инициатор на поверхности мицеллы. Получается полимерная частица, стабилизированная эмульгатором. По мере полимеризации мономера свежие его порции, поступающие из капель эмульсии, растворяются в полимерных частицах с образованием полимерно-мономерных частиц, в которых происходит дальнейшая реакция.

Достоинства: скорость эмульсионной полимеризации выше, чем в гомогенных системах, молекулярная масса полимера больше.

Недостатки: полимер загрязнен остатками эмульгатора, который, будучи электролитом, значительно ухудшает диэлектрические свойства полимера. Загрязненность латексных полимеров ограничивает их применение.

1 – хранилище стирола; 2 – мерник; 3 – полимеризатор; 4− холодильник кожухотрубный; 5 – промежуточная емкость; 6 – осадитель; 7 – промыватель полистирола; 8 – ловушка; 9 – центрифуга НОГШ; 10 – сушилка с кипящим слоем; 11 – вибрационное сито.

Рисунок 2. 1 − Схема производства эмульсионного полистирола периодическим способом

Стирол поступает в полимеризатор 3, снабженный рубашкой, мешалкой и обратным холодильником. Предварительно в полимеризатор подают деминерализованную воду, нагретую до 50º С, и при перемешивании – эмульгатор и раствор едкого натра. После перемешивания реакционной смеси в полимеризатор вводят также раствор инициатора в воде. Смесь нагревают до 65-70º С. Дальнейшее повышение температуры до 85-95º С происходит за счет выделения теплоты экзотермической реакции. Общая продолжительность процесса 5− 6 часов; содержание остаточного мономера – не более 0, 5%.

Полученный продукт представляет собой тонкодисперсную устойчивую суспензию. Для выделения полистирола проводят коагуляцию суспензи раствором алюкомокалиевых квасцов, доводя рН среды до 5, 5-6, 0. Для этого реакционную смесь медленной струей подают в осадитель 6, в котором находится раствор квасцов. Смесь продувают острым паром, нагревают ее до 75-85º С, перемешивают в течение 1, 5-2 часа, добавляют аммиачную воду, отделяют маточный раствор и полимер промывают горячей водом.

После осаждения полимера маточный раствор спускают в систему очистки сточных вод. Промытый в аппарате 7 и отжатый от воды на центрифуге 9 полистирол передают в сушилку 10. Сушку осуществляют в сушилках с кипящем слоем, а также в пневмосушилках, представляющих собой трубу с винтовой насадкой. Остаточная влажность не превышать 0, 5%. Высушенный полистирол просеивают на вибрационном сите 11 и передают на упаковку.

В качестве основного аппарата выбираем вертикальный реактор для полимеризации стирола емкостью 15 м³, оснащённыйдвумя мешалками, на валах которых установлены две турбинки. Корпус реактора, выполненный из кислотостойкой стали 1Х18Н9Е, погружен в цилиндрический стальной сосуд, образующий рубашку полимелизатора.