Полистирол и его свойства Полистирол – синтетический термопластичный твердый, жесткий, аморфный полимер, представляющий собой продукт полимеризации стирола. Массово выпускается в форме полистирола общего назначения и ударопрочного полистирола. Мировое производство полистирола более 14 млн. тонн в год. Полистирол (-C 6 H 5 -CH-CH-) n является продуктом полимеризации стирола, который представляет собой сочетание непредельного углеводорода этилена с ароматическим радикалом фенилом – C 6 H 5 (фенилэтилен): При полимеризации радикалы винила образуют полимерную цепь с боковыми фенильными группами (бензольными кольцами).

По характеру пространственного расположения фенильной группы относительно молекулярной цепи различают: атактический полистирол – характеризуется тем, что в нем бензольные кольца расположены по обе стороны цепи совершенно неупорядоченно; изотактический полистирол – в его макромолекуле все бензольные кольца расположены с одной стороны цепи; синдиотактический полистирол – в его полимерной цепи бензольные кольца расположены строго альтернативно – поочередно слева и справа от центральной цепи, упорядоченность расположения боковых групп придает синдиотактическому полистиролу высокую твердость и термостойкость.

Наиболее широко применяется атактический полистирол. Полистирол общего назначения – прозрачный, хорошо окрашиваемый, легко перерабатываемый материал, представляющий собой продукт полимеризации стирола в массе или в суспензии, или в эмульсии, и предназначенный для изготовления изделий различными методами термоформования.

В зависимости от свойств и назначения в соответствии с ГОСТ 20282-86 установлены следующие марки полистирола общего назначения: получаемого полимеризацией в массе: ПСМ-115 - для изготовления методом литья под давлением изделий технического назначения и товаров народного потребления; ПСМ-111 - повышенной теплостойкости, для изготовления светотехнических изделий методом литья под давлением и товаров народного потребления; ПСМ-118 - для изготовления методом литья под давлением изделий сложной конфигурации технического назначения и товаров народного потребления.

Марка характеризуется высокой текучестью; ПСМ-151 - повышенной теплостойкости и низкой текучести, для изготовления листов, профилей, пленок и нитей методом экструзии, товаров народного потребления; для производства нитей предназначен только высший сорт; суспензионного: ПСС - для изделий технического назначения и товаров народного потребления; эмульсионного: ПСЭ-1 - для получения пенопластов; ПСЭ-2 - для продукции технического назначения; допускается применение для изготовления пеноплит.

Условное обозначение марок полистирола общего назначения состоит из сокращенного назначения материала (ПС), способа получения (Э – эмульсионный; М – полимеризация в массе (блочный); С – суспензионный), цифрового обозначения марки, указания рецептуры светостабилизации, наименования цвета, указания рецептуры окрашивания цвета, сорта и обозначения стандарта.

В обозначение поверхностно обработанного полистирола вводят буквенный эквивалент «С» перед указанием сорта. Пример условного обозначения полистирола общего назначения блочного марки 111, светостабилизированного, красного цвета, высшего сорта по ГОСТ 20282-86: ПСМ-111-20, красный, рец. 136П, высший сорт ГОСТ 20282-86. Пример условного обозначения полистирола общего назначения блочного марки 151, неокрашенного, поверхностно обработанного, первого сорта по ГОСТ 20282-86: ПСМ-151 «С», первый сорт ГОСТ 20282-86.

Ударопрочный полистирол – непрозрачный бесцветный материал, продукт привитой сополимеризации стирола с бутадиеновым или бутадиен-стирольным каучуком, имеющий двухфазную структуру. Непрерывная фаза (матрица) образована полистиролом. Дискретная фаза (микрогель) – частицами каучука овальной формы с размерами 2-5 мкм. Каучуковые частицы окружены тонкой пленкой привитого сополимера стирола на каучуке, а внутри частиц содержится также окклюдированный полистирол, в результате чего увеличивается эффективный объем каучуковой фазы.

От объема последней во многом зависят свойства ударопрочного полистирола. Ударопрочный полистирол выпускается стабилизированным, в виде белых гранул. Основные методы переработки – литье под давлением и экструзия листа с последующим пневмо- или вакуумформованием.

Условное обозначение ударопрочного полистирола в соответствии с ГОСТ 28250-89 состоит из букв УП – ударопрочный, сразу за которыми указывается метод синтеза полистирола: М – полимеризацией в массе, Э – полимеризацией в эмульсии, С – полимеризацией в суспензии. Далее через тире две цифры обозначают ударную вязкость.

Следующие две цифры указывают удесятеренное содержание остаточного мономера. Кроме того, в марку может включаться буква, означающая предпочтительный способ переработки. Пример условного обозначения ударопрочного полистирола, полученного полимеризацией в массе с ударной вязкостью 7 кДж/м2 и остаточным содержанием мономера 0,3 %, предназначенного для переработки экструзионным методом: УПМ-0703 Э.

Обычное обозначение полистирола на российском рынке ПС, но могут встречаться и другие обозначения: PS или GPPS или PS-GP или XPS или Crystal PS (полистирол общего назначения), УП или УПС или HIPS или PS-HI или PS-I (ударопрочный полистирол), MIPS или IPS или PS-I (ударопрочный полистирол средней ударной прочности), SHIPS (ударопрочный полистирол сверхвысокой ударной прочности).

Кроме полистирола общего назначения и ударопрочного полистирола промышленностью выпускается широкое разнообразие модификаций и сополимеров стирола. В частности, эластомеры, обладающие способностью к большим обратимым деформациям за счет частичного развертывания хаотически свернутых цепных молекул полимера, и синдиотактический полистирол, получаемый на металлоценовых катализаторах и обладающий очень высокой жесткостью и термостойкостью.

Полистирол – термопластичный материал, обладающий высокой твёрдостью и хорошими диэлектрическими свойствами, химически стойкий по отношению к щелочам и кислотам, кроме азотной и уксусной. Полистирол не растворяется в низших спиртах, алифатических углеводородах, фенолах, простых эфирах.

Растворяется в собственном мономере, ароматических и хлорированных углеводородах, сложных эфирах, ацетоне. Устойчив к радиоактивному облучению, но стойкость к ультрафиолетовым лучам невелика. Полистирол легко формуется и окрашивается.

Хорошо обрабатывается механическими способами. Без труда склеивается. Обладает низким влагопоглощением и высокой влагостойкостью и морозостойкостью. Физиологически безвреден. Изделия из полистирола обладают высоким глянцем. Полистирол общего назначения весьма хрупок, имеет низкую ударную прочность и малую теплостойкость: температура размягчения полистирола составляет 90-95°С. Лучшими эксплуатационными свойствами обладают различные сополимеры стирола.

Ударопрочный полистирол отличается повышенными показателями ударной вязкости в широком диапазоне температур (до -30. -40 °С). Основной недостаток полистирола – низкая термо- и светостойкость.

Поэтому изделия с применением полистирола не рекомендуются к эксплуатации на улице без покрытия и больше подходят для интерьерных применений. Свойства полистирола общего назначения. Плотность – 1050-1080 кг/м3. Насыпная плотность гранул – 550-560 кг/м3. Линейная усадка в форме – 0,4-0,8 %.

Нижний предел рабочих температур – минус 40 °С. Верхний предел рабочих температур 65-75 °С. Электрическая прочность при частоте 50 Гц – 20-23 кВ/мм. Удельное поверхностное электрическое сопротивление – 1016 Ом. Удельное объемное электрическое сопротивление при выдержке под напряжением 1 мин. – 1017 Ом·см при выдержке под напряжением 15 мин. – 1018 Ом·см. Коэффициент термического линейного расширения – 6·10-5-7·10-5 град-1.

Коэффициент теплопроводности – 0,093-0,140 Вт/м·К. Удельная теплоемкость – 34·103 Дж/кг·К. Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 1 МГц – 3-4·10-4. Диэлектрическая проницаемость – 2,49-2,60.