Poliestireno El (PS) es un polímero sintetizado a partir de monómeros de estireno mediante polimerización por adición de radicales libres, y su fórmula química es (C8H8)n. Es un polímero incoloro y transparente. termoplástico con una temperatura de transición vítrea superior a 100°C, por lo que se utiliza a menudo para fabricar diversos recipientes desechables que necesitan soportar la temperatura del agua hirviendo, así como loncheras de espuma desechables.
El 27 de octubre de 2017, la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer de la Organización Mundial de la Salud publicó una lista preliminar de carcinógenos como referencia, y el poliestireno se incluyó en la lista de carcinógenos de Clase 3.
Nuestra historia
El poliestireno se diferencia de otros plásticos. Ya en la segunda mitad del siglo XV se utilizaba su producto natural, la resina de las coníferas llamada “bálsamo”. Sin embargo, no se estudió desde una perspectiva química hasta 15, cuando Simón de Alemania separó los monómeros de estireno de la resina de bálsamo mediante destilación y lo llamó “Estireno”.
Simon obtuvo poliestireno por polimerización de estireno en 1839 y pensó que era producto de oxidación. En 1845, Blyth y Hoffman negaron esta teoría de la oxidación y pensaron que se trataba de un estireno sólido, denominándolo así “Metastileno”.
En 1869, Berthelot de Francia descubrió que el estireno se puede sintetizar a partir de benceno y etileno. Posteriormente, en 1920, Staudinger de Alemania realizó experimentos sobre la polimerización y craqueo del estireno, y propuso que el poliestireno es un polímero lineal formado por monómeros de estireno unidos entre sí, y lo utilizó como evidencia para confirmar el concepto de polímeros, estableciendo así la teoría de los polímeros. .
La industrialización del poliestireno se basó en su interés por ser un material aislante vítreo y transparente, pero la industrialización de la materia prima sintética estireno fue relativamente difícil. Por otro lado, en 1933, en las investigaciones sobre caucho sintético realizadas en Alemania, se utilizó con éxito la copolimerización de butadieno y estireno para preparar caucho de estireno-butadieno, el cual fue valorado como un material estratégico, promoviendo así rápidamente la industrialización del estireno. En 1934, se sintetizó con éxito el estireno mediante la deshidrogenación del etilbenceno y un año después, en 1935, también se logró la industrialización del poliestireno.
Proceso de síntesis
El poliestireno puede polimerizar en presencia de un iniciador o catalizador mediante un mecanismo de radicales libres o un mecanismo iónico. El poliestireno producido industrialmente se polimeriza mediante un mecanismo de radicales libres utilizando un iniciador. La polimerización se puede llevar a cabo en masa, suspensión, solución o emulsión.
Producción
A medida que mejora la calidad de vida de las personas, el nivel de consumo de productos de poliestireno continúa aumentando y la demanda del mercado de poliestireno ha aumentado. En 2016, la producción de poliestireno de China fue de 2.2078 millones de toneladas, 2.4313 millones de toneladas en 2017 y 2.5624 millones de toneladas en 2018. La capacidad de producción de poliestireno de China se ha mantenido estable. En 2018, la capacidad de producción anual de la industria del poliestireno fue de 3.39 millones de toneladas.
Propiedades físicas y químicas
Densidad: 1.05 g / cm³
Conductividad: 10-16 S/m
Conductividad térmica: 0.08 W/(m·K)
Módulo de Young: 3000-3600 MPa
Resistencia a la tracción: 46–60 MPa
Alargamiento: 3-4%
Prueba de impacto Charpy: 2–5 kJ/m²
Temperatura de transición vítrea: 80-100 ℃
(Temperatura de transición vítrea: 100 °C (o 105 °C) para poliestireno atáctico y 100 °C para poliestireno isotáctico)
Coeficiente de expansión térmica: 8×10^-5/K
Capacidad calorífica: 1.3 kJ/(kg·K)
Absorción de agua: 0.03–0.1
Degradación: 280 ℃
La temperatura de transición vítrea del poliestireno es de 80-105 ℃, la densidad amorfa es de 1.04-1.06 g/cm3, la densidad cristalina es de 1.11-1.12 g/cm3, la temperatura de fusión es de 240 ℃ y la resistividad es de 10^20-10^22 Ω·cm. La conductividad térmica es de 0.116 W/(m·K) a 30 ℃. El poliestireno ordinario es un polímero aleatorio amorfo con un excelente aislamiento térmico, aislamiento y transparencia. La temperatura de uso a largo plazo es de 0-70 ℃, pero es frágil y fácil de agrietar a bajas temperaturas. Además, existen poliestirenos isotácticos, sindiotácticos y atácticos. Los polímeros isotácticos son altamente cristalinos y los polímeros sindiotácticos son parcialmente cristalinos.
Toxicología
Dosis letal mínima (TD L0) para inyección en ratas: 200 mg/kg.
Síntomas de intoxicación aguda: la toxicidad está relacionada con la cantidad de monómero no polimerizado, concretamente estireno, en el polímero, y es principalmente un fuerte irritante del tracto respiratorio.
Medidas de emergencia
Medidas de primeros auxilios
Contacto con la piel: Quitar la ropa contaminada y enjuagar con agua corriente.
Contacto con los ojos: Levante los párpados y enjuague con agua corriente o solución salina. Busque atención médica.
Inhalación: Deje la escena al aire libre. Si la respiración es difícil, proporcione oxigeno. Busque atención médica.
Ingestión: Beber abundante agua tibia e inducir el vómito. Busque atención médica.
Tratamiento de fugas
Aislar el área contaminada con fuga y restringir el acceso. Corta la fuente de fuego. Se recomienda que el personal de respuesta a emergencias use máscaras contra el polvo (máscaras completas) y ropa protectora. Recoja con una pala limpia en un recipiente seco, limpio y tapado y transfiéralo a un lugar seguro.
Derrames grandes: Recoger y reciclar o transportar a un vertedero de residuos para su eliminación.
Métodos de extinción de incendios
Los bomberos deben usar máscaras antigás y trajes contra incendios de cuerpo entero y extinguir los incendios en dirección contra el viento.
Agentes extintores: agua pulverizada, espuma, polvo seco, dióxido de carbono, arena.
Clasificación
El poliestireno (PS) incluye poliestireno ordinario, poliestireno expandido (EPS), poliestireno de alto impacto (HIPS) y poliestireno sindiotáctico (SPS). La resina de poliestireno común no es tóxica, es inodoro, tiene partículas transparentes incoloras, materiales frágiles similares al vidrio y sus productos tienen una transparencia extremadamente alta, la transmitancia de luz puede alcanzar más del 90%, buen rendimiento de aislamiento eléctrico, fácil coloración, buena fluidez de procesamiento, buena rigidez y buena resistencia a la corrosión química. Las desventajas del poliestireno común son su fragilidad, baja resistencia al impacto, fácil agrietamiento por tensión, mala resistencia al calor e incapacidad para resistir el agua hirviendo.
Propiedad
La resina de poliestireno común es un polímero amorfo. Los grupos laterales de la cadena macromolecular de poliestireno son anillos de benceno. La disposición aleatoria de los grupos laterales de gran volumen de los anillos de benceno determina las propiedades físicas y químicas del poliestireno, como alta transparencia, alta rigidez, alta temperatura de transición vítrea y fragilidad. El poliestireno expandible se fabrica impregnando poliestireno común con un agente espumante físico de bajo punto de ebullición. Forma espuma cuando se calienta durante el procesamiento y se utiliza especialmente para hacer espuma de plástico El poliestireno de alto impacto es un copolímero de estireno y butadieno, con butadieno como fase dispersa, lo que mejora la resistencia al impacto del material, pero el producto no es transparente. El poliestireno sindiotáctico es una estructura sindiotáctica producida mediante catalizadores de metaloceno. Es un nuevo tipo de poliestireno con buen rendimiento y pertenece a plásticos de ingeniería.
Características del material
El PS generalmente tiene una estructura de cabeza a cola, con una cadena de carbono saturada como cadena principal y un anillo de benceno conjugado como grupo lateral, lo que hace que la estructura molecular sea irregular, aumenta la rigidez de la molécula y hace que el PS sea un no- Polímero lineal cristalino. Debido a la presencia de anillos de benceno, el PS tiene una Tg más alta (80-105°C), por lo que es transparente y duro a temperatura ambiente. Debido a la rigidez de la cadena molecular, es fácil provocar grietas por tensión.
El poliestireno es incoloro y transparente, se puede teñir libremente y su densidad relativa es superada solo por el PP y el PE. Tiene excelentes propiedades eléctricas, especialmente buenas características de alta frecuencia, superadas solo por el F-4 y el PE. PPOAdemás, su estabilidad a la luz es superada solo por la resina metacrílica, pero su resistencia a la radiación es la más alta entre todos los plásticos. La característica más importante del poliestireno es su excelente estabilidad térmica y fluidez al fundirse, lo que lo hace fácil de moldear y procesar, especialmente en moldeo por inyección, y es adecuado para la producción en masa. La contracción de moldeo es baja y la estabilidad dimensional del producto moldeado también es buena.
Las propiedades mecánicas
Las moléculas de poliestireno y su estructura agregada determinan que sea un material rígido y quebradizo, que presenta fractura frágil bajo tensión.
Propiedades termales
Las temperaturas características del poliestireno son: temperatura de fragilidad de aproximadamente -30°C, temperatura de transición vítrea de 80-105°C, temperatura de fusión de 140-180°C y temperatura de descomposición de más de 300°C. Dado que las propiedades mecánicas del poliestireno disminuyen significativamente con el aumento de la temperatura y su resistencia al calor es deficiente, la temperatura de uso continuo es de aproximadamente 60 °C y la máxima no debe exceder los 80 °C. La conductividad térmica es baja, 0.04-0.15 W/(m·K), y casi no se ve afectada por la temperatura, por lo que tiene un buen aislamiento térmico.
Propiedades electricas
El poliestireno tiene buenas propiedades eléctricas, con resistividad volumétrica y resistividad superficial de hasta 10 16 ～ 10 18Ω·cm y 10 15 ～ 10 18Ω respectivamente. La tangente de pérdida dieléctrica es extremadamente baja y no se ve afectada por los cambios de frecuencia, temperatura ambiente y humedad, lo que lo convierte en un excelente material aislante.
Rendimiento óptico
El poliestireno tiene excelentes propiedades ópticas, con una transmitancia de luz del 88% al 92% y un índice de refracción de 1.59 a 1.60. Puede transmitir todas las longitudes de onda de la luz visible y su transparencia es superada únicamente por la del poliestireno. acrílico Los polímeros como el vidrio orgánico se encuentran entre los plásticos. Sin embargo, debido a su poca resistencia a la intemperie, el poliestireno se vuelve turbio y amarillento cuando se expone a la luz solar y al polvo durante un uso o almacenamiento prolongado. Por lo tanto, cuando se utiliza poliestireno para fabricar productos altamente transparentes, como componentes ópticos, es necesario considerar la adición de un tipo y una cantidad adecuados de antioxidante.
Propiedades químicas
Tiene buena resistencia a la corrosión, pero poca resistencia a los disolventes y a la oxidación.
El poliestireno es resistente a diversos álcalis, sales y soluciones acuosas. También es estable a los alcoholes de bajo nivel y a ciertos ácidos (como el ácido sulfúrico, el ácido fosfórico, el ácido bórico, el ácido clorhídrico al 10% al 30% en masa, el ácido acético al 1% al 25% en masa y el ácido fórmico al 1% al 90% en masa). Sin embargo, el ácido nítrico concentrado y otros oxidantes pueden destruirlo.
El poliestireno se puede disolver en muchos disolventes con parámetros de solubilidad similares, como acetona, tetracloroetano, estireno, benceno, cloroformo, xileno, tolueno, tetracloruro de carbono, metiletilcetona, ésteres, etc. Es insoluble en aceite mineral, hidrocarburos alifáticos, éter. , fenol, etc., pero pueden hincharse con ellos. Muchas sustancias no disolventes, como los alcoholes superiores y los aceites, pueden provocar grietas por tensión o hinchamiento del poliestireno.
El poliestireno es propenso a envejecer bajo el calor, el oxígeno y las condiciones atmosféricas, provocando roturas y coloración de las cadenas macromoleculares. Es más susceptible al envejecimiento cuando el sistema contiene trazas de monómeros, sulfuros y otras impurezas. Por lo tanto, los productos de poliestireno se volverán amarillos y quebradizos después de un uso prolongado.
Aplicación de producción
Procesabilidad
El primer paso es la preespumado o espumado simple, que fija la densidad del producto final. En este proceso, las partículas de polímero que contienen un agente de soplado se ablandan en condiciones de calentamiento y el agente de soplado se evapora. Como resultado, se produce una expansión dentro de cada cuenta, formando varias células. El número de células (y por tanto la densidad final) se controla mediante la temperatura y el tiempo de calentamiento. Durante este proceso, las perlas deben permanecer dispersas y fluidas.
En la producción industrial, el proceso de formación de espuma consiste en colocar el PS expandible directamente en vapor. Generalmente, la reacción se completa mezclando continuamente perlas y vapor en un tanque agitado. El equipo de reacción (tal como una máquina de preespumado) está abierto para mantener la presión externa a presión normal, y se permite que las perlas expandidas se desborden desde la parte superior. Algunos fabricantes utilizan reactores intermitentes para garantizar un tiempo de residencia más equilibrado o cuando ciertos DPS expandibles requieren una temperatura relativamente alta. Después de la formación de espuma, las perlas deben envejecerse para permitir que el aire se incorpore gradualmente a los poros.
Paso 2. Primero, coloque las perlas preespumadas maduras en un molde con una cavidad específica. Para productos de estructura pequeña y compleja, se debe utilizar un dispositivo de acción venturi (como una pistola de llenado) para el moldeo. Las perlas se introducen en la cavidad del molde con la ayuda de un flujo de aire. Los productos grandes pueden llenar la cavidad del molde por su propia gravedad. La cavidad del molde llena de gránulos se sella y se calienta, y las perlas se ablandan debido al calor, lo que hace que las burbujas se expandan. Las perlas forman espuma y se expanden para llenar los espacios entre sí y unirse formando un cuerpo de espuma uniforme. En este momento, el cuerpo de espuma todavía está blando y resiste la presión del gas caliente en los poros. Antes de sacar el producto del molde, se debe dejar que el gas se filtre por los poros y se debe bajar la temperatura para estabilizar la forma del producto. Esto generalmente se hace rociando agua sobre la pared interior del molde.
Dado que el molde de moldeo tiene doble pared, el moldeo de PS espumado se denomina “moldeo en cámara de vapor”. El tamaño de la pared interior del molde es el tamaño del producto real y hay poros en la pared interior del molde para permitir que el vapor pase a través de la espuma y difunda el aire caliente. El espacio entre las paredes dobles forma una cámara de vapor, en la que se introduce vapor para calentar las perlas. Para la mayoría de los productos, la presión de moldeo del PS espumado es inferior a 276 kPa. El molde está hecho de aluminio y se le da una forma determinada según los requisitos del producto. El moldeo de PS espumado es un método de producción económico debido a la baja presión de moldeo y al bajo costo del equipo de moldeo.
Aplicaciones
El poliestireno se utiliza a menudo para fabricar espuma. productos de plásticoEl poliestireno también se puede copolimerizar con otros materiales poliméricos de tipo caucho para producir diversos productos con diferentes propiedades mecánicas. Las aplicaciones comunes en la vida diaria incluyen diversas vajillas de plástico desechables, cajas de CD transparentes, etc. En el uso de poliestireno espumado en materiales de construcción, se ha utilizado ampliamente en materiales de aislamiento acústico y térmico de pisos huecos desde 2003.
Poliestireno De Alto Impacto (HIPS)
El poliestireno de alto impacto es un producto de poliestireno resistente a los impactos que se produce agregando partículas de caucho de polibutilo al poliestireno. Este producto de poliestireno agrega partículas de caucho del tamaño de una micra y conecta las partículas de poliestireno y caucho mediante injertos. Cuando se impacta, la tensión en la punta de la propagación de la grieta será liberada por las partículas de caucho relativamente blandas. Por lo tanto, se dificulta la propagación de grietas y se mejora la resistencia al impacto.
Copolímero de estireno-acrilonitrilo (SAN)
SAN es la abreviatura de Estireno Acrilonitrilo, que es un copolímero de estireno y acrilonitrilo. Es un plástico de ingeniería incoloro, transparente, a base de polipropileno, con alta resistencia mecánica. La estabilidad química del SAN es mejor que la del poliestireno. La transparencia y la resistencia a los rayos UV de los productos SAN no son tan buenas como las de los productos de polimetacrilato de metilo, pero el precio es relativamente económico.
Copolímero de acrilonitrilo butadieno estireno (ABS)
ABS Es la abreviatura de acrilonitrilo butadieno estireno, que es un copolímero de acrilonitrilo, butadieno y estireno. Tiene las características de alta resistencia y bajo peso y es uno de los plásticos de ingeniería más utilizados.
Caucho SBS
El caucho SBS es un copolímero de tres bloques con estructura de poli (estireno - butadieno - estireno). Este material tiene las características tanto del poliestireno como del polibutadieno y es un caucho termoplástico duradero. El caucho SBS se utiliza a menudo para fabricar neumáticos.
Usa
El poliestireno es fácil de procesar y tiene las ventajas de transparencia, bajo precio, rigidez, aislamiento, buena imprimibilidad, etc. Puede ser ampliamente utilizado en el mercado de la industria ligera, decoración diaria, indicación de iluminación y embalaje, etc. En el campo eléctrico, Es un buen material aislante y de aislamiento térmico, y se puede utilizar para fabricar diversas carcasas de instrumentos, pantallas de lámparas, piezas de instrumentos ópticos y químicos, películas transparentes, capas dieléctricas de condensadores, etc.
Se puede utilizar en cosméticos en polvo y en emulsión. Tiene buena compresibilidad cuando se usa en polvo compacto y puede mejorar la adhesión del polvo. Aporta brillo y lubricidad a la piel y es un relleno de alta calidad que reemplaza el talco y la sílice.
Cuestiones ambientales
Debido a su baja masa (especialmente en forma expandida) y su bajo valor residual, el poliestireno no es fácilmente reciclable. Normalmente, el poliestireno no se recicla. Sin embargo, la industria ha logrado grandes avances en el reciclaje del poliestireno expandido, con nuevos métodos para densificarlo. Este método aumenta su densidad, generalmente en 15 slugs/ft³ (nota del traductor: 1 slugs/ft³=1.94055 g/cm³) y constituye el centro de operaciones de reciclaje adecuadas para el poliestireno limpio.
Tipo De Material
Materiales de elaboración
el plastico:
Polietileno; cloruro de polivinilo; poliestireno; alcohol polivinílico; polipropileno; ácido poliacrílico; polibutileno; poliisobutileno; polisulfona; polioximetileno; poliamida; policarbonato;ácido poliláctico; politetrafluoroetileno; tereftalato de polietileno; resina epoxi; resina fenólica; poliuretano
Caucho sintético:
caucho de butadieno; caucho de estireno butadieno; caucho de nitrilo; caucho de cloropreno
fibra sintética:
Polipropileno; poliéster; nylon; acrílico; spandex; vinilón; nylon; dacrón; keflón
Resistente a los impactos
El poliestireno de impacto es un polímero amorfo formado por polimerización por injerto de monómero de estireno y caucho, o una mezcla física de poliestireno y caucho (generalmente caucho de polibutadieno). El polímero resultante es resistente, generalmente blanco (también hay disponibles grados transparentes) y es muy fácil de extruir y moldear. Su tenacidad está determinada principalmente por la proporción y cantidad del componente de caucho. Las propiedades representativas del PS resistente a impactos son: la resistencia a la flexión y la resistencia a la tracción son 13.8 ~ 48.3 MPa (dependiendo del contenido de caucho y aditivos); el alargamiento es del 10 al 60%; el brillo es 5~ 100%. La transparencia visual varía de excelente a pobre, la contracción es de aproximadamente 0.006 y el coeficiente de expansión térmica es el mismo que el del PS transparente. El rendimiento del PS resistente a impactos no cambia después de la esterilización por rayos γ y tiene la misma resistencia a los disolventes que el PS transparente. El índice de fusión del PS resistente a impactos es de 1~10 g/min y el punto de reblandecimiento Vicat es de 215 °F. La producción comercial de poliestireno resistente a impactos con rendimiento mejorado tiene amplias perspectivas de mercado. Algunos de los grados especiales disponibles incluyen: grado de brillo ultra alto, grado de alta transparencia, grado resistente al desgaste, grado de resistencia al estrés ambiental (grado ESCR), grado de alto módulo, grado de bajo brillo y grado con bajo contenido de estireno monómero residual.
Las excelentes propiedades del poliestireno de alto impacto son su fácil procesamiento, excelente estabilidad dimensional, alta resistencia al impacto y alta rigidez. Para HIPS, sólo es resistente al calor. La permeabilidad al oxígeno, la estabilidad a los rayos UV y la resistencia al aceite tienen ciertos límites. Química y propiedades El poliestireno de alto impacto se fabrica disolviendo caucho de polidieno en monómero de estireno antes de la polimerización. Aunque HIPS se puede fabricar mediante polimerización en suspensión, el principal método utilizado actualmente en la producción industrial de HIPS es la polimerización en masa. En el proceso de polimerización en masa, la mezcla de monómero de estireno/caucho/aditivos pasa a través de una serie de reactores con una tasa de conversión del 70-90%. La reacción de polimerización debe calentarse o agregarse un iniciador para completar la reacción y luego calentarse al vacío para eliminar los monómeros residuales volátiles de la resina y luego peletizarse para la venta.
El desarrollo continuo de la tecnología del poliestireno ha permitido a los fabricantes producir grados con propiedades más destacadas que el PS estándar. Muchas propiedades del poliestireno no se pueden obtener al mismo tiempo. Por ejemplo, para mejorar la resistencia al impacto, hay que sacrificar el brillo. Han aparecido algunas resinas nuevas, que tienen el brillo del ABS y también tienen una alta tenacidad. Se han desarrollado algunos grados que son resistentes a varios aceites y grasas cuando se envasan alimentos y a agentes espumantes de clorofluorocarbono (CFC) cuando se usan en refrigeradores. Se han producido grados retardantes de llama (UL V-0 y UL 5-V) de poliestireno de impacto y se han utilizado ampliamente en carcasas de televisores, máquinas comerciales y productos eléctricos. Estas resinas son más fáciles de procesar que muchas resinas de ingeniería retardantes de llama y son más económicas.
Desarrollable
Se utiliza para fabricar de todo, desde tazas de té hasta materiales aislantes para el hogar. Las propiedades de los plásticos espumados (como la densidad y la resistencia al impacto) dependen del tamaño y la distribución de las células, que están controladas por la dispersión, el porcentaje y la volatilidad del agente espumante añadido. Agentes espumantes representativos son pentano e isopentano. El poliestireno expandido ignífugo utiliza hidrocarburos halogenados como retardantes de llama y se utiliza ampliamente como capas de aislamiento acústico en edificios e ingeniería. El agente espumante SAN se ha utilizado para fabricar productos flotantes y otros productos resistentes a la gasolina.
Copolímero
Tienen muy buena dureza. Las principales variedades son: copolímero de estireno-acrilonitrilo (SAN), copolímero de estireno-anhídrido maleico (SMA), copolímero de estireno-butadieno-estireno (SBS), copolímero de estireno-acrilato y sus cuerpos modificados. El SAN tiene una temperatura de deformación por calor más alta que el PS transparente y su resistencia a los disolventes también mejora, con una excelente antipermeabilidad. El SAN modificado con caucho incluye resinas como el copolímero de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) y el copolímero de acrilonitrilo-estireno-acrilato (ASA). S-MA tiene una temperatura de deformación por calor más alta que el PS transparente, hasta 40°F, y tiene excelente transparencia y brillo. SMA puede modificarse con caucho o reforzarse con fibra de vidrio. El SBS y varios cuerpos modificados de SBS se pueden utilizar como componentes para mejorar la resistencia al impacto, la flexibilidad y la fluidez para la producción de productos con viscosidad y resistencia a la flexión, como cemento, suelas de zapatos, fieltro asfáltico, etc. El SBS también se utiliza para producir impactos transparentes. PD resistente. El estireno se puede copolimerizar con elastómeros acrílicos para producir PS transparente resistente a impactos con excelentes propiedades físicas.
