Участники Ассоциации

Ударопрочный полистирол

Ударопрочный полистирол

В начале ХХ века химическая промышленность динамично развивалась, постоянно разрабатывались новые виды полимеров для удовлетворения растущих требований к изделиям. Полимерная продукция призвана была заменить металлические, стеклянные и другие виды изделий, широко распространенных в ежедневном обиходе. Одним из таких полимеров стал стирол, который обрел популярность благодаря легкости полимеризации и прочностным характеристиками.

Как все начиналось?

Ударопрочный полистиролПервый патент на получение полистирола способом термической спонтанной полимеризации в массе был получен в Германии в 1911 г, там же в 1920 г. началось промышленное производство ударопрочного полистирола (УПМ). Однако мировое распространение полимера сдерживалось из-за дороговизны производства. И лишь после второй мировой войны, когда увеличился выпуск бутадиен-стирольного каучука, производство УПМ начало активно расти. На территории Советского Союза производство ударопрочного полистирола начало развиваться лишь в 50-е годы ХХ века.

В Украине единственным предприятием, производящим данный продукт, был горловский «Стирол». В конце 50-х – начале 60-х годов зародились первые идеи построения производства ударопрочного полистирола, и уже в 1962 году Петербургским институтом «Пластполимер» был внедрен проект производства ударопрочного полистирола блочного периодического действия. Технология была реализована на оборудовании английской компании Sterling и состояла из 5 основных стадий:

  • Полимеризация в реакторе 1-й ступени.
  • Полимеризация блоков в реакторе 2-й ступени.
  • Выгрузка и дробление полученных полистирольных блоков.
  • Смешение полученных дробленых частиц с красителями и добавками.
  • Экструзия полистирольных гранул.

Технология была довольно консервативна и имела ряд недостатков,таких как высокая вязкость образовывавшихся блоков и плохая теплопроводность. Но основной проблемой было наличие непрореагировавшего мономера, который трудно удалить, и который вреден для потребителей ПС-продукции - ввиду токсичности при высоких концентрациях. Эти недостатки все острее подталкивали разработчиков к замене старой технологии.

Новую жизнь в производство ударопрочного полистирола вдохнули 28 декабря 1973 года, разработав технологическую схему непрерывной полимеризации стирола с каучуком в массе методом неполной конверсии. Были построены 2 технологические линии общей мощностью более 20 тыс. т. в год. В 2006 году на технологической линии была установлена новая вакуум камера, которая позволила снизить содержание остаточного мономера в готовом продукте, благодаря чему УПМ вышел на мировой рынок.

Следующая модернизация датирована 2009 годом – была разработана схема получения УПМ в среде органического растворителя. Данная модернизация позволила получать все основные марки ударопрочного полистирола, используемые в мировой переработке.

Типы УПМ

Всего в мире существует три основных типа ударопрочных полистиролов:

  • полистиролы средней ударопрочности (ударная вязкость по Шарпи до 9 кДж/м2)
  • высокоударопрочные полистиролы (ударная вязкость по Шарпи до 11 кДж/м2)
  • сверхударопрочные полистиролы (ударная вязкость по Шарпи от 11 до 15 кДж/м2)

По типу переработки существует разделение на экструзионные и литьевые марки. Данные марки, в основном, отличаются показателем текучести расплава и жесткостью полимера, что обусловлено более высокими различиями в молекулярной массе. Так, экструзионные марки вследствие низкой текучести обладают высокой молекулярной массой и, следовательно, более высокой прочностью. Технология переработки полистирола в изделия исследована достаточно глубоко, данный материал способен к последующей обработке – то есть к свариванию, склеиванию, окрашиванию и т.д.

Все полистиролы пригодны для получения компаундов, т.е. для наполнения их стекловолокном, минеральными наполнителями, антипиренами, УФ-стабилизаторами и т.д. Каждый из этих наполнителей влияет на структуру материала и повышает прочностные характеристики, стойкость к горению,либо к УФ-излучению, что позволяет использовать изделия на открытом пространстве без изменения физико-механических характеристик и цвета.

Все вышеуказанные типы ударопрочного полистирола производит единственный украинский производитель – горловский «Стирол». Работниками предприятия были также разработаны композиции, стойкие к действию фреонов (циклопентану и др.) для использования в холодильной промышленности.

Сфера применения

Более половины продукции, производимой из ударопрочного полистирола, составляют пленки и листы, получаемые методом экструзии. Полученные изделия впоследствии перерабатываются в упаковку, контейнеры для продуктов питания, стаканы, товары народного потребления. Посредством литья под давлением, как правило, изготавливают изделия малого промышленного назначения: вентиляторы, корпуса розеток, детали холодильников, игрушки, выключатели.

Благодаря достаточно высоким ударным характеристикам и более низкой стоимости УПМ в некоторых областях потребления заменил целый ряд пластиков (например, АБС-пластик). По ударным характеристикам УПМ близок к поликарбонату, ПЭТ, он прочнее оргстекла, при этом стоимость ударопрочного полистирола ниже. Большая ударная вязкость и более низкая стоимость позволяет светотехническому ударопрочному полистиролу замещать акрил в конструкциях с внутренней подсветкой.

Ударопрочный полистирол наряду со своими физико-механическими преимуществами имеет еще одно – экологичность. Свидетельством абсолютной экологичности УПМ служит факт его использования в качестве пищевых контейнеров и стаканчиков: для сметаны, йогуртов, кефиров и прочих молочных продуктов. Продукты из ударопрочного полистирола соответствуют украинским санитарно-гигиеническим нормам, т.к. новые технологии, используемые на отечественном производстве, позволяют получать полимер с низким содержанием исходного мономера до 0,01 %. Такое количество исходного мономера абсолютно безвредно при контакте с холодными пищевыми продуктами. Материал сертифицирован санитарно-гигиенической службой даже для производства игрушек, крышек для зубных щеток, расчесок, что говорит о его нетоксичности.

Преимущества и недостатки УПМ

Преимущества Недостатки
Повышенная ударопрочность Невысокая стойкость к УФ-излучению
Стойкость к нагрузкам при надрезах Температура размягчения – до 1020С, что делает невозможным его применение для производства изделий конструкционного назначения
Возможность использования при температурах до -400С  
Влагостойкость  
Отличная способность к формованию изделий  
Химическая стойкость к кислотам и щелочам  
Простота переработки  
Экологичность  

Перспективы развития УПМ

Перспективы роста потребления ударопрочного полистиролаПерспективы роста потребления ударопрочного полистирола довольно радужные, поскольку в нынешнее время на мировом рынке сохраняется тенденция всеобщей экономии. Об этом свидетельствует постоянный поиск более эффективных материалов для различных применений. Так как материал обладает низкой плотностью – 1050 кг/м3, его доля на полимерном рынке может ежегодно увеличиваться на 5-7 % за счет замены более тяжелых материалов, таких как поликарбонат, ПЭТ, ПММА (оргстекло).

О хороших перспективах развития УПМа также говорит тот факт, что на украинском и мировом рынках отмечаются высокие темпы роста потребления материала. По данным автора, этот рост составляет около 15 % за год. Особенно высокие темпы роста видны на рынках Азии и частично стран бывшего СНГ. Кроме замены ударопрочным полистиролом других пластиков, также растет удельное ежегодное потребление полистиролов в расчете на человека. Так, по данным российских интернет-изданий, рост потребления ПС в России за 2011 год составил 18 % в сравнении с тем же периодом минувшего года.

Одним из факторов, способствующих росту рынка ударопрочного полистирола, является его высокая способность к вторичной переработке. Технологические отходы материала можно гранулировать при помощи экструзии и получить гранулы, по внешнему виду аналогичные первичному материалу (однако по техническим характеристикам материал хуже, поскольку текучесть отличается иногда в 2 раза). При соблюдении технологии, материал может быть переработан до 5 раз, что значительно снижает себестоимость готовых изделий и делает его привлекательным материалом с экономической точки зрения.

Полимеры-Деньги, Октябрь 2011
www.polymers-money.com

Алексей Федоров,
магистр химических наук и т.д.

<< Назад