에멀젼에서 스티렌의 중합. 폴리스티렌 : 공식, 특성, 생산, 응용 폴리스티렌 생산 기술

다양하게 고분자 재료폴리스티렌은 특별한 위치를 차지합니다. 이 소재는 가정용 및 산업용으로 사용되는 다양한 플라스틱 제품을 생산하는 데 사용됩니다. 오늘 우리는 폴리스티렌의 공식, 그 특성, 생산 방법 및 사용 방향에 대해 알게 될 것입니다.

일반적 특성

폴리스티렌은 열가소성 수지 종류에 속하는 합성 중합체입니다. 이름에서 알 수 있듯이 비닐벤젠(스티렌)의 중합 생성물입니다. 단단한 유리질의 재질입니다. 폴리스티렌의 일반식은 다음과 같습니다: [CH 2 CH (C 6 H 5)] n. 축약된 버전에서는 다음과 같습니다: (C 8 H 8) n. 약식 폴리스티렌 공식이 더 일반적입니다.

화학적 및 물리적 특성

폴리스티렌의 구조 단위 공식에 페놀 그룹이 존재하면 거대 분자의 규칙적인 배열과 결정 구조의 형성이 방지됩니다. 이 점에서 재료는 단단하지만 부서지기 쉽습니다. 기계적 강도가 낮고 광투과율이 높은 비정질 폴리머입니다. 투명한 원통형 과립 형태로 생산되며, 이로부터 압출을 통해 필요한 제품을 얻습니다.

폴리스티렌은 좋은 유전체입니다. 방향족 탄화수소, 아세톤, 에스테르 및 자체 단량체에 용해됩니다. 폴리스티렌은 저급 알코올, 페놀, 지방족 탄화수소 및 에테르에 용해되지 않습니다. 물질이 다른 중합체와 혼합되면 "가교"가 발생하여 구조적 품질이 더 높은 스티렌 공중합체가 형성됩니다.

이 물질은 수분 흡수율이 낮고 방사성 방사선에 대한 저항력이 있습니다. 동시에 빙하 아세트산과 농축 질산의 영향으로 파괴됩니다. 자외선에 노출되면 폴리스티렌이 악화됩니다. 표면에 미세 균열과 황색이 형성되고 취약성이 증가합니다. 물질이 200°C로 가열되면 단량체가 방출되면서 분해되기 시작합니다. 동시에 60 ° C의 온도부터 폴리스티렌은 모양을 잃습니다. 상온에서 물질은 독성이 없습니다.

폴리스티렌의 기본 특성:

1. 밀도 - 1050-1080kg/m3.
2. 최소 작동 온도는 영하 40도입니다.
3. 최대 작동 온도는 섭씨 75도입니다.
4. 열용량 - 34*10 3 J/kg*K.
5. 열전도율 - 0.093-0.140W/m*K.
6. 열팽창 계수는 6*10 -5 Ohm cm입니다.

산업계에서는 스티렌의 라디칼 중합을 통해 폴리스티렌을 생산합니다. 현대 기술최소한의 미반응 물질로 이 공정을 수행할 수 있습니다. 스티렌으로부터 폴리스티렌을 생산하는 반응은 세 가지 방식으로 진행됩니다. 각각을 개별적으로 고려해 봅시다.

에멀젼(PSE)

이는 가장 오래된 합성 방법으로 산업적으로 널리 응용된 적이 없습니다. 에멀젼 폴리스티렌은 85-95 °C의 온도에서 알칼리 수용액에서 스티렌을 중합하여 생성됩니다. 이 반응에는 물, 스티렌, 유화제 및 중합 공정 개시제와 같은 물질이 필요합니다. 스티렌은 먼저 억제제(히드로퀴논 및 트리부틸-피로카테콜)에서 제거됩니다. 반응 개시제는 수용성 화합물입니다. 일반적으로 이는 과황산칼륨 또는 이산화수소입니다. 알칼리, 술폰산염 및 지방산염은 유화제로 ​​사용됩니다.

과정은 다음과 같습니다. 반응기에 붓는다 수용액피마자유를 넣고 완전히 혼합하면서 중합 개시제와 함께 스티렌을 첨가합니다. 생성된 혼합물은 85-95도까지 가열됩니다. 에멀젼 방울에서 나오는 비누 미셀에 용해된 단량체가 중합되기 시작합니다. 이것이 폴리머-모노머 입자가 얻어지는 방법입니다. 반응 시간의 20% 동안 미셀 비누는 흡착층을 형성합니다. 다음으로, 폴리머 입자 내부에서 공정이 발생합니다. 혼합물의 스티렌 함량이 약 0.5%가 되면 반응이 완료됩니다.

다음으로, 에멀젼은 침전 단계로 들어가며, 이를 통해 잔류 모노머의 함량이 감소됩니다. 이를 위해 식염수(식용소금)로 응고시킨 후 건조시킨다. 결과는 입자 크기가 최대 0.1mm인 분말 덩어리입니다. 알칼리 잔류물은 결과물의 품질에 영향을 미칩니다. 불순물을 완전히 제거하는 것은 불가능하며, 불순물이 존재하면 폴리머가 황색을 띠게 됩니다. 이 방법을 사용하면 가장 높은 분자량을 갖는 스티렌 중합 생성물을 얻을 수 있습니다. 이런 방식으로 얻은 물질은 PSE라는 명칭을 가지며, 이는 기술 문서와 폴리머에 관한 오래된 교과서에서 주기적으로 찾을 수 있습니다.

서스펜션(PSS)

이 방법은 교반기와 열 제거 재킷이 장착된 반응기에서 회분식 방식으로 수행됩니다. 스티렌을 제조하기 위해 이를 화학물질에 현탁시킵니다. 깨끗한 물유화 안정제(폴리비닐알코올, 폴리메타크릴산나트륨, 수산화마그네슘) 및 중합 개시제를 사용합니다. 중합 공정은 최대 130°C까지 온도가 일정하게 증가하면서 압력 하에서 진행됩니다. 그 결과 원심분리에 의해 1차 폴리스티렌이 분리된 현탁액이 생성됩니다. 그 후 물질을 세척하고 건조시킵니다. 이 방법은 또한 더 이상 사용되지 않는 것으로 간주됩니다. 주로 스티렌 공중 합체의 합성에 적합합니다. 주로 발포폴리스티렌 생산에 사용됩니다.

블록(PSM)

이 방법의 틀 내에서 범용 폴리스티렌의 생산은 완전 전환과 불완전 전환이라는 두 가지 계획에 따라 수행될 수 있습니다. 연속 방식에 따른 열중합은 각각 교반기가 장착된 2-3개의 직렬 연결된 컬럼 반응기로 구성된 시스템에서 수행됩니다. 반응은 단계적으로 진행되며 온도는 80°C에서 220°C로 증가합니다. 스티렌 전환율이 80~90%에 도달하면 공정이 중단됩니다. 불완전 전환법을 사용하면 중합도가 50~60%에 이릅니다. 반응하지 않은 스티렌 단량체의 잔유물은 진공 청소기로 용융물에서 제거되어 함량이 0.01-0.05%가 됩니다. 블록법으로 생산된 폴리스티렌은 안정성과 순도가 높은 것이 특징입니다. 이 기술은 낭비가 거의 없기 때문에 가장 효과적입니다.

폴리스티렌의 응용

폴리머는 투명한 원통형 과립 형태로 생산됩니다. 190~230°C의 온도에서 압출이나 주조를 통해 최종 제품으로 가공됩니다. 폴리스티렌으로 생산 많은 수의플라스틱. 단순함, 저렴한 가격 및 다양한 브랜드로 인해 널리 보급되었습니다. 우리의 필수적인 부분이 된 물질로부터 많은 물건을 얻습니다. 일상 생활(어린이 장난감, 포장재, 일회용 식기류 등)

폴리스티렌은 건축에 널리 사용됩니다. 단열재는 샌드위치 패널, 슬래브, 영구 거푸집 공사 등으로 만들어집니다. 또한 이 물질로 마감 장식 재료(천장 바게트 및 장식 타일)가 생산됩니다. 의학에서 폴리머는 일회용 기구와 수혈 시스템의 일부 부품을 생산하는 데 사용됩니다. 발포 폴리스티렌은 정수 시스템에도 사용됩니다. 식품 산업에서는 이 폴리머로 만든 수많은 포장재를 사용합니다.

부타디엔과 부타디엔 스티렌 고무를 첨가하여 공식이 변경된 충격 방지 폴리스티렌도 있습니다. 이러한 유형의 폴리머는 폴리스티렌 플라스틱 전체 생산량의 60% 이상을 차지합니다.

벤젠 물질의 점도가 극히 낮기 때문에 특정 농도의 이동성 용액을 얻는 것이 가능합니다. 이것은 네이팜탄 유형 중 하나에서 폴리스티렌의 사용을 결정합니다. 이는 폴리스티렌의 분자량이 증가함에 따라 점도-온도 관계가 감소하는 증점제 역할을 합니다.

장점

흰색 열가소성 폴리머는 PVC 플라스틱을 훌륭하게 대체할 수 있으며, 투명 폴리머는 플렉시글라스를 훌륭하게 대체할 수 있습니다. 이 물질은 주로 유연성과 가공 용이성으로 인해 인기를 얻었습니다. 완벽하게 형성되고 가공되며 열 손실을 방지하고 무엇보다 비용이 저렴합니다. 폴리스티렌은 빛을 잘 투과시키기 때문에 건물의 유리에도 사용됩니다. 그러나 자외선의 영향으로 물질이 열화되기 때문에 이러한 유약을 햇볕이 잘 드는 곳에 놓을 수 없습니다.

폴리스티렌은 오랫동안 발포 플라스틱 및 관련 재료를 만드는 데 사용되어 왔습니다. 발포 상태의 폴리스티렌의 단열 특성으로 인해 다양한 목적으로 건물의 벽, 바닥, 지붕 및 천장을 단열하는 데 사용할 수 있습니다. 우리가 고려하고 있는 물질에 대해 일반 사람들이 아는 것은 폴리스티렌 폼을 비롯한 풍부한 단열재 덕분입니다. 이 소재는 사용하기 쉽고 부패 및 공격적인 환경에 강하며 우수한 단열 특성을 가지고 있습니다.

결함

다른 재료와 마찬가지로 폴리스티렌에도 단점이 있습니다. 우선, 이는 환경적 불안전함(안전한 폐기 방법의 부족에 대해 이야기하고 있음), 취약성 및 화재 위험입니다.

재활용

폴리스티렌 자체는 환경에 유해하지 않지만 폴리스티렌으로 만든 일부 제품은 특별한 취급이 필요합니다.

폐기물과 그 공중합체는 수명이 다한 제품과 산업 폐기물의 형태로 축적됩니다. 폴리스티렌 플라스틱 재활용은 여러 가지 방법으로 수행됩니다.

1. 심하게 오염된 산업 폐기물을 처리합니다.
2. 주조, 압출 및 압착 방법을 사용하여 기술 폐기물을 처리합니다.
3. 낡은 제품의 폐기.
4. 혼합 폐기물 처리.

폴리스티렌을 재활용하면 오염 없이 오래된 원자재로부터 고품질의 새로운 제품을 얻을 수 있습니다. 환경. 폴리머 가공의 유망한 분야 중 하나는 저층 건물 건설에 사용되는 폴리스티렌 콘크리트 생산입니다.

열분해 또는 열산화 파괴 중에 형성된 폴리머 분해 생성물은 독성이 있습니다. 폴리머 가공 중에 벤젠, 스티렌, 에틸벤젠, 일산화탄소 및 톨루엔 증기가 부분적으로 파괴되어 방출될 수 있습니다.

타고 있는

폴리머가 연소되면 이산화탄소, 일산화탄소 및 그을음이 방출됩니다. 일반적으로 폴리스티렌의 연소 반응 방정식은 다음과 같습니다. (C 8 H 8) n + O 2 = CO 2 + H 2 O. 첨가제(강도 증가 성분, 염료 등)를 포함하는 폴리머의 연소. ) 다른 여러 유해 물질이 방출됩니다.

입자를 표면 처리한 발포폴리스티렌(EPS)은 펜탄 존재 하에서 스티렌을 현탁 중합하고 벌크 중합하여 생산됩니다. 폴리스티렌은 구형 입자(비드) 형태로 생산되며, 그 표면은 가공 중 폴리머의 가공성을 향상시키고 새로운 특성(예: 정전기 방지 특성, 불연성)을 부여하는 다양한 물질로 처리됩니다.

발포 폴리스티렌 생산의 주요 방법은 다음과 같습니다. 현탁 중합 및 벌크 중합. 가장 현대적이고 효과적인 방법은 IPN을 얻는 두 번째 방법입니다.

발포 폴리스티렌의 벌크 중합

단량체의 불완전한 전환으로 벌크 중합(블록 폴리스티렌)을 통해 폴리스티렌을 생산하는 방법은 현재 높은 기술 및 경제적 지표로 인해 가장 일반적인 방법 중 하나입니다. 대부분의 현대 산업은 가장 생산적이기 때문에 정확하게 이 계획에 따라 운영됩니다. 이 방법은 최적의 연속 공정 흐름을 가지고 있습니다. 이 프로세스는 믹서와 직렬로 연결된 2-3개의 장치에서 수행됩니다. 공정의 마지막 단계는 종종 컬럼형 장치에서 수행됩니다.

초기 반응 온도는 80~100°C이고, 최종 반응 온도는 200~220°C입니다. 스티렌 전환율이 80~90%가 되면 중합이 중단됩니다. 반응하지 않은 모노머는 진공 하에서 용융물로부터 제거된 다음 폴리머의 스티렌 함량이 0.01-0.05%가 될 때까지 수증기를 사용하여 제거됩니다. 폴리스티렌에 안정제, 염료, 난연제 및 기타 첨가제를 첨가하여 과립화합니다. 폴리스티렌은 순도가 높은 것이 특징입니다. 이 기술은 가장 경제적이며(미세하게 분산된 제품의 세척, 탈수 및 건조 작업을 포함하지 않음) 실질적으로 폐기물이 없습니다(미반응 스티렌은 중합을 위해 반환됩니다).

단량체의 불완전한 전환(80-90%)까지 공정을 수행하면 높은 중합 속도를 사용하고 온도 매개변수를 제어하며 중합 매체의 허용 가능한 점도를 보장할 수 있습니다. 더 깊은 단위체 전환율로 공정을 수행하면 점성이 높은 반응물에서 열을 제거하기가 어려워지고 등온 모드에서 중합을 수행하는 것이 불가능해집니다. 벌크 중합 공정의 이러한 특징으로 인해 다른 생산 방법, 우선 현탁 방법에 대한 관심이 높아지고 있습니다.

현탁 중합

현탁 중합 - 경쟁적 기술적 과정, 물에 대한 비닐 단량체의 낮은 용해도와 라디칼 중합 반응에서 후자의 중성에 기초합니다. 현탁액 생산 방법은 반응기에서 수행됩니다. 이는 추가 기술 단계(반응 시스템 생성, 생성된 중합체 분리)가 있고 중합 시 장비를 주기적으로 사용하는 것이 특징인 반연속 공정입니다. 단계. 스티렌은 유화 안정제를 사용하여 탈염수에 현탁됩니다. 중합 개시제(유기 과산화물)는 중합이 일어나는 단량체 방울에 용해됩니다. 결과적으로, 중합체가 물에 현탁된 상태에서 큰 과립이 형성됩니다. 중합은 8~14시간 동안 압력을 가해 40~130°C까지 온도를 점진적으로 높여 진행됩니다. 중합체는 원심분리에 의해 생성된 현탁액으로부터 분리된 후 세척되고 건조된다. 그런 다음 진동 스크린에서 등급별로 분류됩니다. 이 과정에서 시스템 구성 요소의 열 제거 및 혼합이 크게 촉진됩니다.

해당되는:

• 모든 목적(벽, 지붕, 바닥, 창고, 파빌리온, 주거용 건물, 차고, 지하실, 로지아)을 위한 다양한 건물 및 건물 구성의 폴리스티렌 폼 블록 및 슬래브 생산
• 보관 및 운송 중 충격 방지가 필요한 다양한 장치의 복잡한 형태의 포장 제조에 사용됩니다.
• 자동차 부품 제조에;
• 폴리스티렌 콘크리트 생산 - 단열 블록 및 슬래브 제조에 사용되는 시멘트 바인더 및 발포 폴리스티렌 필러를 기반으로 한 경량 콘크리트, 다락방, 지붕, 외벽, 바닥 등의 모 놀리 식 단열재;

천장 마감재 생산 - 타일, 베이스 보드, 로제트;

• 모놀리식 주택 건설 및 파이프라인 단열용 쉘용.
• 금속 주조에 사용되는 폴리스티렌 폼 가스화 모델 생산에 사용됩니다.

아크릴로니트릴 SAN과 스티렌의 공중합체

스티렌과 아크릴로니트릴의 공중합체(SAN)는 일반적으로 후자를 24% 함유하며, 이는 단량체 혼합물의 이방성 조성에 해당하며 일정한 조성의 제품을 얻을 수 있게 해줍니다. SAN은 내열성, 인장 강도, 충격 강도 및 공격적인 액체 환경에서의 균열 저항성이 우수하지만 유전 특성 및 투명성이 떨어집니다. SAN의 비용은 폴리스티렌보다 훨씬 높습니다. 삼원 공중합체인 스티렌-아크릴로니트릴-메틸 메타크릴레이트(SAM)는 비슷한 특성을 가지고 있지만 투명성과 UV 조사에 대한 저항성이 더 좋습니다. 그러나 비용은 SAN보다 훨씬 높습니다.

SAN 공중합체는 일반적으로 PS 생산과 유사하게 현탁 또는 유화 중합을 통해 생산됩니다.

SAN 공중 합체는 단독 중합체보다 내 화학성과 표면 경도가 더 높습니다. 출발물질은 황색을 띠고 있으므로 청색을 띠어야 한다. 내후성이 우수하여 예를 들어 깨지기 쉽고 내한성이 없는 범용 폴리스티렌 대신 클래딩 및 값비싼 가전제품에 사용할 수 있습니다.

아크릴로니트릴, 부타디엔 및 스티렌의 공중합체: ABS 플라스틱

이러한 공중합체를 "ABS 플라스틱"이라고 합니다. 3단위 중합체(삼원공중합체)를 생산하는 방법에는 여러 가지가 있지만 그 주요 원리는 다음 예에서 분명합니다. 1) 스티렌과 아크릴로니트릴을 폴리부타디엔 에멀젼에 첨가하고 혼합한 후 50C로 가열합니다. 이어서 과황산칼륨과 같은 수용성 개시제를 첨가하고 혼합물을 중합시키고; 2) 스티렌 아크릴로니트릴 라텍스에 부타디엔 아크릴로니트릴 라텍스를 첨가하고 혼합물을 응고시킨 후 분무 건조시킨다.

성분과 생산 방법에 따라 특성이 크게 달라집니다. 그러나 일반적으로 ABS 플라스틱은 충격 강도, 내화학성 및 연성이 높습니다. 메틸 에틸 케톤 및 에스테르에 내성이 없습니다.

ABS는 기술적으로 매우 진보되어 있으며 사출 성형이나 압출을 통해 쉽게 가공할 수 있습니다. 제조업체는 용융 흐름 지수가 다양하고 광택과 무광택이 향상된 ABS 플라스틱 등급을 생산합니다. 얇은 시트를 열성형하여 병과 트레이로 만듭니다. ABS 플라스틱은 제조에 널리 사용됩니다. 가전 ​​제품, 마스터배치 도장 시 고강도, 고광택, 제조성, 환경 중립성 및 내열성이 요구되는 곳입니다. 장식 코팅 및 디자인은 폴리스티렌 제품보다 ABS 플라스틱으로 만든 제품에 더 잘 적용됩니다.

폴리스티렌 생산 기술

산업계에서 폴리스티렌은 스티렌의 라디칼 중합을 통해 생산됩니다. 폴리스티렌 생산 방법은 작업 주기, 단위 부피당 제품 제거 및 중합 공정 조건이 다릅니다. 생성된 폴리스티렌의 특성은 특정 생산 방법에 따라 달라집니다. 스티렌의 중합 방법에는 4가지가 있습니다: 모노머 덩어리(블록)에서의 중합, 에멀젼에서의 모노머 중합(주로 ABS 플라스틱 생산), 현탁 중합(충격 방지 폴리스티렌 및 발포 폴리스티렌) 및 용액(부타디엔과 스티렌의 블록 공중합체).

범용 폴리스티렌 생산에 있어서 주요 방법은 현탁중합과 괴상중합이다. 유화중합은 상대적으로 작은 규모로 사용됩니다.

스티렌과 고무의 내충격성 공중합체를 얻기 위해 가장 널리 사용되는 방법은 블록 현탁 중합으로, 먼저 벌크에서(20% - 40%의 전환율이 달성될 때까지) 중합이 수행된 다음 수성 중합에서 수행됩니다. 분산.

합성 기술 개발의 일반적인 추세는 반응량의 증가와 합성 모드의 강화로 인해 개별 단위의 성능을 높이는 것입니다. 현재 개별 합성 장치의 생산성은 연간 폴리머 15~30,000톤에 이릅니다.

벌크 중합

단량체의 불완전한 전환을 통한 벌크 중합에 의한 생산 방법은 현재 높은 기술 및 경제적 지표로 인해 가장 일반적인 방법 중 하나입니다. 국내 산업에서는 70년대부터 괴상중합법이 주류로 선택되었으며, 현재 약 60%의 제품이 이 방법으로 생산되고 있다. 이 방법에는 최적의 프로세스 흐름도가 있습니다. 이 프로세스는 믹서와 직렬로 연결된 2-3개 장치 시스템의 연속 회로에 따라 수행됩니다. 공정의 마지막 단계는 종종 컬럼형 장치에서 수행됩니다. 초기 반응 온도는 80~100°C이고, 최종 반응 온도는 200~220°C입니다. 스티렌 전환율이 80%~90%이면 중합이 중단됩니다. 반응하지 않은 모노머는 진공 상태에서 폴리스티렌 용융물에서 제거된 다음 폴리머의 스티렌 함량이 0.01% - 0.05%가 될 때까지 수증기로 제거됩니다.

폴리스티렌에 안정제, 염료, 난연제 및 기타 첨가제를 첨가하여 과립화합니다. 블록 폴리스티렌은 순도가 높은 것이 특징입니다. 이 기술은 가장 경제적이며(미세하게 분산된 제품의 세척, 탈수 및 건조 작업을 포함하지 않음) 실질적으로 폐기물이 없습니다(미반응 스티렌은 중합을 위해 반환됩니다). 단량체의 불완전한 전환(80% - 90%)까지 공정을 수행하면 높은 중합 속도를 사용하고 온도 매개변수를 제어하며 중합 매체의 허용 가능한 점도를 보장할 수 있습니다. 더 깊은 단위체 전환율로 공정을 수행하면 점성이 높은 반응물에서 열을 제거하기가 어려워지고 등온 모드에서 중합을 수행하는 것이 불가능해집니다. 벌크 중합 공정의 이러한 특징으로 인해 다른 생산 방법, 우선 현탁 방법에 대한 관심이 높아지고 있습니다.

현탁 중합

현탁 중합은 벌크 중합과 병행하여 개발되고 물에 대한 비닐 단량체의 낮은 용해도와 라디칼 중합 반응에서 후자의 중성을 기반으로 하는 경쟁 기술 공정입니다. 이 공정은 특수 등급의 폴리스티렌, 주로 발포 폴리스티렌을 생산하는 데 사용됩니다. 현탁액 생산 방법은 반연속 공정이며 추가적인 기술 단계(반응 시스템 생성, 생성된 중합체 분리)가 있고 중합 단계에서 장비를 주기적으로 사용하는 것이 특징입니다.

이 공정은 교반기와 재킷이 장착된 10-50m 3 용량의 반응기에서 수행됩니다. 스티렌은 유화 안정제를 사용하여 탈염수에 현탁됩니다. 중합 개시제(유기 과산화물)는 중합이 일어나는 단량체 방울에 용해됩니다. 결과적으로, 중합체가 물에 현탁된 상태에서 큰 과립이 형성됩니다. 중합은 8~14시간 동안 압력을 가해 40~130°C까지 온도를 점진적으로 높여 진행됩니다. 중합체는 원심분리에 의해 생성된 현탁액으로부터 분리된 후 세척되고 건조된다. 현탁 중합 법칙은 단량체 질량의 중합 법칙과 유사하지만 시스템 구성 요소의 열 제거 및 혼합이 크게 촉진됩니다.

유화중합

폴리스티렌 생산에 있어서 유화중합법은 덩어리중합이나 현탁중합과 같은 발전을 이루지 못했다. 이는 유화 중합이 너무 높은 분자량의 생성물을 생성한다는 사실 때문입니다. 대부분의 경우 후속 처리를 위해서는 다른 방법으로 롤링하거나 분자량을 줄여야 합니다. 주요 적용 방향은 압출법을 사용하여 후속 폴리스티렌 폼 생산을 위한 중간 제품을 생산하는 것입니다. 유화 중합 시스템에는 스티렌, 분산매로서의 물, 수용성 개시제(과황산칼륨), 이온성 물질이 포함되어 있습니다. 유화제, 다양한 첨가제, 특히 환경의 pH를 조절하도록 고안된 첨가제.

중합은 단량체를 함유한 유화제 미셀에서 발생합니다. 생성된 폴리머는 물에 불용성인 고도로 분산된 현탁액(라텍스)입니다. 시스템 전체는 다성분이므로 순수한 형태의 폴리머를 분리하기가 어렵습니다. 따라서 다양한 세척 방법이 사용됩니다. 이 방법은 많은 양의 폐수를 포함하기 때문에 점차 그 사용이 줄어들고 있습니다.

키미치 이리나

블록 중합과 비교하여 용액 중합 반응은 더 낮은 속도로 진행되며(개시제가 없는 경우) 생성된 폴리머는 더 낮은 분자량을 갖습니다. 평균 분자량폴리스티렌은 중합 조건과 용매 유형에 따라 다릅니다. 분자량 값은 용매의 종류와 양, 반응 온도를 선택하여 조정할 수 있습니다.

용매 사슬 전달의 기본 원리 Flory는 이를 공식화했지만 Mayo는 이를 확장하여 용매에 의한 사슬 전달 속도 상수와 사슬 성장 속도의 몫으로 간주하는 "이동 상수" 개념을 도입했습니다. 성장 속도 상수는 서로 다른 용매에서 서로 가깝지만 사슬 이동 상수, 즉 중합도는 눈에 띄게 다릅니다.

스티렌을 벤젠, 시클로헥산, tert-부틸벤젠, 톨루엔에서 중합할 경우 사슬 이동 상수가 가장 낮은 값을 갖기 때문에 다른 용매에서 중합할 때보다 더 높은 분자량의 중합체를 얻을 수 있습니다(표 1).

용액에서 폴리머를 얻는 것은 바니시를 만드는 데 편리합니다. 다른 목적으로, 단량체는 용해되지만 폴리스티렌은 용해되지 않는 침전제를 첨가하여 용액에서 중합체를 침전시킵니다. 이와 같이 용매 - 침전제석유 탄화수소, 메탄올 및 에탄올을 사용하십시오.

용액에서 폴리스티렌을 분리하는 다른 방법에는 감압 하에서 용매를 증류하거나 증기로 증류하는 것이 포함됩니다. 이러한 방법을 사용하면 용매를 완전히 제거하려면 진공에서 폴리머를 장기간 건조해야 합니다.

업계에서는 용액에서 스티렌의 중합 과정은 다음과 같이 수행될 수 있습니다. 주기적, 그래서 마디 없는행동 양식.

주기적 방법 세 가지 생산 단계가 포함됩니다.

1) 반응기에서의 중합;

2) 용액으로부터 중합체를 분리하는 단계;

3) 중합체의 분쇄 및 착색.

연속법 동일한 단계로 구성되지만, 스티렌과 용제 공급부터 시작하여 분말형 폴리머를 수집기에서 꺼내는 것으로 끝나며 연속적으로 진행된다는 점이 다릅니다(그림 1).

그림 1. 스티렌의 연속용액중합법

Meter 1의 스티렌과 Meter 2의 용매는 펌프 3에서 일정 비율로 혼합되어 직렬로 작동하는 중합 컬럼 4, 5, 6에 공급됩니다. 모든 컬럼에는 가열 및 냉각을 위한 교반기와 재킷이 장착되어 있습니다. 중합 과정에서 많은 양의 열이 방출되고 용액의 점도가 크게 증가합니다. 각 열에서는 세 구역의 온도가 제어되고 지정된 모드에 따라 자동으로 조정됩니다. 공정 시작 시(컬럼 4 상단), 용매 내 스티렌 혼합물을 중합 온도까지 가열해야 하며, 컬럼 4의 나머지 2개 구역과 컬럼 5의 3개 구역에서는 반응열이 발생합니다. 제거해야 합니다. 컬럼 6에서는 중합이 느리게 진행되므로 외부 열이 필요합니다.

컬럼의 용매에 용해된 폴리스티렌의 점성 용액은 증발기 7로 들어갑니다. 이 장치에 들어가기 전에 용액 흐름은 별도의 제트(최대 20개)로 분배됩니다. 225oC에서 증발기는 용매와 미반응 단량체를 제거하고 응축 및 적절한 정제를 거쳐 생산 단계로 돌아갑니다. 그림은 측정 컵 2로 용매가 반환되는 모습을 보여줍니다.

용액의 액체 성분을 제거한 후 연화된 덩어리 형태의 폴리스티렌이 압출기 8로 보내집니다. 각 제트마다 별도의 압출기와 모든 후속 장비가 제공됩니다. 압출기 출구에서 폴리스티렌 스트립은 욕조 9에서 물로 냉각된 후 분쇄기 10을 사용하여 분쇄됩니다. 분쇄된 폴리머는 공압 운송을 사용하여 윤활기 11에 공급된 다음 수집기 13에 부어집니다. 그런 다음 분말화된 폴리머는 가방에 붓고 무게를 잰다.

품질 완제품톨루엔에 용해된 10% 용액의 점도, 연화 온도 및 그 안의 휘발성 화합물 함량에 의해 제어됩니다.

작업 449 (w)
스티렌은 산업계에서 어떻게 생산되나요? 중합 계획을 제시하십시오. 고분자의 선형 및 3차원 구조에 대한 다이어그램을 그립니다.
해결책:

스티렌의 제조 및 중합

최대 스티렌(약 85%) 산업계에서 탈수소화를 통해 얻습니다. 중 에틸벤젠온도 600~650°C, 대기압에서 과열된 수증기로 3~10배 희석합니다. 탄산칼륨이 첨가된 철-산화 크롬 촉매가 사용됩니다.

나머지 15%를 얻는 또 다른 산업적 방법은 탈수에 의한 것입니다. 메틸페닐카르비놀, 에틸벤젠 하이드로퍼옥사이드로부터 프로필렌 옥사이드를 생산하는 동안 형성됩니다. 에틸벤젠 하이드로퍼옥사이드는 공기의 비촉매 산화를 통해 에틸벤젠으로부터 얻습니다.

스티렌의 음이온 중합 반응식:

폴리스티렌– 다음 공식을 갖는 열가소성 비정질 폴리머:

[CH2=C(C6H5)H] N------------> [-CH 2 - C(C 6 H 5)H -]n
스티렌 폴리스티렌

스티렌의 중합액체 암모니아에서 나트륨 또는 칼륨 아미드의 작용으로 발생합니다.

폴리머 구조:

특질 선형 및 분지형 폴리머- 거대분자 사슬 사이에 1차(화학적) 결합이 없음; 특별한 2차 분자간 힘이 그들 사이에 작용합니다.

선형 폴리머 분자:

가지형 선형 분자:

만약에 고분자 사슬상호 연결됨 화학 접착제, 일련의 교차 다리 (3 차원 프레임)를 형성하면 이러한 복잡한 거대 분자의 구조를 공간이라고합니다. 공간 고분자의 원자가 결합은 모든 방향으로 무작위로 갈라집니다. 그 중에는 드문 가교 배열을 가진 폴리머가 있습니다. 이러한 폴리머를 네트워크 폴리머라고 합니다.

3차원 폴리머 구조:

폴리머 네트워크 구조:

폴리스티렌

쌀. 1. 폴리스티렌의 선형 구조

폴리오르가노실록산

쌀. 2. 폴리오르가노실록산의 3차원 구조

스티렌의 블록 중합 동안, 합성된 중합체의 용액이 미반응 단량체 내에 형성된다. 공정의 깊이(단량체 전환 정도)가 증가함에 따라 집중솔루션을 제공하고 그에 따라 성장합니다. 굴절률. 중합 중 용액의 굴절률을 측정함으로써 공정의 동역학(이 경우 스티렌의 중합)에 대한 정보를 얻을 수 있습니다.

5ml의 스티렌을 갈아서 마개가 있는 3개의 시험관에 넣고 분석 저울에 측정된 개시제(AIBN)의 양을 약 10, 25 및 50mg씩 첨가합니다(용액의 농도는 각각 약 0.2, 0.5 및 1% 중량). 시험관을 불활성 가스로 5분 동안 퍼지하고 온도가 약 70°C인 항온 장치에 놓습니다. 10분 안에. 온도 조절이 시작된 후 각 시험관에서 유리 막대를 사용하여 시계 유리 위에 용액 몇 방울을 떨어뜨려 굴절률을 측정합니다. 각 시험관에서 최소 5개 샘플, 지적할 때마다 중합 시작부터 시간.

단량체 전환 정도는 아래 표에 따라 결정됩니다.

스티렌의 전환율(p)에 대한 굴절률 n D의 의존성

피,%	n D	피, %	n D	피, %	n D
	1,5420		1,5475		1,5518
	1,5429		1,5482		1,5519
	1,5435		1,5488		1,5523
	1,5441		1,5492		1,5525
	1,5446		1,5495		1,5528
	1,5451		1,5500		1,5531
	1, 5455		1,5504		1,5534
	1,5461		1,5508		1,5537
	1,5465		1,5511		1,5540
	1,5468		1,5515		1,5543

개시제 농도(mol/l 단위)는 다음 공식으로 구합니다.

여기서 g는 개시제의 무게(g)입니다.

V – 중합 혼합물의 부피(이 경우 – 5 ml)

M 1 – 개시제의 분자량(AIBN M 1 = 164의 경우)

결과 직선의 경사각의 접선은 다음과 같습니다. 개시자에 따른 반응 순서.

스티렌의 양이온 중합

스티렌의 중합은 다음에 따라 진행될 수 있습니다. 다양한 옵션, 양이온 메커니즘을 포함합니다. 무기 루이스산은 종종 양이온 중합을 위한 촉매로 사용됩니다(이 경우에는 TiCl 4 ). 이 촉매를 사용하려면 수분의 유입을 배제하는 조건에서 반응이 수행되어야 합니다. 우선 완전히 건조한 장비입니다.

갓 증류된 스티렌 3.5ml

사염화티타늄 증류 1ml

디클로로에탄 드라이 70ml

교반기, 온도계 및 적하 깔대기를 갖춘 3구 플라스크에 건조 디클로로에탄 70ml를 넣고 불활성 가스로 3~5분간 퍼지한 후 냉각 혼합물이 담긴 욕조에서 0℃로 냉각시킨다.

마른 피펫을 사용하여 적하 깔대기에서 TiCl 4 1ml를 15~20분 동안 추가합니다. 단량체인 스티렌을 온도가 0 0을 초과하지 않도록 하면서 한 방울씩 도입합니다. 단량체를 투입한 후, 혼합물을 추가로 30분간 교반한 후, 알코올 80ml를 첨가한다(반응 혼합물을 분해하기 위해). 몇 분 후 생성된 유성 반응 생성물에서 조심스럽게 용매를 따라내고 알코올 10-15ml를 추가한 다음 굳을 때까지 막대기로 문지릅니다. 고체 중합체를 여과하고, 알코올로 세척하고 건조시킨다. 중합체 수율, 단량체 전환 정도, 촉매 소비량(g/g 중합체)이 결정됩니다.