Ударопрочный полистирол - гомогенная термопластичная пластическая масса на основе бутадиенстирольного привитого сополимера, имеющая двухфазную структуру. В отличие от АБС-пластика, получаемого на основе тройного сополимера, ударопрочный полистирол получают на основе двойного сополимера. В составе ударопрочного сополимера отсутствуют звенья - остатки акрилонитрила, что в определенной степени ухудшает теплостойкость материала (теплостойкость по Мартенсу у полистирола 70-80oС, АБС-пластика 75-95 °С, ударопрочного полистирола 65-74 °С), понижает его твердость (полистирол - 140-200 МПа, АБС-пластик - 100-150 МПа, ударопрочный полистирол - 100-130 МПа) и прочностные показатели (предел прочности на растяжение у полистирола 40-45 МПа, АБС-пластика 40-55 МПа, ударопрочного полистирола 30-35 МПа; предел прочности на изгиб полистирола 100-105 МПа, АБС-пластика 50-100 МПа, ударопрочного полистирола 55-60 МПа), а показатель ударной прочности занимает промежуточное положение между гомополистиролом (20-30 кДж/м2) и АБС-пластиком (50-60 кДж/м2). Ударопрочный полистирол по свойствам уступает АБС-пластикам, но сохраняет конкурентоспособность из-за своей дешевизны. Матрица композиции образована гомополистиролом, а дисперсная фаза состоит из дискретных частиц бутадиенового (~CH2-CH=CH-CH2~) или бутадиенстирольного [-CH2-CH=CH-CH2-CH2-CH(C6H5)-] каучука размером от 1 до 5 мкм, окруженных тонким слоем привитого сополимера
выполняющего те же функции межфазного слоя, что и в АБС-пластике.
Применение в качестве стандартного упрочняющего эластомера вместо бутадиенстирольного каучука полибутадиена, характеризующегося пониженной температурой стеклования, привело к увеличению сопротивления разрушающим нагрузкам в широком температурном интервале. Гомополибутадиен предпочтителен также по причине хорошей растворимости в мономере и достаточно высокой активности в реакциях прививки и сшивания.
Дискретная фаза подвергнута частичному структурированию с образованием сшитого микрогеля (от 15 до 20% от выхода привитого сополимера)
Однако присутствие гель-фракции не сказывается на вязкости композиции (вязкость определяется матрицей), и пластмасса проявляет все свойства термопласта.
Диспергирование частиц каучука в ударопрочном полистироле препятствует развитию трещин и способствует возрастанию ударной прочности, но при этом понижаются прочностные показатели, уменьшаются твердость, теплостойкость и стойкость к старению. Поэтому предельное содержание каучука в композиции ограничено 10%.
Упрочнение (сопротивление ударным нагрузкам) в ударопрочном полистироле происходит в основном по механизму крейзообразования, чему способствует преобладание в дискретной фазе крупных частиц, а также за счет значительного (до 10%) рассеивания энергии деформации частицами каучука.
Ударопрочный полистирол, как и АБС-пластик, получают тремя методами: 1) привитой сополимеризацией стирола на каучук в присутствии инициатора (пероксида бензоила):
одновременно протекает процесс гомополимеризации стирола, формирующий матрицу:
n CH2=CH(C6H5) ---> [-CH2-CH(C6H5)-]n
а на глубоких стадиях (при степени конверсии 60-70%) происходит частичное структурирование каучука стиролом, причем главным образом в результате сополимеризации стирола с боковыми винильными группами:
2) совместной коагуляцией латексов каучука и полистирола (латексным методом) с получением механической смеси, не содержащей привитого сополимера,
3) механохимическим с образованием блок-
и привитых сополимеров в присутствии пероксидов в процессе перемешивания в смесителе Бенбери
Производство ударопрочного полистирола привитой сополимеризацией проводят двумя способами: 1) блочным до неполной конверсии мономера, 2) блочно-суспензионным. Общей стадией обоих способов является блочная форполимеризация до степени конверсии стирола порядка 30%.
Разделение фаз начинается на ранней стадии сополимеризации. В реакционной системе стирол - полибутадиен (раствор каучука в мономере) полистирол образует отдельную дисперсную фазу в виде капелек при достижении концентрации его порядка 2%. Привитой сополимер, состоящий из двух типов взаимно несовместимых макромолекул, концентрируется на границе раздела фаз и действует как эмульгатор. Так как коэффициент распределения стирола между матричной и дискретной фазами близок к единице, процесс полимеризации его активно протекает в обеих фазах, причем по причине гель-эффекта в каучуковой фазе привитые цепи ударопрочного полистирола, как и АБС-пластика, имеют среднемассовую молекулярную массу выше, чем гомополистирол.
Когда объем полистирольной дисперсной фазы становится равным (или больше) объему непрерывной каучуковой фазы, т.е. когда степень конверсии стирола в полистирол начинает превышать концентрацию эластомера в системе, происходит инверсия фаз: раствор полистирола становится непрерывной фазой (матрицей), а раствор полибутадиена - дисперсной (дискретной) фазой. Так как вязкость полистирола ниже вязкости полибутадиена, инверсия фаз сопровождается падением вязкости всей системы (вязкость системы определяется вязкостью матрицы).
Технология блочного способа производства ударопрочного полистирола (марки УПМ) до неполной конверсии мономера аналогична соответствующему способу производства АБС-пластика (см. Производство АБС-пластика непрерывным блочным способом до неполной конверсии мономера) и включает следующие стадии: I - подготовку сырья и приготовление раствора каучука в стироле, II - полимеризацию раствора каучука в комбинированном реакторе, III - отгонку непрореагировавшего стирола в вакуумкамере, IV - экструзию, охлаждение, грануляцию и упаковку продукта.
Для приготовления раствора каучука последний предварительно режут дисковыми ножами, полученные при этом куски измельчают в ротационной мельнице до частиц с линейным размером не более 50 мкм. Измельченный каучук загружают в предварительно заполненный стиролом аппарат, где при температуре 60-80 °С в течение 20 ч готовят 7%-ный раствор каучука в стироле. Далее в раствор вводят добавки (инициатор, регулятор, стабилизатор и пластификатор) и через подогреватель 1 направляют на стадию полимеризации. Технологический режим и последовательность всех стадий и операций повторяют производство АБС-пластика.
Производство ударопрочного полистирола блочно-суспензионным способом (марка УПС) состоит из стадий блочной форполимеризации раствора каучука в стироле, суспензионной окончательной привитой сополимеризации, отделения и промывки гранул, сушки и окончательного гранулирования сополимера. Форполимер диспергируют в воде в виде капелек и завершают процесс как суспензионную полимеризацию. Получить ударопрочный полистирол непосредственно из мономера суспензионной полимеризацией не удается, так как без перемешивания раствора на ранних стадиях образуется трехмерный гель.
Аппаратурно-технологическое оформление производства аналогично производству полистирола для вспенивания. Блочную форполимеризацию раствора каучука в стироле до степени конверсии 25-40% проводят в реакторе 1 в течение 4-6 ч при постоянной температуре 90 °С. В качестве инициатора применяют пероксид бензоила. Окончательную суспензионную сополимеризацию проводят в аппаратах большой единичной мощности (реактор-автоклав 3), в которые предварительно загружают водную фазу (раствор стабилизатора - диспергатора Са3(РО4)2), приготовленную в сборнике 2, и при работающей мешалке из реактора 1 подают форполимер. Процесс протекает при постепенном подъеме температуры от 90 до 130 °С в течение 8-9 ч. Суспензию из реактора-автоклава через сито-коркоотделитель 4 подают на промывку деминерализованной водой в промежуточный сборник 5. Разбавленную суспензию разделяют на центрифуге 6: фугат направляют на очистку, а влажные гранулы сополимера подвергают сушке в вакуум-гребковой сушилке 7. Сухие гранулы через бункеры 8, 10, вибросито 9 (отсев крупных фракций) и автоматические весы 11 подают на ленточный транспортер 12, где упаковывают в эластичные контейнеры или мешки складируют.
Ударопрочный полистирол растворим в ароматических и хлорированных углеводородах, при высоких температурах деполимеризуется, горюч, перерабатывается в изделия литьем под давлением, экструзией, вакуумформованием. Пластмасса находит применение в радиотехнике, автомобилестроении, производстве стиральных машин и холодильников, детских игрушек и упаковочной пленки.
Назад (АБС-пластик) Далее (Ударопрочный полипропилен)