Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕСССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА

Кафедра «Химия и химическая технология»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Физико-химические основы высокомолекулярных соединений»

на тему

«Полистирол»

Выполнил: ст. гр. БХД-3

Шагалеев Л.А.

Проверил: д.х.н., проф.,

В.М. Янборисов

Уфа-2014

Введение

В современном мире нас постоянно окружают различные пластмассы, плёнки и пакеты, которых не было в обиходе лет 100 назад. Сейчас для нас предметы, сделанные из пластика и других материалов кажутся обычными, часто встречаются, а что они представляют собой, мы редко задумываемся. С проникновение полимеров в нашу жизнь в нашем языке появилось много новых слов, а в обиходе много новых предметов и материалов из которых они сделаны.

Полимеры (от греч. - много частей) - это органические или неорганические макромолекулы состоящие из многократно повторяющихся групп атомов - мономеров. Полимеры состоят из большого количества таких структурных звеньев поэтому, как правило, такие молекулы имеют большую молекулярную массу от нескольких тысяч до нескольких миллионов. Полимеры образуется из мономеров в результате реакции полимеризации или поликонденсации. Смысл реакции полимеризации заключается в том, что молекулы исходного вещества соединяются в большую макромолекулу, а в процессе поликонденсации еще и выделяется низкомолекулярное вещество - вода.

Полимеры разделяют на органические и неорганические. Отличительной чертой органических полимеров от неорганической является то, что у органической молекулы основой являются одинарные связи углерода (С-С), а в неорганических молекулах вместо углерода используются другие элементы, например кремний, кислород и.т.д. Примерами не органических полимеров являются черный, красный фосфор, пластическая сера и т.д.

Органические полимеры делятся в свою очередь на природные или как их ещё называют биополимеры и синтетические. Синтетические полимеры это те полимеры, которые образуется при реакции полимеризации и поликонденсации, создаваемые человеком.

По структуре основной цепи различают три вида полимеров: линейные, разветвленные, пространственные. При линейной форме структурные звенья, мономеры, соединены последовательно, к таким полимерам относятся полиэтилен и полипропилен. К полимерам с разветвленной структурой относится крахмал. А при пространственной форме молекулы соединены между собой с помощью химических связей, такими веществами являются резина, кварц. Также выделяют пластмассы и волокна. Пластмассы это такие материалы, которые изготавливают на основе полимеров, которые приобретают при нагреве заданную форму, а после охлаждения сохраняют её. Пластмассы получают добавление различных добавок и полимера выполняющего роль связующего вещества, именно благодаря добавкам можно делать пластмассы с различными свойствами. Волокна это такие полимеры с линейной структурой, которые человек использует в текстильной промышленности, для изготовления нитей и различных жгутов. Волокна также бывают природные, например хлопок, лен, шерсть, асбест или химическими к ним относятся нейлон, капрон, лавсан, ацетатное и вискозное волокно. [1]

Полистирол -- жёсткий, хрупкий, аморфный полимер с высокой степенью оптического светопропускания, невысокой механической прочностью. Полистирол имеет низкую плотность (1060 кг/мі), усадка при литьевой переработке 0,4-0,8 %. Полистирол обладает отличными диэлектрическими свойствами и неплохой морозостойкостью (до ?40 °C). Имеет невысокую химическую стойкость (кроме разбавленных кислот, спиртов и щелочей).

Растворяется в ацетоне, толуоле, дихлорэтане, медленнее в бензине. Не растворим в воде. Термопластичный материал. Полистирол легко формуется и окрашивается. Хорошо обрабатывается механическими способами. Хорошо склеивается. Обладает низким влагопоглощением, высокой влагостойкостью и морозостойкостью.

Полистирол горит жёлтым пламенем, которое коптит, образующиеся пары имеют характерный сладковатый запах. При нагревании выделяются тяжёлые пары белого цвета -- полистирол распадается на мономеры [2]

Производство полистирола в России

Полистирол - общее название довольно большой группы гомополимеров и сополимеров стирола. При классифицировании обычно выделяют полистирол общего назначения (general purpose polystyrene, GPPS), ударопрочный полистирол (high-impact polystyrene, HIPS) и вспенивающийся полистирол (expandable polystyrene, EPS). Кроме того, выпускаются различные сополимеры стирола, наиболее распространенными из которых являются акрилонитрил-бутадиен-стирольные (АБС) и стирол-акрилонитрильные (САН) пластики. Но данную статью мы посвятили состоянию производства и развития российского рынка полистирола, который развивается стремительными темпами. Ведь на российском рынке полистирола действует 250 - 300 фирм, треть из которых базируется в Москве и Московской области, 10% - в Санкт-Петербурге. Значительным присутствием отмечаются фирмы из нефтяных (Татарстан, Башкирия) и химпромышленных (Нижегородская, Самарская) регионов, а также ряд развитых уральских и сибирских областей.

Высокое потребление ПС и развитый рынок в России обусловлены сравнительно динамичным развитием в ПС-потребляющих отраслях - строительстве (пенопласт и листы), электронике (производство корпусов и деталей быттехники), упаковочной отрасли (посуда, пеноупаковка), а также автопроме - детали, обшивка. Кардинальное отличие российского рынка от украинского и других импортозависимых в СНГ. По сегменту «ударопрочный ПС» (УПС или УПС/М) и «ПС общего назначения» (ПСС или ПСС/М) Россия обладает мощным производственным комплексом, который будет модернизироваться и расширяться как минимум до 2020 года. На него же, по оценкам «Кортес», приходится 70 - 75% потребления ПС (еще 6% на АБС, остальное пространство, очевидно, занимают пенопласты). В целом, отечественный ПС в последние годы удовлетворяет 50 - 60% внутреннего рынка.

Согласно последним оценкам «Кортес», в 2011 году производство УПС и ПСС составило 256 Кт, несмотря на закрытие выпуска на омском «Полистироле», которое было компенсировано полной загрузкой мощностей. В результате осталось три действующих предприятия: «Нижнекамскнефтехим» (68% от объема российских мощностей), «ПиДжи Проф» (19% ), «Газпромнефтехим Салават» (13%). Заметим, что оценка «Маркет Репорт» еще в 2010 году давала более емкий показатель производства ПС - 282 Кт.

После 2009 года произошел скачкообразный рост рынка (сразу на 24%, до 457 Кт ПС), и с тех пор он продолжает понемногу расти. Но рынок России даже при своем динамичном развитии очень сильно пострадал от кризиса 2009 года, и лишь в 2011 году вышел на уровень 5-летней давности - а производство ПС не вышло на максимум-2007 до сих пор. Внутреннее производство в значительной мере справляется со спросом на обычный (ПСС) и ударопрочный (УПС) полистирол (а это 70 - 75% рынка), и даже экспортирует его в значительных количествах. Сильно импортозависима Россия пока только по АБС (вскоре и здесь будет доминировать местный продукт). Впрочем, рынок АБС-пластиков не является сколь-нибудь доминирующим - по оценкам «Кортес» на него приходится только 6%.

Диаграмма 1

Импорт: все еще значителен и растет

Поскольку потребление приближается к 300 Кт (288 Кт в 2011 году), остается актуальным импорт. Ожидается, что в дальнейшем импорт по обоим типам ПС будет снижаться по мере разрастания НКНХ и других гигантов ПС-производства. Но пока импорт растет уже почти 10 лет, испытав лишь некоторое падение в 2009 году. Импорт 2012 года до мая был слабее, чем в 2011 году, но затем активизировался выше прошлогодних объемов - что особенно заметно по августу и июню. Рост шел в сегменте ПСС - например, за 1 - 6.2012 года импортировано 25,912 тонн ПСС/М, что на 29% превышает поставки 1 - 6.2011 года. По итогам мая 2012 года достигнут исторический максимум в импорте ПСС/М (6 Кт), а в июне 2012 года импорт ПСС/М вырос еще на 11% (до 6,7 Кт). Для УПС, наоборот, импорт за 1 - 6.12 был заметно ниже, чем 1-6.11.

Активность импортеров растет летом, - в этом году максимум достигнут в июне-июле. Традиционно высокой долей отличается BASF - его Styrolution в этом году, очевидно, займет почти половину всех импортных поставок УПС и ПСС. Прошлый год для BASF также был отмечен прорывом: поставки ПС общего назначения компании BASF/Styrolution тогда увеличились сразу на 82% (до 20 Кт) и доля компании в импорте ПСС/М выросла почти вдвое - с 28% в 2010 году до 50% в 2011-м. Сейчас Styrolution обеспечивает почти 60% импорта ПСС и до 30% УПС. Второй крупнейший поставщик - итальянская Polimeri - не имеет равных в объемах поставок УПС, давая почти 40% его импорта. В числе крупных европейских поставщиков также - наш «Стирол» (в отличие от остальных, наиболее активно импортировал зимой) и западноевропейский Total.

Все заметнее азиатский импорт. Согласно ИАЦ «Кортес» уже в 2011 году объемы азиатского импорта наконец сравнялись с европейскими. Правда, азиатский прорыв касается скорее рынка АБС, тогда как азиатский УПС и ПСО составляет лишь четверть импорта. Основными поставщиками из Азии традиционно были южнокорейцы, но с прошлого года резкий подъем показала тайваньская Taita, поставки ПСС/М от которой в 2011 году выросли сразу в 5 раз, до 4,5 Кт. При этом каждый импортер имел свои подъемы и спады (коррелирующие с колебаниями цен и региональными особенностями рынков). Не так уж и много крупных поставщиков с ровной помесячной динамикой - даже Styrolution и Polimeri отмечаются резкими перепадами поставок. Третий и четвертый поставщики, тайваньская Taita и украинский «Стирол», почти треть импорта до осени реализовали в июне-июле. Южнокорейская Dongbu в июне реализовала почти 40% «доосеннего» (за период 1-8.2012) импорта, хотя вплоть до апреля о ней было почти не слышно. Очень неравномерной активностью отличаются Styron, Kumho, Samsung Cheil.

Диаграмма 2

С рынком растут и цены. Последние годы они росли из-за наращивания спроса, особенно на пенно ПС (с 2009 г. спрос вырос втрое, производство - в 2,5 раза, а также из-за «плановых остановок» на НКНХ и «Салавате». В 2012 году цена УПС и ПСС достигла пика в июне, впоследствии стабилизировавшись на уровне соответственно 69+-3 тысяч рублей за тонну и 67+-3 тысяч Рублей за тонну. Рост цен привел к росту интереса к закупкам дорогого ПС из Европы, где цены как раз упали (на 90 евро за тонну, т. е. примерно на 4 тысячи рублей за тонну). Это, кстати, и привело к рекордному росту импорта в июне-августе.

Еще меньше закономерностей в импорте АБС, более 2/3 которого - из Южной Кореи. Ежегодно импортируется порядка 35 Кт (свыше 2/3 потребления). Показатели ведущих компаний от месяца к месяцу могут существенно различаться. Это характерно даже для «держателя» трети рынка - лидера поставок Samsung. Компания Kumho чередует помесячные показатели между двумя уровнями - 0,25 и 0,55 Кт. Styron получил провалы в поставках января и апреля. Сравнительно стабильными показателями выделяются лишь крупнейшие поставщики Styrolution и LG, а также сравнительно маломощный в РФ A. Sсhulman. Остальные компании и вовсе отличаются эпизодическими всплесками импорта, хотя некоторые из них имеют заметную долю (например, IRPC или Chi Mei).

Производители сырья: сейчас их четверо

Количество продуцентов выражается считалкой «4+1-1». Традиционно было 4 продуцента УПС и ПСС плюс один продуцент АБС. Однако омский «Полистирол» (а это было влиятельное предприятие) закрылся. Российское производство АБС-пластиков на узловском «Пластике» почти вышло на докризисный уровень (к 2012 году приблизилось к 16 Кт). Пока доля отечественного АБС меньше трети, но с осени запускается новый завод АБС на «Нижнекамскнефтехиме» мощностью 60 Кт. То есть вскоре на импортозависимом рынке АБС грядет революция.

Из нескольких предприятий, специализирующихся на производстве сырья УПС и ПСС, наиболее важным выступает «Нижнекамскнефтехим» (НКНХ). Помимо того, что он обеспечивает свыше 2/3 производства УПС и ПСО (УПС/М и ПСС/М), он еще и постоянно его модернизирует - в соответствии с программой развития полимерной индустрии в Татарстане. НКНХ выступает главным российским экспортером ПС - на внешние рынки идет до 25% производимого полистирола. Сейчас здесь производится 160 -190 Кт ПС в год (согласно «Маркет Репорт в 2010 году - 184 Кт; согласно «Кортес» в 2011 году - 68% от 256 Кт). Кроме того, НКНХ выходит на новое для себя поле - АБС-производство на треть расширит суммарные мощности, и предполагает полное импортозамещение в сегменте.

Диаграмма 2

Заметное влияние имеет ООО «ПиДжиПроф» (ранее ООО «СТАЙРОВИТ СПб»), которое успешно работает на полимерном рынке с декабря 2003 года. Основная деятельность - продажа полистирола общего назначения под маркой «СТАЙРОВИТ», продажа вспенивающегося полистирола «ПЕНОПОР». Компания занимает одно из ведущих мест в России по продажам полимерного сырья. С 2004 года налажен экспорт в ЕС (Финляндия, Германия, Италия, Словакия, Польша) и Турцию. Крупные планы имеют и другие предприятия. В числе интересных проектов - открытие инновационного центра развития ПС-пластиков на базе предприятий «Сибур-Химпром» и «Пластик».

Операторы рынков ПС-листов, сырья и изделий

Всего на рынке работает 250 - 300 операторов. Ведущая роль в потреблении ПС принадлежит столичным регионам, причем свыше четверти операторов базируются и ведут бизнес в самой Москве. Весьма значительна доля регионов-продуцентов (Татарстан, Башкирия, Нижегородская), а также больших и некоторых сибирских регионов (Приморский, Иркутский) и некоторых развитых центральных регионов. Однако многие регионы центральной и южной России, ряд сибирских и северных краев не испытывают больших потребностей в монолитных ПС-листах и изделиях, хотя во многих из них очень популярен пено-ПС.

Портрет типичного представителя российских операторов рынка ПС - фирма с 5-10-летним стажем, занимающаяся помимо полистирола смежными полимерами (если она торгует сырьем) или изделиями из ПС и других полимеров. Если продуцент - то работающий на качественных импортных линиях и (часто) российском сырье. Если это дистрибьютор - то чаще всего российских и (реже) азиатских или (еще реже) европейских фирм. Заметим, что азиатским ПС торгуют чаще компании «от Урала и далее» - «Урал-Стирол», «Профит-Пласт», «Портландстрой», хотя есть и подмосковные - как тверская «Полипласт» (поставщик китайского ПС).

Диаграмма 3

Нижегородская компания «АБТ-Пласт» (здесь установлены 3 немецкие экструзионные линии) с 2004 г. занимается производством листового пластика: листа из АБС, ПС, АБС/ПК, а также ПЭНД, ПЭВД, ПП.

Компания «Поликомпозит» специализируется на разработке и крупнотоннажном производстве композиционных материалов на основе базовых полимеров, наполнителей (стекловолокно, тальк и слюда) и спецдобавок. «Поликомпозит» освоил производство более 50 композиционных материалов под ТМ «Риган» - общетехнического и инженерно-технического назначения.

«КастэрОргСинтезГрупп» - крупное российское предприятие, работающее в следующих сферах:

производство пластиковой упаковки (любой сложности);

производство пластиковых пленок для термоформовочных аппаратов (полипропилен, полистирол);

параллельно производится продажа экструзионного и термоформовочного оборудования.

Ассортимент подмосковного ООО «ДОСНева» насчитывает уже более тысячи разновидностей изделий: полистирол ударопрочный (цветной, белый), АБС, оргстекло, теплицы и даже пуленепробиваемые панели.

Среди заводов и небольших фирм встречаются и старожилы, помнящие еще позднесоветские времена. Так, основанный в 1988 году кооператив «Пластик» является сегодня уникальным производством с самым современным оборудованием для выпуска листовых полимеров (в том числе ПС-листов) и изделий из них. Завод по переработке пластмасс им. «Комсомольской правды» специализируется в производстве широкого спектра изделий из АБС и других материалов (реактопластов, фторопластов, силикона, полиамида) - фурнитура, колодки, мембраны, детали клавиатур. ООО «Гранула» - пример старожила и совместителя «производство изделий - дистрибуция сырья». ООО входит в состав группы компаний «Пластико» (на рынке полимерного сырья с 1992 года), на начальном этапе предприятие занималось производством пластмассовых изделий потребительского назначения. С 1993 года развивает также торговлю полимерным сырьем (от «Уфаоргсинез» и других заводов).

В России развита целая сеть дистрибьюторов российских же продуцентов. ООО «САНТОР» предлагает со склада в Москве ПП, ПЭ ведущих российских продуцентов, ПС общего назначения и ударопрочный производства «Нижнекамскнефтехима» и «Газпромнефтехим Салавата» (марок 525, 585, 825, 825ЕS, УПМ508, ПСМ-115 и др.). ООО «Апрель Пласт» готово поставлять листы из ударопрочного полистирола (ОСТ 6-19-510-90) производства ОАО «Салаватнефтеоргсинтез». Татарстанская «Тадхимпромснаб работает с крупнейшими российскими предприятиями («Нижнекамскнефтехим», «Таиф-НК», Уруссинский химзавод, «Синтез-Каучук»), поставляя ПС и мономеры. Компания «Дана Лист» с 2003 года - поставщик высококачественного листового пластика ведущих производителей России. Группа компаний «КМС» - единая федеральная сеть, поставляющая листовые пластики для строительства, рекламы и сельского хозяйства (ПК, оргстекло, ПВХ, полистирол, ПК-профили, алюминиевые панели).

Диаграмма 4

Отдельная группа - вторпереработчики, предлагающие довольно востребованное вторсырье - как правило, всего спектра главных полимеров. Использование вторичного сырья значительно снижает затраты на изготовление изделий посравнению с применением первичных полимеров, и это делает бизнес весьма успешным. Вторпереработчики расположены, как правило, в столичных (где избыток полимерных отходов) или нефтяных регионах. К примеру, группа компаний «Альфа-Химс» (Москва) перерабатывает отходы полимеров, в том числе и ПС. Компания «ТД Вторичные полимеры» (Волоколамск) имеет два производственных цеха с современным оборудованием для изготовления композиционных полимерных материалов более 250 тонн в месяц. ООО «Башэкопласт» - производитель ПС-листа, втор-гранул УПМ и полиэтиленов.

Отрасль опирается на ряд инновационных институтов и лабораторий как советского, так и нового поколения. Они занимаются вопросами повышения эффективности деятельности предприятий, оптимизации использования сырья; разработкой мер по эффективному использованию научно-технического потенциала.Это ОАО «Татнефтехиминвест-холдинг», Новосибирский институт катализа, Институт нефтехимического синтеза им. Топчиева, ВНИИ по переработке нефти, Институт химической физики, КГТУ. Эти предприятия имеют связи и с зарубежными центрами - например STC BASF, Ferrara Un., STC Basell.

Тенденции рынка: мнение специалистов и факты

Оптимистичный настрой участников рынка хорошо отразился в выступлениях на последней московской конференции «ПС и АБС-пластики 2012». Несмотря на некоторый перекос в сторону строительного рынка, потребление демонстрирует положительную динамику, появляются новые производства. Из выступлений участников конференции заметны несколько негативов в отношении развития продаж и производства ПС. Это некоторая потеря интереса к АБС у автопроизводителей и к ПС у упаковщиков: в обоих случаях более предпочтительным становится полипропилен. Еще одна неприятность - рост цен, который может принимать скачкообразный характер. И все это на фоне обострившегося избытка производственных мощностей, т. е. китайско-азиатский импорт будет наращивать давление.[3]

Производство полистирола в мире

Полистирол входит в число продуктов полимерной отрасли, пользующихся стабильно растущим спросом на мировом рынке. В частности, мировая потребность в полистироле различных типов за последние 5 лет увеличилась на 6,8% по сравнению с началом 2002 г. и составила 15,7 млн тонн. Этот продукт общего назначения - довольно хрупкий прозрачный полимер различных марок и спецификаций, различающихся по молекулярной массе. Ударопрочный полистирол обычно содержит 5-8% эластомера, что повышает его устойчивость к внешним воздействиям. В данной статье рассматривается текущее состояние мирового рынка полистирола.

Мощности по производству полистирола в мире оценивают в 10 -11 миллионов тонн (по оценкам Styron, 10,6 Кт к 2012 году), что ставит его на четвертую позицию (7 - 8% рынка) в рейтинге наиболее тоннажных полимеров. Существует до десяти коммерчески востребованных разновидностей полимеров стирола различного химического и физического (пено-ПС) составов. Из невспененных полистиролов наиболее важными продуктами остаются ПС общего назначения (ПСС, GPPS), ударопрочный ПС (УПС, УПМ, HIPS), акрил-бутадиен-стирол (АБС). Сейчас быстро развиваются и сферы потребления других видов ПС - это стирол-акрилонитрил (САН), стиролбутадиены и другие сополимеры стирола.

Диаграмма 5

Полистирол в Центральной и Восточной Европе

Структура потребления в стане наших соседей по западной границе весьма неравномерна. Особо активно ПС потребляет Польша - почти столько же, сколько остальные страны без экс-Югославии. Сравнительно высокий уровень потребления в Чехии можно объяснить развитым машино- и приборостроением, тогда как остальные страны используют его преимущественно в упаковочной и строительной отраслях. Особенно сильны позиции потребителей-упаковщиков - на долю ПС-упаковки приходится до 60% восточноевропейского потребления.

Богатые граждане Чехии и Венгрии в своих запросах значительно опережают бедные страны - Болгарию, Румынию, а также попавших в сильный кризис прибалтов. Сравнительно небольшой уровень потребления у поляков можно отнести не столько к материальным трудностям, сколько к высокой плотности населения. Из стран СНГ наиболее развито потребление в России, которую, кстати, даже европейцы вынуждены теперь относить к странам с довольно большими доходами. Основным же средним центральноевропейским показателем можно считать 2 килограмма на душу. В Украине этот показатель меньше - она вместе с Румынией замыкает рейтинг душевого потребления невспененного ПС. Заметим, что Украина считается самой бедной, что связано скорее со сравнительно большими теневыми доходами наших граждан.

Диаграмма 6

В Польше кризис принес 10%-ое сокращение рынка, но в 2010 - 2012 годах рынок стабилизировался. Еще сильнее - на 20% - «ужался» рынок в Чехии, причем стагнация тут началась уже до 2009 году; правда, сейчас здесь отмечают некоторый рост. В Венгрии падение рынка ПС в кризис достигло 25% (а сама Венгрия была очень близка к банкротству из-за огромного внешнего долга), и пока особо оптимистичных новостей не поступает. Примерно такое же падение произошло в Болгарии, где позиции рынка ПС оцениваются как слабые. В Румынии в кризис почему-то продолжался рост в 10 - 15%, и только в 2010 году стали отмечать сужение рынка. Не было падения рынка в Словакии (в кризис был даже ежегодный рост) и Прибалтике.

Местные производства стран экс-соцлагеря быстро устаревают, а их суммарная мощность не выходит за пределы 250 Кт. Поэтому они давно не покрывают растущих потребностей, что стало особенно заметным еще до кризиса. Это дает шанс российским и украинскому продуцентам расширить тут свое влияние - о чем уже заявил российский НКНХ. Тем не менее основной импорт в эти страны идет от главных евроамериканских поставщиков - в особенности сильны позиции BASF, Dow и Total. Основным поставщиком ПС в Восточную Европу выступают самые мощные компании ЕС и США. Доля производств новых стран ЕС (а это устаревающие предприятия еще с советских строек) невелика, - даже в предположении, что весь ПС от Polimeri производится в Венгрии (а не Италии). Не слишком значителен пока и процент российских и украинского предприятий, даже в сумме недобирающих 8% рынка. Заметим, что вскоре ситуация с российскими поставками может измениться, поскольку на рынок экс-соцлагеря всерьез настроился НКНХ.

Синтез полистирола

Каталитическое дегидрирование этилбензола - является основным методом получения стирола. Реакция выглядит следующим образом бензол алкилируется (алкилированием процесс замещения водорода гидроксильной, карбоксильной или аминогруппы на алкильную группу.) этиленом в присутствии Катализатора (хлористого алюминия или фосфорной кислоты). Стирол можно получить еще одним способом: выделяя его из смеси ксилолов (легкая фракция пиролиза нефти). Способ более требовательный к эффективности производственных мощностей, так как компоненты смеси разделяются при разной температуре, но разница кипения составляет всего 4 градуса °С. Катализаторами реакции чаще всего становятся окислы металлов (железо, цинк, медь). Процесс протекает в присутствии водяного пара, понижающего парциальное давление реагентов примерно до 0,01 МПа. В результате уменьшения давления равновесие обратимой реакции дегидрирования сдвигается в сторону образования стирола, поскольку она сопровождается увеличением объема реакционной смеси. Помимо влияния на давление пар приводит к уменьшению количества побочных реакций и улучшает дегидрирование. Непрерывная циркуляция водяного пара и его взаимодействие с коксом катализатора нивелирует необходимость его постоянной регенерации и обеспечивает непрерывность процесс дегидрирования.

Для реакции дегидрирования этилбензола применяются контактные четырехшахтные аппараты изготовленные из стали и покрытые огнеупорными заглушками. Как правило, топки в таких аппаратах нет. Обычный атмосферный воздух направляется для последующего нагревания до 710°С в газотурбинную печь. Этилбензол нагревается в испарителе. Далее эти пары доводятся до температуры 520°С и подаются в основание контактного аппарата, где смешиваются с разогретыми парами воды. Смесь поднимается вверх по испарителю и проходит через катализаторную решетку из хромоникелевой стали (chromium-nickel steel, специальная сталь с различным содержанием хрома, никеля и молибдена.)

Продукты химической реакции с температурой 565°С затем охлаждаются в теплообменниках. При охлаждении выделяются смолы - побочные продукты реакции дегидрирования этилбензола при синтезе полистирола. Охлажденная смесь разделяется на газы и углеводороды и отстаивается. Затем полученный стирол 40% от смеси отправляется на ректификацию, вода 60% направляется в холодильник для смешение и охлаждение процесса. Самым сложным процессом в производстве стирола является очистка сырого дегидрогенизата. Сложность процесса заключается в том, что температура кипения этилбензола равна 136°С и практически аналогична температуре кипения стирола. Причем при небольшом перегреве включается реакция быстрой полимеризации. Для проведения реакции применяется вакуумная перегонка с контролем температуры в специальных колонках с добавлением ингибиторов гидрохинона.[5]

Промышленное производство полистирола основано на радикальной полимеризации стирола. Различают 3 основных способа его получения:

Эмульсионный (ПСЭ)

Наиболее устаревший метод получения, не получивший широкого применения в производстве. Эмульсионный полистирол получают в результате реакцииполимеризации стирола в водном растворе щелочных веществ при температуре 85-95 °C. Для этого метода требуются: стирол, вода, эмульгатор и инициатор полимеризации. Стирол предварительно очищают от ингибиторов: требутил-пирокатехина или гидрохинона. В качестве инициаторов реакции применяют водорастворимые соединения, двуокись водорода или персульфат калия. В качестве эмульгаторов применяют соли жирных кислот, щелочи (мыло), соли сульфокислот. Реактор наполняют водным раствором касторового масла и тщательного перемешивая вводят стирол и инициаторы полимеризации, после чего полученная смесь нагревается до 85-95 °C. Мономер, растворённый в мицеллах мыла, начинает полимеризоваться, поступая из капель эмульсии. В результате чего образуются полимер-мономерные частицы. На стадии 20 % полимеризации мицеллярное мыло расходуется на образование адсорбированных слоёв и процесс далее протекает внутри частиц полимера. Процесс заканчивается, когда содержание свободного стирола станет менее 0,5 %. Далее эмульсия транспортируется из реактора на стадию осаждения с целью дальнейшего снижения остаточного мономера, для этого эмульсию коагулируют раствором поваренной соли и сушат, получая порошкообразную массу с размерами частиц до 0,1 мм. Остатки щелочных веществ влияют на качество полученного материала, поскольку полностью устранить посторонние примеси невозможно, а их наличие придаёт полимеру желтоватый оттенок. Данным методом можно получать полистирол с наибольшей молекулярной массой. Полистирол получаемый по данному методу имеет аббревиатуру -- ПСЭ, которая периодически встречается в технической документации и старых учебниках по полимерным материалам.[6]

Суспензионный (ПСС)

Суспензионный метод полимеризации производится по периодической схеме в реакторах с мешалкой и теплоотводящей рубашкой. Стирол подготавливают, суспендируя его в химически чистой воде посредством применения стабилизаторов эмульсии (поливинилового спирта, полиметакрилата натрия, гидроксида магния) и инициаторов полимеризации. Процесс полимеризации производится при постепенном повышении температуры (до 130 °С) под давлением. Результатом является -- получение суспензии из которой полистирол выделяют путём центрифугирования, затем его промывают и сушат. Данный метод получения полистирола также является устаревшим и наиболее пригоден для получения и сополимеров стирола. Данный метод в основном применяется в производстве пенополистирола.

Блочный или получаемый в массе (ПСМ)

Различают две схемы производства полистирола общего назначения: полной и неполной конверсии. Термическая полимеризацией в массе по непрерывной схеме представляет собой систему последовательно соединенных 2-3 колонных аппарата-реактора с мешалками. Полимеризацию проводят постадийно в среде бензола -- сначала при температуре 80-100 °С, а затем стадией 100--220 °С. Реакция прекращается при степени превращения стирола в полистирол до 80-90 % массы (при методе неполной конверсии степень полимеризации доводят до 50-60 %). Непрореагировавший стирол-мономер удаляют из расплава полистирола вакуумированием, понижая содержание остаточного стирола в полистироле до 0,01-0,05 %, непрореагировавший мономер возвращается на полимеризацию. Полистирол, полученный блочным методом отличается высокой чистотой и стабильностью параметров. Данная технология наиболее эффективна и практически не имеет отходов [2]

Свойства полистирола

Полистирольные пластики представляют собой многочисленную группу термопластичных материалов, химический состав полимерной части которых содержит мономер стирол или продукты его сополимеризации. Широко используются полистирол общего назначения (ПС), вспенивающийся полистирол, ударопрочный полистирол (УПС) и АБС-сополимеры.

Полистирол имеет большое значение среди современных видов конструкционных пластмасс. Хотя в настоящее время удельный вес полистирола в объеме производства синтетических смол и пластмасс составляет менее 6%, но области применения этого вида полимера, обусловленные широким спектром физико-механических свойств, охватывают все сферы промышленности, начиная от производства товаров народного потребления и заканчивая автомобильной промышленностью и строительством.

По физическим свойствам полистирол представляет собой термопластичный полимер линейного строения. Аморфный, бесцветный, прозрачный, хрупкий продукт. Не токсичен. Для полистирола характерны легкость переработки, склеиваемость, хорошая окрашиваемость в массе и очень хорошие диэлектрические свойства.

Таблица 1. Физические свойства полистирола.

Полистирол легко растворим в собственном мономере, ароматических углеводородах, сложных эфирах, ацетоне. Не растворяется в низших спиртах, алифатических углеводородах, фенолах, простых эфирах. Полимер обладает низким влагопоглощением, устойчив к радиоактивному излучению, к кислотам и щелочам, однако разрушается под действием концентрированной азотной кислоты и ледяной уксусной. На воздухе при УФ облучении полистирол подвергается старению: появляются желтизна и микротрещины, происходит помутнение, увеличивается хрупкость. Термодеструкция начинается при 200 °С и сопровождается выделением мономера. Недостатки полистирола - его хрупкость и низкая теплостойкость. Невелико сопротивление ударным нагрузкам. При температурах выше 60°С снижается формоустойчивость.

Для получения материалов, обладающих более высокой теплостойкостью и ударной прочностью, чем полистирол, используют его смеси с другими полимерами и сополимеры стирола. Наибольшее промышленное значение имеют блок- и привитые сополимеры, а также статистические сополимеры стирола с акрилонитрилом, акрилатами и метакрилатами, б-метилстиролом и малеиновым ангидридом.

ПС обладает средней газопроницаемостью (выше, чем у ПП, но ниже, чем у ПЭНП), но высокой паропроницаемостью. Паропропускание быстро понижается при отрицательных температурах, что позволяет использовать ПС для упаковки продуктов при низких температурах.

ПС имеет отличные электрофизические свойства - низкие диэлектрические потери, высокую электрическую прочность, высокое объемное сопротивление. Химически он стоек к сильным кислотам и щелочам, нерастворим в углеводородах алифатического ряда и слабых спиртах; растворим в ароматических углеводородах, высших спиртах, сложных эфирах и хлорированных углеводородах. Из ориентированной ПС пленки можно получать термоформованием очень сложные изделия.

Основные группы полистирольных пластиков / Styrene polymers

По химическому строению полистирольные пластики делятся на четыре основные группы:

· гомополистирол (или полистирол общего назначения - ПСМ, ПСС), вспенивающийся полистирол (ПСВ, ПСВ-С);

· статистические сополимеры стирола, например, двойные сополимеры стирола с метилметакрилатом (МС), акрилонитрилом (САН) и др., тройной сополимер - стирол-метилметакрилат-акрилонитрил (МСН);

· привитые сополимеры стирола, к которым относятся ударопрочный полистирол, АБС-сополимеры, сополимер МСП;

· полимерные композиты (полимер - полимерные смеси), например, АБС-ПВХ, АБС-ПК, ударопрочный полистирол - полифениленоксид, стеклонаполненные АБС и САН, трудногорючие марки ударопрочного полистирола и АБС.[7]

Применение полистирола

Основные методы переработки: экструзия, литьё под давлением. Диапазон температур переработки лежит в пределах 190-240°С. Из полистиролов производят широчайшую гамму изделий, которые в первую очередь применяются в бытовой сфере деятельности человека (одноразовая посуда, упаковка, детские игрушки и т. д.), а также строительной индустрии (теплоизоляционные плиты, несъемная опалубка, сандвич панели), облицовочные и декоративные материалы (потолочный багет, потолочная декоративная плитка, полистирольные звукопоглощающие элементы, клеевые основы, полимерные концентраты), медицинское направление (части систем переливания крови, чашки Петри, вспомогательные одноразовые инструменты). Вспенивающийся полистирол после высокотемпературной температурной обработки водой или паром может использоваться в качестве фильтрующего материала (фильтрующей насадки) в колонных фильтрах при водоподготовке и очистке сточных вод. Высокие электротехнические показатели полистирола в области сверхвысоких частот позволяют применять его в производстве: диэлектрических антенн, опор коаксиальных кабелей. Могут быть получены тонкие пленки (до 100 мкм), а в смеси с со-полимерами (стирол-бутадиен-стирол) до 20 мкм, которые также успешно применяются в упаковочной и кондитерской индустрии, а также производстве конденсаторов. Ударопрочный полистирол и его модификации получили широкое применение в сфере бытовой техники и электроники (корпусные элементы бытовых приборов).[8]

полимер полистирол рынок сырье

Список литературы

Введение [Электронный ресурс] // Мир упаковки: сайт. URL: http://favoritpack.ru/novosti/Page-2.html (Дата обращения 7.12.2014)

Введение[Электронный ресурс] // Википедия. Свободная энциклопедия : сайт. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%BB (Дата обращения 7.12.2014)

Производство полистирола в России[Электронный ресурс] // ЛКМ ПОРТАЛ: сайт. URL: http://www.lkmportal.com/articles/rynok-polistirola-v-rossii-neprekrashchayushchiysya-rost-i-kurs-na-samoobespechenie

(Дата обращения 7.12.2014)

Производство полистирола в Мире[Электронный ресурс] // ЛКМ ПОРТАЛ: сайт. URL:http://www.lkmportal.com/articles/na-mirovom-rynke-polistirola-i-abs (Дата обращения 7.12.2014)

Синтез полистирола НПП[Электронный ресурс] // Симплекс : сайт. URL:

http://www.simplexnn.ru/?id=10112 (Дата обращения 7.12.2014)

Синтез полистирола[Электронный ресурс] // HIMhelp химический сервер : сайт.URL: http://himhelp.ru/section30/section124/637.html (Дата обращения 7.12.2014)

Применение полистирола [Электронный ресурс] // Академик: сайт. URL:

http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/141754 (Дата обращения 7.12.2014)

Размещено на Allbest.ru