Технология получения вспенивающегося полистирола – достаточно современное изобретение. Данная технология революционным образом снизила барьеры входа на рынок изолирующих материалов, сделав данное производство дешевым и доступным.
Каждая гранула состоит из равномерно распределенных микроскопических плотных клеток заполненных воздухом. В результате чего образуется равномерновспененная масса с очень тонкой замкнуто-ячеестой структурой. 1 м3 такого материала на 98% заполнен воздухом, заключенным в 3-6 миллиардах закрытых ячеек. Благодаря внутренней структуре обладает очень низкой теплопроводностью, близкой к теплопроводности неподвижного воздуха (коэффициент теплопроводности воздуха около 0,00006 кал/см. сек. град., т.е. через каждый квадратный сантиметр при разности температур 1 0С и при толщине 1 см. передается 0,00006 калорий в течение 1 секунды). Таким образом, полистирол представляет собой застывшую при охлаждении жесткую вспененную полистирольную массу с замкнутыми ячейками, заполненными воздухом и является экологически безопасным материалом.
Две технологии производства – полимеризация в массе и суспензионная полимеризация
При производстве вспенивающегося полистирола основными являются способы суспензионной полимеризации и полимеризации в массе. Наиболее современным и эффективным является второй способ получения вспенивающегося полистирола. Несмотря на то, что полимеризация в массе является более экономичным способом производства, качество конечной продукции очень сильно отличается. Вспенивающий полистирол, произведенный методом полимеризации в массе, позволяет изготавливать более качественную и сложную продукцию.
Полимеризация в массе
Метод производства полистиролов полимеризацией в массе с неполной конверсией мономеров является в настоящее время одним из наиболее распространенных в силу высоких технико-экономических показателей. В отечественной промышленности метод полимеризации в массе был выбран в качестве преимущественного в 70-х годах, и в настоящее время по этому методу выпускается около 50% продукции. Этот метод имеет оптимальную схему технологического процесса. Процесс осуществляется по непрерывной схеме в системе последовательно соединенных 2-3 аппаратов с мешалками; заключительную стадию процесса часто проводят в аппарате колонного типа. Начальная температура реакции 80-100°С, конечная 200-220 °С. Полимеризацию прерывают при степени превращения стирола 80-90%. Непрореагировавший мономер удаляют из расплава полистирола под вакуумом, а затем с водяным паром до содержания стирола в полимере 0,01-0,05%. В полистирол вводят стабилизаторы, красители, антипирены и другие добавки и гранулируют. Блочный полистирол отличается высокой чистотой. Эта технология наиболее экономична (в ней отсутствуют операции промывки, обезвоживания и сушки мелкодисперсных продуктов) и практически безотходна (непрореагировавший стирол возвращается на полимеризацию). Проведение процесса до неполной конверсии мономера (80-90%) позволяет использовать высокие скорости полимеризации, контролировать температурные параметры, обеспечивать допустимые вязкости полимеризуемой среды. При проведении процесса до более глубоких степеней превращения мономера, затрудняется отвод тепла от высоковязкой реакционной массы, делая невозможным полимеризацию в изотермическом режиме. Эта особенность процесса полимеризации в массе привела к тому, что все большее внимание уделяется другим способам производства, и, в первую очередь, суспензионному методу.
Суспензионная полимеризация
Полимеризация в суспензии – конкурирующий технологический процесс, который развивается параллельно с полимеризацией в массе, основан на малой растворимости виниловых мономеров в воде и на нейтральности последней в реакциях радикальной полимеризации. Процесс используется для получения продукта специальных марок, главным образом, пенополистирола. Суспензионный метод производства – полунепрерывный процесс – характеризуется наличием дополнительных технологических стадий (создание реакционной системы, выделение полученного полимера) и периодическим использованием оборудования на стадии полимеризации. Процесс проводится в реакторах объемом 10-50 м3, снабженных мешалкой и рубашкой. Стирол суспендируют в деминерализованной воде, используя стабилизаторы эмульсии; инициатор полимеризации (органические пероксиды) растворяют в каплях мономера, где и происходит полимеризация. В результате образуются крупные гранулы в суспезии полимера в воде. Полимеризацию ведут при постепенном повышении температуры от 40 до 130°С под давлением в течение 8-14 часов. Из полученной суспензии полимер выделяют центрифугированием, после чего его промывают и сушат. Закономерности суспензионной полимеризации близки к закономерностям полимеризации в массе мономера, но существенно облегчены теплоотвод и перемешивание компонентов системы.
