Полистирол и ударопрочный полистирол (стр. 1 из 3)
1.Характеристика исходного вещества
Полистирол и ударопрочный полистирол получают полимеризацией стирола в массе.
Стирол(винилбензол, фенилэтилен),
- бесцветная жидкость со своеобразным запахом.Некоторые физические свойства:
Стирол смешивается с большинством органических растворителей, с низшими спиртами, ацетоном, эфиром, сероуглеродом; в многоатомных спиртах растворим ограниченно. В смеси с воздухом в объемных концентрациях 1,1 – 6,1% образует взрывоопасные смеси. Стирол легко полимеризуется и сополимеризуется с большинством мономеров по радикальному и по ионному механизмам. В промышленности стирол получают несколькими способами:
1. Дегидрированием этилбензола в присутствии окисных катализаторов следующего
состава: (
-18,4 %; MgO-72,0 %; 2 
-4,6 %) 
2. В присутствии п- дивинилбензола при полимеризации стирола происходит сшивание
линейных макромолекул ПС, в результате чего получается неплавкий и нерастворимый продукт сетчатого строения, который не поддаѐтся переработке. Нежелательной примесью является этилбензол, который при выделении из ПС вызывает его растрескивание и потускнени
3.Из бензола и этилена жидкофазным методом в присутствии AlCl3 в качестве катализатора.
4.Реакция алкилирования протекает не только с образованием моноалкилбензола, но и
полиалкилбензолов. Очистку сырого этилбензола производят ректификацией, особенно
важно из него удалить п- дивинилбензол.
Описание полистирола
Полистирол – термопластичный полимер преимущественно линейного строения с формулой[-СН2-С(С6Н5)Н-]n и структурной формулой:
Полистирол – прозрачное стеклообразное вещество, молекулярная масса 30-500 тыс., плотность 1,06 г/см3 (20 °С), температура стеклования 93°С.
Для полистирола характерно коптящее пламя с цветочным сладковатым запахом (Этот запах корицы обычно можно обнаружить, уколов исследуемый предмет раскаленной иглой). Если к тому же предмет падает на пол с металлическим звоном то, скорее всего полистирол.
Полистирол – дешёвый крупнотоннажный термопласт; характеризуется высокой твёрдостью, хорошими диэлектрическими свойствами, влагостойкостью, легко окрашивается и формуется, химически стоек, растворяется в ароматически и хлорированных алифатических углеводородах. Лучшими эксплуатационными свойствами обладают различные сополимеры стирола.
Получение полистирола
В присутствии п- дивинилбензола при полимеризации стирола происходит сшивание
линейных макромолекул ПС, в результате чего получается неплавкий и нерастворимый
продукт сетчатого строения, который не поддаѐтся переработке. Нежелательной примесью
является этилбензол, который при выделении из ПС вызывает его растрескивание и
потускнение.
Затем активные частицы активируют следующие молекулы стирола II соединяются с ними, образуя цепь (следующая стадия):
Рост цепи прекращается, если соединяются две растущие цепи или если к растущей цепи присоединяется другой остаток, например фрагмент катализатора. Эта стадия называется обрывом цепи:
Упрощенная формула полистирола имеет вид:
2.Основные реакции синтеза
Синтез ВМС осуществляют путем реакций полимеризации и поликонденсации. Различие этих процессов заключается в том, каким образом происходит формирование макромолекул. Основным отличием является то, что в поликонденсации есть молекулы, которые имеют по две функциональные группы, в результате выделяется молекула воды.
1. Реакция полимеризации – рост каждой макромолекулы происходит в результате
последовательного присоединения молекул мономера к активному центру, локали-
зованному на конце растущей цепи. При этом реакционный центр регенерируется в
каждом акте роста. Применительно к непредельным мономерам процесс полимери-
зации можно выразить следующей схемой:
2. В поликонденсации рост макромолекул происходит путем химического взаимодей-
ствия исходных молекул друг с другом, с реакционноспособными группами n-
меров, накапливающихся в ходе реакции конденсации, а также молекул n-меров
между собой. В поликонденсации реакционный центр гибнет в каждом акте роста,
а развитие цепи происходит за счет реакции замещения, сопровождающейся или не
сопровождающейся отщеплением низкомолекулярных продуктов:
СИНТЕЗ ПОЛИСТИРОЛА В ПРИСУТСТВИИ ДИ-ТРЕТ.БУТИЛАМИНА И ГИДРОПЕРОКСИДА ТРЕТИЧНОГО БУТИЛА
Псевдоживая полимеризация по механизму обратимого ингибирования явля-
ется одним из наиболее значительных явлений в химии высокомолекулярных со-
единений последних десятилетий. Анализ реакционной способности
исследуемых соединений и известных литературных данных позволяет
обоснованно предположить протекание в процессе полимеризации стирола сле-
дующих реакций:
Увеличение скорости полимеризации стирола в присутствии ди-
трет.бутиламина по сравнению с процессом без добавки может быть связано с
образованием в системе алкильных радикалов.
3. Структура полимера
Первичные ламели имеют значительную поверхностную энергию, поэтому происходит их агрегация, приводящая к образованию монокресталов - более сложных надмолекулярных образований. При кристаллизации из расплава или концентрированного раствора полимера наиболее общего типа вторичного кристаллического образования является сферолит (рисунок 3), имеющий кольцевую или сферическую форму и достигающую гигантских размеров до 1см. В радикальных или сферических сферолитах каркас формируется из ленточных, кристаллических образований направленных от центра к периферии [6].
Рисунок 3 – Надмолекулярная структура полимеров:
г) сферолитная лента (изотактический полистирол)
Конфигурация макромолекулы
Конфигурация – порядок расположения химических связей, соединяющих атомы или
атомные группы в макромолекуле.
Конфигурация формируется в процессе синтеза и не может быть нарушена иным обра-
зом, как разрушение химических связей.
Конформация макромолекул
Конформация – это форма, которую приобретают макромолекулы данного конфигураци-
онного состава под действием теплового движения или физических полей.
Виды конформации :
· Конформация транс-зигзаг
· Конформация "клубок"
· Конформация "глобула"
· Конформация "спираль"
· Конформация "складка"
Полученные обычным способом поливинилхлорид, поливинилфторид и полистирол обладают гораздо меньшей степенью кристалличности и имеют более низкие температуры плавления; у этих полимеров физические свойства сильно зависят от стереохимической конфигурации. Полистирол, полученный методом свободнорадикальной полимеризации в растворе, является атактическим. Этот термин означает, что если ориентировать углеродные атомы полимерной цепи, придав ей, правильную зигзагообразную форму, то фенильные боковые группы окажутся распределенными случайным образом по одну и по другую сторону вдоль цепи (как это показано на рисунке 4). При полимеризации стирола в присутствии катализатора Циглера образуется изотактический полистирол, отличающийся от атактиче-ского полимера тем, что в его цепях все фенильные группы расположены по одну или по другую сторону цепи. Свойства атактического и изотактического полимеров различаются весьма существенно. Атактический полимер можно формовать при значительно более низких температурах, и он растворим в большинстве растворителей намного лучше изотактического. Существует много других типов стереорегулярных полимеров, один из которых назван синдиотактическим; в цепях этого полимера боковые группы расположены попеременно то по одну, то по другую сторону цепи, как это показано на рисунке 4 .
Рисунок 4 – Конфигурации атактического, изотактического и синдиотактического полистирола
4. Молекулярная масса. Молекулярно- массове распределение (ММР)
Молекулярная масса является мерой длины молекулы для полимеров
Mn=m0*Pn
m0 – масса одного составного звена
Pn – степень полимеризации
Молекулярная масса полистирола равно примерно 30-500 тыс.