Polimerizare Stirenului în Suspensie

Partea I. REFERAT DELITERTURĂ

I.1.Generalităţi.Scurt istoric [1],[2],[3]

Numele polistiren desemnează o familie de materiale plastice derivate din monomerul stiren. Fiecare membru al familiei este adaptat pentru a evidenţia unele proprietăţi sau proprietăţi importante pentru o aplicaţie specifică. Deşi există limite în ceea ce priveşte modificările, s-au obţinut variaţii considerabile în rezistenţă, rezistenţă la căldură, rezistenţă la solvent, stabilitatea la lumină şi prelu-crare.În general îmbunătăţirea unei proprietăţi este în detrimentul altora. Deci există o căutare continuă pentru a găsi echilibrul proprietăţilor ce vor fi satisfăcătoare pentru orice aplicaţie.

Polimerii stirenici au fost descoperiţi în laborator acum 100 de ani, ei sunt materiale relativ vechi.

Polistirenul este unul dintre primii polimeri sintetici obţinuţi la scară industrială. Cunoscut încă din 1845 polistirenul a început să fie produs în anul 1930, dar materialele plastice polistirenice au căpătat o dezvoltare deosebită după cel de-al doilea război mondial.

În 1786 William Nicholson scria "dicţionarul chimiei practice şi teoretice" în care menţioneaza că un chimist pe nume Neuman a obţinut prin distilarea storaxului (un balsam provenit din arborele Liquambar orientalis) un ulei aromat. În 1839 E. Simon efectuează independent aceeaşi experienţă obţinând acelaşi ulei pe care-l numeşte sterol. Prin încălzirea acestui ulei Simon a obţinut un produs solid pe care l-a numit sterol oxid. Din acest moment cercetările pentru obţinerea stirolului (azi stiren) şi a polistirenului s-au extins.

În 1845 M. Glenard şi R. Boudault au obţinut stiren prin distilarea unei răşini obţinute din fructele unui palmier malaiezian. Chimiştii Wilhelm von Hoffmann şi John Blyth referindu-se la natura adevărată a produsului solid observat de Simon,au descris în 1845 experienţele lor efectuate prin încălzirea

stirenului la 200 o C timp de 90 de minute,obţinând un produs solid numit „metastiren”,arătând totodată caracterul exotermic al reacţiei de polimerizare a stirenului.Analiza a arătat că mai tărziu a fost chimic identic cu „oxid de stiren”.

În 1869 Berthelot obţine stirenul prin dehidrogenarea etilbenzenului, procedeu care stă şi astăzi la baza fabricării industriale a stirenului.

Primul brevet de aplicare a polistirenului ca material plastic a fost înregistrat în anul 1900 de Dr. Abraham Kronstein din Karlsruhe.

În anul 1911, chimistul englez Mathews descrie procedeul termic şi catalitic de polimerizare a stirenului, cu obţinerea de substanţe care pot fi folosite pentru producerea de articole altădată obţinute din lemn, sticlă, cauciuc sau celuloid, recunoscând totodată însuşirile sale ca izolant electric.

Au fost necesare numeroase cercetări pentru punerea la punct a fabricării şi stocării lui fără polimerizare.În problema eliminării polimerizării premature, a stirenului în timpul depozitării, au fost înregistrate anumite rezultate, în urma lucrărilor chimiştilor francezi Moureau şi Durafise. În anul 1922 lucrând în domeniul reacţiilor autocatalitice şi al inhibării lor,au găsit numeroase substanţe,în deosebi amine aromatice şi fenoli,care întărzie polimerizarea stirenului. Încă din anul 1920 s-au pus la punct metode pentru producerea pe scară industrială a stirenului. Polistirenul se produce pe scară largă abia în anul 1930.Polistirenul obţinut a avut însuşiri mecanice încă slabe,a fost casant şi s-a îngelbenit cu timpul,din cauza impurităţilor conţinute de stiren şi a tehnicii de polimerizare aflate abia la început.

Producerea industrială a polistirenului este legată practic de fabricarea cauciucului sintetic butadien - stirenic, o dată cu care se rezolvă obţinerea la scară mare a stirenului. Datorită proprietăţilor sale remarcabile: transparenţă, stabilitate chimică ridicată, absorbţie aproape nulă de apă, proprietăţi dielectrice excelente, polistirenul se afirmă ca un produs de bază în ierarhia materialelor plastice.

Polistirenul la ora actuală se poate obţine prin toate metodele cunoscute: polimerizare în bloc, soluţie, suspensie şi emulsie, polimerizarea în bloc şi în suspensie fiind utilizate pentru obţinerea homopolistirenului, în timp ce polimerizarea în soluţie şi în emulsie, pentru obţinerea copolimerilor.În afara homopolistirenului, pentru îmbunătăţirea proprietăţilor acestuia se fabrică: copolimeri ai stirenului cu acrilonitrilul sau alţi comonomeri, polistiren rezistent la şoc ( prin compoundare cu cauciucuri sau prin plastifiere), polistiren expandat, copolimer ABS, polistiren armat cu fibre de sticlă, etc.

Din totalul de stiren produs, aproape 50% este folosit pentru a produce polistiren, 20% pentru elastomeri, răşini poliesterice, 15% este utilizat la obţinerea de copolimeri ABS şi SAN, 10% pentru polistirenul expandat precum şi într-o multitudine de copolimeri şi materiale de specialitate.

Tabel 1. Producţia anuală de stiren (în kt) [4]

1998 2002 2006

Vestul Europei 3490 4025 4280

Estul Europei 1295 1200 1230

America de Nord 4980 5910 6365

America Latină 370 430 560

Africa/Vestul Asiei 385 425 485

Japonia 1710 2290 2970

China 100 270 635

Australia 770 1810 2175

Total 13100 16420 18700

Lărgirea producţiei de polistiren a dus la noi sortimente rezistente la şoc şi de largă folosinţă pentru fabricarea diferitelor produse industriale şi de uz casnic. Producerea de polistiren expandat - cu proprietăţi deosebite ca material de izolare termică şi acustică, are utilizări în componenţa betoanelor uşoare şi ca material pentru ambalarea produselor fragile şi fine. Toate aceste utilizări au făcut ca în prezent polistirenul să ocupe locul al treilea în domeniul producţiei mondiale de materiale plastice ( după policlorura de vinil şi polietilenă).

Se observă impactul pe care l-a avut polistirenul în întreaga lume. Întreruperea producţiei din cauza schimbărilor fluxurilor de producţie, a întreţinerilor instalaţiilor, a defalcărilor, pot reduce producţia efectivă anuală a fabricilor cu până la 10%.

Creşterea cererii de polistiren variază foarte mult de la o regiune la alta. Printre factorii care afectează cererea se numară climatul economic, reglementările guvernamentale, preţul şi performanţele polistirenului în comparaţie cu alte tipuri de polimeri, reciclare, consideraţii de mediu şi potenţialul de dezvoltare pentru noile aplicaţii.

Tabelul 2. Consumul de polistiren până în anul 2000 [4]

Consum pe cap de locuitor (kg)

1995 1998 2000

Europa de Vest 4.87 5.43 5.78

Europa de Est 0.62 0.59 0.6

America de Nord şi Mexic 6.62 7.37 7.79

America Latină 0.97 1.04 1.11

Africa/Asia de Vest 0.25 0.35 0.37

Japonia 7.92 7.22 7.87

Australia 0.77 0.86 0.94

I.2.Aplicaţii [1],[5],[6],[7]

În viaţa de toate zilele ne folosim foarte des de obiectele făcute din mase plastice, de la farfurii şi pahare de unică folosinţă, la vase de bucătarie, aparate electrocasnice şi până la obiecte de îmbrăcăminte şi încălţăminte.