Один из представителей сложных полимерных веществ. Строение каждого мономера цепочки имеет достаточно сложную структуру. На сегодняшний день производство стирола считается одним из самых непростых в данной области:

Рис. 16

Несмотря на то, что полистирол имеет цепную структуру, она далека от других полимеров:

Рис. 17

Дополнительные фрагменты, которые находятся снаружи цепочки, придают веществу уникальные характеристики. В чистом виде материал плотный, но в тоже время хрупкий. Полимер плохо переносит действие высоких температур и механических нагрузок. Он прозрачный и легко переносит действие низких температур. Благодаря своей дешевизне и простоте обработке, часто используется для защиты пищевых продуктов и любых других предметов, где нужна крепкая прозрачная упаковка. Главным преимуществом полистирола является его сочетаемость с другими полимерами. Наиболее известным сополимером полистирола являются АБС пластмассы. Именно на их основе производятся корпусы для бытовой техники, автомобильных панелей и т.д.

Каждый из нас сталкивался с пенополистиролом. Вещество представляет собой полимер, который был вспененный при помощи различных газов. Используется такой материал для упаковки хрупких предметов, в качестве строительной изоляции и т.д. На сегодняшний день пенополистирол является самой популярной теплоизоляцией в строительстве.

История полистирола

Полистирол является одним из первых полимерных материалов в мире. Его мономер стирол был открыт еще в 1839 году Эдуардом Саймоном. Открытие носило случайный характер. Ученый проводил различные эксперименты с растительными маслами. В результате работы с Liquidambar orientalis выделилось маслянистое вещество. На утро оно кристаллизировалось и превратилось в вязкую массу. Ученый решил, что катализатором реакции стали кислород и назвал полученное вещество «оксидом стирола».

Уже через шесть лет было обнаружено, что кислород не является инициатором процесса. Джон Блит и Август-Вильгельм фон Хоффман смогли получить аналогичное вещество без добавления кислорода. Они назвали его «метастиролом». И только в 1866 полученное вещество было получено в результате реакции полимеризации[1]. Однако довести процесс до осмысленного производства удалось только в тридцатых годах двадцатого века. Было доказано, что главным инициатором является температура. Именно при нагреве мономеры стирола начинают объединяться в единую цепочку.

Первым предприятием, которое стало производить полистирол в промышленных масштабах, стал немецкий завод компании I. G. Farben. Впоследствии оно было поглощено международной корпорацией BASF. Выпускался материал в виде гранул. Ученым этого концерна удалось произвести первый пенистый полистирол. Для этого в расплавленный полимер добавляли газообразные углеводороды, чаще всего пентан. Выбор пал на этот материал, поскольку при нагреве он испарялся, а в полимере оставались поры. Вещество оказалось настолько востребованным, что компания сразу же запатентовала данную технологию, которую старались держать в секрете. И только в 1959 году в Соединенных Штатах была выпущена первая полистирольная пена.

Производство полистирола

Рис. 18

Как и для любого другого полимера, производство начинается с получения отдельных звеньев для цепочки. Главным сырьем для изготовления стирола выступает бензол. Его получают путем реформинга или термической обработки (пиролизом[2]) на нефтеперерабатывающих заводах. Полученный бензол смешивают с этиленом. Процесс происходит под действием катализатора и носит название алкилирование. На выходе имеем вещество этилбензол, который и служит основой для получения стирола. Он подвергается дегидрированию, в процессе которого два атома водорода удаляются, а на их месте образовывается двойная связь атомов углерода. После этого полученный жидкий стирол подвергается полимеризации.

Вспененные варианты материала возникают путем введения газовых агентов в расплавленный полимер. После остывания смеси ее немного нагревают, что приводит к испарению газов и образованию пор внутри материала.

Корпусные (АБС) пластмассы изготавливают путем сополимеризации[3] полимера с акрилонитрилом[4] и особым видом синтетического каучука. В результате реакции соединения полимерные цепочки полистирола и акрилонитрила прикрепляются к цепочкам полибутадиенового каучука. В результате производится прочное и эластичное вещество, которое может стать отличной основой для любых целей. Условия изготовления могут быть достаточно различными, что позволяет получить широкий ассортимент пластмасс.

Полистирол в СИБУРе

Для организации производства полистирола на нефтехимическом холдинге СИБУР пришлось задействовать большое количество предприятий. Основная масса сырья поступает из Пермской области. В основном это сжиженные газы собственного производства и продукция предприятий «Лукойла». Этилен и бензол производятся путем пиролизной обработке на предприятиях «СИБУР-Химпром», «СИБУР-Кстово» и «Уралоргсинтез». Полученное сырье поступает на «СИБУР-Химпром».

В дальнейшем оба реагента поступают в специальную установку, где проходит реакция алкилирования. Производство постоянно модернизируется. Последние серьезные изменения произошли в 2010 году. На предприятии были запущены новые установки по производству этилбензола и последующего дегидрирования. В настоящий момент производственные мощности компании позволяют производить 135 тыс. тонн стирола в год.

Полученный полимер проходит процесс полимеризации на этом же предприятии. При этом получаемый полистирол изготавливается согласно стандартам и технологий норвежской компании «Sunpor Technology AS». Она является лидером в производстве утепляющих материалов для строительства. Технология заключается в том, что стирол смешивается с водой, которая позволяет контролировать процесс производства гранул. Далее в водно-полимерный раствор добавляется инициатор. В результате удается получить небольшие шарики практически идеальной формы. Главным преимуществом данной технологии является возможность регулировать размер гранул в широком диапазоне.

После завершения процесса полимеризации полученный полистирол сушится на воздухе и сортируется по размерам гранул. Фасуется готовый материал в мешки от двадцати пяти до восьмиста килограмм. На сегодняшний день компания выпускает полистирол и пенополистирол под маркой «Альфапор».

Холдинг также производит и АБС пластмассы на предприятии «Пластик» в Тульской области. Для этого на территорию завода поставляется бутадиен для производства синтетического каучука. Для предотвращения реакции полимеризации в пути сырье обрабатывается специальным ингибитором. После доставки на место бутадиен обрабатывают щелочным раствором, который отделяет его от ингибитора. Затем чистое сырье поступает в установки по производству синтетического каучука. После чего происходит процесс смешивания полибутадиенового каучука и стирол-акрилонитрилового сополимера. На выходе полученную массу подают в экструдер и дробят на гранулы. Интересной особенностью производства является добавка присадок в сополимер, основной из которых является тридодецилмеркаптан.

Применение полистирола

Благодаря своим уникальным и универсальным качествам, полистирол используется для производства огромного разнообразия товаров. Из этого полимера изготавливают большинство корпусов бытовой и оргтехники, пластиковую посуду, товары народного потребления и т.д. Для этого используются различные типы АБС пластиков.

Однако самым большим потребителем данного полимера являются строительные компании. Пенополистирол и пенопласт – это самый простой, дешевый и надежный способ утеплить любое помещение. Учитывая рост спроса на энергосберегающие технологии, популярность этого материала будет возрастать с каждым годом. Кроме того, вспененный полимер очень часто используется для защиты перевозимых товаров и грузов.

[1] См. 2.3.3

[2] Каталитический риформинг – один из процессов переработки нефти, он позволяет получить из линейных углеводородов ароматические, например бензол. Ароматические углеводороды имеют более высокие октановые числа и применяются как компоненты бензинов. Часть из них используется как сырье в нефтехимии. Подробнее о каталитическом риформинге и пиролизе см. главу 2.

[3] Иными словами, в полимеризации участвуют несколько типов мономеров. Подробнее см. 2.3.3.

[4] Один из продуктов нефтехимии. Получается из аммиака и пропилена и также содержит двойную связь, что позволяет ему участвовать в реакции полимеризации.