|
|
|
Polistirenul este unul din primii polimeri sintetici obtinuti la scara industriala. Cunoscut inca din 1845, polistirenul a inceput sa fie produs in industrie in anul 1930, dar materialele plastice polistirenice au capatat o dezvoltare deosebita dupa cel de-al doilea razboi mondial. In 1786, William Nicholson scria „Dictionarul chimiei practice si teoretice” in care mentioneaza ca un chimist pe nume Neuman a obtinut prin distilarea storaxului un ulei aromat. In 1839, E. Simon efectueaza independent aceeasi experienta, obtinand acelasi ulei pe care-l numeste stirol.Prin incalzirea acestui ulei, Simon a obtinut un produs distilat solid pe care l-a numit stirol oxid. Din acest moment, cercetarile pentru obtinerea stirolului si a polistirenului s-au extins.
In 1845, M. Glenard si R. Bondault au obtinut stiren prin distilarea unei rasini obtinuta din fructele unui palmier malaiezian, iar Hofman si Blythe au obtinut polistiren prin incalzirea stirenului la 200 C, pe care l-a numit metastiren si au observat ca reactia este exoterma.
In 1869, Bethlot obtine stirenul prin dehidrogenarea etilbenzenului, procedeu care sta astazi la baza fabricarii industriale a stirenului.
Bazele tehnologiei contemporane de obtinere a polistirenului au fost puse la Osteonislenski si Standinger, iar productia de polistiren s-a dezvoltat in paralel cu productia de cauciuc butadien-stirenic, gratie careia s-au pus in functiune instalatii de obtinere a stirenului de mare capacitate. Astazi, polistirenul se obtine prin toate procedeele cunoscute: polimerizare in bloc, in solutie, suspensie si emulsie. In afara homopolistirenului, pentru imbunatatirea proprietatilor acestuia se fabrica: copolimeri cu acrilonitrilul sau cu alti comonomeri, polistiren rezistent, polistiren expandat, copolimer AB, polistiren armat cu fibre de sticla.
La noi in tara a inceput producerea de polistiren la Combinatul Petrochimic Borzesti in 1963. De atunci, productia de polistiren si copolimerii stirenici s-a dezvoltat prin intrarea in functiune a noi capacitati de productie la Combinatul petrochimic Pitesti.
Polimerizarea in masa a fost procedeul industrial, predominant, de obtinere a polistirenului in anii ’50. Dupa un declin datorat dezvoltarii procedeului de polimerizare in suspensie, polimerizare in masa, asociata cu perfectionari tehnologice, capata din nou importanta.
Procesele de polimerizare in masa, efectuate in forme, ca, de exemplu, cele utilizate la productia placilor transparente sau la incapsulari, au un caracter particular, prin faptul ca efectul exoterm al reactiei se disipeaza numai prin conductie. Intr-adevar, viscozitatea sistemului omogen monomer-polimer fiind mare inca de la conversii relativ mici ale monomerului, curentii de convectie sunt impiedicati.
Calitatea polimerului format prin aceste procedee depinde atat de starea finala atinsa, cat si de evolutia in timp a conversiei si a temperaturii in spatiul de reactie.
Unde si cand, in timpul polimerizarii exista, de exemplu, pericolul depasirii temperaturii maxime admisibile se poate prevedea prin utilizarea unui model matematic adecvat si simularea procesului pe un calculator cifric. Un astfel obiectiv se urmareste in prezentul articol, dezvoltand in mai multe directii singura lucrare cunoscuta in literatura.
Polimerizarea discontinua in masa consta in introducerea in forme (din sticla) a stirenului in prealabil purificat, care, sub actiunea caldurii, in prezenta sau in absenta initiatorilor, in mediu de aer sau gaz inert se transforma intr-o masa dura ce a capatat forma vasului. Datorita dificultatilor de a indeparta caldura de reactie si a conductibilitatii termice scazute a polistirenului se obtine un polistiren polidispers; faptul ca in interiorul masei raman urme de monomer – aici transformarea nefiind completa – conduce la imbunatatirea produsului.
Polimerizarea in masa, continua, permite obtinerea unui polimer lipsit de urme de monomer si caracterizat printr-o masa moleculara ridicata. Ea se realizeaza in turnuri de polimerizare sau camere de uscare sub vid prevazute cu valt.
Polimerizarea stirenului in bloc poate fi condusa in prezenta initiatorilor, poate conduce la desfasurarea necontrolata a procesului sau la reactie de oxidare, ce conduc la ingalbenirea polimerului. Din aceasta cauza, industrial se aplica initierea termica.
Industrial polimerizarea in bloc poate avea loc in instalatii discontinue sau continue, ultimele fiind cele mai utilizate.
Principala dificultate in conducerea procesului o constituie cresterea viscozitatii mediului ce face dificila eliminarea caldurii de reactie. Pentru a se elimina acest neajuns s-au utilizat diferite tipuri de reactoare; in momentul de fata fiind cunoscute urmatoarele instalatii de polimerizare in bloc:
instalatia de polimerizare cu reactor tubular cu deplasare;
instalatia de polimerizare cu reactor tubular cu agitare;
instalatia de polimerizare pe valturi;
instalatia de polimerizare in reactoare orizontale.
Indiferent de tipul de reactor utilizat, polimerizarea stirenului in bloc cuprinde urmatoarele faze:
prepolimerizarea;
polimerizarea;
extruderea si granularea polistirenului.
Procesul a fost pus la punct in anul 1953 si prezinta avantajul unui transfer termic mai bun.
Stirenul din vasul tampon este trecut printr-un filtru, intr-o baterie de trei reactoare (1) in serie. Reactoarele in forma de turnuri sunt prevazute cu agitatoare, mantale si serpentine de incalzire-racire. De-a lungul fiecarui reactor exista trei zone de temperatura in care aceasta este reglata automat, drept agent de incalzire folosindu-se difilul.
Procesul de polimerizare are loc intr-un interval de temperatura cuprins intre 195-225 C. Pentru a se reduce viscozitatea mediului si a se usura transferul termic se poate introduce solvent ca toluen sau benzen.
Monomerul nereactionat si solventul se indeparteaza in coloana 3, in care topitura de polimer (polistiren) se introduce printr-o placa perforata. Coloana functioneaza sub vacuum. Vaporii de stiren si solvent sunt condensati in condensatorul de apa (4) si apoi in condensatorul cu sola (5) si trecuti in vasul tampon. Momomerul si solventul sunt separati, purificati si apoi recirculati. Topitura de polimer este preluata de extruderul (6) dupa care, urmeaza granularea, sortarea si depozitarea polistirenului.
