Gymnázium Jána Adama Raymana, Mudroňova 20, Prešov 081 93
Polystyrén Práca z chémie
Matúš Čekan 3.D 2006/2007
OBSAH
Úvod
3
História
4
Vlastnosti
5
Fyziologické účinky
6
Chemická odolnosť
6
Druhy – výroba a spracovanie
7
Penový polystyrén
7
Použitie
8
Napalm
8
Záver
9
Zoznam použitej literatúry
10
2
Úvod
PS
Polystyrén alebo polystyrol (skratka PS) je čiastočne amorfný Hustota (g/cm³)
1,050 (štandardný)
Youngov modul (MPa)
3000–3600
Predĺženie pri sE (%)
2–4
Vrypová skúška (kJ/m²)
2–5
Sklovitý prechod (°C)
95
Teplota topenia (°C)
cca. 270 (kryštalický)
Tepelná vodivosť (W/(m.K))
0,08–0,13
Špec. tep. kapacita (J/(kg.K))
1 300
pridelené medzinárodné
Absorpcia vody (%)
0,03–0,1
identifikačné číslo pre plasty 6.
Tvrdosť (Rockwell)
M60–M90
Index lomu
1,59–1,60
termoplast. Je veľmi rozšírený, pre svoje tepelnoizolačné a ochranné vlastnosti sa používa ako tepelná izolácia a obalový materiál. Patrí do skupiny polyolefínov. Polystyrén má
Rozoznávame dva základné druhy polystyrénu — štandardný termoplastický polystyrén (ťažký) a
Polystyrén sa predáva pod viacerými názvami: Luran, Lustron, Styropor, Styrodur, Styroflex a Sagex.
penový polystyrén (ľahký).
termoplastický polystyrén
penový polystyrén
História Polystyrén bol prvýkrát pripravený náhodou v roku 1839 nemeckým lekárnikom Eduardom Simonom. Pri destilácii styraxu (živica ambrovníka východného — Liquidambar orientalis) získal olejovitú kvapalinu, ktorú pomenoval styrol. O niekoľko dní neskôr si Simon všimol, že olej stuhol. Predpokladal, že išlo o oxidáciu styrolu vzdušným kyslíkom, a tak tuhú látku pomenoval styroloxid. V roku 1845 však anglický chemik John Blyth a nemecký chemik August Wilhelm von Hofmann zistili, že rovnaká premena styrolu prebehne aj bez prítomnosti kyslíka a produkt pomenovali metastyrol. Neskoršia analýza preukázala, že metastyrol a styroloxid sú identické zlúčeniny. V roku 1866 Marcelin Berthelot správne určil, že metastyrol vznikol zo styrolu polymerizáciou. Neskôr bolo zistené, že len samotným zahriatím styrolu nastáva reťazová reakcia, ktorej produktom je makromolekulová látka. Tento fakt viedol ku dnešnému pomenovaniu zlúčeniny — polystyrén. Nemecká spoločnosť IG Farben začala s výrobou polystyrénu okolo roku 1931.
← Eduard Simon
4
Vlastnosti Polystyrén je priehľadný tvrdý a zároveň veľmi krehký plast. Je odolný voči zásadám, minerálnym kyselinám a väčšine vodných roztokov, voči benzínu, ketónom a aldehydom však nie (polystyrén je všeobecne málo odolný voči organickým rozpúšťadlám). Okrem toho je pomerne citlivý na UV žiarenie. Hustota štandartného polystyrénu sa pohybuje v rozmedzí 1,04 až 1,09 g/cm³. Pri penovom, kde väčšinu objemu tvorí vzduch, je to len 0,02 až 0,06 g/cm³. Štandardný polystyrén je tvrdý, citlivý na náraz a jeho vlastnosti sa časom a poveternostnými vplyvmi rýchlo zhoršujú (krehne, vytvára mnoho trhlín). Odolnosť voči teplote je tiež veľmi nízka — použiteľný je do 70 °C, pre rýchle starnutie sa však používa len do teploty 55 °C. Topenie kryštálov nastáva už pri teplote 90 °C, sklovitý prechod pri 95 °C.
Polystyrén horí žltým, veľmi dymivým plameňom sprevádzaným sladkým zápachom po benzéne. Produkty horenia sú pri vdychovaní zdraviu škodlivé.
Penový polystyrén má v porovnaní s klasickým polystyrénom ešte nižšiu mechanickú pevnosť a elasticitu. Je biely, nepriehľadný a vyznačuje sa veľmi nízkou tepelnou vodivosťou a hustotou.
5
Fyziologické účinky Polystyrén je zdravotne nezávadný (pri normálnych teplotách), a preto našiel využitie ako obalový materiál na potraviny (penový aj štandardný polystrén).
Chemická odolnosť Chemická odolnosť polystyrénu je závislá od teploty. Všeobecne možno povedať, že je menej odolný voči organickým zlúčeninám. V nasledujúcej tabuľke je uvedená odolnosť Trieda zlúčenín
Odolnosť polystyrénu voči niektorým druhom látok pri
Aldehydy Alifatické alkoholy Estery
*
teplote cca. 20 °C:
*** * * — žiadna resp. veľmi nízka odolnosť (aj
Étery
* krátka expozícia môže materiál poškodiť)
Ketóny
*
Alifatické uhľovodíky
*
** — obmedzená resp. dobrá odolnosť (materiál je na obmedzenú dobu odolný, Aromatické uhľovodíky Zásady
*
poškodenie nie je nevratné)
*** *** — veľmi dobrá odolnosť (ani dlhodobá
Oxidačné činidlá
*
Slabé kyseliny
**
Silné kyseliny
**
expozícia nespôsobuje poškodenie materiálu)
6
Druhy — výroba a spracovanie Polystyrén sa vyrába polymerizáciou monoméru — styrénu (etenylbenzénu). Samotný polymerizačný proces sa vyznačuje viacerými charakteristickými vlastnosťami. Reakciou vzniká polymérny uhlíkový reťazec, v ktorom je na každom druhom atóme uhlíka naviazaný fenyl C6H5–.
Ak sú všetky fenylové skupiny umiestnené na jednej strane reťazca, ide o tvz. izotaktický polystyrén (nevyrába sa). V prípade, že sú fenylové skupiny rozmiestnené nepravidelne na oboch stranách reťazca, ide o tvz. ataktický polystyrén. Táto nepravidelnosť rozmiestnenia zabraňuje kryštalizácii. Syndiotaktický polystyrén, ktorý vzniká pri použití metalocénového katalyzátora, je charakteristický vysokým stupňom kryštalizácie (teplota topenia až 270 °C).
Penový polystyrén Penový polystyrén je známy najmä pod obchodným názvom Styropor (spoločnosť BASF) Podľa spôsobu výroby a vlastností polystyrénu sa rozlišuje:
7
•
PS-E — expandovaný penový polystyrén (napr. už spomenutý Styropor), ktorý je charakteristický veľkými pórmi
•
XPS — extrudovaný penový polystyrén (napr. Styrodur). XPS je odolný voči tlaku a vodu absorbuje len veľmi obmedzene, a preto sa používa často v stavebníctve ako izolačný materiál.
Použitie V elektrotechnike sa polystyrén používa pre svoje dobré elektroizolačné vlastnosti. Okrem izolácie káblov sa používa aj na výrobu elektrických vypínačov, cievok apod. Polystyrén sa vo veľkej miere používa v stavebníctve ako tepelná izolácia, na stavbu modelov a kulís. Penový polystyrén sa používa ako obalový materiál na potraviny a rôzne krehké tovary. Polystyrén tvorí tiež základ bojovej látky Napalm-B.
Napalm Používal sa už v 1. svetovej vojne a po vojne vo Vietname bol zakázaný. Napalm sa prilepil na pokožku a horel veľmi vysokou teplotou a navyše sa len ťažko dal
hasiť.
Výbuch Napalmu
8
Záver Expandovaný (penový) polystyrén (EPS) je osvedčenou izolačnou hmotou, bez ktorej už v súčasnosti nie je možná energeticky hospodárna výstavba. Biele izolačné dosky si v priebehu uplynulých päťdesiatich rokov získali na stavbách svoje pevné miesto. Expandovaný polystyrén nie je ľahký len pokiaľ ide o hmotnosť, dá sa ľahko spracovať, má výborné tepelno - izolačné vlastnosti, malú objemovú (resp. hmotnostnú) nasiakavosť vodou a je cenovo prístupný. Aby sa penový polystyrén dal optimálne využiť, je potrebné poznať jeho vlastnosti, ktoré sú popísané v tejto časti Izolačnej praxe.
označenie polystyrénu
9
Zoznam použitej literatúry Obr. 1 - http://www.moplast.cz/vyrobky/polystyren/ps1.JPG
Obr. 2 - http://www.zeleneudoli.cz/fotoCache/1-zuras007.jpg Obr. 3 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/33/R%C3%BCppell_Eduard_1 794-1844.png/300px-R%C3%BCppell_Eduard_1794-1844.png Obr. 4 - http://www.globalsecurity.org/military/systems/munitions/images/napalm-DMSD-04-00733.jpg Obr. 5 - http://www.plastnet.cz/Articles/Images/0079img018.jpg http://sk.wikipedia.org/wiki/Polystyr%C3%A9n http://www.polystyren.sk/
10
