Základní technologie výroby polystyrenu
Technologie používaná k výrobě expandovatelného polystyrenu byla vynalezena poměrně nedávno.
Jeho implementace umožnila efektivně snížit bariéru vstupu na trh s izolačními materiály. K organizaci výroby a uvolňování produktů z tohoto materiálu je potřeba jen několik desítek tisíc dolarů a samotný technologický proces je poměrně jednoduchý. Z tohoto důvodu lze takovou produkci nalézt v mnoha obydlených oblastech.
Granule pěnidla se skládají z mikroskopických, velmi hustých buněk, které jsou naplněny vzduchem. Výsledkem je rovnoměrně napěněná hmota s uzavřenou buněčnou strukturou. Jeden metr krychlový tohoto materiálu je z 98 % naplněn vzduchem, který je obsažen ve 3-6 miliardách buněk.
Pěnový polystyren má díky své vnitřní struktuře nízkou tepelnou vodivost, což z něj dělá dobrý tepelný izolant (při tloušťce materiálu 1 cm se přenese pouze 0.00006 kalorií za sekundu).
Polystyren je tedy tuhá pěnová hmota, která během procesu chlazení ztuhla a obsahuje uzavřené buňky naplněné vzduchem. Expandovaný polystyren je ekologický stavební materiál.
Výrobky z pěnového polystyrenu:
- Polystyrenové pěnové bloky a desky různých konfigurací jsou určeny pro izolaci budov a prostor jakéhokoli účelu.
- Balení jakékoli složitosti pro různá zařízení, která vyžadují ochranu před mechanickým poškozením během přepravy a skladování.
- Výroba dílů pro automobily, plavidla (lodě a jachty), dekorativní prvky do interiérů.
- Výroba polystyrenbetonu. Tento stavební materiál je lehký beton na bázi cementu a polystyrenu jako plniva. Je široce používán pro tepelnou izolaci podkroví, střech, vnějších stěn budov atd.
- Výroba dokončovacích materiálů pro stropy, dále obklady, soklové lišty, zásuvky atd.
Relativně novými oblastmi použití pěnového polystyrenu je výroba ztraceného bednění v monolitické konstrukci a výroba skořepin používaných při izolaci potrubí.
Dvě technologie pro výrobu PSV, PSM, PSS/M, UPS, UPM
V procesu výroby polystyrenu jsou hlavními metodami: suspenzní polymerace a hmotová polymerace. Druhá metoda je nejúčinnější a konečný produkt získaný touto metodou je kvalitnější. Polystyren získaný hromadnou polymerací se používá k výrobě vysoce kvalitních a komplexních produktů.
Metoda hmotnostní polymerace je v současnosti nejrozšířenější díky svým vysokým technickým a ekonomickým ukazatelům. V domácí produkci byl tento způsob preferován v 70. letech. Dnes se touto metodou vyrábí více než 50 % výrobků. Tato metoda má optimální schéma technologického postupu výroby.
Výroba probíhá kontinuálně. Proces míchání probíhá ve dvou zařízeních zapojených do série. Konečný stupeň procesu zahrnuje polymerační proces, který se provádí v zařízení kolonového typu. Na začátku reakce dosáhne teplota 80-100 °C a na konci – asi 200 °C. Proces polymerace se přeruší, když stupeň konverze polystyrenu dosáhne 80-90 %. Nezreagovaný monomer se odstraní za použití vakua. Dále se do polystyrenu přidávají retardéry hoření, stabilizátory, barviva a další přísady. Poté se tavenina granuluje. Blokový polystyren se zároveň vyznačuje vysokou čistotou. Tato technologie je nejekonomičtější, protože nezahrnuje dehydrataci a sušení. Je také prakticky bezodpadový, protože nezreagovaný styren se vrací k repolymeraci. Vzhledem k tomu, že proces není prováděn, dokud není monomer zcela přeměněn, probíhá polymerační proces poměrně vysokou rychlostí.
V tomto případě jsou řízeny teplotní parametry zajišťující požadovanou viskozitu polymerovaného média. Pokud se však proces provádí s hlubším stupněm konverze monomeru, vznikají značné potíže s odvodem tepla z reakční hmoty, která má vysokou viskozitu. V důsledku toho je nemožné provádět polymeraci v izotermickém režimu.
Taková významná nevýhoda metody hmotové polymerace nutí specialisty věnovat pozornost jiným výrobním metodám, zejména suspenznímu způsobu.
Metoda suspenzní polymerace
Jde o konkurenční metodu, která se vyvíjí souběžně s blokovou polymerací. Je založen na nízké rozpustnosti vinylového monomeru ve vodě. Kromě toho je voda při radikálové polymerační reakci neutrální. Suspenzní polymerace se používá k výrobě speciálních produktů, jako je pěnový polystyren.
Metoda je semikontinuální proces, který je charakterizován přítomností dalších stupňů ve výrobním procesu, stejně jako periodickým používáním zařízení v průběhu polymeračního procesu.
Proces probíhá uvnitř reaktorů o objemu až 50 m3. Reaktory jsou vybaveny míchadlem a pláštěm. Nejprve se styren suspenduje v demineralizované vodě. V tomto případě se používají stabilizátory emulzí. Během procesu se iniciátor polymerace rozpouští v kapičkách monomeru, kde vlastně dochází k samotné polymeraci. Poté se v polymerní suspenzi ve vodě vytvoří velké granule. Proces polymerace se provádí s postupným zvyšováním teploty – ze 40 na 130 °C. Pod vysokým tlakem po dobu 8 až 14 hodin. Výsledná suspenze se umístí do odstředivky, která se používá k izolaci polymeru. Hotové suroviny se promyjí a suší. Zákonitosti tohoto polymeračního procesu jsou obecně podobné zákonitostem objemové polymerace, pouze s tím rozdílem, že v tomto případě je výrazně zjednodušen odvod tepla a míchání složek.