- Полипропилен и полистирол: различия и сравнения материалов
- Что такое полипропилен?
- Что такое полистирол?
- Полипропилен против полистирола: применение и использование
- Полипропилен против полистирола: физические свойства
- Полипропилен против полистирола: возможность вторичной переработки и экологичность
- Полипропилен против полистирола: стоимость
- Альтернативные материалы полипропилену и полистиролу
Полипропилен и полистирол: различия и сравнения материалов
Полипропилен и полистирол являются важными материалами, используемыми в различных промышленных, коммерческих и потребительских целях. Оба используются в чистом виде и в качестве сополимерных агентов в огромном диапазоне производных материалов.
Полипропилен (ПП) представляет собой термопласт, состоящий из длинных цепей пропиленового мономера в регулярных нитях. Он очень широко используется в одноразовых и долговечных продуктах, от упаковки до веревки.
Полипропилен особенно хорошо подходит для работ, требующих регулярного воздействия химикатов/масла, что делает его фаворитом в автомобильной промышленности.
Полистирол (ПС), с другой стороны, является хрупким прозрачным термопластом, который хорошо поддается формованию, экструзии и каландрированию (горячей прокатке в лист).
Это очень широко используемый пластик, как правило, для продуктов с коротким сроком службы из-за его низкой стоимости и одноразового использования из-за его хрупкости.
Полистирол используется в качестве сырья/компонента акрилонитрил-бутадиен-стирола (АБС), в качестве основного компонента ударопрочного полистирола (УППС), который менее хрупок и обычно мутнеет из-за добавления частиц акрилонитрилового каучука, которые делают полистирол более жестким в качестве изоляционного и амортизирующего материала, а также для плавучих средств.
В этой статье будет проведено дальнейшее сравнение полипропилена и полистирола с точки зрения применения, физических свойств, возможности вторичной переработки и стоимости.
Что такое полипропилен?
Полипропилен является «аддитивным полимером», и его можно производить в различных формах (показывая полиморфизм), что приводит к значительным расхождениям в механических, химических и термических свойствах. Формы:
- Изотактический полипропилен (iPP или PPi): это основная коммерчески доступная форма, демонстрирующая степень кристалличности 30–60%, высокую температуру плавления (более 160 °C) и широкое коммерческое применение.
- Полипропиленовые волокна: они находят широкое применение в текстиле, канатах и т. д. Волокно вытягивается из жидкой массы, и при этом происходит почти полное выравнивание полимерных цепей по линии рисунка, что приводит к уникальным свойствам, которые очень важны. ценится.
- Атактический полипропилен (aPP или PPa): Атактическая форма не имеет регулярной структуры и не имеет коммерческого применения в качестве единственного компонента. Его беспорядочность препятствует формированию любой кристалличности. Это очень мягкий эластичный полимер, который легко рвется и крошится при сжатии.
- Блок-сополимер полипропилена: эта форма представляет собой экспериментальный материал, который в настоящее время коммерчески недоступен. Но он обладает интересными свойствами как синтетический эластомер и состоит из чередующихся блоков атактического и изотактического полимера, образуя кристаллические области, соединенные эластичными аморфными областями.
- Синдиотактический полипропилен (sPP или PPs): эта форма имеет регулярную структуру, поскольку мономеры чередуют ориентацию по всей цепи. Он предлагает значительно повышенное электрическое напряжение пробоя по сравнению с другими формами.
- Биаксиально-ориентированный полипропилен (БОПП): эта форма представляет собой изотактический полипропилен, испытавший биаксиальное растяжение до 4,5:1 в направлении движения (MD) и до 8:1 в поперечном или поперечном направлении (CD). Это приводит к высокой прозрачности и улучшенным химическим, термическим и механическим свойствам.
Эти формы имеют идентичный химический состав, но правильная/неправильная ориентация мономера смещает метальную группу (-СН3) то в одну, то в другую сторону, что существенно влияет на различные свойства. Затем механическая модификация значительно увеличивает выравнивание цепей, создавая другую расходящуюся группу полиморфных форм.
Полипропилен был впервые синтезирован в компании Phillips Petroleum в 1951 году Полом Хоганом и Робертом Бэнксом. Позже этот процесс был доведен до коммерческого применения итальянскими и немецкими учеными Наттой и Реном, работавшими в Испании в 1954 году.
Что такое полистирол?
Полистирол (ПС) представляет собой широко используемый полимер, получаемый путем полимеризации стирола, ароматического углеводорода.
Он широко используется в качестве вспененного или вспененного материала с использованием углеводородов или газа HCFC, которые легко растворяются в полимере и могут быть внезапно извлечены из раствора путем ослабления приложенного давления.
Нерасширенная форма оптически прозрачна, но хорошо впитывает непрозрачные и полупрозрачные красители. Это твердый, хрупкий материал и некачественный барьер для кислорода и водяного пара.
Полистирол представляет собой прозрачное твердое вещество при комнатной температуре, но разжижается при 240 °C и снова затвердевает при охлаждении. Это типичное поведение термопластов, позволяющее легко изготавливать сложные компоненты путем формования и экструзии.
Полистирол имеет, пожалуй, самую длинную историю из всех термопластичных полимеров, он был случайно обнаружен Эдуардом Саймоном, берлинским аптекарем, в 1839 году. Он усовершенствовал химическое вещество, которое он назвал стиролом, из Liquidambar Orientalis или storax.
За ночь он превратился в гель, который он ошибочно принял за результат оксигенации. Позднее это было понято как образование макромолекул, т. е. частичная стерилизация. Различные экспериментальные открытия привели к тому, что IG Farben начала производить полимерную смолу в 1931 году. Впоследствии в 1949 году компания Dow Chemicals запатентовала пенополистирол.
Как и полипропилен, полистирол является аддитивным полимером и может производиться тремя основными способами или формами:
- Атактический ПС (ПС-ат): он не имеет порядка в ориентации мономерных групп, поэтому он аморфен. Это широко производимая форма.
- Синдиотактический PS (PS-st): он имеет чередующуюся ориентацию мономеров, продукт метода полимеризации Циглера-Натта. Он производится ограниченным числом поставщиков и смешивается с нейлоном для получения легкого, устойчивого к высоким температурам материала, используемого в автомобильной промышленности для изготовления электрических компонентов.
- Изотактический ПС (ПС-ит): его мономеры ориентированы в одном направлении и не производятся.
Полипропилен против полистирола: применение и использование
Полипропилен и полистирол часто считаются заменителями друг друга, особенно упрочненные формы HIPS и ABS, поэтому часто можно найти приложения, в которых используются оба материала.
Ниже перечислены основные секторы рынка, в которых используется полипропилен и его применение:
- Упаковка (продукты и продукты питания): бутылки для жидкостей (не крышки), контейнеры для пищевых продуктов, прозрачные пленки и термоусадочные пленки.
- Автомобильная промышленность: обработка воздуха для двигателя и кондиционера, внутренние детали, облицовка, брызговики, электрические изоляторы и поддоны для свинцово-кислотных аккумуляторов.
- Медицина: шприцы, контейнеры для лекарств, трубки, маски.
- Товары для дома/потребления: Хозяйственный инвентарь для хранения и обработки жидкостей (емкости для воды, ведра, септики), корпуса и ручки для чайников и кухонного инвентаря, зубные щетки, детские товары, вкладыши для бассейнов и прудов, садовый инвентарь, чемоданы.
- Химическая промышленность: трубопроводы и ненагруженные компоненты клапанов для агрессивных химических веществ.
- Текстиль и ковры: однотонные и эластичные волокна для текстиля, ковров, тканого брезента, искусственного газона и нетканых материалов для защитного снаряжения.
- Мебель: садовая и бытовая мебель из литой смолы, декоративные панели и покрытия с низким уровнем стресса в более дорогой мебели.
Здесь перечислены основные секторы рынка, в которых используется полистирол (экструдированный/каландрированный лист или формованные изделия), и области применения:
- Упаковка: вспененный полистирол очень широко используется в качестве упаковочного материала: контейнеры для пищевых продуктов со встроенным шарниром, наполнители в виде блоков и амортизаторы в коробках. HIPS используется для более толстостенных контейнеров и бутылок; баночки из-под йогурта — еще один распространенный пример использования HIPS.
- Пищевая упаковка: ориентированный УППС обеспечивает довольно хорошую прозрачность, когда количество мономеров является значительным, что делает его хорошим материалом для прозрачных крышек пищевых упаковок.
- Автомобильная промышленность: Жесткий полистирол широко используется в элементах внутренней отделки и панелях крыльев, в ударопрочных формах и формах из АБС-пластика.
- Бытовая техника: HIPS широко используется в качестве вкладышей для холодильников и морозильных камер, деталей стиральных и посудомоечных машин, чехлов для кухонного оборудования, сидений для унитазов и т. д.
- Реклама: HIPS используется в качестве конструкционного материала в рекламных дисплеях и в ярких инсталляциях для брендинга.
- Флотация: расширенный полистирол широко используется в качестве вспомогательного средства плавучести в кораблях/лодках и водных игрушках.
Полипропилен против полистирола: физические свойства
| Свойство | Полипропилен | Полистирол |
|---|---|---|
|
Оптическая передача |
Может быть высоким в некоторых сополимерах и в фокусированных материалах |
Обычно высокая четкость; может возникнуть некоторая облачность |
|
Твердость, Роквелл R |
20–118 |
121 |
|
Прочность на растяжение, максимальная |
9–80 МПа |
35–59 МПа |
|
Прочность на растяжение, предел текучести |
4–1350 МПа |
34–55 МПа |
|
Относительное удлинение при разрыве |
2,4–900% |
1–35% |
|
Модуль упругости |
0,08–8,25 ГПа |
2,59–4,71 ГПа |
|
Предел текучести при изгибе |
.296–180 МПа |
7,35–106 МПа |
|
Модуль упругости при изгибе |
0,026–10 ГПа |
1,58–3,45 ГПа |
|
Коэффициент трения |
0,25 |
0,33 |
|
Коэффициент температурного расширения |
18,0–185 мкм/м-°C |
71–80 мкм/м-°C |
|
Температура плавления |
61–221 °С |
240°С |
|
Максимальная рабочая температура |
65–125 °С |
75–122 °С |
Полипропилен против полистирола: возможность вторичной переработки и экологичность
Полипропилен производится из исходного углеводородного материала. Хороших альтернативных биоисточников не установлено. Он легко перерабатывается и, будучи чистым и полностью отсортированным, хорошо подходит для повторного использования. Однако, как правило, перерабатывается менее 1% произведенного в мире полипропилена.
Полистирол производится из источников углеводородов, и для его полимеризации требуется умеренно энергозатратный процесс.
В немодифицированном виде формы УППС и АБС поддаются повторному плавлению и производству «новых» гранул после сортировки, чтобы исключить осложняющее загрязнение несовместимыми полимерами. Такой материал считается второсортным, и после каждого цикла плавки происходит некоторая деполимеризация.
Вспененный полистирол создает серьезные экологические проблемы. Лишь очень небольшая часть произведенного материала улавливается в процессах утилизации.
Его структура частиц и хрупкая хрупкость полистирола делают его наихудшим кандидатом для непреднамеренного производства пластиковых наночастиц, которые становятся все более тяжелым бременем в природных системах.
Полипропилен против полистирола: стоимость
Полипропиленовые гранулы для формования, экструзии или производства пленки/волокна обычно стоят около 1,30 доллара за кг.
Переработанный материал обычно на 20–40% дешевле, в зависимости от сорта. Полистирол обычно стоит около 1,05 доллара за кг гранул, тогда как ударопрочный полистирол стоит около 1,20 доллара за кг, а АБС — около 1,45 доллара за кг.
Альтернативные материалы полипропилену и полистиролу
Полипропилены также имеют различные альтернативы в зависимости от области применения.
- В области одноразовой упаковки полипропилен конкурирует с вспененным полистиролом, полиэтиленом высокой и низкой плотности и ПВХ.
- В пленках и термоусадочной упаковке альтернативами являются полиэтилен (ПЭ) и, в меньшей степени, ПВХ.
- В трубопроводах и применениях, требующих химической стойкости, полипропилен напрямую конкурирует как с ПЭВП, так и с ПВХ.
- Наконец, в автомобильной промышленности полипропилен представляет собой недорогую альтернативу ABS и AES, где косметические соображения перевешивают стоимость или потребность в максимальной ударопрочности.
Полистирол имеет различные альтернативы во всех его коммерчески доступных формах, включая перечисленные ниже:
- В расширенной упаковке и амортизирующих применениях расширенный полистирол можно заменить рядом материалов, включая: вспененный/вспененный полиэтилен (PE), пенопласт EVA и вспененный полипропилен.
- В листовой форме HIPS является лидером рынка, но акрил (PMMA) и поликарбонат являются хорошей альтернативой.
- В одноразовых изделиях, таких как одноразовые столовые приборы, существуют различные варианты, такие как формованный растительный крахмал, полипропилен и полимолочная кислота (PLA).
- В прозрачных пленках и полужестких листах широко используются различные альтернативы, в том числе: полимолочная кислота (PLA), биаксиально-ориентированный полипропилен (БОПП), полиэтилен, ПВХ и полиэтилентерефталат (ПЭТ).
- В автомобильной промышленности полистирол (ПС) может быть заменен целым рядом более дорогих инженерных полимеров, но чаще всего: нейлонами, АБС, полиэфирэфиркетоном (ПЭЭК), ацеталем (ПОМ) и полиэтиленом (ПЭ).
В этой статье были представлены полипропилен и полистирол, объяснено, что они из себя представляют, и обсуждены свойства каждого из них.
