Стирольные пластики для производства потребительских товаров

Виды стирольных пластиков

Стирол (C₈H₈, PhVi), также фенилэтилен и винилбензол – бесцветная жидкость со специфическим запахом. Стирол легко полимеризуется, в том числе и при комнатной температуре, поэтому при хранении его стабилизируют антиоксидантами. В основном стирол применяется для производства полимеров. Его можно использовать в качестве растворителя, он хорошо растворяет собственные полимеры, а также сополимеры с акрилатами и акрилонитрилом.

Из стирола можно производить множество видов пластика. Мы рассмотрим три типа стирольных полимеров, которые выпускает «Нижнекамскнефтехим» (НКНХ): полистирол общего назначения (ПСОН), ударопрочный полистирол (УППС) и акрилонитрилбутадиенстирол (АБС-пластик).

1. Полистирол общего назначения (ПСОН) – полимер стирола, прозрачный и хрупкий материал. Его преимущества:

хорошая перерабатываемость;
жесткость;
отличный внешний вид, высокое светопропускание;
легкая окрашиваемость;
хорошие электро- и теплоизоляционные свойства;
относительно трудная воспламеняемость;
возможность вторичной переработки.

Основным недостатком ПСОН является его хрупкость.

2. Ударопрочный полистирол (УППС) – привитой сополимер (графт-сополимер) стирола и бутадиенового или бутадиен-стирольного каучука, выступающего в качестве модификатора ударопрочности; непрозрачный и бесцветный материал. Непрерывная фаза (матрица) состоит из полистирола, в ней распределена дискретная фаза (микрогель) – частицы каучука размером 2–5 мкм.

Что такое привитой сополимер?

Привитой сополимер – это полимер, основная цепь которого состоит из одного мономера, а к ней присоединены одна или несколько боковых цепей из другого мономера. Обычно привитая сополимеризация используется для модификации свойств основного мономера.

Преимущества УППС по сравнению с ПСОН:

улучшенные упруго-деформационные характеристики;
стойкость к ударным нагрузкам;
морозостойкость;
пригодность к окрашиванию;
универсальность.

Недостатки УППС по сравнению с ПСОН:

пониженная стойкость к атмосферному, химическому и термическому воздействиям;
более низкая прочность при растяжении;
пониженная прозрачность.

3. Акрилонитрилбутадиенстирол (АБС-пластик) – сополимер акрилонитрила, стирола и каучука, имеющий двухфазную структуру. Непрерывная фаза (матрица) материала состоит из сополимера стирола с акрилонитрилом, дискретной фазой служит бутадиеновый или бутадиен-стирольный каучук. Преимущества:

прочность, пластичность, ударопрочность;
высокая термостойкость;
химическая инертность;
возможность компаундирования с другими конструкционными пластиками (полиамидом, поликарбонатом).

Недостатки АБС-пластика:

чувствительность к УФ-излучению;
относительно низкие электроизоляционные свойства.

Марки полистирола производства «Нижнекамскнефтехима» можно перерабатывать различными способами, включая вспенивание, экструзию и литье под давлением. Подобрать марку под нужный способ переработки можно по приведенной ниже таблице.

Способы переработки марок полистирола производства «Нижнекамскнефтехима»

Способ переработки	ПСОН	УППС	АБС-пластик
Вспенивание	585, 530В, 402, 537, 402, 403, 591, 421, 430, 407, 585V	-	-
Изготовление биаксиально-ориентированных пленок	591, 402, 30FEB	-	-
Литье	525, 525М, 537, 409M, 410M, 413, 430М	825	1434, 2332, 3432
Экструзия листа	430, 430М, 402М, 403, 585, 407М, 537, 530, 530В, 535, 404М, 525, 525М, 410М, 409М	825ES, 945Е	0445Е, 0646, 0824V, 1035

Марочный ассортимент ПСОН

Из полистирола общего назначения изготовляют компоненты бытовой техники (заменители стекла, прозрачные полки холодильников), светопрозрачные конструкции, посуду, пищевую тару, игрушки, канцелярские товары, пылезащитные экраны и т. д.

Показатели качества	Стандартные марки	Пищевые марки
	535	525	525М	404	430М	95FM	40FE
Показатель текучести расплава, г/10 мин, 200°С, 5 кг, в пределах	3,9 ± 0,6	9,0 ± 2,0	9,7 ± 1,3	4,0 ± 1,0	30,0 ± 5,0	9,0 ± 2,0	9,0 ± 2,0
Температура размягчения по Вика, °С, не ниже	97	92	93	97	84	92	92
Прочность при разрыве, МПа	51,0	50,0	48,7	55,0	-	48,7	48,7
Прочность при изгибе, МПа	93,3	83,9	82,4	101,6	-	82,4	82,4
Массовая доля остаточного стирола, %, не более	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05	0,045	0,045
Использование добавок:
Минеральное масло	+	+	+	-	+	+	+
Стеарат цинка	+	+	+	-	-	+	+
Метод переработки:
Литье	+	+	+		+	+	+
Экструзия	+	Соэкструзия		+
Пневмоформование	+			+

Марочный ассортимент УППС

Ударопрочный полистирол используется в производстве компонентов бытовой техники и электроники (корпусов стиральных машин, чайников и т. д., частей электросхем). В частности, марка 825 обладает высоким зеркальным блеском, поэтому из нее делают изделия, требующие высокой глянцевитости.

Показатели качества	Стандартные марки	Пищевые марки
	825	825ES	945E	45FE	85FM
Показатель текучести расплава, г/10 мин, 200°С, 5 кг, в пределах	7,5 ± 1,5	4,4 ± 0,6	4,0 ± 1,0	4,0 ± 1,0	7,5 ± 1,5
Температура размягчения по Вика, °С, не ниже	89	92	92	92,0	84,0
Прочность при разрыве, МПа	21,8	27,4	25,2	27,4	21,8
Относительное удлинение при разрыве, %	61,6	61,6	64,5	61,6	61,6
Ударная вязкость по Изоду, с надрезом, Дж/м, не менее	96	100	120	96	96,0
Прочность при изгибе, МПа, не менее	40,0	47,3	42,1	47,3	40,0
Зеркальный блеск (глянец) под углом 60°, не менее	70	50	50	50	70
Массовая доля остаточного стирола, %, не более	0,05	0,05	0,05	0,045	0,045
Использование добавок:
Минеральное масло	+	+	+	+	+
Стеарат цинка	+	+	+	+	+
Метод переработки:
Литье	+				+
Экструзия		+	+	+
Пневмоформование		+	+	+

Марочный ассортимент АБС-пластика

АБС-пластик применяется в производстве большого спектра товаров народного потребления, таких как детали бытовой техники и оргтехники, телефоны, игрушки, канцелярские товары, спортивный инвентарь, садовые товары и т. д.

Показатели качества	0445Е	0475E	1035	2332	3432
ПТР (220°С, 10кг), г/10 мин	4 ± 1,5	4,5 ± 1,5	10 ± 1,5	23 ± 3	33 ± 5
Ударная вязкость по Изоду, с надрезом (+23°С, 4 мм), кДж/м2, не менее	15	20	10	11	11
Температура размягчения по Вика (5 кг, 50°С/ч), С, не ниже	100	100	98	90	90
Глянец под углом 60°, не менее	60	60	50	-	-
Глянец под углом 20°, не менее	-	-	-	60	60
Наличие добавок	-	-		Пластификатор
Методы переработки	Экструзия, соэкструзия		Литье под давлением, экструзия	Литье под давлением

Новые разработки «ПолиЛаб Нижнекамск»

«Нижнекамскнефтехим» производит порядка 60% ударопрочного полистирола, потребляемого в РФ, являясь основным производителем этого полимера. Но доля импорта остается высокой. При этом по основным показателям качества УППС «Нижнекамскнефтехима» соответствует импортируемым маркам.

Наиболее часто импортируется пластик, используемый в производстве тех деталей холодильной техники, в которых для пенообразования полиуретана применяется циклопентан. Это означает, что ударопрочному полистиролу нужно обладать стойкостью к растрескиванию под воздействием окружающей среды (ESCR, environmental stress cracking resistance).

На практике УППС выдерживают в парах циклопентана, после чего измеряют относительное удлинение материала при разрыве. Относительное удлинение при разрыве после воздействия циклопентана должно составлять не менее 70% от изначального значения.

В рамках НИОКР в «ПолиЛаб Нижнекамск» была разработана химически стойкая марка УППС 825ESCR, имеющая удовлетворительный показатель ESCR. Разработки ведутся параллельно двумя методами: компаундированием и синтезом. Опытные партии компаундирования успешно разработаны и направлены на омологацию клиентам. Апробация синтеза запланирована на май 2024 года.

Показатели качества	Импортная марка	Норма для марки ESCR	825ESCR
Показатель текучести расплава, г/10 мин, при 200°С на 5 кг нагрузки, в пределах	4,1	4,0 ± 1,0	3,0
Температура размягчения по Вика, °С, не ниже	96	> 88	95
Прочность при разрыве, МПа	24,0	> 20,0	-
Относительное удлинение при разрыве, %	68,0	> 45,0	-
Ударная вязкость по Изоду, с надрезом, Дж/м, не менее	135,0	> 101	199,0
Прочность при изгибе, МПа, не менее	34,0		-
Зеркальный блеск (глянец) под углом 60°, не менее	73,0	> 48	57,0
Массовая доля остаточного стирола, %, не более	< 0,05	< 0,05	< 0,05
Стойкость к циклопентану, %	88,0	> 70	> 80,0
Наличие добавок:
Минеральное масло	+	+	+
Стеарат цинка	+	+	+
Методы переработки	Экструзия и термоформование

Заключение

Стирольные пластики незаменимы во многих отраслях и областях применения, включая потребительские товары. Мы кратко описали основные типы стирольных пластиков с указанием их преимуществ и недостатков. Марочный ассортимент стирольных пластиков «Нижнекамскнефтехима» позволяет производить практически все виды товаров народного потребления, а для тех областей, в которых производители все еще полагаются на импортные марки, идут разработки отечественных аналогов от «ПолиЛаб Нижнекамск».

Этот материал основан на вебинаре о стирольных пластиках для производства товаров народного потребления, который состоялся 11 марта. Запись вебинара доступна по ссылке.