Пенополистирол

Сокращения и другие наименования: ПСВ, EPS, пенополистирол, вспенивающийся полистирол.

Вспенивающийся полистирол представляет собой мелкие твердые сферы белого цвета. Каждая гранула состоит из полистирола и газа-пентана или изопентана. В основном выпускается в негорючей форме, так называемой самозатухающей.

Применение

В основном применяется для производства пенопласта или пенополистирола. Гранулы многократно расширяются и склеиваются в плотный пенопластовый блок под действием пара. Пенопласт же очень легкий и обладает прекрасной теплоизоляцией и водостойкостью. В России наиболее широкое применение нашли самозатухающие марки EPS, которые применяют преимущественно в следующих сферах:

пенополистирольные блоки и плиты для утепления и звукоизоляции;
упаковка различных бытовых изделий;
декоративные изделия интерьера: плинтуса, плитки, отделка розеток;
несъемная опалубка и скорлупа для теплоизоляции труб.

На установке, рассматриваемой в данной статье, возможно поочередно производить следующие марки продуктов:

STD – стандартные марки

SE – самозатухающие марки

LP-STD – стандартные марки с пониженным содержанием пентана

LP-SE – самозатухающие марки с пониженным содержанием.

Самозатухающие марки это материал с присадками для защиты от воспламенения (антипиренами), содержащимися в полимере, для производства тепло- и звукоизоляционных плит, комплектующих для автомобилей, плавучих изделий, декоративных товаров, фасонных деталей для стройиндустрии и упаковки промышленного назначения.

Стандартные марки это материал без присадок для защиты от воспламенения, пригодный для производства тепло- и звукоизоляционных плит, комплектующих для автомобилей, плавучих изделий, декоративных товаров, элементов упаковки промышленного и пищевого назначения

В зависимости от размера получаемого бисера каждый тип ПСВ выпускается 5-ти марок:

STD (типичный диапазон плотности, кг/м³)	500(18-30)	400(15-30)		300(15-30)	200 (9-15)	100 (8-14)
SE (типичный диапазон плотности,кг/м³)	501 (22-40)	401 (15-25) 402 (20-40)		301 (14-20)	201 (8-14)	101 (8-14)
LP-STD (типичный диапазон плотности, кг/м³)	550 (30-50)	450 (30-50)		350 (30-50)	250 (30-50)	150 (30-50)
LP-SE(типичный диапазон плотности, кг/м³)	550 (30- 50)	451 (30-50)		351 (30-50)	251 (30-50)	151 (30-50)
Внешний вид	Бисер сферической формы
Доля от общего кол-ва*, %	12		45	35	5	1,2
Гранулометрич. состав, мм	0,3-0,7		0,7-1,0	1,0-1,6	1,6-2,2	2,2-4,0
Массовая доля пентана, %	5,5-6,5 для STD и SE / 3,8-4,5 для LP-STD иLP-SE
Массовая доля влаги, %	Не более 0,4
Массовая доля остаточного мономера, %	Не более 0,1
Средний молекулярный вес	150000-250000

* 1,8 % фракции <0,3 мм и >4,0 мм

Стадии производства ПСВ

Полимеризация

Вспенивающийся полистирол (ПСВ) является продуктом полимеризации стирола с насыщением полимера порообразователем, в качестве которого используется смесь пентана с изопентаном.

ПСВ широко используется в строительстве качестве теплоизоляционного материала; для упаковки пищевых продуктов, различных приборов и устройств и т.д.

Рассматриваемый метод - суспензионная полимеризация в водной среде который состоит из двух этапов: низкотемпературная полимеризация и высокотемпературная полимеризация.

Полимер получают путем полимеризации мономера-стирола в водной среде в присутствии инициаторов (R и R₁), стабилизаторов суспензии и порообразователя (н- пентан (70-80%) и изопентан (20-30%)). Процесс полимеризации стирола является цепной реакцией:

Этапы процесса полимеризации

Загрузка деминерализованной воды с постепенным повышением температуры от 35 до 60ºС. Скорость мешалки -58 об/мин.

Загрузка мыла 1 порция - ПАВ (анионоактивный эмульгатор – додецилбензоил сульфат натрия) для снятия поверхностного натяжения. Загружается вручную из ведра в виде раствора 1 кг (920* г) на 2 л дем. воды.

Загрузка ТКФ (трикальцийфосфат) - стабилизатор суспензии. Готовят в отдельной емкости за час до старта реактора: 600 л дем. воды и 60 (54*) кг ТКФ. Загрузка готового раствора ТКФ в реактор осуществляется мембранным насосом.

Для улучшения последующей переработки загружается Sunwax.

Загрузка стирола. При достижении 90 % загруженного стирола процесс подачи стирола прекращается, частота вращения мешалки снижается до 30 об/мин, проводится проверка уровня и далее загружается оставшийся стирол. После завершения процесса загрузки частота вращения мешалки увеличивается до заданного уровня – 47-48 об/мин.

Загрузка ГБЦД (гексабромциклододекан) - антипирена осуществляется параллельно с подачей стирола после старта реактора. Готовится за час до старта реактора – 600 л дем. воды и 200 кг ГБЦД.

Загрузка перекиси осуществляется при температуре ≈ 55-60ºС в определенной последовательности:

- перекись бензоила = 115 кг;

перекись дикумила = 70 кг;
Trigonox 117 = 35 кг.

Нагрев до 88ºС и начало полимеризации. Продолжительность 1 стадии полимеризации составляет ≈ 4 часа.

Подается СК-12. Он загружается в реактор в виде водного раствора, готовится в отдельной емкости: СК - 12 в количестве 4 кг на 600 кг воды при температуре 60С.

После добавления СК-12 гранулы сжимаются до диаметра < 0,5 мм, а затем в течение около полутора часов вырастают до необходимого размера, осуществляется визуальный контроль за ростом гранул и при необходимости подается дополнительное количество ТКФ.

Загрузка ПВА (поливиниловый спирт) – стабилизатора суспензии. ПВА предотвращает слипание бисера между собой. Раствор ПВА готовится в отдельной емкости.

10.

Увеличение частоты вращения мешалки до 58 об/мин. Добавление мыла, 2 порция –загрузка: 80 г на 2 л дем. воды.

Реактор закрывают.

Осуществляют наполнение азотом (до 0,5 бар), проверку плотности закрытия в течение 3 мин.

11.

Добавление порообразующего агента – смесь пентана (70-80% масс) и изопентана (20-30% масс) - в количестве 2205 кг (2360 кг*). Происходит рост давления до 7,5 бар и рост температуры до 1100С. Вторая стадия полимеризации осуществляется в течение 2,5 часов с постепенным подъемом температуры от 110С и заканчивается при температуре 130С и давлении 8-9,5 бар.

12.

Охлаждение реакционной массы до 60С (около 1 ч) и выгрузка из реактора. Общее время варки ПСВ ≈12 ч.

Промывка

Перед циклом полимеризации и пропитки в полимер добавляются различные химреагенты.

Это означает, что выходящая из реактора вода помимо гранул полистирола содержит также твёрдые продукты распада, CK12, ТКФ, ПВА и т.д. Мельчайшие частицы ТКФ могут оседать на поверхности полистирола и влиять на его значимые для обработки качества.

Поэтому необходимо удалить эти загрязнения с поверхности гранул ПСВ в целях получения равномерно чистых гранул для последующей обработки.

Из холодильника суспензия ПСВ при температуре примерно 42°C поступает в буферную ёмкость. Эта ёмкость имеет объем 200 м³ и может принять около двух с половиной партий. То есть, в случае кратковременной остановки последующего оборудования из-за аварии или техобслуживания суспензию из реактора можно будет в любом случае выгрузить в буферную ёмкость. Буферная емкость оборудована мешалкой, предотвращающей осаждение суспензии. В буферной емкости имеются два кольцевых трубопровода. Верхний трубопровод служит для распределения промывной воды по стенкам ёмкости. Через кольцевой трубопровод в нижней части ёмкости при выходе из строя мешалки может

подаваться сжатый воздух для предотвращения осаждения гранул.

Вторая буферная ёмкость также объёмом 200 м³ предусмотрена для некондиционного продукта, в обычных условиях не образующегося. Эта ёмкость также может использоваться при смене типа продукта. Участок нисходящего потока при смене продукта должен быть полностью опорожнён во избежание смешивания продуктов типов SE и STD.

Предварительная сушка

Во время транспортировки к системе рассева материал подвергается поверхностной сушке в так называемой пневматической сушилке. Гранулы ПСВ после второйцентрифуги с помощью питателя подаются в горячий воздушный поток. При необходимости воздух высушивается и подогревается на узле подготовки воздуха до 60 °C.

В пневматической сушилке гранулы ПСВ подсушиваются и затем по пневмотранспортёру поступают в систему рассева.

Регулирование температуры и влажности транспортного воздуха имеет очень большое значение. Недостаточно высушенные гранулы склеиваются и ухудшают результаты сортировки в ситах. Слишком сухие гранулы склонны электростатически заряжаться, что также препятствует разделению фракций. Влажность гранул полистирола после пневматической сушилки должна составлять около 1,6 %. Во время транспортировки продукта в пневматическую сушилку из ёмкости с антистатиком в него с помощью насоса через форсунку добавляется антистатик для предотвращения агломерации гранул из-за электростатического заряда и обеспечения за счёт этого хороших результатов рассева и обработки продукта. При этом одновременно учитываются аспекты безопасности, касающиеся электростатического искрения. Предварительно в ёмкости 1-E-304 готовится водный раствор антистатика. При приготовлении партии раствора антистатика, оператор вручную подает ок. 11 кг антистатика (1 канистра) в емкость. Перед загрузкой в емкость антистатик необходимо нагреть до 40... 45°C (в канистре), поскольку холодный антистатик является пастообразным и не сразу полностью смешивается с деминерализованной водой. После того как антистатик был загружен в емкость (или одновременно) оператор включает подачу деминерализованной воды (прим. 60°C). После достижения нужного количества выключатель предельного значения уровня перекрывает подачу воды в емкость. Одной партии антистатика хватает примерно на 40 часов, в течение которых смесь антистатика в емкости медленно охлаждается. Рабочая температура раствора антистатика становится со временем равной температуре помещения.

Отделение вспенивающегося полистирола от воздуха осуществляется с помощью циклонного сепаратора. После отделения гранулы полистирола через лопастной питатель подаются на рассев. Транспортный воздух с помощью всасывающего вентилятора пропускается через всю пневматическую сушилку и через фильтр, где он очищается от мельчайшей пыли, и подается на печь дожига.

Сушка и созревание

При производстве вспенивающегося полистирола требуется определённый период созревания для получения гомогенной структуры ячеек в пене. В технологии Sunpor процессы созревания и сушки реализуются в очень короткий промежуток времени с помощью комбинации чрезвычайно сухого воздуха и регулируемой температуры.

Периоды сушки стандартного материала (STD) и трудновоспламеняемого материала (SE) сильно различаются. Для стандартного материала требуется только обработка в главной сушилке и продолжительность сушки втрое меньше, чем при сушке трудновоспламеняемого материала. Также варьируется и время сушки отдельных фракций.

Поверхностная обработка

После сушки на гранулы в смесителях наносится покрытие (в данном случае средство SUNMIX фирмы Sunpor). Из буферных ёмкостей поверхностной обработки гранулят ПСВ поступает в смесители для поверхностной обработки, где на гранулы наносятся соответствующие типу продукта добавки.

Наносимое покрытие («порошок») существенно влияет на качества продукта в процессе его дальнейшей переработки. Кроме того, наносимое покрытие может повлиять

на будущие характеристики продукта и позволить изготавливать из одного и того же исходного материала различные товарные типы:

образование комков
скорость предварительного вспенивания
минимальная масса
скорость охлаждения
качество поверхности формованных изделий
электрическая поверхностная проводимость.

Расфасовка

После поверхностной обработки готовый продукт из буферных ёмкостей по 505 с помощью всасывающего пневмотранспорта непрерывно подаётся на кратковременное хранение в пять расфасовочных бункеров.

Продукт расфасовывается в октабины, биг-бэги или мешки по 25 кг. Во избежание или уменьшение потери вспенивающего агента продукт должен упаковываться в препятствующий диффузии материал.

К основным недостаткам производства данного типа можно отнести его периодический характер, большое влияние человеческого фактора, т.к контроль созревания гранул производится исключительно визуально оператором, а также сложность устранения последствий неконтролируемой реакции полимеризации.