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:

1. Polystyrenové pěnové bloky a desky různých konfigurací jsou určeny pro izolaci budov a prostor jakéhokoli účelu.
2. Balení jakékoli složitosti pro různá zařízení, která vyžadují ochranu před mechanickým poškozením během přepravy a skladování.
3. Výroba dílů pro automobily, plavidla (lodě a jachty), dekorativní prvky do interiérů.
4. 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.
5. 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.

Použitou surovinou je pěnový samozhášivý polystyren obsahující 5-6% směsi pentanu a isopentanu, což je pěnicí faktor. Tato směs je obsažena v polystyrenových granulích v rozpuštěné formě.

Surovina je ve formě granulí získaných suspenzní polymerací styrenu. Obsahuje látku snižující hořlavost – retardér hoření.

Granule po zahřátí na teplotu 90−100°C vlivem těkavého pentanu zvětší svůj objem (proces pěnění) přibližně 30−65krát. V průmyslové praxi se k pěnění polystyrenu používá vodní pára, která také proniká do granulí a podporuje působení pentanu.

Mezinárodní označení pěnového polystyrenu: EPS samozhášivý FS.

Skladování:

Skladujte výhradně v originálních, těsně uzavřených nádobách nebo nádobách instalovaných ve větraných prostorách nebo pod přístřeškem, daleko od zdrojů tepla a ohně. Suroviny se doporučuje skladovat při teplotě nepřesahující 20 °C.

Výrobek skladovaný při doporučené teplotě by měl být použit nejpozději 3-6 měsíců od data kontroly výrobku uvedeného v certifikátu kvality. Produkt z částečně vyprázdněných nebo poškozených nádob by měl být okamžitě spotřebován.

Ve výrobních zařízeních lze skladovat suroviny v množství nepřesahujícím jejich průměrnou denní spotřebu.

1.2. Zpracování pěnového polystyrenu.
Konečná hustota hotového výrobku je stanovena již ve fázi předpěnění.

Důležitým ukazatelem je kontrola tlaku během procesu pěnění, pro kontinuální předexpandéry 0,015−0,03 MPa, pro cyklické 0,015−0,02 MPa.

Existují dva způsoby, jak změnit imaginární hustotu produktu ve zpěňovači:
změnou množství dodávaných surovin;
změnou hladiny pěnového materiálu v pracovní komoře;

První a druhý způsob ovlivňují dobu setrvání pěnového materiálu v pracovní komoře. Třetí způsob ovlivňuje teplotu v komoře.

Vliv doby zdržení suroviny v nadouvadle na pomyslnou hustotu produktu ukazuje Obr. 1.2.

Pokud je doba, po kterou je surovina v napěňovači příliš dlouhá, granule se začnou smršťovat a hustota se zvýší; Pokud je teplota příliš vysoká, pěnové granule mohou tvořit hrudky. Oba tyto jevy mohou nastat současně. A mají přímý vliv na kvalitu finálního produktu.

Rýže. 1.2. Vztah mezi imaginární hustotou a dobou pěnění

Aby bylo dosaženo optimálních výsledků napěnění, musí být granule před napěněním druhého stupně nasyceny vzduchem (proces úpravy).

Předpěněné granule vstupují do sušárny s fluidním ložem, kde teplý vzduch (teplota přibližně 30-40°C) prochází perforovaným dnem sušárny, suší a pohání granule směrem k vynášecímu ventilátoru.

Proud vzduchu musí být distribuován tak, aby proces sušení a pohybu granulí probíhal rovnoměrně po celé délce sušárny (nastavení se provádí pomocí klapek ve vzduchových komorách sušárny).

Jedním z mimořádně důležitých faktorů ovlivňujících napěnění polystyrenu je doba skladování surovin. Čím je surovina starší, tím je pěnění delší a tím obtížnější je dosáhnout požadované pomyslné hustoty napěněných granulí. Proto je trvanlivost surovin v uzavřených obalech omezena na šest měsíců.

1.3. Technické vybavení předpěňovací jednotky
a) pěnidlo VP-03
b) sekundární vypěňovací systém SVV-1
c) kontinuální sušička granulí SS-106

d) vykládací ventilátor VPV-2,5

2. ÚPRAVA PŘEDPĚNĚNÝCH GRANULÍ

2.1. Základy procesu úpravy pelet

Při kondicionování proniká do pěnových granulí vlivem vakua v nich vytvořeného vzduch a z pěnových granulí se do atmosféry uvolňuje vlhkost ve formě páry a pentanu, nezreagované zbytky polymeračního procesu surovin. Tato výměna plynu je možná díky plynopropustnosti polystyrenových plášťů.

Rýže. 2.1. Expandovatelné polystyrenové granule během procesu kondicionování

Rychlost difúze vzduchu do granulí je dána především imaginární hustotou, okolní teplotou a velikostí granulí. Cílem odstranění vlhkosti z povrchu granulí v sušičce s fluidním ložem je získat 100% virtuální povrch, přes který dochází k výměně plynů.

Rychlost odpařování pentanu také závisí na hustotě, okolní teplotě a velikosti granulí. Pentan se z velkých granulí odpařuje pomaleji než z granulí malého průměru, což je dáno poměrem mezi povrchem granule a jeho hmotou.

2.2. Technické vybavení jednotky úpravy granulí

Sila používaná pro úpravu pěnových granulí jsou vyráběna ve formě lehké kovové regálové konstrukce s nádobami vyrobenými z prodyšné tkaniny.

Při pohybu pěnových granulí pomocí proudu vzduchu se na povrchu granulí hromadí silné elektrostatické náboje. Proto je nesmírně důležité pečlivě uzemnit všechny kovové prvky sil, přepravních potrubí a dalších zařízení.

2.3. Parametry úpravy granulí

Okolní teplota v dílně na úpravu pelet by neměla být nižší než 15 °C, při nižších teplotách se doba úpravy prodlužuje. V létě se při teplotách nad 20 °C doba kondicionování zkracuje a při nižších teplotách prodlužuje.

Při dopravě čerstvých granulí do sil se jejich zdánlivá hustota zvyšuje v důsledku kolizí se stěnami potrubí. Při nastavování parametrů pěnění je proto nutné počítat se zvýšením hustoty při přepravě.

3. TVORBA PĚNOVÝCH BLOKŮ POLYSTYRENU

3.1. Charakteristika procesu formování

Při výrobě bloků se pěnové granule volně sypou do komory formy, dokud není zcela naplněna. Poté se do formy přivádí nasycená suchá vodní pára pod tlakem 0,2−0,4 MPa, což vede k dalšímu zvětšení objemu granulí. Vzhledem k tomu, že jsou granule v uzavřené komoře, nejprve se vyplní volný prostor mezi nimi a poté se granule k sobě přilepí.

1) plnění, 2) foukání, 3) napařování, 4) chlazení, 5) vyjímání z formy

Rýže. 3.1.1. Příklad fázového cyklu pro tvarování bloků bez použití vakua