Kemi

Tillämpningar av poly (styren) polymerer


Jonbytare

Jonbytare
Jonbytare är fasta ämnen eller lösningar som kan absorbera joner från en elektrolyt och frigöra motsvarande mängder andra joner i processen.

Jonbytet möjliggörs av grupper som är bundna till utbytesmatrisen och kan dissociera elektrolytiskt. I det animerade exemplet är dessa sulfonsyragrupperna S.O3H+. Animationen visar utbyte av H+- emotN/A+-Joner.

Figur 1

Autoklav

A Autoklav (gr./lat. självlåsande) är ett gastätt, låsbart tryckkärl. Den används för olika applikationer i olika respektive anpassade versioner. Inom medicinteknik, livsmedelsteknik och biologi förstås en autoklav vanligtvis som en apparat där vattenånga verkar under övertryck på olika föremål (instrument, näringsmedia) för att uppnå sterilitet. Autoklaver används även i kemiska laboratorier och inom teknik, där de används här för att utföra reaktioner under högt tryck och för reaktioner med gaser. När det gäller dess grundläggande princip representerar en tryckkokare också en autoklav.

Ytterligare rekommenderad specialistkunskap

Guide till grundläggande laboratoriekunskaper

Högre vägningsprestanda i 6 enkla steg

Hur kan du snabbt kontrollera pipetter?


2-Methylstyren används som modifieringsmedel för alkydhartser, till exempel tillsätts det till polystyrenpolymerisation för att öka värmebeständigheten hos polystyren. Alfa-metylstyren används för att tillverka mjukgörare för plaster, färger, vaxer etc. samt modifierade polyester- och alkydhartser. Poly-alfa-metylstyren (CAS: 25014-31-7) kan erhållas genom polymerisation.

Om den inte stabiliseras finns det risk för polymerisation. Monomererna är därför stabiliserade och marknadsförs vanligtvis som en blandning av isomerer. Vid upphettning kan stabilisatorn (t.ex. 3,5-di-tert-butyl-pyrokatekol) bli ineffektiv och ångor av metylstyrener kan bildas, som kan bilda en explosiv blandning med luft.


  • Skum med slutna celler: väggarna mellan de enskilda cellerna är helt stängda.
  • Skum med öppna celler: cellväggarna är inte stängda, så dessa skum kan absorbera vätskor.
  • Blandcellsskum innehåller båda typerna av celler.
  • Integralskum: De har en sluten, tjock yttre hud och en cellkärna, densiteten minskar mot insidan.

Skum kännetecknas av en mycket låg densitet (här Volymvikt kallas) och värmeledningsförmåga med endast låg hållfasthet. Bearbetning och bearbetning är lätt med låga verktygskostnader. På grund av den inre strukturen är komponenter gjorda av skum nästan fria från inre spänningar.

Redigera styrkor och vikt

  • Styrkan finns Kompressionshårdhet z. B. Kompressionshårdhet 50 = 5,0 kPa vid 40 % kompression (vanligast, men oprecis) eller Intryckshårdhet (okänt, men mer meningsfullt) uttryckt. Till exempel motsvarar tryckhållfastheten 50 ca 50 g/cm².
  • Volymvikten anges i kg/m³, även gammal g/l.

Densiteten z. B. RG 35 ≙ 35 kg / m³ och kompressions- eller intryckshårdheten är för det mesta inte beroende av varandra. Tungt skum behöver inte vara styvt skum. Detta beror snarare på användningen av råa kemikalier, "vädret" (det relativa klimatet under skumning) och skummaskinens tekniska färdigheter. Detta resulterar i toleranser. Hållfasthetstoleranser inom intervallet ± 15 % accepteras från batch till batch och inom batch. Informationen om skum z. T.ex.: RG35 / 50 = volymvikt / kompressionshårdhet (dvs. 35 kg / m³ / 5 kPa vid 40% kompression).

Differentiering efter typ av produktion:

  • Fysisk skumning: Materialet skummas genom en fysisk process.
  • Kemisk skumning: Ett jäsmedel, vanligtvis i form av så kallade masterbatch-granulat, tillsätts plastgranulatet. När värme tillförs spjälkas en flyktig komponent av jäsmedlet, vilket leder till att smältan skummar.
  • Mekanisk skumning: Här rörs luft in i hartset eller pastan som ska skummas genom att tvärbinda hartset eller genom att gela pastan som detta skum stelnar.

Redigera skumextrudering

Vid tillverkning av PP-E-skum (detta är också möjligt för polyeten, polystyren, PET eller vissa biopolymerer) smälts smält polypropen i extrudern under högt tryck med drivgas (t.ex. pentan, CO)2) offset. Tidigare användes ofta CFC som drivmedel, men användningen av dem är nu till stor del förbjuden på grund av deras skadliga effekt på ozonskiktet.

När man lämnar ett perforerat munstycke expanderar plasten till 20 till 50 gånger sin volym. De resulterande skumsträngarna kan förkortas till skumpartiklar med en diameter på ca 2-8 mm med hjälp av roterande knivar i vattenringgranulatorn eller undervattensgranulatorn. De separeras sedan från vattnet, torkas, konditioneras i silos och bearbetas sedan till formade skumdelar i den så kallade formningsprocessen.

En mycket viktig process är framställning av skumfolier (t.ex. gjorda av PP eller PE som stegljudsisolering) eller skumplåtar (t.ex. XPS gjorda av polystyren). I de flesta fall utförs dock den kontinuerliga extruderingsprocessen med så kallade kaskadsträngsprutmaskiner, det vill säga två efter varandra anordnade extruderare. Medan plastgranulatet smälts ("mjukgjort") i den första extrudern, som redan nämnts, efter att jäsmedlet har tillsatts i den andra extrudern, blandas detta jäsmedel in mycket jämnt. Dessutom bringas smältan till en definierad temperaturnivå (vanligtvis en kylningsprocess), varefter den sedan bringas till den ungefärliga bredden av den senare filmen eller plattan i en slitsform. På grund av det lägre omgivande trycket i förhållande till jäsmedlets ångtryck expanderar smältan och kalibreras till önskad plåttjocklek i en speciell anordning. Följande enheter skär panelerna till önskad storlek eller lindar upp filmen så att produkterna sedan är tillgängliga för vidare bearbetning.

Gjutprocessredigering

Formningsprocessen används för att bearbeta skumpartiklar (EPS, EPP, EPE) till gjutna skumdelar.

Skumpärlor med en diameter på ca 1–8 mm blåses i porösa aluminiumformar och sintras samman med ånga (ca 1,2 bar för EPS, ca 3 bar för EPP). Efter kylnings- och stabiliseringsfasen kan de nyskapade gjutna delarna tas bort från formen.

Denna tillverkningsprocess gör det möjligt att tillverka termoplastiska skumdelar i densitetsintervallet mellan ca 12 kg/m³ och 300 kg/m³ med en mycket homogen densitetsfördelning över hela skumdelen. Direkta skumningsprocesser med kemiska eller fysikaliska drivgaser vid formsprutning tillåter inte detta på grund av den begränsade kylhastigheten med större väggtjocklekar.

Formningsprocessen är mycket energikrävande, eftersom verktyget (formen) och delar av formmaskinen (ångkammaren) måste värmas upp och kylas ner igen för varje cykel (skott).

Användningsområden för de EPP-formade delarna är z. B. isolerade behållare, värmeisolering, återanvändbara transportförpackningar och i allt högre grad bildelar som stötfångarkärnor, solskydd, krockkuddar, verktygslådor (som finns i reservhjulsfälgen och håller t.ex. släpvagnskoppling, domkraft och verktyg ombord) eller fritidsartiklar. [1]

Skumextruderingen av partikelskum ger följande fördelar jämfört med partikelskum producerade i en autoklav:

  • Billig produktion, eftersom ett processsteg utelämnas (autoklavbehandling)
  • Enklare och snabbare färgbyten

Nackdelar med extruderingsmaterialet är å andra sidan en genomsnittlig högre bearbetningstemperatur i kombination med högre energiförbrukning och i vissa fall betydligt sämre mekaniska egenskaper i förhållande till densiteten jämfört med autoklavmaterial.

Styrofoam process redigering

Expanderad polystyren (EPS) framställs genom fysisk skumning: Det jäsmedelsinnehållande granulatet (5 % pentan) förexpanderas först till 40 till 80 gånger sin volym genom upphettning med ånga vid ca 105 °C och sedan mellan 3 och 48 timmar i rumstemperatur tillfälligt lagras så att pentanen efteråt kan släppa ut upp till en andel av ca 3% och luft kan tränga in. Detta undviker skapandet av ett vakuum inuti. Vid färdig skumning fylls den förexpanderade EPS-en i en form och expanderas genom ytterligare upphettning till ca 130°C med ånga, dvs den fyller formen och de enskilda partiklarna smälter samman vid kanterna. I fallet med stora blockformar appliceras vanligtvis ett vakuum innan vattenångan införs för att främja expansionen av EPS-partiklarna.

Densiteten bestäms av graden av förexpansion. Men om denna blir för stor kommer den färdiga produkten att kollapsa.

Bearbetning av termoplastisk skumgjutning (TSG).

Genom att tillsätta jäsmedel till ett antal termoplaster, inklusive de med fyllmedel (glas- eller kolfibrer), kan skumstrukturer skapas i formsprutade delar. Beroende på typ och konsistens kan jäsmedlen blandas in i granulatet i några procent eller pumpas in i smältan i cylindern i flytande tillstånd under högt tryck. I kärnan har de resulterande gjutna delarna en skumstruktur och en i stort sett kompakt ytterskal mot ytan. Metoden används för att t.ex. B. att förse tjockväggiga delar av formsprutade delar med en skumkärna för att undvika sjunkmärken upp till invändig skumning av relativt tjockväggiga formdelar för att kunna spara vikt utan att behöva minska väggtjockleken. Metoden används för väggtjocklekar från 2 mm, men mest för väggtjocklekar mellan 4 och 20 mm.

De tryck som krävs för insprutningsprocessen i verktyget och hålltrycket är avsevärt lägre än för normal formsprutning. Maskinerna är vanligtvis endast utrustade med insprutningstryck på upp till ca 1000 bar. De stora skottvikterna realiseras ofta med kolvinsprutningsenheter som fylls med en förplastande skruv. Ett hålltryck kan vanligtvis utelämnas, eftersom konturbildningen i verktygskaviteten sker genom expansion av drivmedlet. Bortsett från den sistnämnda skillnaden är processen i grunden väldigt lik normal formsprutning. Vilken normal formsprutningsmaskin som helst kan användas för processen.

TSG-processen lämpar sig för att skapa särskilt styva konstruktioner, eftersom alla väggtjockleksskillnader kan produceras utan att skapa sjunkmärken. Ofta sprutas flera verktyg in efter varandra på roterande bordsmaskiner. Detta förbättrar effekten trots långa kyltider (på grund av de stora väggtjocklekarna).

Bearbetning av PUR-skum

Till skillnad från frigolitprocessen används flytande, reaktiva råvaror här av processorn. Om polyoler blandas med isocyanater och drivmedlet (vanligtvis vatten) reagerar polyolen med isocyanatet i en polyaddition för att bilda PUR (polyuretanskum) och drivmedlet bildar gasinneslutningar (med drivmedelsvattnet reagerar detta med en del av isocyanatet, frigör koldioxid). Till polyolen tillsätts tillsatser som jäsmedlet, så att två komponenter vanligtvis används.

Egenskaperna kan justeras beroende på valet av utgångsmaterial. Vid användning av långkedjiga polyoler erhålls således mjuka till elastiska skum, eller vid användning av kortkedjiga polyoler erhålls starkt tvärbundna hårda skum.

Huvudprocessen är kontinuerlig tejpskumning och de två diskontinuerliga RSG (reaktionsskumgjutning) och RIM (reaktionsformsprutning) eller lågtrycks- och högtrycksprocesser, där de senare blir mer och mer utbredda.

Vid diskontinuerliga processer måste det säkerställas att ringledningar installeras för att förhindra "utstickning" eller segregering. B. isocyanatet bör vara varmt över 15 ° C, annars kommer det att kristallisera. Ett rengöringssystem bör också tillhandahållas för blandningshuvudet för att förhindra att det fastnar.

RRIM redigera

Med RRIM (Reinforced Reaction Injection Moulding) blandas två komponenter (polyol och isocyanat) och ett förstärkningsmaterial (t.ex. glasfiber, kolfiber, bergpulver) i det så kallade blandningshuvudet och injiceras under högt tryck i ett formverktyg. Efter den exotermiska reaktionen av komponenterna är den härdplasten Polyuretan och kan tas bort från verktyget. Användningsexempel är ytterhudsdelar inom bilindustrin, såsom fendrar, vipppaneler och stötfångarskydd. En fördel med polyuretan framför termoplaster är dess relativt höga värmebeständighet.

MuCell process redigering

I MuCell-processen matas en inert gas (antingen kväve eller koldioxid) till den termoplastiska polymersmältan och blandas i smältcylindern för att bilda en enfaslösning. När denna enfaslösning sprutas in i formsprutnings- eller formblåsningsverktygets hålrum, eller under extrudering när den lämnar munstycket, upplever blandningen ett tryckfall, vilket innebär att gasen kärnar över komponenten och miljontals små celler växa. Dessa celler ersätter sedan en definierad volym, vilket leder till en densitetsminskning i komponenten.

Senaste utvecklingen redigera

I konventionella tillverkningsprocesser erhålls skum ofta från polymersmältor och gasformiga jäsmedel. Ett alternativ är att använda mikroskopiska schabloner (så kallade mallar) för att ge skummet rätt struktur. Till exempel kan små vattendroppar finfördelas i en monomerlösning och avlägsnas efter polymerisation. En annan metod använder partiklar för att stabilisera luftbubblor i reaktionsblandningen. En nyutvecklad process för framställning av expanderad polystyren är baserad på polymerisation av skummade olja-i-vatten-emulsioner. Styren (oljefas) emulgeras först i en vattenfas. Därefter skummas emulsionen stabiliserad av ett anjoniskt ytaktivt medel med kväve. Detta skapar skumbubblor som omges av tätt packade droppar av emulsion. I det sista steget utlöses polymerisationen genom exponering för UV-ljus. Emulsionsdropparna reagerar samtidigt som skummets struktur bibehålls. Det resulterande polymerskummet innehåller porer som är delvis förbundna med varandra. Detta möjliggör flöde av luft, vätskor eller andra material genom skummet, vilket gör applikationen intressant för till exempel filtermaterial eller bioinspirerade ramverk. [2]


Tillverkning

Den klassiska metoden för att skapa det amorfa tillståndet är att "snabbt" kyla en smälta eller vätska. Förutsättningen för det amorfa tillståndet är att atomerna eller molekylerna inte kan ordna sig regelbundet under kylning, det vill säga viskositeten måste överstiga ett visst värde och kristallisation får inte ske. Den kritiska kylhastigheten som är nödvändig för att undvika kristallisation beror på materialet. Klassiska glas som fönsterglas kan också kylas ner relativt långsamt (t.ex. & # 160B. 1 & # 160K per minut). De flesta amorfa metaller kräver å andra sidan en kylhastighet på över 1000 160K per sekund. En relaterad metod är ångavsättning på ett kylt substrat. Även här saknar atomerna tid och flexibilitet för att anta den ordnade formen.

Ett annat sätt är produktion genom att förstöra den kristallina ordningen med hjälp av kraftig mekanisk deformation (t.ex. i en kulkvarn), bombardering av joner eller stark strålning.

Inte alla material kan produceras i amorf form vid normal temperatur.


Plastkemi för ingenjörer

Standardarbetet om plastkemi Om man vill förstå plaster, deras egenskaper, bearbetning och tillämpningar från grunden måste man ta itu med deras kemi.
Beprövad i åratal: Läroboken gör det enkelt för dig att öppna upp detta spännande ämne. Den är tydligt skriven, tekniskt sund och grundläggande.
Stor praktisk relevans: De kemiska ekvationerna som används för att beskriva polymersynteserna är i grunden baserade på de industriella processer som används av råvaruproducenterna. Den resulterande insikten i kemi ... mer

Standardarbetet om plastkemi
Den som förstår plaster, deras egenskaper, bearbetning och tillämpningar från grunden
måste ta itu med sin kemi.

Beprövad i åratal:
Läroboken gör det enkelt för dig att öppna upp detta spännande ämne. Den är tydligt skriven, tekniskt sund och grundläggande.

Stor praktisk relevans:
De kemiska ekvationerna som används för att beskriva polymersynteserna är i grunden baserade på de industriella processer som används av råvaruproducenterna. Den insikt i polymerernas kemi som man på så sätt erhållit förblir praktisk, trots all teori.

Redan i den femte upplagan:
Nyredigerad och kompletterad med ämnen: skadeförebyggande/skadeanalys, moderna processer vid återvinning av plast

För alla som vill använda plast ännu mer framgångsrikt
Denna stimulerande "kemicocktail" från teori och praktik lämpar sig som lärobok, som uppslagsverk eller som hjälpmedel vid val av material.


Även om det är ett problem i deponier på grund av dess nästan obefintliga biologiska nedbrytning, är polystyren viktigare för att kunna hittas utanför deponier. Skräpet är fult och till skillnad från metaller, som har ett pris hos återvinningsföretag, finns det få ekonomiska incitament att samla in skräpet. Dessutom går polystyren lätt i bitar när den strimlas. Vilda djur kan försöka söka igenom bitarna och missta dem för mat. Förtäring kan leda till döden.

Vissa polystyrenprodukter, som förpackningar gjorda till jordnötter, kan återanvändas utan upparbetning. Även om det finns sätt att återvinna polystyren, är kostnaden för att göra det högre än att göra polystyren i första hand. Utan återvinningsmöjligheten fortsätter en stor del av den polystyren som används att landa på deponier.


Tritylkloridharts 0,5 - 2,5 mmol/g på poly (styren-divinylbensen), 1% tvärbunden med divinylbensen 100-200 mesh

Avantor®, ett Fortune 500-företag, är en ledande global tillverkare och leverantör av innovativa produkter, högrena material och skräddarsydda tjänster för biofarmaka, hälsovård, universitet och offentliga institutioner samt avancerad teknik och forskningsindustri. Vår portfölj används i nästan varje fas av de stora forsknings-, utvecklings- och tillverkningstillämpningarna i de branscher där vi är verksamma. Vår strategiskt placerade globala infrastruktur är en av våra största styrkor när det gäller att möta våra kunders behov. Vår globala närvaro gör det möjligt för oss att tillhandahålla mer än 225 000 kundplatser över hela världen och ger oss omfattande tillgång till forskningslaboratorier och forskare i över 180 länder. Vi sätter igång vetenskapen för att skapa en bättre värld. Mer information finns på avantorsciences.com eller våra LinkedIn-, Twitter- och Facebook-konton.

& kopia 2021 VWR International, LLC. Alla rättigheter förbehållna.
& kopia 2021 FORTUNE Media IP Limited. Alla rättigheter förbehålls. Används under licens.


Med solljus till max

Material som kallas övergångsmetallkarbider har anmärkningsvärda egenskaper som öppnar upp för nya möjligheter inom vattenavsaltning och avloppsvattenrening. Ett KAUST-team har hittat föreningar av övergångsmetaller och kol som kallas MXenes, men uttalade uttryck för & quotMaxene & quot (& quotMaxene & quot). Du kan förånga vatten effektivt med hjälp av solenergi.

Renyuan Li, en Ph.D. Student vid KAUST, har undersökt en MXene där titan och kol kombineras med formeln Ti3C2. "Det här är ett mycket spännande material", säger professor Peng Wang, Li & aposs handledare vid KAUSTs vattenavsaltnings- och återanvändningscenter.

Wang förklarar att hans upphetsning kom från upptäckten att Ti3C2 kan fånga energin från solljus för att rena vatten genom avdunstning med "state-of-the-art" energieffektivitet. Han säger att detta kräver mer forskning för praktiska tillämpningar.

Andra forskare hade undersökt MXenes förmåga att fungera som elektromagnetiska skärmningsmaterial, eftersom de kan absorbera våglängder av elektromagnetisk strålning utanför det synliga området. Så KAUST-upptäckten började med en enkel fråga. "Vi bestämde oss för att undersöka vad som är interaktionen med denna MXene och solljus?", förklarade Wang. Med sin grupp som fokuserade på avsaltningsteknik var det ett självklart mål att använda solenergi för att omvandla vatten till ånga.

KAUST-teamets första observation var att Ti3C2 omvandlar solljusets energi till värme med 100 % effektivitet. Viktigt är dock att det sofistikerade systemet som utvecklats under denna forskning för att mäta omvandlingen av ljus till värme visade att olika andra material, inklusive kolnanorör och grafen, också uppnådde nästan perfekt effektiv omvandling.

"Jag föreslår att fokus på fältet ska flyttas bort från att hitta nya fototermiska material för att hitta användningsområden för de många perfekta vi har nu," sa Wang.

För att undersöka MXenes kapacitet inom vattenrening, gjorde forskare ett tunt och flexibelt Ti3C2-membran med en termisk barriär av polystyren för att förhindra att den termiska energin strömmar ut. Detta skapade ett system som kunde flyta på vatten och förånga en del av vattnet med 84 % effektivitet för att belysa naturligt solljus.

För Wang är nästa utmaning att flytta från denna grundläggande forskningsmetod till praktiska tillämpningar. Wang hoppas kunna bryta igenom vad han kallar "den 85 % effektivitetsbarriären" och tar fototermisk rening av vatten till ett nytt territorium.

Förutom att maximera systemets ljusfångande kapacitet vill forskarna undersöka hur vattenångan kan fångas upp och en fullständig vattenreningsprocess uppnås. Wang är redan i samtal med en potentiell industriell partner.


När de värms upp visas nanosfärer på ett kontrollerat sätt genom en plastyta - en reversibel process för omkopplingsbara sensorer och återanvändbara streckkoder

Raleigh (USA) / Melbourne (Australien) - Nanoforskare får alltmer kontroll över sina små partiklar. Ett team vid North Carolina State University i Raleigh har nu lyckats få små nano-nub att dyka upp på en yta och sedan försvinna igen med en knapptryckning. Som de rapporterar i tidskriften & quotNano Letters & quot, skulle sådana omkopplingsbara nanostrukturer kunna användas för återanvändbara streckkoder eller känsliga värmesensorer med hög rumslig upplösning.

"Dessa speciella kärna-skal-partiklar är formade som squashbollar gjorda av två olika plaster", säger Richard Spontak. Tillsammans med kollegor från University of Melbourne distribuerade han de 30 miljondelar av en millimeter små sfärer gjorda av polymetylmetakrylat i en smälta gjord av samma plast. Efter kylning avsatte de ett tunt lager av polystyren på denna plastfilm. Om detta kompositmaterial sedan värms upp lokalt ändras materialets ytspänning. Resultatet: nanosfärerna kan höjas och trycka in små stötar i polystyrenskiktet. När de återigen utsätts för värme, sjunker sfärerna under vatten igen och nanopoderna på ytan försvinner.

& quotMed den här tekniken kan vi placera partiklarna precis där vi vill & quot, förklarar den deltagande forskaren Jan Genzer. Hittills har endast små laboratorieprover funnits från dessa bytbara plastfilmer, men Spontak och Genzer hoppas på många tillämpningar för deras billiga att tillverka material. Stigande rattar kan indikera temperaturförändringar med hög rumslig upplösning, eller leda till återanvändbara identifieringsmönster jämförbara med streckkoderna som används idag.


Metylstyrener

de Metylstyrener (även kallade vinyltoluener eller metylvinylbensener) bildar en grupp ämnen inom kemin som härrör från både styren och toluen. Strukturen består av en bensenring med fäst eten - & # 160 (–CH = CH2) och metylgrupp (-CH330 som substituenter. Deras olika arrangemang resulterar i tre konstitutionella isomerer med den empiriska formeln C.9H10. De är främst att betrakta som metylsubstituerade styrener. Det finns också två isomera föreningar, isopropenylbensen (α-metylstyren) och 1-propenylbensen (β-metylstyren), i vilka metylgruppen är bunden till etengruppen och inte till bensenringen.


Video: Uponor Smatrix Pulse. Планирование, монтаж и подключение проводной автоматики теплых полов. (November 2021).