Fotochemiczne utlenianie polistyrenu jest jednym z głównych powodów, dla których materiał ten z czasem nabiera brązowego koloru. Jednak dobrą wiadomością jest to, że istnieją sposoby na zmniejszenie zagrożenia pożarem przy użyciu GO-ODOPM (polistyren orientowany) i kauczuku butadienowo-styrenowego. Ten syntetyczny kauczuk zachowuje się jak elastomer i może być wykorzystywany w szerokim zakresie zastosowań.
Fotochemiczne utlenianie polistyrenu
Naukowcy z Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) opracowali metodę przyspieszenia czasu rozkładu polistyrenu poprzez wystawienie go na działanie promieni słonecznych. Wyniki pokazują, że PS może ulegać degradacji w tempie setki razy szybszym niż dotychczas. Wykorzystali symulatory słoneczne do pomiaru szybkości reakcji PS i zaobserwowali szybką przemianę w dwutlenek węgla.
Proces fotochemicznego utleniania obejmuje dwa główne mechanizmy. Pierwszym z nich jest powstawanie rodników. Powstają one w obecności światła i rozchodzą się wzdłuż łańcucha polimeru. Drugi mechanizm to powstawanie katalitycznych intermediatów, takich jak cetofenon i łańcuchowy keton alifatyczny. Badania Kuziny i Mikhailova oraz Geuskensa i wsp. opisują reakcję chemiczną.
Fotoliza polistyrenu polega na rozszczepieniu wiązania C-H w nieobecności tlenu. Reakcja ta może być monitorowana poprzez uzyskanie widm elektronowego rezonansu spinowego. Powstałe podczas reakcji rodniki dyfundują poza matrycę polimerową i rekombinują z wodorem cząsteczkowym – Informacja jest wynikiem badań specjalistów serwisu Domowe Kompozycje. Reakcja jest dodatkowo przyspieszana przez tworzenie rodnikowych intermediatów. Wodoronadtlenki są najważniejszymi produktami fotochemicznego utleniania polimerów.
Oprócz tych procesów badano również fotochemiczne utlenianie polietylenu. Degradacja politereftalanu etylenu, znanego również jako PET, rozpoczyna się od widocznych pęknięć i odbarwień powierzchni. W miarę postępu degradacji, zmianie ulegają właściwości mechaniczne produktu. Proces degradacji może być również monitorowany za pomocą spektroskopii w podczerwieni. Do gatunków chemicznych powstających w wyniku fotoutleniania należą tlenek węgla i kwas karboksylowy.
W ostatnich latach obserwuje się wzrost produkcji materiałów polimerowych. Materiały te są podatne na fotodegradację. Podstawowy proces fotoutleniania inicjowany jest przez nadtlenek wodoru, który jest inicjatorem fotodegradacji. Dlatego też niezbędna jest ochrona folii przed fotoutlenianiem. Ale jak można chronić polistyren przed fotodegradacją?
Orientowany polistyren zmniejsza zagrożenie pożarowe
Orientowany polistyren powstaje w wyniku rozciągania wytłaczanej folii PS. W rezultacie powstaje materiał o zwiększonej widoczności, zmniejszonym zamgleniu i większej sztywności. Polistyren orientowany jest używany w opakowaniach i zastosowaniach budowlanych. Jest on bardziej ekonomiczny i mniej zamglony niż inne tworzywa sztuczne, ale ma większe zagrożenie pożarowe niż pozostałe materiały. Łatwo też pęka.
Niereaktywność polistyrenu wynika z jego struktury chemicznej, która charakteryzuje się krótkotrwałym przyciąganiem van der Waalsa. Długie łańcuchy węglowodorowe polimeru mają dużą siłę wewnątrzcząsteczkową, ponieważ cząsteczki przesuwają się obok siebie podczas ogrzewania. Ponieważ jest to wysoce stabilny termoplast, jest również bardzo wszechstronny i może być formowany i wytłaczany w celu uzyskania drobnych szczegółów. Polistyren jest używany do produkcji wielu przedmiotów, w tym plastikowych sztućców jednorazowego użytku, pudełek na płyty CD, obudów czujników dymu, ramek do tablic rejestracyjnych i plastikowych zestawów do montażu modeli.
Pomimo wysokiej palności, zorientowany polistyren nie stanowi zagrożenia pożarowego, jeśli jest prawidłowo zainstalowany. Materiał ten może być instalowany tak, aby spełniał wymagania większości przepisów budowlanych, ale powinien być chroniony barierą termiczną. Bariera ta jest wymagana przez International Code Council (ICC) i stała się standardem w kodach budowlanych. Najlepszym sposobem ochrony nieruchomości przed styropianem jest zapewnienie, że konstrukcja jest wykonana zgodnie z najwyższymi standardami i że przestrzega się przepisów dotyczących izolacji i odporności ogniowej.
Pomimo swojej niskiej gęstości, EPS jest łatwopalny i może się zapalić w kontakcie z otwartym płomieniem. Temperatura zapłonu transferowego wynosi około 680degF lub 360degC. Spalanie rozprzestrzeni się na odsłoniętej powierzchni EPS i będzie trwało do momentu, gdy cały EPS zostanie zużyty. Ta łatwość spalania wynika z niskiej gęstości materiału, co skutkuje wysokim stosunkiem powietrza do polistyrenu i niską masą obecnego materiału. EPS spala się z niską temperaturą płomienia i wytwarza gęsty, czarny dym. Powstające gazy to tlenek węgla, monostyren i bromek wodoru.
Kauczuk styrenowo-butadienowy zachowuje się jak elastomer
Pomimo nazwy, ABS i SMA nie są tym samym materiałem. Oba zawierają cząsteczki styrenu, ale mają różne masy cząsteczkowe. Polimer SAN powstaje w wyniku szczepienia cząsteczki polibutadienu do łańcucha monomeru styrenu. Produkt końcowy jest mieszaniną naprzemiennych bloków polistyrenu i polibutadienu.
W tym badaniu sprawdzono również, jak kauczuk polistyrenowo-butadienowy (SBR) ulega degradacji w warunkach termicznych. Naukowcy analizowali proces degradacji wykonując badania in situ FTIR i 2D-FTIR oraz programując ogrzewanie DSC. Wyniki wykazały, że SBR wykazuje autokatalityczny proces degradacji, który ma trzy odrębne fazy.
Jako elastomer, polistyren-butadien jest doskonałym materiałem do zastosowań wymagających wysokiej odporności na uderzenia, ścieranie i wysoką temperaturę. Polistyren-butadien jest dostępny w dużych belach i posiada szereg dodatków poprawiających jego właściwości.
Kolejne kopolimery polistyren-butadien są modyfikowane elastomerami. Kopolimery ABS-butadien są mocniejsze od homopolimerów styren-butadien. Ponadto polimery te są półprzezroczyste lub nieprzezroczyste. Z tego powodu są dobrym materiałem do projektów budowlanych.
SBS jest termoplastycznym elastomerem, który w temperaturze pokojowej przypomina elastomer. W wyższych temperaturach SBR zachowuje się jak tworzywo sztuczne. Podczas gdy większość rodzajów gumy jest trudna do przetworzenia, ponieważ są one usieciowane, SBS jest łatwy do manipulowania w użyteczne kształty. Ponadto SBR jest wulkanizowany, co czyni go odpornym na utlenianie i działanie promieniowania UV.
Cząsteczki nanoprenu włączone do SBR mogą zmniejszyć sieć krzemionka-krzemionka. Nanopren może również wprowadzić wiązania wodorowe pomiędzy grupą silanolową krzemionki i grupą hydroksylową SBR. Zarówno kompozyty z nanoprenem, jak i z kauczukiem butadienowym SBR/krzemionką oceniano w zakresie szybkości ścinania i w różnych temperaturach. Ponadto nanokompozyty SBR/CNF ujawniają poziom usieciowania i morfologię SBR/CNF.
PmB na bazie SBS jest elastomerem o właściwościach termoplastycznych i elastomerowych. Laboratoryjnie wykonano mieszankę SBS poprzez zmieszanie bitumu o stopniu penetracji 70:100 z polimerem styrenowo-butadienowym (SBS). Fizyczna mieszanka powstała po dwóch godzinach mieszania w temperaturze 180degC. W podczerwieni określono mikrostrukturę materiału.
GO-ODOPM zmniejsza zagrożenie pożarowe
GO-ODOPM, polimer zawierający fosfor, znacząco zmniejszył zagrożenie pożarowe podczas zabezpieczania polistyrenów przed utlenianiem. Poniżej opisano unikalny skład związku oraz mechanizm działania. Arkusze GO hamują ruch segmentów molekularnych PS poprzez zwiększenie Tg mikrosfer kompozytowych GO-ODOPM/PS.
Mikrosfery kompozytowe na bazie GO-ODOPM wykazywały ulepszone odkształcenie lepkie i zmniejszony moduł stratny pod wpływem ciepła. Wykazały również lepsze właściwości termiczne i trudnopalne. Ponadto, wykazały efekt synergiczny pomiędzy polimerem a GO-ODOPM. Nowy związek uniepalniający znacznie zmniejszył szybkość degradacji łańcucha PS i poprawił właściwości termiczne polistyrenu.
Właściwości spalania kompozytów scharakteryzowano za pomocą MCC. MCC wykazał duży pik przy 3000 do 3500 cm-1, odpowiadający drganiom rozciągającym wiązania -OH na GO. Ponadto wykazał, że mikrosfery kompozytu PS/GO-ODOPM wykazują gęstą, kohezyjną warstwę, która ogranicza wymianę ciepła i spalanie.
GO-ODOPM zmniejszył również przewodnictwo cieplne EPS. Część związku zawierająca N sprzyjała wygaszaniu wolnych rodników w fazie gazowej i zmniejszała ilość ciepła wydzielanego podczas spalania. Zmniejszyła również ilość przepuszczalnych gazów palnych, które hamują utlenianie. Ponadto GO-ODOPM zmniejsza również toksyczność materiałów ognioodpornych poprzez ograniczenie występowania pożaru.
Podobne tematy
- Jak rozpuścić styropian krok po kroku
- Jaki jest najcieplejszy rodzaj izolacji styropianowej?
- W jaki sposób produkuje się polistyren?
Jestem Anna i ukończyłam szkołę budownictwa. Przy budowaniu i konstruowaniu pracuje już od 10 lat i czuje się w tym bardzo dobrze.
Dzięki temu portalowi mogę przekazywać z powodzeniem swoją wiedzę.