Polistyren

PS (polistyren, ang. polystyrene) jest termoplastycznym polimerem styrenu. Styren jest podstawowym surowcem do wytwarzania polistyrenu oraz wielu tworzyw styrenowych; łatwo ulega polimeryzacji, tworząc PS.

Typowy polistyren otrzymywany metodami rodnikowymi jest tworzywem amorficznym, bezpostaciowym i przezroczystym. Jego temperatura zeszklenia wynosi około 100°C. Jako termoplast może być uplastyczniany pod wpływem temperatury i przetwarzany metodami właściwymi dla tej grupy tworzyw.

Otrzymywanie

Polistyren otrzymuje się przez polimeryzację styrenu. W źródłach Plastech wskazywane są m.in. metody: suspensyjna, emulsyjna, blokowa oraz rozpuszczalnikowa. W praktyce przemysłowej ważne są zarówno niemodyfikowane odmiany polistyrenu, jak i materiały modyfikowane oraz spienione.

W przypadku spienialnego polistyrenu EPS konwencjonalna produkcja białego EPS jest opisywana jako proces okresowy prowadzony metodą polimeryzacji zawiesinowej. Rozwijane są także alternatywne, ciągłe ścieżki wytwarzania z użyciem wytłaczarek, w których dodatki i środek porujący są dozowane do stopionego polimeru, bez prowadzenia reakcji polimeryzacji w samej wytłaczarce.

Właściwości

Polistyren ogólnego przeznaczenia jest tworzywem sztywnym, łatwym do formowania i w odmianie amorficznej przezroczystym. Jego cechy mogą być jednak silnie zmieniane przez modyfikację, dodatki, barwienie, napełniacze lub spienienie.

Do charakterystycznych cech materiałów polistyrenowych należą:

• amorficzna budowa i przezroczystość typowego PS otrzymywanego metodami rodnikowymi,
• termoplastyczność, umożliwiająca formowanie po ogrzaniu i ponowne twardnienie po schłodzeniu,
• możliwość przetwarzania przez wtryskiwanie, wytłaczanie i termoformowanie,
• możliwość spieniania do lekkich materiałów o strukturze komórkowej,
• dobre właściwości termoizolacyjne odmian EPS i XPS,
• mała gęstość i niska masa odmian spienionych,
• ograniczona odporność cieplna oraz palność odmian spienionych, wymagająca w zastosowaniach izolacyjnych odpowiednich rozwiązań materiałowych.

Najważniejsze odmiany

GPPS – polistyren ogólnego przeznaczenia

GPPS jest niemodyfikowaną odmianą polistyrenu ogólnego przeznaczenia. Stosuje się go tam, gdzie pożądane są sztywność, przejrzystość i dobra jakość powierzchni, a nie są wymagane wysokie parametry udarności.

HIPS / PS-HI – polistyren wysokoudarowy

HIPS, oznaczany także jako PS-HI, jest odmianą polistyrenu modyfikowaną w celu poprawy odporności na uderzenia. Należy do ważnych materiałów styrenowych stosowanych m.in. w opakowaniach, wyrobach użytkowych, elementach AGD i detalach technicznych.

EPS – polistyren ekspandowany

EPS (expanded polystyrene) to polistyren ekspandowany, czyli spieniany. W praktyce rynkowej bywa potocznie nazywany styropianem, choć konkretne nazwy handlowe, takie jak Styropor, odnoszą się do określonych grup produktów producenta, a nie do całej kategorii materiałów.

EPS otrzymuje się z granulek polistyrenu zawierających środek porujący. Pod wpływem pary lub gorącej wody granulki miękną i zwiększają objętość, a następnie w formie łączą się w wyrób o strukturze zamkniętokomórkowej. Duża zawartość gazu powoduje, że EPS ma bardzo małą gęstość objętościową.

Do istotnych cech EPS należą dobre właściwości termoizolacyjne, niska masa, odporność na wilgoć, przydatność w opakowaniach ochronnych oraz zdolność pochłaniania energii uderzenia. Materiał ten stosuje się przede wszystkim w izolacjach cieplnych w budownictwie, opakowaniach ochronnych i transportowych, pojemnikach termoizolacyjnych oraz systemach logistycznych wymagających utrzymania temperatury.

Rozwijane są także specjalne gatunki EPS, np. materiały z dodatkiem grafitu określane jako GPS. Grafit poprawia skuteczność izolacji termicznej przez ograniczanie przenoszenia promieniowania cieplnego. W produkcji EPS wdrażane są również rozwiązania pozwalające wprowadzać materiał z recyklingu; opisano gatunki zawierające do 30% recyklatu, a w zależności od wymagań jakościowych i właściwości surowca możliwy jest także wyższy udział.

XPS – polistyren ekstrudowany

XPS (extruded polystyrene) jest ekstrudowaną pianką polistyrenową stosowaną przede wszystkim jako materiał termoizolacyjny. Przykładem produktu XPS jest Styrodur C, zarejestrowana nazwa handlowa BASF dla grupy ekstrudowanych płyt ze spienionego polistyrenu.

Materiały XPS odznaczają się dobrą izolacyjnością cieplną, wysoką wytrzymałością na ściskanie i niewielkim wchłanianiem wody. Płyty XPS stosuje się w budownictwie m.in. do izolacji cokołów, dachów stromych i płaskich, posadzek, ścian wewnętrznych, mostków cieplnych oraz innych przegród narażonych na wilgoć lub obciążenia.

Przetwórstwo

Polistyren jako termoplast może być przetwarzany konwencjonalnymi metodami dla tworzyw termoplastycznych. Do najważniejszych należą formowanie wtryskowe, wytłaczanie i termoformowanie. Dobór technologii zależy od odmiany materiału, lepkości stopu, dodatków, wymaganych właściwości i geometrii wyrobu.

W przypadku odmian spienionych istotny jest dobór środka porującego i sposób wytwarzania struktury komórkowej. Spienianie termoplastów może być prowadzone z użyciem poroforów chemicznych lub fizycznych, a wyroby piankowe powstają m.in. w procesach wytłaczania lub formowania wtryskowego. Dla EPS typowy jest etap ekspandowania perełek, ich stabilizacji oraz formowania w kształtki lub bloki.

Zastosowanie

Polistyren należy do grupy podstawowych tworzyw masowych i tworzyw styrenowych. Stosuje się go m.in. w:

• opakowaniach, kubkach, tackach i pojemnikach,
• opakowaniach ochronnych i transportowych,
• elementach AGD, elektroniki i elektrotechniki,
• zabawkach i artykułach użytkowych,
• wyrobach technicznych i elementach o umiarkowanych wymaganiach mechanicznych,
• płytach, profilach i kształtkach,
• materiałach termoizolacyjnych z EPS i XPS.

Odmiany spienione mają szczególne znaczenie w budownictwie, chłodnictwie, logistyce i branży opakowaniowej, gdzie wykorzystuje się ich niską masę, budowę komórkową oraz dobre właściwości izolacyjne.

Polistyren a tworzywa styrenowe

Określenie „tworzywa styrenowe” jest szersze niż sam polistyren. Styren jest składnikiem wielu kopolimerów i elastomerów termoplastycznych. Do ważnych tworzyw styrenowych należą m.in. ABS, czyli terpolimer akrylonitrylu, butadienu i styrenu, oraz SAN, kopolimer styrenu i akrylonitrylu. Są one powiązane surowcowo i technologicznie z PS, ale nie są odmianami homopolimerowego polistyrenu w takim samym sensie jak GPPS, HIPS, EPS czy XPS.

Recykling

Polistyren może być kierowany do recyklingu mechanicznego. Odpady PS pozyskuje się m.in. z kubków, tacek na jedzenie i obudów sprzętu elektronicznego. Recykling mechaniczny polega na ponownym przetworzeniu zebranych i posortowanych odpadów bez zasadniczej zmiany struktury chemicznej polimeru, najczęściej do postaci surowca wtórnego lub granulatu.

EPS również może być poddawany recyklingowi, choć ze względu na bardzo małą gęstość i dużą objętość wymaga odpowiedniego zagęszczania, prasowania lub topienia. W źródłach Plastech podkreślono, że pianka EPS w pełni podlega recyklingowi, a istnieją maszyny pozwalające przekształcać odpady styropianowe w zagęszczone bloki przydatne do dalszego wykorzystania.

Istotnym kierunkiem rozwoju jest także recykling chemiczny polistyrenu. Polistyren można depolimeryzować z powrotem do monomeru styrenu, a odzyskany styren może być ponownie wykorzystany do produkcji polistyrenu i innych tworzyw styrenowych, również do zastosowań wymagających wysokiej czystości materiału. Na rynku rozwijane są też opakowania z recyklowanego polistyrenu, w tym rozwiązania do kontaktu z żywnością zawierające 30% recyklatu.

Nazwy handlowe

Na rynku funkcjonują liczne nazwy handlowe materiałów polistyrenowych. Przykładami są Styropor – nazwa handlowa BASF odnosząca się do materiału z grupy EPS – oraz Styrodur C, nazwa handlowa BASF dla ekstrudowanych płyt XPS. Nazwy handlowe należy traktować jako określenia konkretnych produktów lub grup produktów, a nie jako ogólne synonimy polistyrenu.