پلی استایرن ( PS )

پلی‌استایرن یک پلیمر مصنوعی از مونومر استایرن (یک ماده پتروشیمی) می‌باشد که به سه نوع معمولی، مقاوم و انبساطی وجود دارد.

ساختار پلی استایرن

از نظر شیمیایی، پلی استیرین یک هیدروکربن طویل زنجیر است که در آن مراکز متغیر کربنی به گروه‌های فنیل (نامی که به بنزن حلقه‌ای داده می‌شود) متصلند. فرمول شیمیایی پلی استایرن (n(C8H۸ می‌باشد؛ این ماده حاوی موله‌های عناصر شیمایی کربنی و هیدروژن می‌باشد.

 

ویژگی‌های ماده توسط جذب کوتاه مدت وان در والسی بین زنجیرهای پلیمری تعیین می‌شود. از آنجایی که مولکول‌ها هیدروکربن‌های بلند-زنجیری هستند که از هزاران اتم تشکیل می‌شوند، نیروی کششی کلی بین مولکول‌ها بزرگ می‌باشد. هنگام حرارت دادن (یا به سرعت بدشکل شدن به علت ترکیب با ویژگی‌های ویسکوالاستیک viscoelastic و عایق حرارتی) زنجیره‌ها سازگاری بیشتری بدست آورده و از کنار یکدیگر سر می‌خورند. این سستی بین مولکولی (در مقابل قدرت بالای بین مولکولی به علت استقامت هیدروکربنی) حالت انعطاف پذیری و کشسانی به این ماده می‌دهد. قابلیت سیستم برای بدشکل شدن آن در دمای بالاتر از دمای تبدیل شیشه‌ای اش، به پلی استرین (و بطورکلی پلیمرهای نرمش پذیر در مقابل حرارت) این امکان را می‌دهد تا هنگام حرارت دادن به راحتی نرم شده و به شکل‌های گوناگون درآید.

 

تاریخچه

اولین بار پلی استایرن توسط ادوارد سایمون در سال ۱۸۳۹ کشف شد که خودش نمی‌دانست چه مادهٔ با ارزشی کشف کرده. تهیه تجاری منومر استایرن و پلیمریزاسیون آن به سال ۱۹۳۴ بر می‌گردد که کمپانی “داو” توانست استایرن را از فراورده‌های نفتی سنتز نماید و سپس آن را پلیمریزه کند. در همان زمان مشابه این فرایند مراحل تکمیلی خود را در آلمان غربی می گذراند. تجربیات به دست آمده از این محصول در زمان جنگ جهانی دوم موجب گردید تا در سال‌های بعد از جنگ، پلی استایرن نه تنها به عنوان یک عایق الکتریسیته گران قیمت شناخته نشود، بلکه به عنوان یک پلاستیک گرمانرم، ارزان و با خواص خوب معرفی شود. با طی گذر زمان و با انتشار تئوری‌های مختلف (از جمله تئوری هرمان اشتاودینگر در سال ۱۹۲۲ در مورد پلیمر)، در نهایت شرکت BASF در ابتدای سال ۱۹۵۰ یک فرایند دو مرحله‌ای برای تولید فوم پلی استایرن را گسترش داد. در این فرایند مرحله اول شامل تهیه دانه‌های حاوی توزیع یکنواخت عامل پف زا توسط روش پلیمریزاسیون سوسپانسیونی مونومر استایرن بوده که در مرحله دوم این ماده در داخل یک قالب فرایند می‌گردد. سهولت تولید محصول به هر شکل و اندازه از مزایای این روش بوده که باعث توسعه آن شد. این ماده اولین بار در سال ۱۹۵۰ تولید گردید.

 

 

فرایند تولید

پلی استایرن‌ها ، پلاستیکهایی هستند که در ساخت آنها ، از منومر استایرن استفاده شده باشد. معروفترین پلاستیکها از این خانواده پلی استایرن ، پلی استایرن اصلاح شده ایمپکت پلی استایرن، استایرن آکریلونیتریل (SAN ) و آکریلونیتریل بوتادین استایرن ( ABS ) است .

 

بطور کلی ، پلیمریزاسیون زنجیری به واکنش ترکیب مولکول‌های منومر با یکدیگر و تشکیل مولکول‌های بزرگ پلیمری گفته می‌شود. در این روش ، تغییر در ترکیب عنصری بوجود نمی‌آید و در روند پلیمریزاسیون ، به هیچ وجه ، محصول جانبی بدست نمی‌آید. واکنش پلیمریزاسیون زنجیری ، برای ترکیباتی که دارای یک و یا چند بند سیر نشده می‌باشند، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

مواد اولیه لازم برای سنتز منومر PS، اتیلن وبنزن می باشند که در فرایند سنتز با هم واکنش می دهند تا اتیل بنزن تشکیل شود که در ادامه فرایندهای بیشتری (دیهروژناسیون) بر روی آن انجام می شود تا به منومر وینیل بنزن یا همان استایرن (Styrene) تبدیل شود،مواد اضافی لازم دیگر،اکریلونیتریل (AN) ولاستیک بوتا دی ان می باشد. با استفاده از واکنش گرمایی یا کاتالیز شده منومر استایرن، فرایند پلیمریزاسیون آن آغاز می شود تا پلیمری آمورفتولید شود. برای بخشیدن و ایجاد خواص مطلوب در PS، افزودنیهای گوناگونی به آن اضافه می شود، همانند لاستیکها، نرم کننده ها،عوامل آزادکننده یا رها کننده و پایدار کننده ها. همچنین در فرمولاسیونهای بر پایه PS از گروههای مختلف افزودنی دیگر همچون رنگین سازها،به تاخیراندازهای شعله (FRs)، پایدارکننده های UV، یا اصلاح کننده های ضربه،استفاده می شود.نوعا GPPS، به علت شفافیت، صلب و سخت بودن و مناسب بودن با کاربردهای گوناگون انتخاب می شود.وقتی که به انعطاف پذیری بیشتریا مقاومت ضربه ای زیاد نیاز باشد،از MIPS یا  HIPSاستفاده می شود. HIPS   و  MIPSشامل لاستیک بوتا دی ان به عنوان عامل کوپلیمریزاسیون به منظور افزایش چقرمگی می باشند که سبب مات و کدر شدن رنگ محصول می گردد.

 

طبقه بندی

پلی استایرن به چهار نوع تقسیم می شود:

  • GPPS یا پلی استایرن معمولی
  • HIPS یا پلی استایرن مقاوم
  • EPS یا پلی استایرن انبساطی
  • XPS یا پلی استایرن اکسترود شده

 

پلی استایرن معمولی

پلی استایرینی با نام اختصاری GPPS که جهت مصارف عمومی مورد استفاده قرار می‌گیرد، معمولاً بایستی دارای خواص نظیر مقاومت خوب در برابر حرارت، قدرت ضربه پذیری مناسب و سیالیت خوبی در هنگام فرایند باشد. این پلی استایرنها خواص دی الکتریکی و استحکام بالایی دارند به همین دلیل در مصارف الکتریکی کاربرد بالایی دارند. نام تجاری این محصول در بازار ایران کریستال می‌باشد.

یک پلیمر شفاف و سبک با توانایی مناسب در حفظ شکل ظاهری و ویژگی‌های الکتریکی بسیار مطلوب است. این ماده به دلیل شفافیت و سهولت فرآیند پذیری ناشی از ساختار آمورف آن، مزایای بالایی نسبت به سایر مواد پلیمری دارد.

موارد مصرف

این نوع از پلی استایرن در تولید ظروف مصرفی چون بشقاب، لیوان و فنجان، کالاهای مصرفی با مقاومت بالا همانند ظروف خانگی و قوطی‌ها ،برای تولید ظروف یک بارمصرف، وسایل الکترونیکی، بدنه ساعت، تلویزیون، رادیو، لوازم ورزشی، اسباب بازی، عایق برودتی دربدنه یخچال‌ها، فریزرها و   کالاهای ویژه بسته بندی همانند جعبه های لوح فشرده و قاب‌های نازک و ظریف، ظروف بسته بندی ویژه مواد دارویی و … به کار می‌رود. همچنین به دلیل خاصیت دی الکتریکی این ماده، می‌توان از آن در مصارف الکتریکی نیز استفاده نمود.

پلی استایرن مقاوم

این نوع پلی استایرن با نام اختصاری high-impact polystyrene) HIPS) مقاوم به ضربه است و به همین دلیل در ساخت ظروف و بدنهٔ لوازم خانگی کاربرد دارد. نام تجاری این ماده در بازار ایران هایمپک می‌باشد.

پلی استایرن معمولی تا حدودی شکننده است، هر چند می‌توان با افزودن برخی ویژگی‌های موادی همچون پلی بوتادین، به محصولی با عملکرد مطلوب دست یافت. این مواد به دلیل تاثیر نیروهای بین مولکولی، در حالت طبیعی نمی‌توانند با هم مخلوط گردد. اگرچه افزودن پلی بوتادین در طول فرآیند پلیمریزاسیون، باعث ایجاد پیوندهای شیمیایی آن با پلی استایرن و تولید یک کوپلیمر می‌گردد. بدین ترتیب پلی بوتادین در ترکیب نهایی جای می‌گیرد که به تولید پلی استایرن مقاوم می‌انجامد.

موارد مصرف

برای تولید لوازم ورزشی، اسباب بازی، وسایل خانگی, همچنین از  این ماده به دلیل پایداری بالا و فرآیند و رنگ پذیری آسان، کاربردهای فراوانی اعم از تولید لوازم ورزشی، اسباب بازی و عایق‌های برودتی در بدنه یخچال‌ها و فریزرها دارد. این ماده در فرآیندهای صنایع غذایی ، خانه سازی و ساخت ظروف و بدنه لوازم خانگی و پوشش‌ها نیز کاربردهای ویژه‌ای دارد.

 

 پلی استایرن انبساطی

این نوع پلی استیرن با نام اختصاری Expanded polystyrene) EPS) نوعی پلیمر سفید رنگ که به آنها یک عامل فوم کننده اضافه شده است. که در ایران با نام یونولیت شناخته می شود.

یک ترموپلاستیک سبک است که رسانایی گرمایی پایین، مقاومت بالا در برابر فشرگی و توانایی بالا در جذب ضربه، آن را به ماده ایده آل برای بسته بندی و عایق بندی در صنایع مختلف تبدیل نموده است.

 

موارد مصرف

برای تولید بلوکهای پلاستوفوم (مناسبترین جایگزین بلوکهای سیمانی) به منظور عایق صوتی و حرارتی- برودتی در سردخانه ها و یخچال‌های صنعتی و همچنین ساخت انواع فومهای بسته بندی و ظروف یکبار مصرف نگهداری غذا استفاده می شود. عایق برودتی در سردخانه‌ها و یخچالهای صنعتی. ساخت انواع فوم‌های بسته بندی و انواع یخدان و ترموس.

 

گریدهای مختلف پلی استایرن انبساطی

گریدهای یونولیت (EPS) معمولاً بر اساس اندازه ذرات و نوع پوشش سطح آنها انجام می‌شود. البته گریدهای خاصی از آن نظیر کندسوز شده (F) و آنتی استاتیک نیز وجود دارد.

پلی استایرن اکسترود شده

پلی استایرن اکسترود شده ( Extruded polystyrene ) یا به اختصار XSP   نوعی پلاستیک است که  به شکل یک ماده اسفنجی متراکم یا به صورت یک محصول جامد و غیر قابل تراکم تولید می شود. تولید این محصول از گرانول های پلی استایرن آغاز می‌گردد که به همراه مواد افرودنی و عامل کف زدا به دستگاه اکسترودر وارد می‌گردد. در داخل دستگاه مخلوط تحت شرایط کنترل شده دما و فشار ذوب به یک سیال با ویسکوزیته بالا تبدیل می‌گردد. مایع حاصل به صورت پیوسته از یک قالب عبور نموده و پس از خروج از آن به حالت اسفنجی در می‌آید.

کاربرد :

برای تولید محدوده وسیعی از محصولات، از مصالح ساختمانی تا ظروف نگهداری، به کار می‌رود