پلی استایرن (PS): تولید، بازار، قیمت و خواص

پلی استایرن چیست؟

پلی استایرن یک پلیمر سنتزی از مونومرهای استایرن می‎باشد. استایرن در‎ تولید بسیاری از انواع پلاستیک‌ها جزء اصلی می‎باشد. همچنین بصورت طبیعی استایرن در برخی مواد موجود می‎باشد مانند توت فرنگی، دارچین قهوه.

پلی استایرن بصورت معمول یک نوع ترموپلاستیک شفاف است که هم بصورت خشک و هم بصورت فوم فشرده سخت تولید می‎شود. بصورت عموم، پلیمر پلی استایرن شفاف، سخت و شکننده می‎باشد که با استفاده از ترکیب با مواد مختلف خواص آن را می‎توان تغییر داد و بصورت دلخواه در محصولات مختلف استفاده کرد.

استفاده از پلاستیک در تولید محصولات مختلف امروزه بسیار رایج می باشد. نوع سخت و دانسیته بالای پلی استایرن در محصولاتی استفاده می‎شود که شفاف می‎باشد. همچنین اغلب با افزودن و ترکیب با رنگدانه‎های مختلف و افزودنی‎های گوناگون و یا دیگر انواع پلاستیک محصولاتی مانند قطعات الکترونیکی، قطعات خودرو و انواع لوازم منزل و باغبانی و ابزار گوناگون با پلی استایرن تولید می‎شود.

انواع فوم فشرده و فوم عایق که بصورت پلی استایرن انبساطی (EPS) و پلی استایرن اکسترود شده (XPS) در صنعت مورد استفاده قرار می‎گیرد از پلیمر پلی استایرن ساخته شده است. موارد کاربرد فوم فشرده عایق در گرمایش از کف، سردخانه‎ها، انبار دارو، سوله‎ها، سقف‎ها، پشت بام، بام سبز، عایق بام، دیوار عایق و ... می‎باشد.

نوع شفاف و سخت پلی استایرن معمولاً در ساخت تجهیزات پزشکی، ظروف غذایی، تشخیص دهنده‌های دود، ظروف نگهداری خوراکی، فنجان‎های قهوه و ... استفاده می‎شود. گونه‌ پلی استایرن انبساطی (یونولیت) جهت محافظت از کالاهای برقی و حساس در صنعت بسته بندی کاربرد دارد.

تولید پلی استایرن:

پلی استایرن همانند دیگر پلاستیک‎های پلیمری از فرآیند پلیمریزاسیون تشکیل می‎شود. این نوع پلیمر نتیجه پیوند داخلی مونومرهای استایرن به یکدیگر در طول فرآیند پلیمر شدن می‎باشد.

در فرایند پلیمر شدن ابتدا پیوند گروه وینیل در کربن استایرن شکسته شده و به کربن استایرن دیگر که به همین حالت است می‎پیوندد. پیوند جدید تشکیل شده بسیار قوی‎تر از پیوند قبلی در مونومر می‎باشد بنابراین فرآیند دی پلیمریزاسیون استایرن به سختی قابل انجام است.

پلی استایرن اتکتیک:

این نوع پلیمریزاسیون مهمترین نوع تولید پلی استایرن می‎باشد. جهت تولید پلی استایرن اتکتیک گروه‎های فنیل بصورت تصادفی در هر 2 سمت زنجیره پلیمر پخش می‎شوند. این مدل جایگذاری بصورت رندوم و تصادفی از تشکیل فرم خطی جلوگیری می‎کند و جهت تشکیل شکل‎های منظم تا رسیدن به حالت کریستال مطلوب مقدار لازم از مونورهای فعال را در محیط پلیمریزاسیون فراهم می‎آورد.

پلی استایرن سیندوتکتیک:

جهت پلیزاسیون سیندوتکتیک از روش زیگلر- ناتا استفاده می‎شود. در این فرآیند گروه فنیلی به صورت انتخابی به یک سوی زنجیرۀ هیدرو کربنی هدایت می‎شود. این مدل پلی استایرن کریستالی ترین فرم آن است که در دمایc 270 تشکیل می‎شود. این واکنش پلیمریزاسیون در حضور کاتالیست انجام می‌شود.

ظرفیت تولید جهانی پلی استایرن:

در سال 2016 ظرفیت تولید جهانی پلی استایرن 7/14 میلیون تن بود. کشور چین بزرگترین تولید کننده پلی استایرن در دنیا می‎باشد و قارۀ آسیا در مجموع بزرگترین تولید کننده پلیمر جهان است که %1/55 از کل تولید را در بر می‎گیرد. بزرگترین مصرف کننده پلی استایرن نیز قاره آسیا می‎باشد و جایگاه دوم را آمریکای شمالی با 17 درصد و سپس اروپا با 3/16 درصد در اختیار دارد.

خواص پلاستیک پلی استایرن:

-    عایق حرارتی مناسبی است.

-    عایق الکترسیته می‎باشد.

-    مقاومت عالی در برابر اسیدها و بازهای رقیق شده.

-    بالای دمای شیشه‎ای شدن، مایعی و یسکوز است که ساخت انواع محصولات را ممکن می‎کند

-    به راحتی منبسط شده و به آسانی در قالب جاری میشود.

-    در حالت طبیعی پلی استایرن کند سوز می‎باشد.

خواص فیزیکی پلی استایرن:

-         فرمول شیمیایی_n(C₈ H₈)

-         دانسیته 0.96 الی1.06 گرم بر سانتیمتر مکعب

-         نقطه ذوب C 240 برای پلی استایرن ایزوتکتیک

-         غیر قابل حل در آب

-         ضریب هدایت حرارتی در حالت فوم W/(M.K)0.033

-         ضریب شکست نور 1.6 و ثابت دی الکتریک 2.6

اشکال مختلف پلی استایرن:

پلی استایرن از مهمترین و پرکاربردترین انواع پلیمرها در جهان می‎باشد که کوپلیمرهای استایرن نیز در سال تولیدی بالای میلیون‎ها تن دارند.

بصورت عموم، پلیمرهای استایرن در 3 نوع مختلف طبقه بندی می‎شوند:

GPPS :

پلی استایرن معمولی که با نام پلی استایرن کریستال شفاف نیز شناخته می‎شوند. این نوع پلاستیک کاملاً شفاف، سخت و از نظر تولید اقتصادی می‎باشد. GPPS در نوع گرانول 2 الی 5 میلیمتر تولید می‎شود.

HIPS :

پلی استایرن مقاومت بالا معمولاً دارای 5 الی 10 درصد لاستیک بوتادین جهت تولید محصولاتی با مقاومت بالای ضربه پذیری می‎باشد. HIPS در حقیقت یک کوپلیمر از پلی استایرن با بازوی جانبی می‎باشد. فرآیند تشکیل کوپلیمر هنگامی رخ می‎دهد که برخی رادیکالهای آزاد با باند دوگانه پلی بوتادین واکنش می‎دهند.

EPS:

این نوع پلی استایرن شامل ذرات ریزی است که عامل پف کننده (منبسط شونده)که معمولاً گاز پروپان است در آن می‎باشد. پلی استایرن انبساطی یا یونولیت یک عایق حرارتی است که معایب و مزایای خاص خود را دارد.

کاربردهای پلاستیک پلی استایرن:

پلی استایرن رایج‌ترین نوع پلیمر می‎باشد که جهت تولید بسیاری از محصولات در صنایع الکترونیک، پزشکی، روشنایی، خودروسازی، بسته بندی، ساختمان و ... استفاده می‎شود. طیف وسیعی از محصولات تولید شده از پلی استایرن بوسیله قالب تزریق در محصولاتی مانند وسایل و ظروف یکبار مصرف، فنجان‎ها، CD ، ظروف آرایشی و بهداشتی و ... تولید می‌شود.

یکی دیگر از رایج‎ترین محصولات تولید شده که در حقیقت محصول نهایی نمی‎باشد و مواد اولیه کارخانجات دیگر و یا مورد استفاده در صنایع ساختمان است پانل‌های ورقه‎ای پلی استایرن و ورق فوم فشرده پلی استایرن است.

ورق پلکسی پلی استایرن:

کاربرد ورق‎های پلکسی پلی استایرن در ساخت قالب، مدل، علائم، تابلوها و ... می‎باشد. به صورت کلی این نوع ورق‎ها کاربرد عمومی دارند و خصوصیات آنها به شرح زیر است:

-         ضد آب

-         سبک وزن

-         حساس به حرارت

-         پایا و بادوام

-         غیرسمی و بدون بو

-         قالب پذیری عالی

-         ابعاد ثابت و جذب آب بسیار کم

-         عایق حرارت و الکتریسیته

-         اقتصادی

خواص فیزیکی شیت پلی استایرن:

-         دمای قالب‎گیری: c 160 الی c 180

-         ماکزیمم دمای کاربردی: c80

فوم فشرده پلی استایرن:

فوم فشرده پلی استایرن دیگر محصول کاربردی از این پلیمر است که در صنایع مختلف بکار برده می‌شود ترکیب پلیمر با عامل فوم ساز سبب تشکیل این فوم می‎شود. به علت مقاومت خوب در برابر انتقال حرارت به عنوان عایق حرارتی ساختمان، سردخانه و انبارها بسیار استفاده می‎شود.

به علت ضربه پذیری عالی این محصول در صنایع بسته بندی و یخچال سازی بسیار کاربرد دارد در صنایع بسته بندی جمع عظیمی از پلی استایرن سالیانه مصرف می‎گردد.

-         فوم فشرده پلی استایرن همچنین در بخش صنعت ساختمان جهت عایق بندی، قالب بندی، دکور و نمای آماده و تزئینات داخل ساختمان مانند گچبری‎ها و ستون‎های آماده غیر باربر کاربرد دارد.

خواص عمومی فوم پلی استایرن

-         سبک وزن با قابلیت حمل آسان

-         قابل بازیافت

-         به راحتی با رزین‎های اپوکسی قابل پوشش است.

-         فوم پلی استایرن عایق حرارت بسیار عالی است.

-         جهت کارهای داخلی و خارجی ساختمان بسیار مناسب است.

-         در برابر رطوبت و فشار مقاوم است.

-         قیمت مناسب و بسیار بادوام است.

-         در ابعاد و اندازه‎های گوناگون قابل تولید است.

فوم پلی استایرن به صورت عمده به 2 صورت تولید می‎شود.

.     پلی استایرن انبساطی (EPS)

EPS نوعی فوم پلی استایرن است که سفید رنگ می‎باشد و از دانه‎های گرانول انبساطی پلی استایرن درست می‎شود. عامل انبساطی در تشکیل این فوم ماده اشتعال ‎زای پنتان می‏باشد که عمده کاربرد این عایق (EPS) جهت صنایع بسته بندی، جعبه‎های عایق حمل غذا (COLD BOX) و ماکت سازی و ... می‎باشد.

.     فوم عایق پلی استایرن اکسترود شده (XPS)

 XPS نوعی دیگری از فوم عایق پلی استایرن می‏باشد که سطح مقاوم‎تری دارد و مقاومت فشاری آن بسیار بالاتر است همچنین مقاومت حرارتی و مقاومت در برابر نفوذ بخار آب آن بسیار بالاتر می‎باشد. دانسیته آن از 35 الی 45 کیلوگرم بر متر مکعب می‎باشد. پلیمر آن پلی استایرن است ولی طریقه تولید آن با EPS متفاوت می‎باشد و عامل منبسط شونده آن متفاوت است. در سه رنگ سبز، آبی و صورتی بصورت تجاری در جهان شناخته شده است ولی در رنگهای دیگر نیز تولید می‎شود بیشتر در بخش صنایع ساختمانی، سردخانه‎ای، راهسازی و ساخت تابلوهای تبلیغاتی کاربرد فراوان دارد.

مواد مصرفی پلی استایرن در صنایع مختلف:

 لوازم خانگی: در صنعت لوازم خانگی عایق پلی استایرن در یخچال‎ها، کولرها، مایکرویوها، جاروبرقی ها، مخلوط کن‎ها و آب سرد کن‎ها و ... استفاده می‎شود. پلی استایرن در محصولات لوازم خانگی هم بصورت فوم و هم بصورت ورق صلب مورد استفاده قرار می‎گیرد. این پلیمر با مواد دیگر واکنش نمی‎دهد، مقرون به صرفه است و بسیار با دوام می‎باشد.

اتومبیل سازی:  پلی استایرن (ورق صلب و یا فوم ) در صنعت خودروسازی در قطعاتی مانند دستگیره‎ها، پانل‎های تجهیزات، قطعات بدنه، پانل جذب ضربه درها و فوم جذب صدا در ماشین ها استفاده می‎شود.

الکترونیک: در وسایل الکترونیکی مانند تلویزیون ، کامپیوترها و تجهیزات IT که نیاز به شکل دهی، عملکرد و زیبایی باشد از پلی استایرن کمک می‎گیرند.

صنایع غذایی: پلی استایرن سهم عمده‎ای از بازار بسته بندی محصولات غذایی نسبت به رقبای خود در این صنعت را در اختیار دارد علت این برتری در صنعت بسته بندی غذا، عایق بهتر بودن، نگهداری غذا بصورت تازه تر در زمانهای طولانی و قیمت مناسب تر می‎باشد.

صنعت عایقکاری: فوم فشرده عایق پلی استایرن به عنوان بهترین عایق حرارتی در دیوارهای ساختمان، سقف‎ها، بدنه یخچال ها، فریزرها و صنعت سردخانه سازی خود را به اثبات رسانده است. عایق پلی استایرن فوم فشرده به جهت خنثی بودن، بادوام بودن ومقاومت بسیار در برابر رطوبت و حفظ خاصیت عایق در مجاورت رطوبت در زمان های طولانی به انواع عایق های دیگر ترجیح داده می‎شود.

پزشکی: به علت شفافیت پلی استایرن و سهولت در استریلیزه کردن پلی استایرن عموماً در ساخت طیف وسیعی از محصولات پزشکی شامل ادوات اندازه گیری و تست، ظروف نگهداری، تیوپ های تست پزشکی و سینی های آزمایشگاهی بکاربرده می‎شود.

بسته بندی: در صنعت بسته بندی بصورت وسیعی از فوم پلی استایرن استفاده می‎شود. به منظور محافظت از محصولات مختلف از ظروف پلی استایرن و یا از فوم پلی استایرن جهت بسته بندی آنها استفاده می‎شود.محصولاتی شامل کیس CD ها و DVD ها، ظروف فومی جهت حمل و نقل آجیل و خشکبار، جعبه های فومی حمل گوشت و تخم مرغ که سبب حفاظت محصولات در برابر خرابی و ضربه می‌شود.

معایب پلاستیک پلی استایرن:

گرچه طیف وسیعی از محصولات پلی استایرن در تمام دنیا مصرف می شود و نسبت به رقبای خود برتری دارد اما در عین حال پلی استایرن معایبی نیز دارد که به شرح زیر می‌باشد.

-         در برابر آتش مقاوم نیست اما با افزودن برخی مواد به آن نوع کندسوز قابل تولید است.

-         در برابر حلال‎های شیمیایی مقاوم نیست و ممکن است در برابر مواجه با برخی از آنها آسیب ببیند.

-         این نوع پلیمر خاصیت شکنندگی دارد (هموپلیمر). ولی با ترکیب شدن، با دیگر پلیمرها می‌توان خواص آن را تغییر داد (کوپلیمر).

-         در برابر حرارت زیاد ممکن است تغییر شکل بدهد.

بازیافت پلی استایرن:

صنایع بازیافت در کشورهای مختلف ساز و کارهای متفاوتی دارند در برخی کشورها تولید کنندگان پلی استایرن موظف به ایجاد صنایعی جهت بازیافت محصولات خود هستند و مراکزی جهت بازیافت و جمع آوری محصولات، پس از مصرف احداث می‎کنند. در برخی دیگر کشورها به دلیل نبود قوانین و ضوابط خاص، این صنعت بصورت غیر متمرکز توسط نهادهای دیگر و بخش های خصوصی هدایت می‎شود. به عنوان مثال در کشور آلمان تولید کنندگان محصولات پلاستیکی موظف به جمع آوری ضایعات محصولات خود می‎باشد.

راه اندازی مراکز بازیافت نیازمند سرمایه گذاری بسیاری می‎باشد. به علت پیچیده بودن شبکه جمع آوری، حمل، نقل و انتقال، این صنعت هزینه‎های غیر مستقیم زیادی دارد.

پلی استایرن بازیافتی در تولید الیاف لباس، صندلی پارکی، گلدان ها، اسباب بازی، خط کش، بدنه چسب شیشه‎ای، ظروف نگهداری دانه گیاهان، قاب عکس، چوب لباسی و مدل های ماکت معماری بکار برده می‎شود.