پلی استایرن یا پلی استیرن نوعی از پلیمر مصنوعی معطر می باشد که از مونومر استایرن به وجود آمده است و در واقه هیدروکربن مایع و یکی از مشتقات نفتی می باشد. PS در دمای اتاق جامد بوده و دارای ساختمانی انعطاف پذیر است اما در دماهای بالاتر ذوب شده و می تواند به شکل قالب در آید.
در حال حاضر از Polystyrene به دلیل وزن سبک، مقاومت بالا، اقتصادی بودن، کارایی بالا و عایق حرارتی بالا استفاده می کنند. در این مطلب از سایت ایران کایسا شما را با کاربرد پلی استیرن، خواص،حلال، ساختار و تولید پلی استرین آشنا می کنیم.
پلی استایرن چیست؟
پلی استیرن (Polystyrene)، یک ترموپلاستیک شفاف بوده که برای تولید طیف وسیعی از محصولات مصرفی استفاده می شود. این محصول به شکل پلاستیک جامد و به صورت یک ماده فوم سفت و سخت در دسترس است.
از نوع جامد پلی استیرن، در تولید لوله های آزمایشگاه، جای سی دی، ظروف یکبار مصرف، بسته بندی مواد غذایی و … استفاده می کنند. در بعضی از موارد آن را با مواد رنگی، مواد افزودنی و پلاستیک های دیگر مخلوط کرده و در تولید لوازم خانگی، لوازم الکترونیکی، اسباب بازی، گلدان و … استفاده کرد.
تاریخچه پلی استیرن
پلی استایرن در سال 1839 توسط ادوارد سیمون، متخصص پزشکی از برلین، آلمان اختراع شد. او با فیلتر کردن یک ماده روغنی، مونومر ساخته شده از استایرول (مشتق شده از استوراکس) شروع کرد.
IG Farben تولید تجاری مونومر استایرن را در لودویگشافن در سال 1931 آغاز کرد. آنها با توسعه موفقیت آمیز یک مخزن راکتوری که پلی استایرن را از طریق یک لوله گرم شده و برش اکسترود می کرد و پلی استیرن را به شکل گلوله تولید می کرد، از آن در بسیاری از کاربردها استفاده کردند. به سرعت در سال 1954، شرکت Koppers در پیتسبورگ، پنسیلوانیا، نمونه اولیه فوم را با نام تجاری Dylite توسعه داد. همین نمونه اولیه در حال حاضر معروف به پلی استایرن منبسط شده (EPS) است.
خواص اساسی پلاستیک PS
- اغلب با یک مونومر با ساختار متناوب کوپلیمر می شود تا مقاومت حرارتی پلی استایرن را افزایش دهد.
- عدم بلورینگی باعث شفافیت نوری پلی استیرن می شود.
- پلی استایرن یک عایق الکتریکی عالی با مقاومت شیمیایی خوب در برابر اسیدها و بازهای رقیق شده است.
- مقاومت ضعیف در برابر حلال های هیدروکربنی، اکسیژن و UV دارد.
- پلی استیرن استحکام ضربه ناچیز به دلیل استحکام در ستون فقرات پلیمر دارد.
- حداکثر محدودیت دما برای استفاده طولانی مدت یا مداوم به دلیل عدم بلورینگی و دمای پایین انتقال شیشه ای محدود است (Tg = 373 K (100 درجه سانتیگراد).
- پلی استیرن از استحکام کششی متوسط تا بالا و مقاومت ضربه ای کم برخوردار است.
- چگالی پلی استایرن می تواند بین 0.96 تا 1.05 گرم بر سانتی متر مکعب و 28 تا 34 کیلوگرم بر متر مکعب، بسته به عواملی مانند وزن مولکولی، بلورینگی و شرایط فرآوری متغیر باشد.
انواع پلی استیرن
پلی استایرن از جمله پلیمرمصنوعی معطر از مونومر استایرن بوده که در سه گرید معمولی، مقائم به ضربه و انبساطی در بازار موجود است. انواع پلی استایرن ها از مونومر استایرن ساخته می‌شوند. در ادامه در مورد تمامی آنها توضیح می‌دهیم.
پلی استیرن معمولی (GPPS)
پلی استایرن معمولی یک پلیمر کریستالی شفاف، سخت و تا حدودی شکننده و یک ترموپلاستیک ارزان قیمت است که از مونومر استایرن استخراج می شود.GPPS یک پلاستیک جامد بوده که معمولاً به صورت گلوله های 2-5 میلی متری تولید می‌شود.
پلی استایرن مقاوم به ضربه (HIPS)
پلی استایرن مقاوم به ضربه یک ترموپلاستیک است که دارای مقاومت ضربه ای بالای می باشند. پلی استیرن HIPS از 5 تا 10 لاستیک تشکیل شده است و یک کوپلیمر پیوندی با بازوهای جانبی پلی استایرن است. پیوند زمانی اتفاق می افتد که برخی از رادیکال ها شروع به واکنش به پیوندهای دوگانه پلی بوتادین می کنند.
پلی استایرن منبسط شده (EPS)
پلی استیرن منبسط شده شامل دانه هایی است که توسط پنتان (عامل دمنده) فرمان می گیرند. این نوع به طور گسترده در برنامه های بسته بندی استفاده می شود و قابلیت پردازش خوب، مقاومت در برابر ضربه بالا و عایق حرارتی دارد.
ساختار پلی استیرن
ساختار شیمیایی پلی استیرن به این صورت است که یک هیدروکربن طویل زنجیر است که به گروه های فنیل متصل است. این ماده دارای مول های عناصر شیمیایی هیدروژن و کربن است. فرمول شیمیایی آن n(C8H8) است و دارای عناصر شیمیایی کربنی و هیدروژنی است.
مشخصات ماده توسط جذب کوتاه مدت وان در والسی بین زنجیره های پلیمری مشخص می شود و از آن جایی که مولکول های هیدروکربن های بلند زنجیری هستند، نیروی کششی کلی بین مولکول ها بزرگ می باشد. در زمان حرارت دادن زنجیره ها سازگاری بیشتری به دست آورده و از کنار یکدیگر سر کی خورند و موجب می شود تا در زمان حرارت دادن به راحتی نرم شده و به اشکال گوناگون تبدیل شوند.
ساختار مولکولی پلی استایرن چگونه است؟
پلی استایرن ها، از کنار هم قرار گرفتن مونومر های پلی استیرن تشکیل می شوند. هر واحد استایرن، دارای خاصیت دهنده و گیرنده الکترون فعال می باشد. این ویژگی، سبب توزیع وزن مولکولی در شرایط پلیمرزاسیون می شود.
به عبارت ساده و قابل درک تر یعنی؛ مقاومت این پلیمر، در برابر حلال هایی نظیر آب بالا می رود. وزن این پلیمر، بین 10 تا 50 کیلوگرم بر متر مکعب، متغییر است. از طرفی؛ پلی استایرن می تواند روی آب شناور بماند. همین خاصیت؛ موجب می شود که ازآن در مصارف صنعتی استفاده های زیادی شود.
پلی استایرن در نوع مقاوم خود، به کو پلیمر معروف است که در لوازم و تجهیزات خانگی مورد استفاده قرار گرفته است. اما در نوع دیگر این پلیمر، EPS یا همان یونولیت به شکل نرم شده و فوم مانند می باشد.
حلال پلی استایرن
همه پلیمرها در گرما از نابود می شوند و هر کدام از آن ها حلال های مخصوص به خودشان را دارند. حلال های PS (پلی استیرن) شامل موارد زیر است:
- هیدروکربن های آلیفاتیک کلر شده؛
- متیل اتیل کتون؛
- بنزن؛
- اتیل استات.
تولید پلی استایرن (Polystyrene)
استایرن از اتیلن بنزن تولید می شود و بعد از مرحله هیدروژن گیری از ماده ی اتیلن بنزن، استایرن به وجود می آید. با استفاده از کاتالیزوری به نام اکسیژن، به کمک نور یا طی فرایندی به نام اکسیداسیون، رادیکال آزاد پلیمریزه می گردد و فرایند تولید پلی استایرن انجام می شود. ps جز خانواده وینیل است و از نظر ساختاری دارای یک زنجیره بسیار بزرگ هیدروکربنی می باشد و یک درمیان به جای هر اتم کربن یک گروه فنیل وصل می شود.
کاربرد پلی استایرن چیست؟
به طور کلی انواع Polystyrene در چهار دسته قرار می گیرند که شامل پلی استیرن مقاوم، عمومی (GPPS)، پلی استاین اکسترود شده و انبساطی می باشد. هر کدام از آن ها با توجه به ویژگی شان دارای کاربردهای مختص خودشان هستند که؛ مصرف کنندگان پلی استایرن از آن استفاده می کنند.
امروزه، استفاده از ظروف پلاستیکی، بسیار رایج شده است. این محصول، علاوه بر سبک بودن و شفافیت، دارای مقاومت بالایی می باشد. به همین جهت؛ از آن در تولید اتومبیل سازی لوازم بهداشتی، لوازم ورزشی و اسباب بازی کودک استفاده می شود.
در ادامه کاربرد و خواص پلی استرین را به طور کلی گفته ایم:
بسته بندی
ویژگی های چون قیمت مناسب، قابلیت تماس با مواد غذایی، فرایند تولید آسان، سختی بالا و قابلیت بازیافت شدن موجب شده تا از پلی استیرن به طور گسترده در صنایع بسته بندی استفاده کنند.
صنعت اپتیک
در صنایع پخش کننده نور از نوع پلی استایرن معمولی (GPPS) یا مواد پلاستیک کریستال استفاده می کنند.
کالاهای مصرفی
در ساخت بسیاری از لوازم مانند اسباب بازی، کارد و چنگال، قاب چراغ ها، ظروف یکبار مصرف، کابین دوش و …، پلی استیرن قابل استفاده است. علت استفاده در این صنایع به دلیل ویژگی های زیر است:
- قیمت مناسب و اقتصادی بودن
- فرایند پذیری بالا
- موجود بودن آن در رنگ های مختلف
- دانسیته پایین
صنایع بهداشتی و دارویی
از Polystyrene به دلیل قیمت مناسب، مقاومت بالا در برابر مواد شیمیاییی، شفافیت و فرلیند پذیری خوب موجب شده تا در تولید قطعات کوچکی مانند لوله های آزمایشگاهی، پتری دیش، وسایل اورژانس، پیپت و … در صنعت بهداشتی و دارویی قابل استفاده است.
کاربرد پلی استایرن در ساختمان
ساندویج های پانل یکی از مصالح کاربردی در صنعت ساختمان سازی است. برای تولید این ساندویچ ها از پلی استیرن مقاوم استفاده می کنند. در واقع، هر شی پلاستیکی را می توان با استفاده از HIPS ساخت. همچنین؛ لایه سخت و محافظ پانل ها از این نوع پلی استاین هستند و لایه داخلی آن از پلی استایلن انبساطی و اکسترود شده است.
معایب پلی استایرن
- برای اشتعال پذیری بالا باید با دقت از آن استفاده کرد.
- بازیافت پلی استیرن امکان پذیر است اما بسیار گران می باشد.
- برای محیط زیست مضر است
- پلی استایرن به دلیل چگالی کم، فضای زیادی را در محل‌های دفن زباله پر می کند.
آیا پلی استایرن سمی است؟
پلی استیرن سمی نیست، اما قرار گرفتن در معرض مولکول های استایرن در یک دوره طولانی ممکن است مشکلات سلامتی مختلفی ایجاد کند. مولکول‌های PS ممکن است از ظروف پلی استایرن به داخل غذا نفوذ کرده و به راحتی توسط انسان خورده شوند. به طور کلی تصور می شود که پلی استایرن تا زمانی که شروع به ریزش کند، ایمن بوده، یا انتقال استایرن به شکل میکرو یا نانوذرات اتفاق می افتد. چندین مطالعه تحقیقاتی قرار گرفتن در معرض استایرن را با خطر ابتلا به سرطان مرتبط کرده اند. شسته شدن مولکول های استیرن از ظروف غذا و نوشیدنی احتمال بلع این مولکول ها را افزایش می دهد.
نتیجه گیری
در این مطلب شما را با حلال، خواص، کاربرد، ساختار و تولید پلی استیرن و این موضوع که پلی استایرن چیست و چه کاربردی دارد، آشنا کردیم. شما برای خرید و اطلاع از قیمت مواد پلی استایرن می توانید به سایت ایران کایسا مراجعه کنید.
