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.


طبقه بندی

پلی استایرن به چهار نوع تقسیم می شود:

  1. PS نیمه بلوری با کاربرد عمومی و چند منظوره (MIPS) PS medium modified Rubber
  2. PS اصلاح شده (GPPS)
  3. PS مقاومت ضربه ای بالا Hight (HIPS)(MIPS)
  4. PS قابل انبساط PS Expandable (EPS)

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.


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


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.


موارد مصرف

برای تولید ظروف یک بارمصرف، وسایل الکترونیکی، بدنه ساعت، تلویزیون، رادیو، لوازم ورزشی، اسباب بازی، عایق برودتی دربدنه یخچال‌ها، فریزرها و وسایل خانگی


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.


موارد مصرف

برای تولید لوازم ورزشی، اسباب بازی، عایق برودتی دربدنه یخچال‌ها، فریزرها و وسایل خانگی


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.


موارد مصرف

  • برای تولید بلوک‌های پلاستوفوم سقفی به منظور استفاده به عنوان عایق صوتی و حرارتی در ساختمان‌ها و مکان‌های مختلف
  • 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.


تولید بلوكهای پلاستوفوم سقفی

بلوك سقفی جدید از مواد پلی استایرن انبساطی ساخته شده و بهترین جایگزین بلوكهای سیمانی و سفالی می باشد .


ویژگیهای بلوك سبك پلاستوفوم سقفی EPS

  1. سبكی
  2. بسرعت و سهولت در اجرای سقف
  3. پایدار در مقابل زلزله : به دلیل كاستن بار مرده در مقابل زلزله پایدارری بیشتری دارد و در هنگام زلزله خرد نمی شود .
  4. صرفه جوئی در گچ و خاك : برای اولین بار شیارهائی در سمت تحتانی بلوك مذكور ایجاد شده و در قسمت زیر سقف قرار می گیرد .
  5. صرفه جوئی در آهن آلات : در هر متر مربع 22% كاهش می یابد .
  6. ضربه پذیر
  7. حمل و نقل سریع و آسان
  8. كاهش 15 تن وزن در هر 100 متر مربع
  9. سرعت زیاد در اجرا و كاهش هزینه های دستمزد
  10. صرفه جوئی در تیر های بتنی سقف می شود به طوری كه می توان فاصله محور تیرچه بتنی را از 50 سانت به حداقل 60 سانت تغییر داد
  11. .