Polistyren (etenylobenzen, fenyloeten, winylobenzen, C6H5-CH=CH2) - organiczny związek chemiczny - związek aromatyczny o gęstości 1,05 g/cm3, temp. mięknięcia 100°C (373 K) i temp. degradacji 300°C (573 K)

Polistyren ma długą historię rozwoju i jak to często już bywało w przypadku różnych wynalazków - został odkryty zupełnie przypadkowo. Dokonał tego w roku 1839 podczas swoich badań, pewien niemiecki aptekarz Simon - wyizolowując substancję z naturalnej żywicy. Nie zdawał on sobie jednak sprawy z tego czym było jego odkrycie.
Człowiekiem, który uświadomił sobie fakt odkrycia tworzywa sztucznego przez Simona, był niemiecki chemik - Hermann Staudinger w roku 1922. Polimeryzacji styrenu, pochodzącego zwykle z procesu katalitycznego odwodornienia etylobenzenu (ok. 85% światowej produkcji), bądź z procesu Halcon-Oxirane (ok. 15% światowej produkcji) lub z rafinacji ropy naftowej. Po zmieszaniu z dodatkami, polistyren stanowi podstawę wielu tworzyw sztucznych, oznaczanych literami (PS).

Właściwości

Czysty polistyren jest bezbarwnym, twardym, kruchym termoplastem (tworzywem formowanym przez topienie), o bardzo ograniczonej elastyczności.

Jako tworzywo sztuczne, polistyren może być bezbarwny, słabo przezroczysty, lub może być barwiony na dowolne, żywe kolory. Jego zaletą w stosunku do polietylenu i polipropylenu jest niższa temperatura mięknienia i mniejsza lepkość stopu, dzięki czemu łatwiej jest z niego otrzymywać w procesie formowania wtryskowego niewielkie przedmioty o złożonych kształtach.

Polistyren jako tworzywo lite jest stosowane do produkcji sztucznej biżuterii, szczoteczek do zębów, pudełek do płyt CD, elementów zabawek jak również w wielu innych dziedzinach życia. Posiada jednak znacznie mniejszą odporność chemiczną od polietylenu i dlatego nie stosuje się go raczej do produkcji opakowań produktów żywnościowych.

Najbardziej masowym zastosowaniem polistyrenu jest produkcja jego formy spienionej, nazywanej styropianem.

Nazwy handlowe, najwięksi producenci oraz produkt finalny

Do największych producentów zaliczamy:

Biebl Kunststoff-Verarbeitung GmbH

LUX ELEMENTS GmbH & CO KG

DOW HUNGARY Vegyipari Kft.

EVANS, spol. s r.o.
Austrotherm
Styrodur
Grupa Polski Styropian

Nazwy handlowe:

STYRYPOL, STYROPIAN

Produkt finalny:

instalacje sanitarne, zabawki, wiele innych ….

Poli(metakrylan metylu), PMMA, szkło organiczne, -[-CH2-C(CH3)( COOCH3)-]n-, produkt polimeryzacji metakrylanu metylu, termoplast. Gęstość 1,18 g/cm3.

Poli(metakrylan metylu) jest odporny na działanie czynników atmosferycznych, kwasów, zasad, ozonu, węglowodorów alifatycznych oraz niskich temperatur. Ulega natomiast działaniu węglowodorów aromatycznych, ketonów, estrów. Jest palny, nie jest odporny na wysokie temperatury.

Polimetakrylan metylu przepuszcza promieniowanie widzialne w ponad 90%. Z polimetakrylanu metylu (produkowanego w postaci arkuszy, prętów, bloków i rur) wykonywane są klosze świateł sygnalizacyjnych, soczewki, szyby okienne, lotnicze i samochodowe, urządzenia sanitarne, naczynia stołowe, lakiery, sztuczna biżuteria i in. wyroby codziennego użytku.
Odpowiednio barwiony znajduje zastosowanie w protetyce dentystycznej. Nazwy handlowe: metapleks, pleksiglas (pleksi).

Właściwości

Ze względu na skłonność do samorzutnej polimeryzacji metakrylan metylu przechowywany jest z dodatkami stabilizacyjnymi.
Polimetakrylan metylu to polimer charakteryzujący się dość wysoka odpornością na działanie ultrafioletu oraz warunków atmosferycznych. Dzięki temu produkt wykonany z tego materiału nie ulega żółknięciu. Niestety, nie wykazuje odporności na wysoką temperaturę, ulega zniszczeniu już w temperaturze powyżej 70 ºC. Jest ciałem stałym, przezroczystym, o transparentnym zabarwieniu: białym, niebieskim lub brązowym.

To materiał wyjątkowo łatwo poddający się kształtowaniu. Z tego względu znalazł szerokie zastosowanie. Wykorzystuje się go w przemyśle budowlanym i konstrukcyjnym jako tzw. pleksy. Ponadto używa się go wyrobu osłon, pokryw, reflektorów oraz wyrobów znanych z życia codziennego: protez dentystycznych, antyram, tablic, biżuterii, wyświetlaczy, jak również przeszklenia typu kabin prysznicowych, czy drzwi i okien. Tworzywa te spotyka się pod nazwami handlowymi jako pleksiglas lub metapleks.

Polimetakrylan metylu

Nazwy handlowe, najwięksi producenci oraz produkt finalny

Do największych producentów zaliczamy (wraz z nazwami handlowymi):

W kraju poli(metakrylan metylu) wytwarzają Zakłady Chemiczne w Oświęcimiu pod nazwą handlową Metapleks, w postaci płyt i granulatu. Za granicą granulat PMMA jest produkowany m.in. pod nazwami handlowymi: Vedri1 (Montepolimeri - Włochy). Diakon (ICI - Wielka Brytania), Lucite (Du Pont -USA).

Produkt finalny:

szyby, soczewki korekcyjne, okulary korekcyjne, sprzęt sanitarny (kabiny prysznicowe), dobra publiczne (osłony przystanków), ……

Gęstość: 1,05 g/cm3, w wodzie lub parze wodnej ulega spienieniu (styropian) osiągając gęstość w granicach 0,15 - 0,40 g/cm3

Temperatura topnienia: Niska

Temperatura mięknienia: Niższa niż PP i PE

Chłonność wody: 1,5% - 3,5% - niska

Wyznaczanie temperatury ugięcia pod

obciążeniem HDT:

Temperatura ugięcia pod obciążeniem jest to

temperatura wyrażona w °C, w ktorej probka zginana trójpunktowo odkształci się (ugnie) o 1 mm pod wpływem stałego naprężenia s = constans w określonej szybkości wzrostu temp.

Rozróżniamy trzy metody oznaczania temperatury ugięcia:

• HDT-A - wykonywana przy wartości naprężenia zginającego

1,8 N/mm2

• HDT-B - wykonywana przy wartości naprężenia zginającego

0,45 N/mm2

• HDT-C - wykonywana przy wartości naprężenia zginającego

8,0 N/mm2

Temperatura mięknięcia według Vicata:

a)Temperatura mięknienia wg Vicata 10N-50°C: 95%

b)Temperatura mięknienia wg Vicata 50N-50°C: 90%

Wytrzymałość cieplna wg Martensa:

Pomiar ten polega na określeniu temperatury, w której znormalizowana próbka, poddana obciążeniu stałym momentem zginającym, osiągnie określone wygięcie podczas wzrostu temperatury z określoną szybkością.

Odznacza się dużą rozszerzalnością cieplną.

Współczynnik przewodności cieplnej: na poziomie 0,027-0,038 W/(mK).

Polimetakrylan metylu

• Udarność : 23 kJ/m2

• Rozciąganie : 54-75 MPa

• Zginanie : 80-110 MPa

• Twardość : HR 110-115 (Wg. twardości Rockwella)

Polistyren

• Udarność: 10-30 kJ/m2

• Rozciąganie: 34-64 MPa

• Zginanie: 60-110 MPa

• Twardość: HR 50-100 (Wg. twardości Rockwella)

• Moduł sprężystości przy rozciąganiu: 3,5 GN/m2

Tworzywa styrenowe

Właściwości elektryczne:

- oporność właściwa skrośna i powierzchniowa

- wytrzymałość dielektryczna

Polistyren

• Czysty polistyren ma doskonałe właściwości dielektryczne, prawie niezależne od wilgotności otoczenia. Na powierzchni polistyrenu łatwo gromadzi się elektryczność statyczna.

• Polistyren jest wykorzystywany do produkcji materiałów elektroizolacyjnych, części lodówek, naczyń, pojemników, zabawek, galanterii i materiałów piankowych stosowanych w budownictwie.

• Pod względem właściwości elektrycznych polistyren S plasuje się w gronie znakomitych dielektryków, takich jak: kwarc, parafina czy politetrafluoroetylen. Uciążliwe zjawisko elektryzowania się powierzchni, wynikające z odporności powierzchniowej tworzywa, można zmniejszyć pokrywając je substancjami tworzącymi błonę przewodzącą.

Polimetakrylan metylu

• Posiada dobre właściwości elektryczne

i dielektryczne, jest dobrym izolatorem.

• Znajduje zastosowanie w elektrotechnice

i w przemyśle elektronicznym do wytwarzania skal radiowych, szyb ochronnych (antyimplozyjnych) do telewizorów, tablic dalekopisów.

• Oporność elektryczną skrośną wyznacza się stosunkiem napięcia prądu stałego przyłożonego do przeciwległych powierzchni próbki, do natężenia prądu przepływającego na wskroś próbki. Jeżeli badana próbka jest sześcianem o krawędzi 1 cm, to otrzymane wyniki określają oporność skrośną właściwą.

• Oporność elektryczna powierzchniowa jest stosunkiem napięcia prądu stałego doprowadzonego do elektrod przylegających do tej samej powierzchni próbki, do natężenia prądu płynącego między elektrodami. Jeżeli oporność powierzchniowa zostanie odniesiona do 1 cm długości elektrod, a odległość między elektrodami wynosi 1 cm, to oporność taką nazywa się opornością powierzchniową właściwą i wyraża w omach.

Wytrzymałość dielektryczna

• Określa odporność tworzyw sztucznych na działanie prądu elektrycznego o badanym napięciu. Wyznacza się ją jako stosunek uzyskanego napięcia przebicia próbki do odległości między elektrodami, do których zostało przyłożone napięcie, wyrażana w kV/mm.

Odporność

Polistyren jest odporny na działanie:

*kwasów,

*zasad,

*alkoholi,

*węglowodorów nasyconych,

*olejów mineralnych,

*olejów roślinnych.

Polimetakrylan metylu - wykazuje odporność na działanie:

*kwasów,

*zasad,

*benzyny,

*terpentyny

Nie jest on jednak odporny na działanie:

*węglowodorów aromatycznych,

*estrów,

*ketonów.

Palność

Polistyren, gdy jest wprowadzony w płomień palnika, to zapala się szybko i może palić się jeszcze nawet po usunięciu źródła ciepła. Pali się żółtopomarańczowym kopcącym płomieniem.

Polimetakrylan metylu, nie jest odporny na działanie wysokich temperatur. Jest związkiem łatwopalnym.

Rozpuszczalniki i starzenie

Polimetakrylan metylu, nie jest odporny na działanie wysokich temperatur. Jest związkiem łatwopalnym.

Polimetakrylan metylu, rozpuszcza się w większości rozpuszczalników organicznych

Oba związki wykazują dużą odporność na proces starzenia się.

BHP związane z PS i PMMA

W związku z narażeniem na chemikalia przede wszystkim należy rozważyć następujące czynności zapobiegawcze:

-informowanie i szkolenia,

-hermetyzacja i wentylacja,

-środki ochrony indywidualnej.

Hermetyzacja i wentylacja

Przede wszystkim należy zainstalować skuteczną wentylację wyciągową obok źródła zanieczyszczeń. Odprowadzane powietrze nie może trafiać z powrotem do cyrkulacji. Powinna istnieć możliwość podgrzania świeżego powietrza, które zastępuje powietrze odprowadzane. Systemy wentylacyjne powinny być tak ciche, jak to tylko możliwe i, w miarę możliwości, nie powinny powodować podmuchów powietrza. Systemy wentylacyjne muszą być utrzymywane w dobrym stanie. Muszą być regularnie sprawdzane i czyszczone. Zwłaszcza kobiety w ciąży i kobiety karmiące powinny być chronione przed chemikaliami, które są szczególnie niebezpieczne dla nich lub dla płodu. Zapobieganie i ochrona powinny się opierać głównie na środkach technicznych i organizacyjnych.

Środki ochrony indywidualnej

Jeżeli istnieje ryzyko, że niebezpieczne chemikalia wejdą w kontakt ze skórą lub dojdzie do narażenia przez drogi oddechowe to należy stosować środki ochrony indywidualnej, takie jak rękawice, sprzęt ochrony dróg oddechowych (maski), gogle itp. Trzeba jednak pamiętać, że sprzęt ochronny musi być dostosowany i wyregulowany dla danej osoby, która będzie go używała - pozwoli to na właściwe wykorzystanie

możliwości ochronnych sprzętu.

Utylizacja PMMA

W recyklingu tego polimeru znaczenie mają dwie metody:

1. Przemielenie, stapianie i ponowne wytłaczanie lub inne zastosowania PMMA (recykling materiałowy) odlewane w formach płyty mogą być mielone ale nie należy ich używać do odlewania nowych płyt ponieważ te wyroby powinny być optycznie przezroczyste. Dużo odpadów PMMA zużywa się do usuwania starych farb z powierzchni malowanych, Do odzyskiwania MMA z mieszaniny tworzyw jest opracowana ekstrakcyjno-pirolityczna metoda jednak w skali przemysłowej nie jest jeszcze stosowana.

2. Depolimeryzacja do monomeru (surowcowy) PMMA jest jednym z niewielu polimerów, który może być depolimeryzowany lub krakowany z wydajnością blisko 100%. Większość metod odzyskiwania monomeru polega na bezpośrednim ogrzewaniu zbiornika zawierającego rozdrobnione odpady PMMA powyżej punktu depolimeryzacji polimeru. Kondensowane pary metakrylanu metylu (MMA) na ogół są jeszcze dodatkowo oczyszczane przez destylację frakcyjną. Nowocześniejszym rozwiązaniem jest zastosowanie pary przegrzanej jako czynnika grzejnego. Mieszanina różnej wielkości cząstek PMMA jest wprowadzana w strumieniu azotu, który płynie w przeciwprądzie do pary ogrzewającej. W dolnej części kolumny, w temp. 550-790ºC jest inicjowana depolimeryzacja większych, odpadających cząstek PMMA. Depolimeryzacja rafinowych cząstek jest kontynuowana w górnych częściach kolumny, gdzie utrzymuje się  temp. 400-550ºC. Pary monomeru są stabilizowane przez użycie inhibitora, który ogranicza potencjalna repolimeryzację odzyskiwanego monomeru.

Utylizacja PS

• Styropian, a także inne formy PS, rozpuszcza się w mieszaninie specjalnie dobranych rozpuszczalników, a następnie po dodaniu odpowiednich dodatków uzyskuje się formę plastyczną, z której można uzyskuje się gotowy wyrób. Nosi on nazwę STYROZOL. Znajduje zastosowanie jako materiał izolacyjny i środek do powierzchniowej impregnacji materiałów porowatych. Przedstawione powyżej rozwiązanie można stosować szczególnie do recyklingu odpadów polistyrenowych powstających na budowie. System przetwórstwa wymaga, bowiem jedynie małej wiaty z zadaszeniem i beczek (najlepiej 200 litrowych) wyposażonych w szczelne zamknięcie i zawór do spuszczania gotowego wyrobu. Odpadowy styropian trafia do pojemnika w całości i rozpuszcza się bez konieczności mieszania. Po uzyskaniu plastycznego produktu, trafia on bezpośrednio do wykorzystania na budowie. Niewątpliwą zaletą takiego rozwiązania jest całkowite wyeliminowanie zakupów lepików i abizolu oraz redukcja ilość powstających odpadów.

• Recykling polistyrenu, odpadu zaliczanego do grupy odpadów uciążliwych, w Polsce obecnie właściwie nie istnieje. Biorąc pod uwagę potencjalne ilość tego surowca (w samej tylko Warszawie w granicach 1500 ton na rok) raz istniejące i gotowe do wdrożenia rozwiązanie technologiczne, istnieje szansa, że już wkrótce pojawią się recyklerzy gotowi podjąć się wyzwania w tej trudnej dziedzinie recyklingu.

---