استایرن

پلی استایرن چیست؟  (Polystyrene)

از نظر شیمیایی، پلی استایرن یک هیدروکربن طویل زنجیر است که در آن مراکز متغیر کربنی به گروه‌های فنیل (نامی که به بنزن حلقه‌ای داده می‌شود) متصل می باشند. فرمول شیمیایی پلی استایرن n(CH8H8) می‌باشد. این ماده حاوی 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 بد شکل 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.

پلی استایرن چیست؟ (Polystyrene)

تاریخچه پلی استایرن

پلی استایرن اولین بار توسط ادوارد سایمون در سال ۱۸۳۹ کشف شد که در حقیقت خودش نمی‌دانست چه ماده با ارزشی کشف نموده است. 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.

انواع PolyStyren

پلی‌استایرن یک پلیمر مصنوعی از مونومر استایرن (یک ماده پتروشیمی) می‌باشد که به سه  دسته عمده نوع معمولی، مقاوم و انبساطی دسته بندی می شود:

پلی استایرن معمولی General Purpose PolyStyren (GPPS)

پلی استایرن مقاوم High Impact PolyStyren (HIPS)

پلی استایرن انبساطی Expandable PolyStyren (EPS)

فرایند تولید

پلی استایرن‌ها، پلاستیک هایی هستند که در ساخت آن‌ها، از منومر استایرن استفاده شده باشد. معروفترین پلاستیک ها از این خانواده، 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.

سنتز منومر PS

مواد اولیه لازم برای سنتز منومر پلی استایرن، 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) و لاستیک 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 پلی استایرن 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 بیشتر  یا مقاومت ضربه ای زیاد نیاز باشد، از MIPS  یا   HIPSاستفاده می شود.

HIPS  و  MIPS شامل لاستیک بوتا دی ان به عنوان عامل کوپلیمریزاسیون به منظور افزایش چقرمگی می باشند، که سبب مات و کدر شدن رنگ محصول می گردد.

موارد مصرف پلی استایرن

اولین و مهم‌ ترین شیوه استفاده پلی استایرن ظروف پلاستیکی یک بار مصرف است. این ظروف که امروزه نقش بسیار مهمی را در زندگی روزمره و صنعت ایفا می‌کنند، به علت شفافیت و تراکمشان مورد استفاده قرار می‌گیرند. بعد از شفافیت، مقاومت بالای این پلاستیک باعث می‌شود، تا در ساخت اکثر لوازم بهداشتی، اسباب بازی‌های کودکان، لوازم ورزشی و حتی در صنعت اتومبیل ‌سازی به سراغ این پلاستیک بروند. البته پلی استایرن ویژگی خاص دیگری هم دارد و این ویژگی، خاصیت دی‌الکتریک بودن مولکول‌های تشکیل ‌دهنده آن است. این موضوع سبب می‌شود، تا این پلاستیک به یکی از ترکیبات مهم در صنایع الکتریکی تبدیل شود.