Polystyren (PS): Produktion, marked, pris og dets egenskaber

Hvad er polystyren (PS)?

Det er en syntetisk polymer fremstillet af monomeren styren. PS fremstilles ved polymerisering af styren, som er et slags byggestenmateriale, der anvendes til fremstilling af en række forskellige plastprodukter. Det forekommer også naturligt (jordbær, kanel, kaffe og øl).

Denne plastpolymer er en naturlig gennemsigtig termoplast, der fås både i faste former og som et stift skummateriale. Generelt anvendes PS-materiale er klart, hårdt og sprødt i egenskaber.

Det er almindeligt anvendt plast til fremstilling af en række forskellige slutprodukter i segmentet. Den faste form af plast anvendes i vid udstrækning til fremstilling af produkter, som kræver klarhed. Disse anvendes ofte med en kombination af farvestoffer, tilsætningsstoffer og andre former for plast til at fremstille varer som elektroniske apparater, bildele, havekrukker, udstyr osv.

PS er fremstillet af skummateriale og betegnes som ekspanderet polystyren (EPS) eller ekstruderet polystyren (XPS), som er kendt for sine isolerende og dæmpende egenskaber.

Den faste form af dette materiale anvendes almindeligvis til medicinsk udstyr (reagensglas, petriskåle osv.) eller til dagligdags genstande som røgdetektorer, cd’er, madbeholdere, kaffekopper osv. Skumformen af polymeren anvendes almindeligvis til som emballagemateriale til en række produkter.

Polystyren pristendens

Produktion af polystyren

Det fremstilles ligesom andre plastpolymerer gennem en polymeriseringsproces. Denne polymer opstår, når styrenmonomererne forbindes med hinanden under polymerisationen.

I denne proces nedbrydes vinylgruppens kulstof-IT-binding og danner en ny kulstofbinding, som yderligere knyttes til kulstoffet i en anden styrenmonomer i kæden. Den nyligt dannede binding er meget stærkere end den sidste, hvorfor det bliver vanskeligt at afpolymerisere polymeren.

Det produceres primært i to forskellige former:

Ataktisk polystyren

Dette er kommercielt en vigtig form af PS, der produceres. For at fremstille ataktisk PS fordeles phenylgrupper tilfældigt på begge sider af polymerkæden. Denne tilfældige placering forhindrer kæderne i at flugte og giver tilstrækkelig regelmæssighed til at opnå den ønskede krystallinitet. Denne plastpolymer har en glasovergangstemperatur på 90° C, og polymerisationsprocessen er stærkt initieret af frie radikaler.

Syndiotaktisk polystyren

Til fremstilling af syndiotaktisk PS anvendes “Ziegler-Natta-polymerisation”. I denne polymerisationsproces placeres phenylgrupper på de skiftende sider af kulbrintebaggrunden. Dette er en højkrystallinsk form af PS-polymer fremstillet med en overgangstemperatur på 270° C. Disse typer PS fremstilles i øjeblikket under varemærket XAREC af Idemitsu Corporation ved at anvende metallocen-katalysator til polymerisationsreaktionen.

I fremstillingen af polymer generelt tages fire polymerisationsprocesser og tre skumningsmetoder i brug. De oprindeligt anvendte tre processer er massesuspension, emulsion og opløsningspolymerisation. Sidstnævnte er- lukket form skumning af EPS, ekstrudering af EPS og direkte injektionsekstrudering af GPPS.

Global produktionskapacitet af polystyren

Den globale PS-kapacitet i 2016 var 14,7 mio. tons. Kina var de førende lande med den højeste produktionskapacitet. Asien er den førende region, der tegner sig for den største andel af den globale produktionskapacitet for polymeren. Det optog 55,1 % af produktionskapaciteten.

Den asiatiske region er det største marked for PS-plast er også ansvarlig for mere end halvdelen af den globale produktionskapacitet. Den næststørste region er Nordamerika med 17 % efterfulgt af Europa med 16,3 %.

Global Market Forecast for Polystyren

Markedet for PS forventes at vokse med mere end 28 mia. dollar i 2020. Markedet var omkring 24 mia. USD i 2016 og vil ifølge industrianalysen krydse 28 mia. USD i 2020. Markedet for PS-plast er vokset hurtigt siden de sidste par år og forventes også at stige i de kommende år.

PS er en alsidig plast med en række anvendelsesmuligheder inden for forskellige slutmarkeder. PS bruges i vid udstrækning til at fremstille dagligdags forbrugerprodukter som køleskabe, klimaanlæg, fjernsyn, computere og engangsredskaber (skummede kopper, tallerkener og skåle).

Market Drivers

De vigtigste faktorer, der driver PS-markedet, er befolkningsvækst, stigende urbanisering og industrialisering, øget indkomst i middelklassen.

Pakning og elektroniksektoren er to store fremtrædende sektorer, som har oplevet vækst i efterspørgslen efter PS i de seneste år og forventes også yderligere at sætte gang i væksten på det globale PS-marked.

Regional Outlook

Kina forventes at være det største marked for PS i år (2016-17), efterfulgt af andre vækstøkonomier i Asien og Stillehavsområdet.Selv om landene i Asien og Stillehavsområdet er de største forbrugere af PS på verdensplan, forventes andre lande som Afrika, Europa og Sydamerika også at få en øget efterspørgsel i de kommende år.

Begrænsninger

Det er også udsat for visse begrænsninger i den forventede periode, såsom svingende råvarepriser (benzen, styrenmonomer osv.). Problemer med bortskaffelse i forbindelse med dette materiale og dets negative skrotværdi kan også hæmme væksten på markedet.

Førende aktører

De førende aktører inden for PS på det globale marked er BASF SE (Tyskland), Styrosolution Group (Tyskland), Videolar S/A. (Sao Paulo), SABIC (Saudi-Arabien) og Formosa Plastic Corporation (Taiwan) blandt alle andre producenter.

Historie om PS-polymer

Det blev oprindeligt opdaget af Eduard Simon, en apoteker i Berlin. Fra storax, harpiks fra det tyrkiske sødgummitræ Liquidambar, destillerede han et olieagtigt stof, der blev kaldt styrol. Få dage efter opdagelsen fandt Simon ud af, at den styrol, der blev fremstillet af monomeren, blev tykkere på grund af oxidation til en geléform, som han kaldte “Styroloxyd”.

I 1845 fremstillede kemikeren John Blyth og en anden tysk kemiker August Wilhelm Von Hofmann den samme omdannelse af styrol i fravær af ilt. Dette stof blev betegnet som “metastyrol”. Senere viste en analyse, at de kemiske egenskaber for begge de fremstillede stoffer er de samme.

Dertil kommer, at Marcelin Berthelot i 1866 med rette analyserede dannelsen af metatyrol/dining fra styrol ved polymerisationsprocessen.

Efter 80 års tidsforskydning blev det på grundlag af en afhandling af den tyske organiske kemiker “Hermann Staudinger (1881-1965)” opdaget, at opvarmning af styrol resulterer i en kædereaktion, der producerer flere makromolekyler kaldet PS-plast.

Egenskaber ved PS-plast

Det er en alsidig form for plast, der anvendes til fremstilling af en række forskellige plastprodukter i slutsegmentet. PS-polymer er en klar, amorf, upolær slags materiale, der let kan forarbejdes og omdannes til et stort antal halvfabrikata som f.eks. skum, film og plader. Mængdemæssigt er det en af de mest anvendte plasttyper på grund af dets egenskaber som:

• Det har høj slag- og varmebestandighed.
• Disse polymerer er en god elektrisk isolator med fremragende optisk klarhed.
• PS har en stærk kemisk modstandsdygtighed over for fortyndede syrer og baser.
• Det er en tyktflydende væske over sin glastemperatur, hvilket gør det let at fremstille til et stort antal færdige varer.
• De er let ekspanderbare og tillader god strømning.
• Disse materialer er stærkt flammehæmmende af natur.

Fysiske egenskaber for PS

• Den kemiske formel, der anvendes for PS, er (C8H8)n
• Densitet- 0,96-1.04 g/cm3
• Smeltepunkt er ~ 240 °C (464 °F; 513 K) for isotaktisk PS
• Løselighed i vand-uopløseligt
• Løselighed-ikke opløseligt i acetone
• Termisk ledningsevne for polymer er 0.033 W/ (M-K) (skum, ρ 0,05 g/cm3)
• Refraktivt indeks er 1,6; dielektrisk konstant 2,6 (1 kHz – 1 GHz)

Differente kvaliteter af PS-plast

PS regnes blandt en af de vigtigste og mest udbredte råvareplast på markedet. Produktionsmængden af PS og styren-copolymerer er på verdensplan på flere millioner tons om året.

Det har været solgt under forskellige handelsnavne såsom (Styrofoam, Styropor, Styron, Carinex, Styro-Flex, Cellofoam, Depron XPS, Fostarene, Styraclear, Lustrex1, SABIC PS og INEOS Styrenics ) på verdensplan.

Generelt fås disse polymerer i tre vigtige forskellige kvaliteter, som er:

GPPS

GPPS, også kaldet krystalklart PS. Denne form for plast er fuldt gennemsigtig, stiv og er normalt billig PS fremstillet af styrenmonomer. GPPS er en fast form af PS, der fremstilles i form af 2-5 mm store PS-piller.

HIPS

High impact PS indeholder normalt 5-10 % gummi (butadien) og er beregnet til fremstilling af produkter, der kræver større slagfasthed. HIPS PS er normalt en slags podede copolymerer med PS som sidearme. Propfningsprocessen sker, når et eller andet radikal reagerer med dobbeltbindingen i polybutadien.

EPS

Denne plastkvalitet består af mikropiller eller perler, der indeholder blæsemiddel (normalt pentan). EPS eller opskummet PS er termisk isolerende med høj slagfasthed og nem forarbejdning.

Anvendelser af PS-plast

Det er en billig og let tilgængelig form af polymeren. Det anvendes til mange anvendelser som f.eks. elektronik, medicin, optik, autodele og emballage af forbrugsvarer. Et stort antal varer, der fremstilles ved hjælp af PS, formes ved sprøjtestøbning, herunder spisebestik, kopper, cd-æsker, kosmetikbeholdere og -dæksler osv.

Det anvendes hovedsageligt til fremstilling af to slags halvfabrikata – PS-ark og PS-skum. Dette halvfabrikata anvendes i vid udstrækning til fremstilling af slutprodukter til en række forskellige slutmarkedssegmenter.

Polystyrenplader

PS anvendes i vid udstrækning til fremstilling af styrenplader med høj slagstyrke, som yderligere anvendes til fremstilling af modeller, prototyper, skilte, displays, kabinetter og meget mere. Disse plader er et billigt materiale og anvendes til generelle formål. PS-plader foretrækkes frem for en anden form for plader til en række forskellige produkter, da de er:

• Vandresistent til høj tæthed
• Letvægt
• Temperaturfølsomme
• Slidstærk
• Non-giftig og lugtfri
• Udmærkede formningsegenskaber
• Dimensionelt stabil & lav vandabsorption
• Varme & elektronisk forseglelig
• Økonomisk

PS-plader – Fysiske egenskaber

• Formeringstemperatur: 325°F til 350°F
• Maximum temperatur:
• 180°F
• Opfylder FDA-standarder
• Opak med mat finish
• Standardstørrelse på solgte ark – 40″ x 72

Polystyrenskum

PS-skum er en anden form for halvfabrikata af polymeren, som yderligere anvendes til at fremstille forbrugerprodukter i slutproduktsegmentet. PS-skum består af 95-98 % luft. De er gode varmeisolatorer og anvendes derfor i vid udstrækning som isoleringsmateriale til bygninger.

Den dæmpende egenskab ved PS-skum gør det særdeles velegnet til emballageindustrien. PS anvendes i meget stor skala i emballageindustrien.

Passende egenskaber og lave omkostninger ved plastskum viser sig at være en stærk konkurrent for andre former for polymerer, der anvendes i emballageindustrien. PS-skum anvendes også i byggesektoren til konstruktion af ikke-vægtbærende arkitektoniske sektorer som f.eks. ornamentale søjler.

Generelle egenskaber ved PS-skum

• Letvægt og bærbar,
• Let genanvendeligt,
• Kan let lamineres med epoxyharpiks,
• PS-skum har en høj varmeisolering,
• Det er ideelt til udendørs/indendørs arbejde,
• Resistent over for fugt og kompression,
• Lav pris og meget holdbar
• Fremstillet i forskellige former, størrelser og kompressionsmaterialer.

PS-skum fremstilles almindeligvis i to forskellige former:

A. Ekspanderet polystyren (EPS)

EPS er en slags stiv, hård og lukket skum. Det er normalt hvidt i udseende og fremstilles af præekspandte PS-kugler. EPS er et af de mest almindeligt anvendte PS-skum i dagligdagen. Det hvide skum anvendes almindeligvis til varme drikkevarer, i køleskabe, isolering og emballage osv.

EPS-materialet er billigt og let (15-30 kg pr. kubikmeter) Det mister ikke sin grundlæggende egenskab med tiden og genanvendes fuldstændigt og bliver genbrugt for at opretholde miljøbalancen.

På grund af dets gunstige tekniske og fysiske egenskaber såsom lav vægt, stivhed og formbarhed tages EPS i brug til en lang række anvendelser. Det anvendes endda til fremstilling af støbte plader, som anvendes til bygningsisolering og emballagematerialer

B. Ekstruderet polystyren (XPS)

XPS er en anden form for skum, som giver en forbedret overfladeruhed og højere stivhed med reduceret varmeledningsevne. Densitetsområdet er ca. 28-45 kg/m3. Det har næsten samme kemiske sammensætning som EPS, men er fremstillet med en anden teknologi. EPS findes i tre grundfarver: lyserød, blå og grøn osv. Det anvendes almindeligvis til fremstilling af demonstrationspaneler og på byggeområdet.

Generelle anvendelser af polystyren

Det kan anvendes til en række slutbrugerindustrier til fremstilling af en række varer i forskellige former. Det er blevet den mest almindeligt anvendte polymer i forskellige industrier, såsom:

Apparat – Det anvendes i en række apparater som køleskabe, klimaanlæg, ovne, mikrobølgeovne, støvsugere og blendere osv. Det anvendes i fast form eller skumform i vid udstrækning til fremstilling af disse apparater, da det er inert (reagerer ikke med materialer), omkostningseffektivt og langtidsholdbart.

Automotive – PS (fast form og skum) anvendes til fremstilling af mange autodele, herunder knapper, instrumentpaneler, beklædning, energiabsorberende dørpaneler og endda lyddæmpende skum.

Elektronik – Det anvendes til kabinetter og også i andre dele af fjernsyn, computere og forskellige typer it-udstyr, hvor der kræves en kombination af form, funktion og æstetik

Fødevareservice – PS har en stor andel i emballagebranchen sammenlignet med konkurrenterne. Det anvendes i vid udstrækning til fødevareemballage, da det isolerer bedre, holder maden frisk i lang tid og er omkostningseffektivt.

Isolering – Letvægts PS-skum viser sig at være fremragende varmeisolering i en række anvendelser som f.eks. vægge, tagbeklædning, køling, frysere og endda i industrielle kølerum. Det foretrækkes til isolering, da det er mere inert, holdbart og modstandsdygtigt over for vandskader.

Medicinsk – På grund af sin klarhed og nemme sterilisering anvendes PS til en lang række medicinske anvendelser, herunder vævskulturbakker, reagensglas, petriskåle, diagnostiske komponenter og andet testmedicinsk udstyr.

Pakning – Det er et meget anvendt og foretrukket materiale i emballagesektoren. Det anvendes i vid udstrækning til at beskytte forbrugerprodukter som cd- og dvd-huse, skumemballage peanut til forsendelse af varer, emballage af forbrugsvarer, kød- og fjerkræbakker og også æggekartoner osv. De er et egnet materiale til emballage som beskytter varer mod beskadigelse og fordærv.

Ulemper ved PS-plast

Selv om det er den mest anvendte termoplast og også foretrukket frem for andre konkurrenter til en række anvendelser, har det stadig visse begrænsninger i brugen, som er:

• Det er brandfarligt, men der findes også forsinkede kvaliteter.
• De er dårlige modstandsdygtige over for opløsningsmidler og kan angribes af mange kemikalier.
• Homo-polymerer er sprøde af natur.
• Subjektet er udsat for spændings- og miljømæssige revner.
• De har dårlig termisk stabilitet.

Recycling af PS-plast

Sædvanligvis accepteres det ikke i kantineindsamlingen på genbrugspladserne. Der anvendes forskellige centre og teknikker til genanvendelse af PS. I visse lande som f.eks. Tyskland er der en lov, der kræver, at producenterne fuldt ud tager ansvaret for genanvendelse eller bortskaffelse af det PSemballagemateriale, de sælger.

Genanvendelse af disse plastprodukter kræver store investeringer til opsætning af komprimatorer og logistiske systemer til gennemførelse af processen. Den genanvendte form for materiale anvendes sammen med nyproducerede PS-materialer til fremstilling af PS-plader og -skum.

Individuelt genanvendt PS-skrot kan anvendes til fremstilling af produkter som f.eks. tøj, bøjler, parkbænke, blomsterkrukker, legetøj, linealer, hæftemaskinkroppe, beholdere til frøplanter, billedrammer og arkitektoniske lister fra osv.