Polystyreeni (PS):

Mitä on polystyreeni (PS)?

Se on synteettinen polymeeri, joka on valmistettu monomeeri styreenistä. PS valmistetaan polymeroimalla styreeniä, joka on eräänlainen rakennusaine, jota käytetään erilaisten muovituotteiden valmistukseen. Sitä esiintyy myös luonnossa (mansikoissa, kanelissa, kahvissa ja oluessa).

Tämä muovipolymeeri on luonnollinen läpinäkyvä kestomuovi, jota on saatavana sekä kiinteänä että jäykkänä vaahtomateriaalina. Yleisesti käytetty PS-materiaali on ominaisuuksiltaan kirkasta, kovaa ja haurasta.

Se on yleisesti käytetty muovi erilaisten loppusegmenttituotteiden valmistukseen. Muovin kiinteää muotoa käytetään yleisesti sellaisten tuotteiden valmistukseen, jotka vaativat selkeyttä. Niitä käytetään usein väriaineiden, lisäaineiden ja muiden muovimuotojen yhdistelmänä tavaroiden, kuten elektroniikkalaitteiden, autonosien, puutarharuukkujen, varusteiden jne. valmistukseen.

PS on valmistettu vaahtomuovista ja sitä kutsutaan nimellä paisutettu polystyreeni (EPS) tai suulakepuristettu polystyreeni (XPS), joka tunnetaan eristys- ja pehmusteominaisuuksista.

Tämän materiaalin kiinteää muotoa käytetään yleisesti lääkinnällisten laitteiden sovelluksissa (koeputket, Petrimaljat jne.) tai päivittäistavaroissa, kuten savunilmaisimissa, CD-levyissä, ruoka-astioissa, kahvikupeissa jne. Polymeerin vaahtomuotoista muotoa käytetään yleisesti erilaisten tuotteiden pakkausmateriaalina.

Polystyreenin hintakehitys

Polystyreenin valmistus

Polystyreeniä valmistetaan kuten muitakin muovipolymeerejä polymerointiprosessin avulla. Tämä polymeeri syntyy, kun styreenimonomeerit kytkeytyvät toisiinsa polymerisaation aikana.

Tässä prosessissa vinyyliryhmän hiilen IT-sidos hajoaa ja muodostaa uuden hiilisidoksen, joka edelleen kiinnittyy ketjun toisen styreenimonomeerin hiileen. Uusi muodostunut sidos on paljon vahvempi kuin edellinen, minkä vuoksi polymeeriä on vaikea purkaa.

Polymeeriä valmistetaan pääasiassa kahdessa eri muodossa:

Ataktinen polystyreeni

Tämä on kaupallisesti tärkeä tuotettu PS:n muoto. Ataktisen PS:n valmistamiseksi fenyyliryhmät on jaettu satunnaisesti polymeeriketjun molemmille puolille. Tämä satunnainen sijoittelu estää ketjujen suuntautumisen toisiinsa ja antaa riittävästi säännönmukaisuutta halutun kiteisyyden saavuttamiseksi. Tämän muovipolymeerin lasittumislämpötila on 90 °C, ja polymerisaatioprosessi käynnistyy voimakkaasti vapaiden radikaalien vaikutuksesta.

Syndiotaktinen polystyreeni

Syndiotaktisen PS:n valmistukseen käytetään ”Ziegler-Natta-polymerisaatioprosessia”. Tässä polymerisaatioprosessissa fenyyliryhmät sijoitetaan hiilivetyrungon vuorotteleville puolille. Tämä on erittäin kiteinen PS-polymeerin muoto, jonka siirtymislämpötila on 270 °C. Tämäntyyppistä PS:ää valmistetaan tällä hetkellä Idemitsu Corporationin tuotemerkillä XAREC käyttämällä polymerisaatioreaktiossa metalloseenikatalyyttiä.

Yleisesti polymeerin valmistuksessa käytetään neljää polymerisaatioprosessia ja kolmea vaahdotusmenetelmää. Alun perin käytetyt kolme prosessia ovat massasuspensio, emulsio ja liuospolymerointi. Jälkimmäinen on- EPS:n vaahdotus suljetussa muotissa, EPS:n ekstruusio ja GPPS:n suora ruiskupuristusekstruusio.

Polystyreenin maailmanlaajuinen tuotantokapasiteetti

PS:n maailmanlaajuinen tuotantokapasiteetti vuonna 2016 oli 14,7 miljoonaa tonnia. Kiina oli johtava maa, jonka tuotantokapasiteetti oli suurin. Aasia on johtava alue, jonka osuus polymeerin maailmanlaajuisesta tuotantokapasiteetista on suurin. Sen osuus tuotantokapasiteetista oli 55,1 %.

Aasian alue on PS-muovien suurin markkina-alue vastaa myös yli puolesta maailman tuotantokapasiteetista. Toiseksi suurin alue on Pohjois-Amerikka, jonka osuus on 17 %, ja seuraavaksi suurin on Eurooppa, jonka osuus on 16,3 %.

Polystyreenin globaalien markkinoiden ennuste

PS-muovin markkinoiden ennustetaan kasvavan yli 28 miljardin Yhdysvaltain dollarin arvosta vuoteen 2020 mennessä. Markkinat olivat noin 24 miljardia dollaria vuonna 2016 ja ylittävät 28 miljardia dollaria vuoteen 2020 mennessä alan analyysin mukaan. PS-muovin markkinat ovat kasvaneet nopeasti viime vuosina, ja niiden odotetaan kasvavan myös tulevina vuosina.

PS on monipuolinen muovi, jolla on useita käyttötarkoituksia eri loppusegmenttien markkinoilla. PS-muovia käytetään laajalti päivittäiseen käyttöön tarkoitettujen kulutustuotteiden, kuten jääkaappien, ilmastointilaitteiden, televisioiden, tietokoneiden ja kertakäyttöastioiden (vaahdotetut kupit, lautaset ja kulhot) valmistukseen.

Markkinoita ohjaavat tekijät

Suurimmat PS-muovimarkkinoita ohjaavat tekijät ovat väestönkasvu, lisääntyvä kaupungistuminen ja kaupungistuminen, teollistuminen sekä keskiluokan tulojen kasvu.

Pakkaus- ja elektroniikkasektoreiden kysyntä on kasvanut PS-muovin kysynnässä viime vuosina, ja näiden alojen odotetaan myös edistävän entisestään PS:n globaalien markkinoita kasvua.

Alueittaiset näkymät

Kiinan odotetaan olevan PS:n suurin markkina-alue vuonna (2016-17), jota seuraavat muut Aasian ja Tyynenmeren alueen nousevat taloudet.Vaikka Aasian ja Tyynenmeren maat ovatkin maailman suurimpia PS:n kuluttajia, myös muissa maissa, kuten Afrikassa, Euroopassa ja Etelä-Amerikassa, kysynnän odotetaan kasvavan tulevina vuosina.

Haitat

Myyntiä rajoittavat myös tietyt tekijät, kuten raaka-aineiden hintojen vaihtelu (bentseeni, styreenimonomeeri jne.), ennustejaksolla. Tähän materiaaliin liittyvät hävittämisongelmat ja sen negatiivinen romuarvo voivat myös haitata markkinoiden kasvua.

Johtavat toimijat

PS:n johtavia toimijoita maailmanmarkkinoilla ovat BASF SE (Saksa), Styrosolution Group (Saksa), Videolar S/A. (Sao Paulo), SABIC (Saudi-Arabia) ja Formosa Plastic Corporation (Taiwan) muiden valmistajien joukossa.

PS-polymeerin historia

Polymeerin löysi alun perin berliiniläinen apteekkari Eduard Simon. Storaxista, turkkilaisen makean kumipuun Liquidambarin hartsista, tislautui öljyinen aine nimeltä styroli. Muutaman päivän kuluttua löydöstä Simon havaitsi, että monomeeristä tuotettu styroli oli hapettumisen seurauksena paksuuntunut hyytelömäiseen muotoon, jonka hän nimesi ”styroloxydiksi”.

Vuonna 1845 kemisti John Blyth ja toinen saksalainen kemisti August Wilhelm Von Hofmann esittivät saman styrolin muodonmuutoksen ilman happea. Tätä ainetta kutsuttiin nimellä ”metastyroli”. Myöhemmin analyysit osoittivat, että molempien tuotettujen aineiden kemialliset ominaisuudet olivat samat.

Jatkossa vuonna 1866 Marcelin Berthelot analysoi perustellusti metatyrolia/diningin muodostumista styrolista polymerisaatioprosessin avulla.

80 vuoden aikavajeen jälkeen saksalaisen orgaanisen kemistin ”Hermann Staudingerin (1881-1965)” väitöskirjan perusteella havaittiin, että styrolin kuumentaminen johtaa ketjureaktioon, jonka seurauksena syntyy useita makromolekyylejä, jotka on nimetty PS-muoveiksi.

PS-muovien ominaisuudet

PS-muovi on monipuolinen muovi, jota käytetään erilaisten loppusegmentin muovituotteiden valmistukseen. PS-polymeeri on kirkas, amorfinen, ei-polaarinen materiaalilaji, jota voidaan helposti käsitellä ja muuntaa lukuisiksi puolivalmisteiksi, kuten vaahdoiksi, kalvoiksi ja levyiksi. Määrällisesti se on yksi eniten käytetyistä muoveista johtuen sen ominaisuuksista, kuten:

• Se on erittäin iskunkestävä ja lämmönkestävä.
• Polymeeri on hyvä sähköeriste ja sillä on erinomainen optinen kirkkaus.
• PS kestää hyvin laimeita happoja ja emäksiä.
• Se on viskoosia nestettä lasilämpötilansa yläpuolella, mikä mahdollistaa helpon valmistuksen suureksi määräksi valmiita tuotteita.
• Ne ovat helposti paisuvia ja mahdollistavat hyvän virtauksen.
• Nämä materiaalit ovat luonteeltaan vahvasti palonestäviä.

PS:n fysikaaliset ominaisuudet

• PS:n kemiallinen kaava on (C8H8)n
• Tiheys- 0,96-1.04 g/cm3
• Sulamispiste on ~ 240 °C (464 °F; 513 K) Isotaktiselle PS:lle
• Liukoisuus veteen-liukenemattomuus
• Liukoisuus-liukenemattomuus asetoniin
• Polymeerin lämmönjohtavuus on 0.033 W/ (M-K) (vaahto, ρ 0,05 g/cm3)
• Murtoluku on 1,6; dielektrisyysvakio 2,6 (1 kHz – 1 GHz)

PS-muovien eri laadut

PS lasketaan yhdeksi markkinoiden tärkeimmistä ja laajimmin käytetyistä hyödykemuoveista. PS:n ja styreenikopolymeerien tuotantomäärä on maailmanlaajuisesti useita miljoonia tonneja vuodessa.

Sitä on myyty eri kauppanimillä, kuten (Styrofoam, Styropor, Styron, Carinex, Styro-Flex, Cellofoam, Depron XPS, Fostarene, Styraclear, Lustrex1, SABIC PS ja INEOS Styrenics ) maailmanlaajuisesti.

Yleisesti ottaen näitä polymeerejä on saatavilla kolmessa tärkeässä eri laadussa, jotka ovat:

GPPS

GPPS:ää kutsutaan myös kristallinkirkkaaksi PS:ksi. Tämä muovimuoto on täysin läpinäkyvää, jäykkää ja yleensä edullista PS:ää, joka on valmistettu styreenimonomeeristä. GPPS on kiinteä PS-muoto, joka valmistetaan 2-5 mm:n PS-pelletteinä.

HIPS

Suuren iskunkestävyyden omaava PS sisältää yleensä 5-10 % kumia (butadieenia), ja se on tarkoitettu sellaisten tuotteiden valmistukseen, jotka vaativat suurempaa iskunkestävyyttä. HIPS PS on yleensä eräänlainen varttamiskopolymeeri, jonka sivuvarsina on PS. Varttumisprosessi tapahtuu, kun jokin radikaali reagoi poly-butadieenin kaksoissidoksen kanssa.

EPS

Tämä muovilaatu koostuu mikropelleteistä tai -helmistä, jotka sisältävät puhallusaineita (yleensä pentaania). EPS tai vaahdotettu PS on lämpöä eristävä, iskunkestävä ja helposti käsiteltävä.

PS-muovien käyttökohteet

Se on halpa ja helposti saatavilla oleva polymeerin muoto. Sitä käytetään monissa sovelluksissa, kuten elektroniikassa, lääketieteessä, optisissa tuotteissa, autojen osissa ja kulutustavaroiden pakkauksissa. Suuri määrä PS:n avulla valmistettuja tavaroita, kuten ruokailuvälineitä, kuppeja, CD-koteloita, kosmetiikkasäiliöitä ja -kansia jne., muotoillaan ruiskupuristamalla.

Sitä käytetään pääasiassa kahdenlaisten puolivalmisteiden – PS-levyn ja PS-vaahdon – valmistukseen. Tätä puolivalmistetta käytetään laajalti lopputuotteiden valmistukseen erilaisille loppumarkkinasegmenteille.

Polystyreenilevy

PS:ää käytetään laajalti iskevien styreenilevyjen valmistukseen, joita käytetään edelleen mallien, prototyyppien, kylttien, näyttöjen, koteloiden jne. valmistukseen. Nämä levyt ovat edullista materiaalia ja niitä käytetään yleiskäyttöön. PS-levyt ovat suositeltavampia kuin muunlaiset levyt monissa tuotteissa, koska ne ovat:

• Vedenkestävä korkeaan tiheyteen
• Kevyt paino
• Lämpötilaherkkä
• Kestävä
• Non-myrkyllinen ja hajuton
• Erinomaiset muokkausominaisuudet
• Mittakaavaltaan stabiili & vähäinen veden imeytyminen
• Lämpö & elektronisesti sinetöitävissä
• Taloudellinen

PS-levyt – Fysikaaliset ominaisuudet

• Muotoilulämpötila:
• Maksimilämpötila: 325°F – 350°F
• Maksimilämpötila:
• Täyttää FDA-standardit
• Läpinäkymätön mattapintainen
• Myytävien levyjen vakiokoko – 40″ x 72

Polystyreenivaahto

PS-vaahto on toinen polymeerin puolivalmisteen muoto, jota käytetään edelleen loppusegmentin kuluttajatuotteiden valmistukseen. PS-vaahdot sisältävät 95-98 % ilmaa. Ne ovat hyviä lämmöneristeitä, minkä vuoksi niitä käytetään laajalti rakennusten eristysmateriaalina.

PS-vaahdon vaimennusominaisuuden ansiosta se soveltuu hyvin pakkausteollisuuteen. PS-vaahtomuovia käytetään pakkausteollisuudessa hyvin laajamittaisesti.

Muovivaahtomuovin sopivat ominaisuudet ja alhaiset kustannukset osoittautuvat vahvaksi kilpailijaksi pakkausteollisuudessa käytettäville muille polymeerimuodoille. PS-vaahtomuovia käytetään myös rakennusalalla muiden kuin painoa kantavien arkkitehtonisten alojen, kuten koristepilarien, rakentamiseen.

PS-vaahdon yleiset ominaisuudet

• Kevyt ja kannettava,
• Helppo kierrätettävyys,
• Voidaan helposti laminoida epoksihartsilla,
• PS-vaahdoilla on korkea lämmöneristys,
• On ihanteellinen ulko-/sisätöihin,
• Kestää kosteutta ja puristusta,
• Alhainen hinta ja erittäin kestävä
• Valmistetaan eri muotoihin, kokoihin ja puristusmateriaaleihin.

PS-vaahtoja valmistetaan yleisesti kahdessa eri muodossa:

A. Paisutettu polystyreeni (EPS)

EPS on eräänlainen jäykkä, sitkeä ja suljettu vaahtomuovi. Se on yleensä ulkonäöltään valkoista ja sitä valmistetaan valmiiksi paisutetuista PS-helmistä. EPS on yksi yleisimmin käytetyistä PS-vaahdoista jokapäiväisessä elämässä. Valkoista vaahtomuovia käytetään yleisesti kuumiin juomiin, jääkaappeihin, eristykseen ja pakkauksiin jne.

EPS-materiaali on edullista ja kevyttä (15-30 kg kuutiometriä kohti) Se ei menetä perusominaisuuttaan ajan myötä, ja se on täysin kierrätettävissä ja uudelleenkäytettävissä ympäristötasapainon säilymiseksi.

Hyvien teknisten ja fysikaalisten ominaisuuksiensa, kuten alhaisen painonsa, jäykkyytensä ja muokattavuutensa ansiosta EPS otetaan käyttöön monenlaisissa sovelluksissa. Sitä käytetään jopa valettujen levyjen valmistukseen, joita käytetään rakennusten eristämiseen ja pakkausmateriaaleihin

B. Ekstrudoitu polystyreeni (XPS)

XPS on toinen vaahtomuoto, joka tarjoaa paremman pinnankarheuden ja suuremman jäykkyyden sekä pienemmän lämmönjohtavuuden. Tiheysalue on noin 28-45 kg/m3. Sillä on lähes samanlainen kemiallinen koostumus kuin EPS:llä, mutta se valmistetaan eri tekniikalla. EPS-vaahtoa on saatavana kolmessa perusvärissä: vaaleanpunainen, sininen ja vihreä jne. Sitä käytetään yleisesti esittelypaneelien valmistukseen ja rakennusalalla.

Polystyreenin yleiset käyttökohteet

Se soveltuu monille loppukäyttäjäteollisuuksille useiden tavaroiden tuottamiseen eri muodoissa. Siitä on tullut yleisimmin käytetty polymeeri eri teollisuudenaloilla, kuten:

Koneet – Sitä käytetään useissa laitteissa, kuten jääkaapeissa, ilmastointilaitteissa, uuneissa, mikroaaltouuneissa, pölynimureissa ja tehosekoittimissa jne. Sitä käytetään laajalti kiinteässä tai vaahtomuodossa näiden laitteiden valmistuksessa, koska se on inertti (ei reagoi materiaalien kanssa), kustannustehokas ja pitkäikäinen.

Autoteollisuus – PS:ää (kiinteää ja vaahtomuovia) käytetään monien autoteollisuuden osien valmistuksessa, mukaan lukien nupit, kojelaudat, verhoilut, energiaa vaimentavat ovipaneelit ja jopa äänenvaimennusvaahto.

Elektroniikka – Sitä käytetään televisioiden, tietokoneiden ja erityyppisten tietotekniikkalaitteiden koteloissa ja myös muissa osissa, joissa vaaditaan muodon, toiminnallisuuden ja estetiikan yhdistelmää

Elintarvikepalvelu – PS:llä on merkittävä osuus pakkausalalla verrattuna kilpailijoihinsa. Sitä käytetään laajalti elintarvikepakkauksissa, koska se eristää paremmin, pitää elintarvikkeet tuoreina pitkään ja on kustannustehokasta.

Elämmöneristys – Kevyt PS-vaahtomuovi osoittautuu erinomaiseksi lämmöneristeeksi useissa sovelluksissa, kuten rakennusten seinissä, katoissa, jäähdytyksessä, pakastimissa ja jopa teollisissa kylmävarastoissa. Sitä käytetään mieluiten eristykseen, koska se on inertimpää, kestävämpää ja kestää vesivahinkoja.

Lääketieteellinen – Selkeytensä ja helpon steriloitavuutensa ansiosta PS-vaahtomuovia käytetään monenlaisiin lääketieteellisiin käyttötarkoituksiin, kuten kudosviljelyalustoihin, koeputkiin, petrimaljoihin, diagnostisiin komponentteihin ja muihin testaukseen käytettäviin lääkinnällisiin laitteisiin.

Pakkaus – Se on erittäin käytettyä ja suosittua materiaalia pakkausalalla. Sitä käytetään laajalti kuluttajatuotteiden, kuten CD- ja DVD-koteloiden, vaahtomuovipakkausten, tavaroiden kuljetukseen tarkoitettujen maapähkinöiden, kulutustavaroiden pakkausten, liha- ja siipikarjalaatikoiden sekä kananmunapakkausten jne. suojaamiseen. Ne ovat sopiva pakkausmateriaali, koska ne suojaavat tavaroita vaurioilta ja pilaantumiselta.

PS-muovien haitat

Vaikka se on yleisimmin käytetty kestomuovi ja sitä suositaan myös muihin kilpailijoihin nähden useissa käyttötarkoituksissa, sillä on silti tiettyjä rajoituksia käytössä, jotka ovat:

• Se on syttyvää, mutta saatavana on saatavana myös hidasteita.
• Se kestää huonosti liuottimia, ja monet kemikaalit saattavat hyökätä sen kimppuun.
• Homopolymeerit ovat luonteeltaan hauraita.
• Se altistuu jännitys- ja ympäristösäröilylle.
• Se on huonosti lämpöstabiilista.

PS-muovien kierrätys

Seä ei tavallisesti hyväksytä kierrätyskeskusten keräysastioihin. PS:n kierrätyksessä hyödynnetään erilaisia keskuksia ja tekniikoita. Tietyissä maissa, kuten Saksassa, on laki, jonka mukaan valmistajien on otettava kokonaan vastuu myymiensä PS-pakkausmateriaalien kierrättämisestä tai hävittämisestä.

Tämän muovituotteen kierrättäminen vaatii suuria investointeja, jotta prosessin toteuttamiseen tarvittavat puristimet ja logistiset järjestelmät voidaan perustaa. Kierrätettyä materiaalimuotoa käytetään uusien tuotettujen PS-materiaalien kanssa PS-levyjen ja -vaahtojen valmistukseen.

Yksittäin kierrätetystä PS-romusta voidaan valmistaa tuotteita, kuten vaatteita, henkareita, puistonpenkkejä, kukkaruukkuja, leluja, viivoittimia, nitojien runkoja, taimiastioita, kuvakehyksiä ja arkkitehtonisia listoja jne.