Polistyren (PS): Produkcja, rynek, cena i jego właściwości

Co to jest polistyren (PS)?

Jest to syntetyczny polimer wykonany z monomeru styrenu. PS jest wytwarzany przez polimeryzację styrenu, który jest rodzajem materiału budulcowego używanego do produkcji różnych produktów z tworzyw sztucznych. Występuje również naturalnie (truskawki, cynamon, kawa i piwo).

Ten plastikowy polimer jest naturalnym, przezroczystym termoplastem, który jest dostępny zarówno w formie stałej, jak i sztywnej pianki. Ogólnie stosowany materiał PS jest przejrzysty, twardy i kruchy we właściwościach.

Jest to powszechnie stosowany plastik do produkcji różnych produktów segmentu końcowego. Stała forma tworzywa sztucznego jest szeroko stosowana do produkcji wyrobów, które wymagają przejrzystości. Są one często używane z kombinacją barwników, dodatków i innych form tworzyw sztucznych do produkcji towarów takich jak urządzenia elektroniczne, części samochodowe, doniczki ogrodnicze, sprzęt itp.

PS jest wykonany z materiału piankowego i jest określany jako polistyren ekspandowany (EPS) lub polistyren ekstrudowany (XPS), który jest znany ze swoich właściwości izolacyjnych i amortyzujących.

Stała forma tego materiału jest powszechnie stosowana w urządzeniach medycznych (probówki, szalki Petriego itp.) lub w przedmiotach codziennego użytku, takich jak czujniki dymu, płyty CD, pojemniki na żywność, filiżanki do kawy itp. Forma piankowa polimeru jest powszechnie stosowana jako materiał opakowaniowy dla różnych produktów.

Tendencje cenowe polistyrenu

Produkcja polistyrenu

Jest on produkowany jak inne polimery z tworzyw sztucznych w procesie polimeryzacji. Ten polimer powstaje, gdy monomery styrenu łączą się ze sobą podczas polimeryzacji.

W tym procesie wiązanie węgla IT grupy winylowej rozpada się i tworzy nowe wiązanie węglowe, dalej dołączając do węgla innego monomeru styrenu w łańcuchu. Nowo utworzone wiązanie jest znacznie silniejsze niż ostatnie, dlatego trudno jest polimeryzować polimer.

Produkowany jest głównie w dwóch różnych postaciach:

Polistyren ataktyczny

Jest to ważna pod względem handlowym forma produkowanego PS. W celu wytworzenia ataktycznego PS grupy fenylowe są losowo rozmieszczone po obu stronach łańcucha polimeru. To losowe rozmieszczenie zapobiega wyrównywaniu się łańcuchów i zapewnia wystarczającą ilość regularności, aby osiągnąć pożądaną krystaliczność. Ten plastyczny polimer ma temperaturę zeszklenia 90° C, a proces polimeryzacji jest silnie inicjowany przez wolne rodniki.

Syndiotaktyczny polistyren

Do produkcji syndiotaktycznego PS stosuje się proces polimeryzacji Zieglera-Natty. W tym procesie polimeryzacji grupy fenylowe są umieszczane na przemian po obu stronach szkieletu węglowodorowego. Jest to wysoce krystaliczna forma polimeru PS o temperaturze przemiany 270° C. Te rodzaje PS są obecnie produkowane pod marką XAREC przez Idemitsu Corporation przy użyciu katalizatora metalocenowego do reakcji polimeryzacji.

W produkcji polimerów stosuje się cztery procesy polimeryzacji i trzy metody spieniania. Pierwotnie stosowane trzy procesy to zawiesina masowa, emulsja i polimeryzacja w roztworze. Ostatni z nich to – spienianie EPS w formie zamkniętej, wytłaczanie EPS i wytłaczanie GPPS metodą wtrysku bezpośredniego.

Globalna zdolność produkcyjna polistyrenu

Globalna zdolność produkcyjna PS w 2016 r. wynosiła 14,7 mln ton. Chiny były wiodącymi krajami o najwyższej zdolności produkcyjnej. Azja jest wiodącym regionem odpowiadającym za największy udział w globalnych zdolnościach produkcyjnych polimeru. Zajmowała 55,1% zdolności produkcyjnych.

Region azjatycki jest największym rynkiem dla tworzyw PS jest również odpowiedzialny za ponad połowę globalnych zdolności produkcyjnych. Drugim co do wielkości regionem jest Ameryka Północna z udziałem 17%, a następnie Europa z udziałem 16,3%.

Global Market Forecast for Polystyrene

Przewiduje się, że do 2020 roku rynek PS wzrośnie o ponad 28 mld USD. Rynek wynosił około 24 mld USD w 2016 roku i przekroczy 28 mld USD do 2020 roku, jak wynika z analizy branżowej. Rynek tworzyw sztucznych PS rośnie szybko od kilku ostatnich lat i oczekuje się, że wzrośnie również w nadchodzących latach.

PS jest wszechstronnym tworzywem sztucznym o wielu zastosowaniach w różnych rynkach segmentów końcowych. PS jest szeroko stosowany do produkcji produktów konsumenckich codziennego użytku, takich jak lodówki, klimatyzatory, telewizory, komputery i naczynia jednorazowego użytku (piankowe kubki, talerze i miski).

Kierowniki rynku

Głównymi czynnikami napędzającymi rynek PS są: wzrost populacji, rosnąca urbanizacja i industrializacja, wzrost dochodów klasy średniej.

Sektor opakowań i elektroniki to dwa główne, znaczące sektory, w których w ostatnich latach odnotowano wzrost popytu na PS i przewiduje się, że będą one dalej napędzać wzrost globalnego rynku PS.

Perspektywy regionalne

Oczekuje się, że Chiny będą największym rynkiem PS w roku (2016-17), po którym nastąpią inne gospodarki wschodzące w regionach Azji i Pacyfiku.Mimo że kraje Azji i Pacyfiku są największymi konsumentami PS na świecie, ale nadal inne kraje, takie jak Afryka, Europa i Ameryka Południowa, również powinny mieć zwiększony popyt w nadchodzących latach.

Konstrykcje

Podlega również pewnym ograniczeniom w prognozowanym okresie, takim jak wahania cen surowców (benzen, monomer styrenu itp.). Problemy z usuwaniem związane z tym materiałem i jego ujemna wartość złomu mogą również hamować wzrost rynku.

Główni gracze

Główni gracze PS na rynku globalnym to BASF SE (Niemcy), Styrosolution Group (Niemcy), Videolar S/A. (Sao Paulo), SABIC (Arabia Saudyjska) i Formosa Plastic Corporation (Tajwan) wśród wszystkich innych producentów.

Historia polimeru PS

Został on początkowo odkryty przez Eduarda Simona, aptekarza z Berlina. Ze storaksu, żywicy tureckiego drzewa Liquidambar wydestylował oleisty rodzaj substancji nazwanej styrolem. Po kilku dniach odkrycia, Simon stwierdził, że styrol produkowane z monomeru zgęstniała z powodu utleniania do postaci galaretki, które nazwał „Styroloxyd”.

W 1845 chemik John Blyth i inny niemiecki chemik August Wilhelm Von Hofmann reprezentowane tej samej transformacji styrol w nieobecności tlenu. Substancja ta została określona jako „metastyrol”. Późniejsze analizy wykazały, że właściwości chemiczne obu substancji są takie same.

Ponadto w 1866 roku Marcelin Berthelot słusznie przeanalizował powstawanie metatyrolu/diningu ze styrolu w procesie polimeryzacji.

Po 80 latach przerwy, na podstawie pracy niemieckiego chemika organicznego „Hermanna Staudingera (1881-1965)”, odkryto, że ogrzewanie styrolu powoduje reakcję łańcuchową, w wyniku której powstaje kilka makrocząsteczek nazwanych tworzywami sztucznymi PS.

Właściwości tworzyw sztucznych PS

Jest to uniwersalna forma tworzywa sztucznego używana do wytwarzania różnych produktów z tworzyw sztucznych segmentu końcowego. Polimer PS jest przezroczystym, amorficznym, niepolarnym rodzajem materiału, który może być łatwo przetwarzany i przekształcany w dużą liczbę półproduktów, takich jak pianki, folie i arkusze. Pod względem objętości jest to jedno z największych stosowanych tworzyw sztucznych ze względu na swoje właściwości, takie jak:

• Ma wysoką odporność na uderzenia i ciepło.
• Polimery te są dobrym izolatorem elektrycznym o doskonałej przejrzystości optycznej.
• PS ma silną odporność chemiczną na rozcieńczone kwasy i zasady.
• Jest lepką cieczą powyżej temperatury zeszklenia, co pozwala na łatwą produkcję dużej liczby wyrobów gotowych.
• Są łatwo rozszerzalne i umożliwiają dobry przepływ.
• Materiały te są z natury silnie ognioodporne.

Właściwości fizyczne PS

• Wzór chemiczny stosowany dla PS to (C8H8)n
• Gęstość- 0.96-1.04 g/cm3
• Temperatura topnienia wynosi ~ 240 °C (464 °F; 513 K) Dla izotaktycznego PS
• Rozpuszczalność w wodzie-nierozpuszczalny
• Rozpuszczalność-Nierozpuszczalny w acetonie
• Przewodność cieplna polimeru wynosi 0.033 W/ (M-K) (pianka, ρ 0,05 g/cm3)
• Wskaźnik załamania światła wynosi 1,6; stała dielektryczna 2,6 (1 kHz – 1 GHz)

Różne gatunki tworzyw sztucznych PS

PS jest zaliczany do jednego z najważniejszych i najszerzej stosowanych towarowych tworzyw sztucznych na rynku. Wielkość produkcji PS i kopolimerów styrenu wynosi kilka milionów ton rocznie na całym świecie.

Jest sprzedawany pod różnymi nazwami handlowymi, takimi jak (Styrofoam, Styropor, Styron, Carinex, Styro-Flex, Cellofoam, Depron XPS, Fostarene, Styraclear, Lustrex1, SABIC PS i INEOS Styrenics) na całym świecie.

Ogólnie, polimery te są dostępne w trzech ważnych gatunkach, którymi są:

GPPS

GPPS określany również jako krystalicznie czysty PS. Ta forma tworzywa sztucznego jest w pełni przezroczysta, sztywna i jest zazwyczaj tanim PS wytwarzanym z monomeru styrenu. GPPS jest stałą formą PS produkowaną w postaci granulek PS o grubości 2-5 mm.

HIPS

Wysokoudarowy PS zawiera zwykle od 5 do 10% kauczuku (butadienu) i jest przeznaczony do produkcji wyrobów wymagających wyższej odporności na uderzenia. HIPS PS jest zwykle rodzajem kopolimeru szczepionego z PS jako ramionami bocznymi. Proces szczepienia zachodzi, gdy jakiś rodnik reaguje z podwójnym wiązaniem polibutadienu.

EPS

Ten gatunek tworzyw sztucznych składa się z mikropelletek lub kulek zawierających środek porotwórczy (zwykle pentan). EPS lub spieniony PS jest termoizolacyjny o wysokiej odporności na uderzenia i łatwym przetwarzaniu.

Zastosowanie tworzyw PS

Jest to tania i łatwo dostępna forma polimeru. Jest używany do wielu zastosowań, takich jak elektronika, medycyna, optyka, części samochodowe i opakowania materiałów eksploatacyjnych. Duża liczba towarów produkowanych przy użyciu PS jest formowana wtryskowo, w tym naczynia kuchenne, kubki, etui na płyty CD, pojemniki kosmetyczne i pokrywy itp.

Jest on głównie używany do produkcji dwóch rodzajów półproduktów – arkuszy PS i pianki PS. Ten półprodukt jest szeroko stosowany do produkcji produktów końcowych dla różnych segmentów rynku końcowego.

Arkusz styropianowy

PS jest szeroko stosowany do produkcji wysokoudarowych arkuszy styrenowych, które są dalej wykorzystywane do produkcji modeli, prototypów, znaków, wyświetlaczy, obudów i innych. Arkusze te są materiałem tanim i używanym do zastosowań ogólnych. Arkusze PS są preferowane w stosunku do innych form arkuszy dla różnych produktów, ponieważ są one:

• Wodoodporne do wysokiej gęstości
• Lekka waga
• Wrażliwe na temperaturę
• Trwałe
• Nie-.toksyczny i bezwonny
• Doskonałe właściwości formowania
• Stabilny wymiarowo &niska absorpcja wody
• Grzewczy &zgrzewalny elektronicznie
• Ekonomiczny

Arkusze PS – Właściwości fizyczne

• Temperatura formowania: 325°F do 350°F
• Maksymalna temperatura: 180°F
• Spełnia normy FDA
• Przezroczysty z matowym wykończeniem
• Standardowy rozmiar sprzedawanych arkuszy- 40″ x 72

Pianka polistyrenowa

Pianka PS jest inną formą półproduktu z polimeru, który jest dalej wykorzystywany do produkcji produktów konsumenckich segmentu końcowego. Pianki PS składają się w 95-98% z powietrza. Są dobrymi izolatorami termicznymi, dlatego są szeroko stosowane jako materiał izolacyjny w budownictwie.

Właściwości tłumiące pianki PS czynią ją wysoce odpowiednią dla przemysłu opakowaniowego. PS jest stosowany na bardzo dużą skalę w przemyśle opakowaniowym.

Dobre właściwości i niski koszt pianki z tworzyw sztucznych stanowią silną konkurencję dla innych form polimerów stosowanych w przemyśle opakowaniowym. Pianki PS znalazły również zastosowanie w sektorze budowlanym do budowy nienośnych elementów architektonicznych, takich jak filary ozdobne.

Ogólne właściwości pianki PS

• Lekka i przenośna,
• Łatwo poddaje się recyklingowi,
• Może być łatwo laminowana żywicą epoksydową,
• Pianki PS mają wysoką izolację termiczną,
• Jest idealna do prac na zewnątrz/wewnątrz,
• Odporna na wilgoć i ściskanie,
• Niska cena i bardzo trwała
• Produkowana w różnych kształtach, rozmiarach i materiałach kompresyjnych.

PiankiPS są powszechnie produkowane w dwóch różnych formach:

A. Polistyren ekspandowany (EPS)

EPS jest rodzajem sztywnej, twardej i zamkniętej pianki. Zwykle ma biały wygląd i jest produkowany z preekspandowanych kulek PS. EPS jest jedną z najczęściej używanych pianek PS w życiu codziennym. Biała pianka jest powszechnie używana do gorących napojów, w lodówkach, do izolacji i pakowania itp.

Materiał EPS jest tani i lekki (15-30 kg na metr sześcienny) Nie traci swoich podstawowych właściwości z czasem i jest całkowicie poddawany recyklingowi i ponownie wykorzystywany w celu utrzymania równowagi środowiskowej.

Dzięki swoim korzystnym właściwościom technicznym i fizycznym, takim jak niska waga, sztywność i podatność na formowanie, EPS jest wykorzystywany w szerokim zakresie zastosowań. Jest on nawet używany do produkcji formowanych arkuszy, które są wykorzystywane do izolacji budynków i materiałów opakowaniowych

B. Polistyren ekstrudowany (XPS)

XPS jest inną formą pianki, która oferuje lepszą chropowatość powierzchni i większą sztywność przy zmniejszonej przewodności cieplnej. Zakres gęstości wynosi około 28-45 kg/m3. Ma prawie taki sam rodzaj składu chemicznego jak EPS, ale produkowany jest przy użyciu innego rodzaju technologii. EPS występuje w trzech podstawowych kolorach różowym, niebieskim, zielonym itp. Jest powszechnie stosowany do produkcji paneli demonstracyjnych oraz w budownictwie.

Ogólne zastosowania polistyrenu

Ma zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu do produkcji szeregu towarów w różnych formach. Stał się najczęściej stosowanym polimerem w różnych gałęziach przemysłu, takich jak:

Urządzenia – Jest stosowany w wielu urządzeniach, takich jak lodówki, klimatyzatory, piekarniki, mikrofalówki, odkurzacze i miksery itp. Jest on szeroko stosowany w postaci stałej lub pianki do produkcji tych urządzeń, ponieważ jest obojętny (nie reaguje z materiałami), opłacalny i trwały.

Automotywacja – PS (w postaci stałej i pianki) jest stosowany w produkcji wielu części samochodowych, w tym gałek, desek rozdzielczych, listew ozdobnych, paneli drzwiowych pochłaniających energię, a nawet pianki tłumiącej dźwięk.

Elektronika – Jest stosowany w obudowach, a także w innych częściach telewizorów, komputerów i różnego rodzaju sprzętu informatycznego, gdzie wymagane jest połączenie formy, funkcji i estetyki

Serwis spożywczy – PS ma duży udział w sektorze opakowań w porównaniu do swoich konkurentów. Jest szeroko stosowany w opakowaniach żywności, ponieważ lepiej izoluje, utrzymuje świeżość żywności przez długi czas i jest opłacalny.

Insolacja – Lekka pianka PS okazuje się być doskonałą izolacją termiczną w wielu zastosowaniach, takich jak ściany budynków, pokrycia dachowe, chłodnictwo, zamrażarki, a nawet w przemysłowych chłodniach. Jest preferowana do izolacji, ponieważ jest bardziej obojętna, trwała i odporna na działanie wody.

Medycyna – Ze względu na swoją przejrzystość i łatwość sterylizacji, PS jest wykorzystywana do szerokiej gamy zastosowań medycznych, w tym tacek do hodowli tkanek, probówek, szalek Petriego, komponentów diagnostycznych i innych testowych urządzeń medycznych.

Opakowania – Jest to wysoce stosowany i preferowany materiał w sektorze opakowań. Jest szeroko stosowany do ochrony produktów konsumenckich, takich jak płyty CD i DVD, opakowania piankowe do wysyłki towarów, opakowania materiałów eksploatacyjnych, tace na mięso i drób, a także kartony na jajka itp. Są one odpowiednim materiałem do pakowania jako ochrona towarów przed uszkodzeniem i zepsuciem.

Disadvantages Of PS Plastics

Though it is the most widely used thermoplastic and also preferred over other competitors for a number of uses, still has certain limitations in usage which are:

• It is flammable, but retarded grades are also available.
• Są słabo odporne na rozpuszczalniki i mogą być atakowane przez wiele chemikaliów.
• Homo-polimery są z natury kruche.
• Podlegają naprężeniom i pękaniu środowiskowemu.
• Mają słabą stabilność termiczną.

Recykling tworzyw sztucznych PS

Zazwyczaj nie są akceptowane w zbiórce w centrach recyklingu. Różne centra i techniki są wykorzystywane do recyklingu PS. W niektórych krajach, takich jak Niemcy, istnieje prawo, które wymaga od producentów całkowitego przejęcia odpowiedzialności za recykling lub pozbycie się wszelkich materiałów opakowaniowych PS, które sprzedają.

Recykling tych produktów z tworzyw sztucznych wymaga dużych nakładów inwestycyjnych w celu skonfigurowania kompaktorów i systemów logistycznych do przeprowadzenia procesu. Odzyskana forma materiału jest używana z nowo wyprodukowanymi materiałami PS do produkcji arkuszy i pianek PS.

Oddzielnie odzyskany złom PS może być używany do produkcji takich produktów jak ubrania, wieszaki, ławki parkowe, doniczki, zabawki, linijki, korpusy zszywaczy, pojemniki na sadzonki, ramy obrazów i formy architektoniczne itp.