Polystyrol (PS): Produktion, Markt, Preis und seine Eigenschaften

Was ist Polystyrol (PS)?

Es ist ein synthetisches Polymer aus dem Monomer Styrol. PS wird durch die Polymerisation von Styrol hergestellt, einer Art Bausteinmaterial, das zur Herstellung einer Vielzahl von Kunststoffprodukten verwendet wird. Es kommt auch in der Natur vor (Erdbeeren, Zimt, Kaffee und Bier).

Dieses Kunststoffpolymer ist ein natürlicher transparenter Thermoplast, der sowohl in fester Form als auch als Hartschaumstoff erhältlich ist. Im Allgemeinen verwendet PS-Material ist klar, hart und spröde in properties.

It ist allgemein verwendet Kunststoff, um eine Vielzahl von End-Segment-Produkte zu produzieren. Die feste Form von Kunststoff wird häufig zur Herstellung von Produkten verwendet, die Klarheit erfordern. Diese werden oft mit einer Kombination von Farbstoffen, Additiven und anderen Formen von Kunststoffen verwendet, um Waren wie elektronische Geräte, Autoteile, Gartentöpfe, Ausrüstung usw. zu produzieren.

PS besteht aus Schaumstoff und wird als expandiertes Polystyrol (EPS) oder extrudiertes Polystyrol (XPS) bezeichnet, das für seine isolierenden und polsternden Eigenschaften bekannt ist.

Die feste Form dieses Materials wird häufig für medizinische Geräte (Reagenzgläser, Petrischalen usw.) oder für alltägliche Gegenstände wie Rauchmelder, CDs, Lebensmittelbehälter, Kaffeetassen usw. verwendet. Die Schaumform des Polymers wird üblicherweise als Verpackungsmaterial für eine Vielzahl von Produkten verwendet.

Polystyrol Preisentwicklung

Produktion von Polystyrol

Es wird wie andere Kunststoffpolymere durch einen Polymerisationsprozess hergestellt. Dieses Polymer entsteht, wenn sich die Styrolmonomere während der Polymerisation miteinander verbinden.

Bei diesem Prozess bricht die Kohlenstoff-IT-Bindung der Vinylgruppe auf und bildet eine neue Kohlenstoffbindung, die sich weiter mit dem Kohlenstoff eines anderen Styrolmonomers in der Kette verbindet. Die neu gebildete Bindung ist viel stärker als die letzte, weshalb es schwierig wird, das Polymer zu depolymerisieren.

Es wird hauptsächlich in zwei verschiedenen Formen hergestellt:

Ataktisches Polystyrol

Dies ist eine kommerziell wichtige Form von PS. Zur Herstellung von ataktischem PS werden Phenylgruppen zufällig auf beiden Seiten der Polymerkette verteilt. Diese zufällige Anordnung verhindert, dass sich die Ketten aneinander ausrichten, und sorgt für eine ausreichende Regelmäßigkeit, um die gewünschte Kristallinität zu erreichen. Dieses Kunststoffpolymer hat eine Glasübergangstemperatur von 90° C und der Polymerisationsprozess wird stark durch freie Radikale initiiert.

Syndiotaktisches Polystyrol

Zur Herstellung von syndiotaktischem PS wird das „Ziegler-Natta-Polymerisationsverfahren“ verwendet. Bei diesem Polymerisationsverfahren werden die Phenylgruppen auf den beiden Seiten des Kohlenwasserstoffgerüsts angeordnet. Es handelt sich um eine hochkristalline Form des PS-Polymers mit einer Übergangstemperatur von 270° C. Diese PS-Typen werden derzeit unter dem Markennamen XAREC von der Idemitsu Corporation unter Verwendung eines Metallocen-Katalysators für die Polymerisationsreaktion hergestellt.

Bei der Herstellung von Polymeren kommen im Allgemeinen vier Polymerisationsverfahren und drei Schäumungsmethoden zum Einsatz. Die zunächst verwendeten drei Verfahren sind Massensuspensions-, Emulsions- und Lösungspolymerisation. Letztere ist – geschlossene Form Schäumen von EPS, Extrusion von EPS und direkte Injektion Extrusion von GPPS.

Globale Produktionskapazität von Polystyrol

Globale PS-Kapazität im Jahr 2016 war 14,7 Millionen Tonnen. China war das führende Land mit der höchsten Produktionskapazität. Asien ist die führende Region, die den größten Anteil an der weltweiten Produktionskapazität des Polymers hat. Auf sie entfielen 55,1 % der Produktionskapazität.

Die asiatische Region ist der größte Markt für PS-Kunststoffe und ist auch für mehr als die Hälfte der weltweiten Produktionskapazität verantwortlich. Die zweitgrößte Region ist Nordamerika mit einem Anteil von 17 %, gefolgt von Europa mit 16,3 %.

Prognose für den Weltmarkt für Polystyrol

Der Markt für PS wird voraussichtlich bis 2020 um mehr als 28 Mrd. US$ wachsen. Der Markt lag 2016 bei rund 24 Mrd. US$ und wird laut einer Branchenanalyse bis 2020 die Marke von 28 Mrd. US$ überschreiten. Der PS-Kunststoffmarkt ist in den letzten Jahren schnell gewachsen und wird voraussichtlich auch in den kommenden Jahren weiter wachsen.

PS ist ein vielseitiger Kunststoff mit einer Reihe von Verwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Endsegmenten. PS ist weit verbreitet für die Herstellung von Konsumgütern des täglichen Bedarfs wie Kühlschränke, Klimaanlagen, Fernseher, Computer und Einweggeschirr (geschäumte Tassen, Teller und Schüsseln).

Markttreiber

Die wichtigsten Faktoren, die den PS-Markt antreiben, sind das Bevölkerungswachstum, die zunehmende Urbanisierung und Industrialisierung sowie das gestiegene Einkommen der Mittelschicht.

Verpackungen und der Elektroniksektor sind zwei wichtige prominente Sektoren, die in den letzten Jahren eine steigende Nachfrage nach PS verzeichnet haben und voraussichtlich auch das Wachstum des globalen PS-Marktes weiter vorantreiben werden.

Regionaler Ausblick

China wird voraussichtlich der größte Markt für PS für das Jahr (2016-17) sein, gefolgt von anderen aufstrebenden Volkswirtschaften im asiatisch-pazifischen Raum.Auch wenn die asiatisch-pazifischen Länder die größten Verbraucher von PS weltweit sind, wird erwartet, dass auch andere Länder wie Afrika, Europa und Südamerika in den kommenden Jahren eine steigende Nachfrage haben werden.

Einschränkungen

Der Markt ist im prognostizierten Zeitraum auch bestimmten Einschränkungen unterworfen, wie z.B. schwankenden Rohstoffpreisen (Benzol, Styrolmonomer usw.). Entsorgungsprobleme im Zusammenhang mit diesem Material und sein negativer Schrottwert können das Wachstum des Marktes ebenfalls behindern.

Führende Anbieter

Die wichtigsten Anbieter von PS auf dem Weltmarkt sind BASF SE (Deutschland), Styrosolution Group (Deutschland), Videolar S/A. (Sao Paulo), SABIC (Saudi-Arabien) und Formosa Plastic Corporation (Taiwan) unter allen anderen Herstellern.

Geschichte des PS-Polymers

Es wurde ursprünglich von Eduard Simon, einem Apotheker aus Berlin, entdeckt. Aus Storax, dem Harz des türkischen Eukalyptusbaums Liquidambar, destillierte er eine ölartige Substanz, die er Styrol nannte. Wenige Tage nach seiner Entdeckung stellte Simon fest, dass das aus dem Monomer hergestellte Styrol durch Oxidation in eine geleeartige Form eingedickt war, die er „Styroloxyd“ nannte.

Im Jahr 1845 stellten der Chemiker John Blyth und ein weiterer deutscher Chemiker, August Wilhelm Von Hofmann, die gleiche Umwandlung von Styrol in Abwesenheit von Sauerstoff dar. Diese Substanz wurde als „Metastyrol“ bezeichnet. Spätere Analysen zeigten, dass die chemischen Eigenschaften beider Substanzen gleich waren.

Im Jahr 1866 analysierte Marcelin Berthelot zu Recht die Bildung von Metastyrol/Dining aus Styrol durch den Prozess der Polymerisation.

Nach 80 Jahren des zeitlichen Abstands wurde auf der Grundlage der These des deutschen organischen Chemikers „Hermann Staudinger (1881-1965)“ entdeckt, dass das Erhitzen von Styrol zu einer Kettenreaktion führt, die mehrere Makromoleküle erzeugt, die als PS-Kunststoffe bezeichnet werden.

Eigenschaften von PS-Kunststoffen

Es handelt sich um eine vielseitige Form von Kunststoffen, die zur Herstellung einer Vielzahl von Kunststoffendprodukten verwendet wird. PS-Polymer ist ein klares, amorphes, unpolares Material, das sich leicht verarbeiten und in eine große Anzahl von Halbzeugen wie Schaumstoffe, Folien und Platten umwandeln lässt. Vom Volumen her ist es einer der am meisten verwendeten Kunststoffe aufgrund seiner Eigenschaften wie:

• Es hat eine hohe Schlagzähigkeit und Wärmebeständigkeit.
• Diese Polymere sind ein guter elektrischer Isolator mit ausgezeichneter optischer Klarheit.
• PS hat eine starke chemische Beständigkeit gegen verdünnte Säuren und Basen.
• Es ist oberhalb seiner Glastemperatur eine zähflüssige Flüssigkeit, die eine einfache Verarbeitung zu einer großen Anzahl von Fertigprodukten ermöglicht.
• Sie sind leicht dehnbar und lassen sich gut fließen.
• Diese Materialien sind von Natur aus stark flammhemmend.

Physikalische Eigenschaften von PS

• Die chemische Formel für PS ist (C8H8)n
• Dichte- 0,96-1.04 g/cm3
• Schmelzpunkt ~ 240 °C (464 °F; 513 K) für isotaktisches PS
• Löslichkeit in Wasser-unlöslich
• Löslichkeit-nicht löslich in Aceton
• Wärmeleitfähigkeit des Polymers ist 0.033 W/ (M-K) (Schaumstoff, ρ 0,05 g/cm3)
• Brechungsindex 1,6; Dielektrizitätskonstante 2,6 (1 kHz – 1 GHz)

Unterschiedliche Sorten von PS-Kunststoffen

PS gehört zu den wichtigsten und am weitesten verbreiteten Massenkunststoffen auf dem Markt. Das Produktionsvolumen von PS und Styrol-Copolymeren liegt weltweit bei mehreren Millionen Tonnen pro Jahr.

Es wird weltweit unter verschiedenen Markennamen wie (Styrofoam, Styropor, Styron, Carinex, Styro-Flex, Cellofoam, Depron XPS, Fostarene, Styraclear, Lustrex1, SABIC PS und INEOS Styrenics) verkauft.

Im Allgemeinen sind diese Polymere in drei wichtigen unterschiedlichen Qualitäten erhältlich, nämlich:

GPPS

GPPS wird auch als kristallklares PS bezeichnet. Diese Form von Kunststoffen ist völlig transparent, steif und wird in der Regel als preiswertes PS aus Styrolmonomer hergestellt. GPPS ist eine feste Form von PS, die in Form von 2-5 mm dicken PS-Granulaten hergestellt wird.

HIPS

Hochschlagzähes PS enthält in der Regel 5 bis 10 % Kautschuk (Butadien) und dient zur Herstellung von Produkten, die eine höhere Schlagfestigkeit erfordern. HIPS PS ist in der Regel eine Art Pfropfcopolymer mit PS als Seitenarm. Der Pfropfprozess erfolgt, wenn ein Radikal mit der Doppelbindung von Polybutadien reagiert.

EPS

Diese Kunststoffsorte besteht aus Mikrokügelchen oder Perlen, die ein Treibmittel (normalerweise Pentan) enthalten. EPS oder geschäumtes PS ist wärmeisolierend, hat eine hohe Schlagzähigkeit und lässt sich leicht verarbeiten.

Anwendungen von PS-Kunststoffen

Es ist eine billige und leicht verfügbare Form des Polymers. Es wird für viele Anwendungen wie Elektronik, Medizin, Optik, Automobilteile und Verpackungen von Verbrauchsmaterialien verwendet. Eine große Anzahl von Waren, die mit PS hergestellt werden, werden im Spritzgussverfahren geformt, darunter Essgeschirr, Tassen, CD-Hüllen, Kosmetikbehälter und Abdeckungen usw.

Es wird hauptsächlich für die Herstellung von zwei Arten von Halbfertigprodukten verwendet – PS-Platten und PS-Schaum. Dieses Halbzeug wird in großem Umfang zur Herstellung von Endprodukten für eine Vielzahl von Endmarktsegmenten verwendet.

Polystyrolplatten

PS wird in großem Umfang zur Herstellung von hochschlagfesten Styrolplatten verwendet, die wiederum zur Herstellung von Modellen, Prototypen, Schildern, Displays, Gehäusen und mehr verwendet werden. Diese Platten sind ein kostengünstiges Material und werden für allgemeine Zwecke verwendet. PS-Platten werden für eine Vielzahl von Produkten bevorzugt, da sie eine andere Form von Platten sind:

• Wasserbeständig bis zu hoher Dichte
• Leichtes Gewicht
• Temperaturempfindlich
• Beständig
• Nichtgiftig und geruchlos
• Hervorragende Formeigenschaften
• Maßhaltig &geringe Wasseraufnahme
• Wärme-& elektronisch versiegelbar
• Wirtschaftlich

PS-Platten – Physikalische Eigenschaften

• Verformungstemperatur: 325°F bis 350°F
• Maximaltemperatur: 180°F
• Erfüllt FDA-Normen
• Opaque mit mattem Finish
• Standardgröße der verkauften Platten – 40″ x 72

Polystyrolschaum

PS-Schaum ist eine weitere Form des Halbzeugs aus dem Polymer, das zur Herstellung von Endverbraucherprodukten weiterverwendet wird. PS-Schaumstoffe bestehen zu 95-98 % aus Luft. Sie sind gute Wärmeisolatoren und werden daher häufig als Dämmmaterial für Gebäude verwendet.

Die dämpfende Eigenschaft von PS-Schaumstoff macht ihn sehr geeignet für die Verpackungsindustrie. PS wird in der Verpackungsindustrie in großem Umfang verwendet.

Die guten Eigenschaften und die niedrigen Kosten von Kunststoffschaum erweisen sich als starke Konkurrenz für andere Formen von Polymeren, die in der Verpackungsindustrie verwendet werden. PS-Schäume werden auch im Bausektor für die Konstruktion von nicht tragenden architektonischen Bereichen wie Ziersäulen verwendet.

Allgemeine Eigenschaften von PS-Schaum

• Leicht und tragbar,
• Leicht recycelbar,
• Kann leicht mit Epoxidharz laminiert werden,
• PS-Schäume haben eine hohe Wärmedämmung,
• Ist ideal für Arbeiten im Freien/im Innenbereich,
• Beständig gegen Feuchtigkeit und Kompression,
• Günstiger Preis und sehr langlebig
• Hergestellt in verschiedenen Formen, Größen und Kompressionsmaterialien.

PS-Schaumstoffe werden üblicherweise in zwei verschiedenen Formen hergestellt:

A. Expandiertes Polystyrol (EPS)

EPS ist eine Art steifer, zäher und geschlossener Schaumstoff. Er hat in der Regel ein weißes Aussehen und wird aus vorgeschäumten PS-Kügelchen hergestellt. EPS ist einer der im Alltag am häufigsten verwendeten PS-Schaumstoffe. Der weiße Schaumstoff wird häufig für Heißgetränke, in Kühlschränken, zur Isolierung und für Verpackungen usw. verwendet.

EPS-Material ist preiswert und leicht (15-30 kg pro Kubikmeter). Es verliert seine grundlegenden Eigenschaften nicht mit der Zeit und wird vollständig recycelt und wiederverwendet, um das ökologische Gleichgewicht aufrechtzuerhalten.

Aufgrund seiner günstigen technischen und physikalischen Eigenschaften wie geringes Gewicht, Steifigkeit und Formbarkeit wird EPS für eine breite Palette von Anwendungen eingesetzt. Es wird sogar für die Herstellung von geformten Platten verwendet, die zur Gebäudeisolierung und als Verpackungsmaterial eingesetzt werden

B. Extrudiertes Polystyrol (XPS)

XPS ist eine weitere Form von Schaumstoff, der eine verbesserte Oberflächenrauhigkeit und höhere Steifigkeit bei geringerer Wärmeleitfähigkeit bietet. Der Dichtebereich liegt bei 28-45 kg/m3. Es hat fast die gleiche chemische Zusammensetzung wie EPS, wird aber mit einer anderen Technologie hergestellt. EPS gibt es in den drei Grundfarben rosa, blau und grün usw. Es wird häufig für die Herstellung von Demonstrationsplatten und im Baubereich verwendet.

Allgemeine Verwendung von Polystyrol

Es ist für eine Vielzahl von Endverbraucherindustrien zur Herstellung einer Reihe von Waren in verschiedenen Formen anwendbar. Es ist das am häufigsten verwendete Polymer in verschiedenen Industrien wie:

Geräte – Es wird in einer Reihe von Geräten wie Kühlschränken, Klimaanlagen, Öfen, Mikrowellen, Staubsaugern und Mixern usw. verwendet. Es wird in fester oder geschäumter Form weithin für die Herstellung dieser Geräte verwendet, da es inert (reagiert nicht mit Materialien), kostengünstig und langlebig ist.

Automobil – PS (fest und geschäumt) wird bei der Herstellung vieler Automobilteile verwendet, darunter Knöpfe, Instrumententafeln, Verkleidungen, energieabsorbierende Türverkleidungen und sogar schalldämpfender Schaum.

Elektronik – PS wird für das Gehäuse und andere Teile von Fernsehern, Computern und verschiedenen Arten von IT-Geräten verwendet, bei denen eine Kombination aus Form, Funktion und Ästhetik erforderlich ist

Lebensmittelservice – PS hat im Vergleich zu seinen Konkurrenten einen großen Anteil am Verpackungssektor. Es wird häufig für Lebensmittelverpackungen verwendet, da es besser isoliert, Lebensmittel lange frisch hält und kostengünstig ist.

Isolierung – Leichter PS-Schaum erweist sich als hervorragende Wärmedämmung in einer Reihe von Anwendungen wie Gebäudewänden, Dächern, Kühl- und Gefrierschränken und sogar in industriellen Kühlhäusern. Es wird für die Isolierung bevorzugt, da es inerter, haltbarer und widerstandsfähiger gegen Wasserschäden ist.

Medizinisch – Aufgrund seiner Klarheit und einfachen Sterilisation wird PS für eine Vielzahl medizinischer Anwendungen verwendet, darunter Gewebekulturschalen, Reagenzgläser, Petrischalen, diagnostische Komponenten und andere medizinische Testgeräte.

Verpackung- Es ist ein viel verwendetes und bevorzugtes Material im Verpackungssektor. Es wird häufig zum Schutz von Konsumgütern wie CD- und DVD-Hüllen, Schaumstoffverpackungen für den Versand von Waren, Verpackungen von Verbrauchsgütern, Fleisch- und Geflügelschalen und auch Eierkartons usw. verwendet. Sie sind ein geeignetes Verpackungsmaterial, um Waren vor Beschädigung und Verderb zu schützen.

Nachteile von PS-Kunststoffen

Obwohl es der am häufigsten verwendete thermoplastische Kunststoff ist und auch gegenüber anderen Konkurrenten für eine Reihe von Verwendungen bevorzugt wird, hat es dennoch bestimmte Einschränkungen bei der Verwendung, die sind:

• Es ist brennbar, aber es sind auch verzögerte Sorten erhältlich.
• Sie sind schlecht lösungsmittelbeständig und können von vielen Chemikalien angegriffen werden.
• Homo-Polymere sind von Natur aus spröde.
• Sie neigen zu Spannungsrissen und Rissen in der Umgebung.
• Sie haben eine schlechte thermische Stabilität.

Recycling von PS-Kunststoffen

Gemeinsam werden sie von den Recycling-Zentren nicht angenommen. Für das Recycling von PS werden verschiedene Zentren und Techniken eingesetzt. In bestimmten Ländern wie Deutschland gibt es ein Gesetz, das die Hersteller verpflichtet, die Verantwortung für das Recycling oder die Entsorgung des von ihnen verkauften PS-Verpackungsmaterials vollständig zu übernehmen.

Das Recycling dieser Kunststoffprodukte erfordert hohe Investitionen für die Einrichtung von Verdichtungsanlagen und logistischen Systemen zur Durchführung des Prozesses. Das recycelte Material wird zusammen mit neu produzierten PS-Materialien zur Herstellung von PS-Platten und -Schaumstoffen verwendet.

Individuell recycelte PS-Abfälle können zur Herstellung von Produkten wie Kleidung, Kleiderbügeln, Parkbänken, Blumentöpfen, Spielzeug, Linealen, Heftergehäusen, Setzlingsbehältern, Bilderrahmen und architektonischen Formteilen usw. verwendet werden.