Polystyren (PS): Produktion, marknad, pris och dess egenskaper

Vad är polystyren (PS)?

Det är en syntetisk polymer som tillverkas av monomeren styren. PS tillverkas genom polymerisering av styren som är ett slags byggstensmaterial som används för att tillverka en mängd olika plastprodukter. Det förekommer också naturligt (jordgubbar, kanel, kaffe och öl).

Denna plastpolymer är en naturlig transparent termoplast som finns i både fasta former samt som ett styvt skummaterial. Generellt används PS-material är klart, hårt och sprött till sina egenskaper.

Det är en vanligt förekommande plast för att tillverka en mängd olika slutprodukter. Den fasta formen av plast används i stor utsträckning för att tillverka produkter som kräver klarhet. Dessa används ofta med en kombination av färgämnen, tillsatser och andra plastformer för att tillverka varor som elektroniska apparater, bildelar, trädgårdsgrytor, utrustning etc.

PS tillverkas av skummaterial och benämns som expanderad polystyren (EPS) eller extruderad polystyren (XPS) som är känd för sina isolerande och dämpande egenskaper.

Den fasta formen av detta material används vanligen för medicintekniska tillämpningar (provrör, petriskålar etc.) eller för vardagliga föremål som rökdetektorer, CD-skivor, matbehållare, kaffekoppar etc. Skumformen av polymeren används vanligen för som förpackningsmaterial för en mängd olika produkter.

Polystyren pristrend

Produktion av polystyren

Det framställs liksom andra plastpolymerer genom en polymeriseringsprocess. Denna polymer uppstår när styrenmonomererna kopplas samman med varandra under polymerisationen.

I denna process bryts vinylgruppens kol-IT-bindning ner och bildar en ny kolbindning, som ytterligare kopplas till kolet i en annan styrenmonomer i kedjan. Den nybildade bindningen är mycket starkare än den senaste varför det blir svårt att avpolymerisera polymeren.

Den tillverkas främst i två olika former:

Ataktisk polystyren

Detta är kommersiellt en viktig form av PS som tillverkas. För att producera ataktisk PS fördelas fenylgrupper slumpmässigt på båda sidor av polymerkedjan. Denna slumpmässiga placering hindrar kedjorna från att anpassa sig och ger tillräcklig regelbundenhet för att uppnå önskad kristallinitet. Denna plastpolymer har en glasövergångstemperatur på 90° C och polymerisationsprocessen initieras starkt av fria radikaler.

Syndiotaktisk polystyren

För att framställa syndiotaktisk PS används ”Ziegler-Natta-polymerisation”. I denna polymeriseringsprocess placeras fenylgrupper på de alternerande sidorna av kolvätecykelns ryggrad. Detta är en högkristallin form av PS-polymer som produceras med en övergångstemperatur på 270° C. Dessa typer av PS produceras för närvarande under varumärket XAREC av Idemitsu Corporation genom att använda metallocenkatalysator för polymeriseringsreaktionen.

Vid framställning av polymer i allmänhet tas fyra polymeriseringsprocesser och tre skumningsmetoder i bruk. De tre processer som ursprungligen används är massuppsättning, emulsion och lösningspolymerisering. Den senare är- sluten formskumning av EPS, extrudering av EPS och direktinsprutningsextrudering av GPPS.

Global produktionskapacitet för polystyren

Den globala PS-kapaciteten 2016 var 14,7 miljoner ton. Kina var de ledande länderna med högst produktionskapacitet. Asien är den ledande regionen som står för den största andelen av den globala produktionskapaciteten för polymeren. Den upptog 55,1 % av produktionskapaciteten.

Den asiatiska regionen är den största marknaden för PS-plaster står också för mer än hälften av den globala produktionskapaciteten. Den näst största regionen är Nordamerika som står för 17 % följt av Europa med 16,3 %.

Global Market Forecast for Polystyrene

Marknaden för PS beräknas växa med mer än 28 miljarder dollar fram till 2020. Marknaden var omkring 24 miljarder dollar 2016 och kommer enligt branschanalysen att passera 28 miljarder dollar 2020. Marknaden för PS-plast har vuxit snabbt de senaste åren och förväntas öka även under de kommande åren.

PS är en mångsidig plast med ett antal användningsområden inom olika slutmarknadssegment. PS används i stor utsträckning för att tillverka konsumentprodukter för daglig användning som kylskåp, luftkonditioneringsapparater, tv-apparater, datorer och engångsredskap (skummade koppar, tallrikar och skålar).

Marknadens drivkrafter

De viktigaste faktorerna som driver PS-marknaden är befolkningstillväxt, ökande urbanisering och industrialisering, ökad medelklassinkomst.

Förpacknings- och elektroniksektorerna är två viktiga framstående sektorer som har bevittnat tillväxten av efterfrågan på PS under de senaste åren och som också förväntas driva tillväxten på den globala PS-marknaden ytterligare.

Regionala utsikter

Kina förväntas vara den största marknaden för PS under året (2016-17), följt av andra tillväxtekonomier i Asien och Stillahavsområdet.Även om länderna i Asien och Stillahavsområdet är de största konsumenterna av PS i världen förväntas även andra länder som Afrika, Europa och Sydamerika ha en ökad efterfrågan under de kommande åren.

Begränsningar

Den är också föremål för vissa begränsningar under prognosperioden, t.ex. fluktuerande råvarupriser (bensen, styrenmonomer etc.). Bortskaffningsproblem relaterade till detta material och dess negativa skrotvärde kan också hämma marknadens tillväxt.

Ledande aktörer

De främsta aktörerna av PS på den globala marknaden är BASF SE (Tyskland), Styrosolution Group (Tyskland), Videolar S/A. (Sao Paulo), SABIC (Saudiarabien) och Formosa Plastic Corporation (Taiwan) bland alla andra tillverkare.

Historia om PS-polymer

Det upptäcktes ursprungligen av Eduard Simon, en apotekare i Berlin. Från storax, kådan från det turkiska gummiträdet Liquidambar, destillerades en oljig substans som kallades styrol. Efter några dagars upptäckt fann Simon att den styrol som producerats från monomer har förtjockats på grund av oxidation till en geléform som han kallade ”Styroloxyd”.

År 1845 visade kemisten John Blyth och en annan tysk kemist, August Wilhelm Von Hofmann, samma omvandling av styrol i avsaknad av syre. Detta ämne kallades ”metastyrol”. Senare visade analysen att de kemiska egenskaperna hos båda de framställda ämnena är desamma.

Fortsättningsvis analyserade Marcelin Berthelot 1866 bildandet av metatyrol/dining från styrol genom polymeriseringsprocessen.

Efter 80 års tidsförskjutning, på grundval av den tyska organiska kemistens avhandling ”Hermann Staudinger (1881-1965)”, upptäcktes det att upphettning av styrol resulterar i en kedjereaktion som ger upphov till flera makromolekyler som benämns som PS-plaster.

På PS-plasternas egenskaper

Det är en mångsidig form av plast som används för att framställa en mängd olika slutsegmentsplastprodukter. PS-polymer är en klar, amorf, opolär typ av material som lätt kan bearbetas och omvandlas till ett stort antal halvfabrikat såsom skum, filmer och plattor. Volymmässigt är det en av de mest använda plasterna på grund av dess egenskaper som:

• Den har hög slag- och värmebeständighet.
• Dessa polymerer är en bra elektrisk isolator med utmärkt optisk klarhet.
• PS har stark kemisk beständighet mot utspädda syror och baser.
• Det är en viskös vätska över sin glastemperatur vilket gör det lätt att tillverka ett stort antal färdiga varor.
• De är lätt expanderbara och tillåter ett bra flöde.
• Dessa material är starkt flamskyddade av naturen.

Fysikaliska egenskaper hos PS

• Kemisk formel som används för PS är (C8H8)n
• Täthet- 0,96-1.04 g/cm3
• Smältpunkten är ~ 240 °C (464 °F; 513 K) för isotaktisk PS
• Löslighet i vatten – olöslig
• Löslighet – olöslig i aceton
• Thermisk ledningsförmåga för polymer är 0.033 W/ (M-K) (skum, ρ 0,05 g/cm3)
• Refektivt index är 1,6; dielektrisk konstant 2,6 (1 kHz – 1 GHz)

Differentierade kvaliteter av PS-plast

PS räknas till en av de viktigaste och mest använda råvaruplasterna på marknaden. Produktionsvolymen av PS och styrensampolymerer uppgår till flera miljoner ton per år globalt.

Det har sålts under olika handelsnamn såsom (Styrofoam, Styropor, Styron, Carinex, Styro-Flex, Cellofoam, Depron XPS, Fostarene, Styraclear, Lustrex1, SABIC PS, och INEOS Styrenics ) globalt.

I allmänhet finns dessa polymerer i tre viktiga olika kvaliteter som är:

GPPS

GPPS kallas också kristallklart PS. Denna form av plast är helt genomskinlig, styv och är vanligtvis billig PS som tillverkas av styrenmonomer. GPPS är en fast form av PS som tillverkas i form av 2-5 mm stora PS-pellets.

HIPS

High impact PS innehåller vanligen 5-10 % gummi (butadien) och är avsedd för tillverkning av produkter som kräver högre slagtålighet. HIPS PS är vanligen en typ av ympsampolymer med PS som sidoarmar. Proffset uppstår när någon radikal reagerar med dubbelbindningen i polybutadien.

EPS

Denna plastkvalitet består av mikropellets eller pärlor som innehåller blåsmedel (vanligen pentan). EPS eller skummad PS är värmeisolerande med hög slagtålighet och enkel bearbetning.

Användningsområden för PS-plast

Det är en billig och lättillgänglig form av polymeren. Den används för många tillämpningar såsom elektronik, medicinska, optiska, fordonsdelar och förpackning av förbrukningsvaror. Ett stort antal varor som tillverkas med hjälp av PS formas genom formsprutning, bland annat matbestick, koppar, cd-fodral, kosmetiska behållare och skydd etc.

Det används främst för att tillverka två typer av halvfabrikat – PS Sheet och PS Foam. Denna halvfabrikat används i stor utsträckning för att tillverka slutprodukter för en mängd olika slutmarknadssegment.

Polystyrenplåt

PS används i stor utsträckning för att tillverka styrenplattor med hög slagtålighet som vidare används för att tillverka modeller, prototyper, skyltar, displayer, kapslingar med mera. Dessa ark är ett lågkostnadsmaterial och används för allmänna ändamål. PS-plattor föredras framför andra former av plattor för en mängd olika produkter eftersom de är:

• Vattenresistent till hög densitet
• Lätt vikt
• Temperaturkänslig
• Slitstarkt
• Non-giftig och luktfri
• Utmärkta formningsegenskaper
• Dimensionellt stabil & låg vattenabsorption
• Värme & elektroniskt förseglingsbar
• Ekonomisk

PS-plattor – Fysikaliska egenskaper

• Formningstemperatur: 325°F till 350°F
• Maximal temperatur:
• Möter FDA-standarder
• Opak med matt yta
• Standardstorlek på sålda ark – 40″ x 72

Polystyrenskum

PS-skum är en annan form av halvfabrikat av polymeren som vidare används för att tillverka konsumentprodukter i slutskedet. PS-skum består till 95-98 % av luft. De är goda värmeisolatorer och används därför ofta som isoleringsmaterial för byggnader.

Den dämpande egenskapen hos PS-skum gör det mycket lämpligt för förpackningsindustrin. PS används i mycket stor skala inom förpackningsindustrin.

De lämpliga egenskaperna och den låga kostnaden för plastskum visar sig vara en stark konkurrens för andra former av polymerer som används inom förpackningsindustrin. PS-skum används också inom byggnadssektorn för konstruktion av icke viktbärande arkitektoniska sektorer, t.ex. prydnadspelare.

Allmänna egenskaper hos PS-skum

• Lätt och portabel,
• Lätt återvinningsbar,
• Kan lätt lamineras med epoxiharts,
• PS-skum har hög värmeisolering,
• Det är idealiskt för arbeten utomhus/inomhus,
• Resistent mot fukt och kompression,
• Lågt pris och mycket hållbart
• Hanterat i olika former, storlekar och kompressionsmaterial.

PS-skum tillverkas vanligen i två olika former:

A. Expanderad polystyren (EPS)

EPS är ett slags styvt, segt och slutet skum. Det är vanligen vitt till utseendet och tillverkas av förexpanderade PS-kulor. EPS är ett av de vanligaste PS-skummen som används i vardagen. Det vita skummet används vanligen för varma drycker, i kylskåp, isolering och förpackningar etc.

EPS-materialet är billigt och lätt (15-30 kg per kubikmeter) Det förlorar inte sin grundläggande egenskap med tiden och återvinns helt och hållet och återanvänds för att bibehålla miljöbalansen.

På grund av dess gynnsamma tekniska och fysikaliska egenskaper, såsom låg vikt, styvhet och formbarhet, används EPS för ett brett spektrum av applikationer. Det används till och med för att tillverka gjutna plattor som används för byggnadsisolering och förpackningsmaterial

B. Extruderad polystyren (XPS)

XPS är en annan form av skum som ger förbättrad ytjämnhet och högre styvhet med minskad värmeledningsförmåga. Densitetsintervallet är ca 28-45 kg/m3. Det har nästan samma typ av kemisk sammansättning som EPS men tillverkas med en annan typ av teknik. EPS finns i tre grundfärger: rosa, blått, grönt etc. Det används vanligen för tillverkning av demonstrationspaneler och inom byggområdet.

Allmänt användningsområde för polystyren

Det är tillämpbart på en mängd olika slutanvändarindustrier för att producera ett antal varor i olika former. Den har blivit den mest använda polymeren i olika branscher som:

Apparater – Den används i ett antal apparater som kylskåp, luftkonditioneringsapparater, ugnar, mikrovågsugnar, dammsugare och blandare osv. Det används i fast form eller i skumform i stor utsträckning för tillverkning av dessa apparater eftersom det är inert (reagerar inte med material), kostnadseffektivt och långvarigt.

Automobil – PS (fast form och skum) används i tillverkningen av många fordonsdelar, inklusive knoppar, instrumentpaneler, klädsel, energiabsorberande dörrpaneler och till och med ljuddämpande skum.

Elektronik – Det används för höljen och även i andra delar av tv-apparater, datorer och olika typer av IT-utrustning, där det krävs en kombination av form, funktion och estetik

Livsmedelsservice – PS har en stor andel inom förpackningssektorn jämfört med sina konkurrenter. Det används ofta i livsmedelsförpackningar eftersom det isolerar bättre, håller maten fräsch under lång tid och är kostnadseffektivt.

Isolering – Lättviktigt PS-skum visar sig vara en utmärkt värmeisolering i ett antal tillämpningar, t.ex. för byggnadsväggar, tak, kylning, frysar och till och med i industriella kylrum. Det föredras för isolering eftersom det är mer inert, hållbart och motståndskraftigt mot vattenskador.

Medicinskt – På grund av sin klarhet och lätta sterilisering används PS för ett brett spektrum av medicinska användningsområden, bland annat för vävnadskulturbrickor, provrör, petriskålar, diagnostiska komponenter och andra testande medicinska anordningar.

Förpackningar – Det är ett mycket använt och föredraget material inom förpackningssektorn. Det används i stor utsträckning för att skydda konsumentprodukter som CD- och DVD-höljen, skumförpackningar av jordnötter för transport av varor, förpackningar för förbrukningsvaror, kött- och fjäderfäbrickor och även äggkartonger etc. De är ett lämpligt material för förpackningar som skyddar varor mot skador och förstörelse.

Nackdelar med PS-plast

Trots att det är den mest använda termoplasten och även föredragen framför andra konkurrenter för ett antal användningsområden, har det fortfarande vissa begränsningar i användningen som är:

• Det är lättantändligt, men det finns även fördröjda kvaliteter.
• De är dåligt motståndskraftiga mot lösningsmedel och kan angripas av många kemikalier.
• Homopolymerer är spröda till sin natur.
• Subjektet är utsatt för spännings- och miljörelaterad sprickbildning.
• De har dålig värmestabilitet.

Recyklingen av PS-plast

I regel accepteras den inte i insamlingen vid återvinningscentraler. Olika centra och tekniker används för återvinning av PS. I vissa länder, t.ex. Tyskland, finns det en lag som kräver att tillverkarna helt och hållet tar ansvar för att återvinna eller göra sig av med PS-förpackningsmaterial som de säljer.

Recyklingen av dessa plastprodukter kräver stora investeringar för att sätta upp komprimatorer och logistiska system för att genomföra processen. Den återvunna formen av material används tillsammans med nyproducerat PS-material för att tillverka PS-plattor och skum.

Individuellt återvunnet PS-skrot kan användas för att tillverka produkter som kläder, galgar, parkbänkar, blomkrukor, leksaker, linjaler, häftapparatskroppar, behållare för fröplantor, bildramar och arkitektoniska lister från osv.