پلی استایرن چیست و چه ویژگی‌هایی دارد؟
پلی‌استایرن یکی از پرکاربردترین پلاستیک‌ها در دنیاست که تقریباً در همه‌جا می‌توان ردپایی از آن پیدا کرد؛ از بسته‌بندی مواد غذایی و ظروف یک‌بار مصرف گرفته تا صنعت خودروسازی. این پلیمر مصنوعی در واقع از مونومر استایرن ساخته شده که به‌خاطر خواص فیزیکی خاص و قیمت مقرون‌به‌صرفه‌اش، جایگاه ویژه‌ای در صنعت ایران و جهان پیدا کرده است.
ما امروز در این مطلب از مجله اینترنتی شیمی داکس در مورد پلی استایرن صحبت می‌کنیم و به این سوال که پلی‌استایرن چیست و چه ویژگی‌هایی دارد؟ پاسخ می‌دهیم. پس اگر شما هم مثل من به این پلیمر مصنوعی آروماتیک علاقه‌مند هستید، تا پایان این مطلب با ما همراه شوید.
پلی استایرن چیست؟
بیایید با پاسخ به سوال پلی استایرن چیست؟ این مطلب را شروع کنیم. پلی استیرن یا پلی‌استایرن (Polystyrene) یک پلیمر مصنوعی معطر و از دسته‌ی هیدروکربن‌های بلندزنجیر است که از پلیمریزاسیون مونومر استایرن (C₆H₅CH=CH₂) تولید می‌شود. فرمول شیمیایی تکرار شونده آن (C₈H₈) است. این پلیمر ترموپلاستیک، بی‌رنگ، سخت و نسبتاً شکننده است و به‌راحتی در قالب‌های مختلف شکل می‌گیرد.
تاریخچه پلی‌استایرن به اوایل قرن بیستم بازمی‌گردد، زمانی که یک شیمیدان آلمانی به نام ادوارد سیمون در سال 1839 برای اولین بار ترکیبی به نام استایرن را از رزین درخت شیرین‌بیان استخراج کرد. با گذشت زمان و پیشرفت فناوری، شرکت I.G. Farben در دهه 1930 میلادی موفق شد فرآیند پلیمریزاسیون استایرن را توسعه دهد و تولید صنعتی پلی‌استایرن را آغاز کند. بعدها، کمپانی آمریکایی داو کمیکال(Dow Chemical) نقش مهمی در تجاری‌سازی گسترده این ماده ایفا کرد.
خواص و ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی پلی استیرن
همان طور که در بالاتر هم اشاره کردیم، ویژگی‌هایی مثل سبکی، شفافیت، مقاومت در برابر رطوبت و عایق بودن در برابر صدا و حرارت، باعث شده‌اند تا پلی‌استایرن در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار گیرد. در ادامه یک جدول از مشخصات فیزیکی و شیمیایی پلی استایرن برای شما عزیزان آماده کردیم.
| عنوان ویژگی | توضیحات |
|---|---|
| نام ماده شیمیایی | پلی‌استایرن |
| نام لاتین | Polystyrene |
| نام‌های رایج دیگر | PS، GPPS، HIPS، فوم پلی‌استایرن، یونولیت |
| فرمول شیمیایی تکرارشونده | (C₈H₈)n |
| ساختار شیمیایی | پلیمر آروماتیک با زنجیره بلند |
| دانسیته | 1.04–1.06 گرم بر سانتی‌متر مکعب |
| دمای ذوب (نرم شدن) | حدود 240 درجه سانتی‌گراد |
| دمای انتقال شیشه‌ای (Tg) | حدود 100 درجه سانتی‌گراد |
| رنگ | بی‌رنگ یا سفید (در حالت خالص) |
| قابلیت اشتعال | قابل اشتعال |
| قابلیت بازیافت | دارد (کد بازیافت 6) |
| محلول در | حلال‌های آلی مانند بنزن، تولوئن، استون |
| نام‌گذاری IUPAC | Poly(1-phenylethene) |
ساختار پلی استایرن
ساختار پلی‌استایرن از زنجیره‌ای بلند از تکرار واحدهای مونومر استایرن (C₈H₈) تشکیل شده است. هر واحد استایرن شامل یک حلقه آروماتیک (فنيل) متصل به یک زنجیره‌ی اصلی کربنی است که باعث می‌شود این پلیمر به عنوان یک هیدروکربن خطی با زنجیره‌ی بلند و جانبی آروماتیک شناخته شود. حضور گروه فنيل در ساختار پلی‌استایرن باعث افزایش سختی، شفافیت و شکنندگی آن می‌شود، ولی در عین حال باعث می‌شود مقاومت آن در برابر مواد شیمیایی و حرارت نسبتاً پایین باشد. این ساختار ساده و در عین حال مستحکم، قابلیت شکل‌دهی آسان به پلی‌استایرن را فراهم کرده و آن را برای قالب‌گیری، اکستروژن و تولید انواع محصولات پلاستیکی مناسب می‌سازد.
طبقه بندی پلی استایرن
ما در مجله اینترنتی شیمی داکس ماده شیمیایی پلی‌استایرن را براساس ویژگی‌ها و کاربردهای خاصی که دارند به 4 دسته طبقه بندی کردیم.
- پلی‌استایرن معمولی (GPPS – General Purpose Polystyrene): این نوع، شفاف، سخت و شکننده است و بیشتر در تولید لوازم خانگی، بسته‌بندی‌ها، قطعات الکترونیکی، ظروف یک‌بار مصرف و محصولات تزئینی به کار می‌رود. ظاهر شیشه‌ای آن باعث شده برای مواردی که شفافیت اهمیت دارد، انتخاب مناسبی باشد.
- پلی‌استایرن مقاوم (HIPS – High Impact Polystyrene): این نوع با افزودن لاستیک بوتادین به پلی‌استایرن معمولی تولید می‌شود و در نتیجه مقاومت ضربه‌ای بالاتری دارد. HIPS مات است و در صنایع بسته‌بندی مواد غذایی، لوازم برقی، بدنه یخچال و تلویزیون، و وسایل اداری بسیار پرکاربرد است.
- پلی‌استایرن انبساطی (EPS – Expanded Polystyrene): که بیشتر با نام یونولیت یا فوم پلی‌استایرن شناخته می‌شود. این نوع به‌صورت دانه‌های کوچک و قابل انبساط تولید می‌شود و پس از حرارت‌دهی به شکل فوم سبک درمی‌آید. EPS عایق حرارتی و صوتی خوبی است و در بسته‌بندی ضربه‌گیر، ساخت‌وساز (دیوارهای عایق، سقف کاذب، بلوک ساختمانی)، و لوازم دکوراتیو کاربرد دارد.
- پلی‌استایرن مقاوم حرارتی (XPS – Extruded Polystyrene): نوعی فوم فشرده است که با روش اکستروژن تولید می‌شود. XPS دارای دانسیته بالا و مقاومت عالی در برابر نفوذ آب و حرارت است و بیشتر در صنایع ساختمانی به‌عنوان عایق حرارتی در کف، دیوار و سقف استفاده می‌شود.
در ادامه یک جدول برای اینکه بتوانید مقایسه بهتری بین این مواد شیمیایی انجام دهید، برای شما آماده کردیم.
| نوع پلی‌استایرن | نام اختصاری | ظاهر | ویژگی‌ها | کاربردها |
|---|---|---|---|---|
| پلی‌استایرن معمولی | GPPS | شفاف | سخت، شکننده، سبک | ظروف یک‌بار مصرف، بسته‌بندی شفاف، قطعات تزئینی |
| پلی‌استایرن مقاوم | HIPS | مات | مقاومت ضربه‌ای بالا، قابلیت چاپ‌پذیری خوب | بدنه لوازم خانگی، بسته‌بندی مواد غذایی، لوازم الکترونیکی |
| پلی‌استایرن انبساطی | EPS | فومی (سفید) | عایق حرارتی و صوتی، بسیار سبک، ضربه‌گیر | یونولیت بسته‌بندی، مصالح ساختمانی، دکوراسیون |
| پلی‌استایرن اکسترود شده | XPS | فومی فشرده (رنگی) | دانسیته بالا، مقاومت عالی در برابر آب و حرارت | عایق در کف، دیوار، سقف ساختمان‌ها |
انواع پلی استایرن موجود در بازار
خب حالا که با انواع طبقه بندی این ماده شیمیایی آشنا شدید، وقتشه با پرفروش ترین مدل های پلی استایرن موجود ر بازار ایران را در ادامه در قالب یک جدول برای شما عزیزان آماده کردیم.
پرفروش ترین پلی استایرن موجود در بازار |
||
|---|---|---|
| پلی استایرن معمولی 1309 | پلی استایرن انبساطی 200-R | پلی استایرن انبساطی 220-R |
| پلی استایرن معمولی 32N | پلی استایرن انبساطی 300-R | پلی استایرن انبساطی 320-R |
| پلی استایرن معمولی 24N | پلی استایرن انبساطی 310-R | پلی استایرن انبساطی 405-F |
| پلی استایرن معمولی 14N | پلی استایرن انبساطی 400-R | پلی استایرن انبساطی 420-R |
| پلی استایرن انبساطی نسوز 100-F | پلی استایرن انبساطی 105-F | پلی استایرن انبساطی 410-R |
| پلی استایرن انبساطی نسوز 200-F | پلی استایرن انبساطی Oversize EPS | پلی استایرن انبساطی Fine EPS |
| پلی استایرن انبساطی دیرسوز 300-F | پلی استایرن انبساطی F100HD | پلی استایرن انبساطی F200HD |
| پلی استایرن انبساطی نسوز 400-F | پلی استایرن انبساطی F300HD | پلی استایرن انبساطی F305HD |
| پلی استایرن انبساطی نسوز 50-F | پلی استایرن انبساطی F400HD | پلی استایرن انبساطی R200HD |
| پلی استایرن انبساطی 105-F | پلی استایرن انبساطی R310HD | پلی استایرن انبساطی R400HD |
| پلی استایرن انبساطی 305-F | پلی استایرن معمولی 1115 | پلی استایرن معمولی 1028 |
| پلی استایرن انبساطی 220-R | پلی استایرن مقاوم 6045 | پلی استایرن مقاوم 7055 |
| پلی استایرن انبساطی 320-R | پلی استایرن انبساطی 350 SE | پلی استایرن انبساطی W500 |
| پلی استایرن انبساطی 405-F | پلی استایرن انبساطی Fine | پلی استایرن انبساطی 50 SE |
| پلی استایرن انبساطی 420-R | پلی استایرن انبساطی 150 SE | پلی استایرن انبساطی 250 SE |
| پلی استایرن انبساطی 410-R | پلی استایرن انبساطی HS121 | پلی استایرن انبساطی HS221 |
| پلی استایرن انبساطی Oversize EPS | پلی استایرن انبساطی HS321 | پلی استایرن انبساطی FC422 |
| پلی استایرن انبساطی Fine EPS | پلی استایرن انبساطی FC522 | پلی استایرن انبساطی 526WP |
| پلی استایرن انبساطی SuperFine EPS | پلی استایرن معمولی 1160 | پلی استایرن معمولی 1460 |
| پلی استایرن معمولی 1540 | پلی استایرن مقاوم 7240 | پلی استایرن معمولی 1460FG |
| پلی استایرن انبساطی 526WP | پلی استایرن معمولی 1551 | پلی استایرن معمولی 1161 |
| پلی استایرن معمولی 1461 | پلی استایرن مقاوم 4512 | پلی استایرن معمولی MP08 |
کاربرد پلی استایرن
خب تا همینجا فکر میکنم با بخشی از کاربردهای پلی استایرن آشنا شدید، در ادامه مهمترین کاربردهای پلی استایرن را بصورت تخصصی برای شما عزیزان آماده کردیم.
1. صنعت بسته‌بندی
پلی‌استایرن در صنعت بسته‌بندی یکی از اصلی‌ترین انتخاب‌هاست. انواع ظروف یک‌بار مصرف غذایی، لیوان‌ها، جعبه‌های بسته‌بندی الکترونیکی و حتی بسته‌بندی تخم‌مرغ با استفاده از پلی‌استایرن به‌ویژه نوع انبساطی (EPS) تولید می‌شوند. دلیل استفاده گسترده از آن، سبک بودن، خاصیت ضربه‌گیری، و قابلیت شکل‌دهی آسان در قالب‌های مختلف است. همچنین، پلی‌استایرن شفاف (GPPS) برای بسته‌بندی‌هایی که نیاز به نمایش محصول دارند، گزینه‌ای عالی محسوب می‌شود.
2. صنایع ساختمانی
کاربرد پلی‌استایرن در ساختمان به نوع انبساطی (EPS) و اکسترود شده (XPS) پلی استایرن به عنوان عایق‌های حرارتی و صوتی صفحات یونولیتی و فوم‌های فشرده XPS به‌عنوان لایه‌های عایق در دیوارها، کف و سقف ساختمان‌ها نصب می‌شوند تا اتلاف انرژی را کاهش دهند. مقاومت بالا در برابر رطوبت، وزن پایین و قیمت مناسب باعث شده‌اند این نوع عایق‌ها جایگاه ویژه‌ای در پروژه‌های ساختمانی پیدا کنند.
3. تولید لوازم خانگی
پلی‌استایرن مقاوم (HIPS) به دلیل داشتن مقاومت مکانیکی بالا و قابلیت قالب‌گیری آسان، در ساخت بدنه وسایل خانگی مانند یخچال، تلویزیون، جاروبرقی، و دستگاه‌های الکترونیکی مصرفی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع پلیمر به‌راحتی رنگ می‌شود و سطح آن قابلیت چاپ یا پوشش‌دهی دارد، به همین دلیل برای ظاهر بیرونی این وسایل بسیار مناسب است.
4. تولید محصولات تبلیغاتی و دکوراتیو
همان طور که گفتیم داشتن ویژگی‌هایی مانند سبکی، قابلیت رنگ‌پذیری، و شکل‌پذیری آسان پلی‌استایرن آن را به گزینه‌ای مناسب برای ساخت تابلوهای تبلیغاتی، حروف برجسته، ماکت‌ها، و دکورهای صحنه تبدیل کرده است. به‌ویژه در پروژه‌هایی که نیاز به سبک‌وزنی و قیمت پایین وجود دارد، پلی‌استایرن فومی (EPS) انتخابی هوشمندانه است.
5. استفاده در صنایع مدل‌سازی و آموزشی
پلی‌استایرن به‌صورت ورق، بلوک یا فوم در مدارس، کارگاه‌های آموزشی، و پروژه‌های معماری و مدل‌سازی استفاده می‌شود. وزن کم و برش‌پذیری آسان آن باعث شده که در ساخت مدل‌های آموزشی و نمونه‌های اولیه (Prototype) بسیار کاربردی باشد.
خطرات و عوارض Polystyrene
پلی استیرن در حالت جامد معمولاً ماده‌ای نسبتاً بی‌خطر محسوب می‌شود، اما وقتی در فرآیندهای صنعتی ذوب یا سوزانده می‌شود، می‌تواند ترکیبات مضری از جمله استایرن مونومر آزاد کند. استنشاق بخارات این ماده ممکن است باعث تحریک مجاری تنفسی، سرگیجه، سردرد، خستگی و در موارد شدیدتر مشکلات عصبی شود. در محیط‌های صنعتی که از پلی‌استایرن استفاده می‌شود، تهویه مناسب و استفاده از تجهیزات حفاظتی برای اپراتورها الزامی است.
از نظر زیست‌محیطی نیز پلی‌استایرن یکی از پلاستیک‌هایی است که به‌سختی تجزیه می‌شود و بازیافت آن در بسیاری از کشورها با چالش‌هایی همراه است. فوم‌های پلی‌استایرنی مانند یونولیت، در صورت ورود به طبیعت و منابع آبی، می‌توانند برای موجودات زنده مضر باشند. این مواد به‌راحتی خرد شده و به میکروپلاستیک تبدیل می‌شوند که خطر بلعیدن آنها توسط حیوانات دریایی بسیار بالاست. به همین دلیل استفاده و دفع نادرست این ماده می‌تواند به آلودگی‌های پایدار در محیط‌زیست منجر شود.
شرایط ایمنی و نگهداری (MSDS)
برای نگهداری ایمن پلی استایرن، به‌ویژه در انبارهای صنعتی یا محل‌های تولید، رعایت اصول بر اساس برگه ایمنی مواد (MSDS) الزامی است. پلی‌استایرن باید در مکان خشک، خنک، دور از منابع حرارتی و شعله‌ی باز نگهداری شود. زیرا در دماهای بالا یا در صورت تماس با آتش، به‌راحتی مشتعل شده و گازهای سمی نظیر مونوکسید کربن و استایرن آزاد می‌کند. همچنین پلی‌استایرن در برابر برخی حلال‌ها مانند استون، بنزن و تولوئن آسیب‌پذیر است و در صورت تماس، می‌تواند ساختار فیزیکی خود را از دست بدهد.
در هنگام کار با پلی استایرن در حالت ذوب یا فرآوری، استفاده از ماسک فیلتر دار، عینک ایمنی و دستکش مقاوم توصیه می‌شود. در صورت بروز آتش‌سوزی، باید از خاموش‌کننده‌های مخصوص مثل فوم، دی‌اکسید کربن (CO2) یا پودر خشک استفاده کرد و هرگز نباید از آب با فشار زیاد استفاده نمود، زیرا ممکن است باعث پخش شدن شعله شود. همچنین، در صورت بروز نشتی بخار استایرن یا آلودگی با حلال‌ها، محیط باید سریعاً تخلیه و تهویه شود و افراد آموزش‌دیده برای پاک‌سازی اقدام کنند.
فرایند تولید پلی‌استایرن
فرایند تولید پلی استایرن با استفاده از پلیمریزاسیون مونومر استایرن (C₈H₈) انجام می‌شود. استایرن خود از طریق فرآیند آلکیلاسیون بنزن با اتیلن تولید می‌شود که در نهایت منجر به تولید اتیل‌بنزن شده و با فرآیند دهیدروژناسیون، به استایرن تبدیل می‌گردد. در مرحله بعد، این مونومر تحت فرآیند پلیمریزاسیون افزایشی (Addition Polymerization) قرار می‌گیرد. این واکنش معمولاً در حضور آغازگرهای رادیکالی (مثل بنزوئیل پراکسید) و در دمای کنترل‌شده انجام می‌شود تا زنجیره‌های بلندی از پلی‌استایرن ساخته شوند.
بسته به نوع پلی‌استایرن مورد نظر، فرایند می‌تواند شامل پلیمریزاسیون توده‌ای (Bulk)، پلیمریزاسیون محلولی (Solution)، پلیمریزاسیون سوسپانسیونی (Suspension) یا پلیمریزاسیون امولسیونی (Emulsion) باشد. برای مثال، در تولید پلی‌استایرن انبساطی (EPS)، علاوه بر مونومر استایرن، گاز پنتان یا مواد دمنده دیگر به فرایند افزوده می‌شود تا ساختار فومی ایجاد شود. پس از پلیمریزاسیون، محصول به‌صورت گرانول یا فوم در می‌آید و بر اساس نوع کاربرد به اشکال مختلف قالب‌گیری یا اکسترود می‌شود.
حلال پلی استایرن
حلال پلی استایرن معمولاً ترکیبات آلی هستند که قادر به حل کردن پلی استایرن و تغییر وضعیت آن به مایع می‌باشند. برخی از حلال‌های معمول پلی استایرن عبارتند از:
- تولوئن (Toluene): حلالی آلی و محبوب برای پلی استایرن است که به راحتی آن را حل کرده و به صورت مایع در می‌آورد.
- زیلین (Xylene): این ترکیب نیز به عنوان یک حلال موثر برای پلی استایرن شناخته می‌شود.
- بنزن (Benzene): یکی از حلال‌های قوی برای پلی استایرن است که در بسیاری از فرآیندهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- کلروفرم (Chloroform): حلالی دیگر است که می‌تواند پلی استایرن را حل کند.
این حلال‌ها معمولاً در فرآیندهای تولید پلی استایرن، تغییر شکل یا ترکیب با مواد دیگر استفاده می‌شوند. توجه به این نکته مهم است که استفاده از این حلال‌ها ممکن است به دلیل خاصیت سمی و فرار بودن آنها نیازمند احتیاط و استفاده از تجهیزات ایمنی مناسب باشد.
مقایسه پلی استیرن (ps) با سایر پلیمرها
در ادامه تصمیم گرفتیم که به یک سوال پرتکرار شما پاسخ دهیم و برای اینکار پلی استایرن(ps) را با سایر پلیمرهای مشابه مقایسه کردیم. همانطور که در جدول زیر می‌بینید این ماده شیمیایی را با پلی وینیل الکل، پلی اتیلن و پلی پروپیلن مقایسه کردیم.
| ویژگی | پلی استایرن | پلی وینیل الکل | پلی اتیلن | پلی پروپیلن |
|---|---|---|---|---|
| فرمول شیمیایی | (C8H8)n | (C2H3OH)n | (C2H4)n | (C3H6)n |
| نوع پلیمر | ترموپلاستیک | ترموپلاستیک | ترموپلاستیک | ترموپلاستیک |
| استحکام کششی | متوسط | بالا | بالا | بسیار بالا |
| مقاومت به حرارت | متوسط | پایین | بالا | بسیار بالا |
| مقاومت شیمیایی | ضد حلال‌های آلی | ضد آب و حلال‌های قطبی | ضد حلال‌های آلی و محیط‌های شیمیایی | ضد بسیاری از حلال‌ها |
| رنگ | شفاف | شفاف تا سفید | شفاف تا سفید | شفاف تا سفید |
| کاربردها | تولید ظروف یک‌بار مصرف، بسته‌بندی، قطعات الکترونیکی | صنایع نساجی، فیلم‌ها، چسب‌ها، صنایع دارویی | بطری‌ها، بسته‌بندی، قطعات ماشین‌آلات | لوازم خانگی، پوشاک، صنایع خودرو، بسته‌بندی |
| قیمت | مناسب | گرانتر از پلی اتیلن و پلی استایرن | مناسب | مناسب تا متوسط |
نتیجه گیری
ما امروز در شیمی داکس با هم یاد گرفتیم که پلی استایرن یکی از پرکاربردترین پلیمرهای مصنوعی آروماتیک است که به دلیل ویژگی‌هایی مثل سبکی، قیمت مناسب، فرآیند پذیری بالا و عایق بودن، در صنایع مختلفی از جمله بسته‌بندی، ساختمان‌سازی، لوازم خانگی و حتی پزشکی استفاده می‌شود. این پلیمر با فرمول شیمیایی C₈H₈ از طریق پلیمریزاسیون مونومر استایرن تولید می‌شود و بسته به نوع کاربرد، به صورت جامد (GPPS)، مقاوم (HIPS) یا انبساطی (EPS) مورد استفاده قرار می‌گیرد.
همچنین با هم بررسی کردیم که هرچند پلی‌استایرن در حالت عادی بی‌خطر است، اما در شرایط خاص ممکن است گازهای سمی تولید کند و از نظر زیست‌محیطی نیز تجزیه‌ناپذیر است. پس استفاده صحیح، نگهداری ایمن و بازیافت آن اهمیت زیادی دارد. اگر شما هم با پلی‌استایرن در صنعت یا زندگی روزمره‌تون سروکار دارید، حالا می‌دونید که این ماده دقیقاً چیه، چه ویژگی‌هایی داره و چطور باید باهاش برخورد کرد. امیدواریم این مطلب از شیمی داکس برای شما مفید بوده باشه…
سوالات متداول (FAQ)
گرانول پلی‌استایرن چیست؟
عایق پلی استایرن چیست؟
