پلی استایرن (Polystyrene) یک پلیمر مصنوعی است که از مونومر استایرن تولید می شود. این ماده به دلیل ویژگی های خاص خود، به یکی از پرکاربردترین پلیمرها در صنایع مختلف تبدیل شده است. پلی استایرن یکی از مهم ترین مواد پلیمری در صنایع مختلف است که به دلیل ویژگی های منحصر به فرد خود، در تولید محصولات متنوعی به کار می رود. با این حال، توجه به جنبه های زیست محیطی این ماده و استفاده از روش های بازیافت موثر، برای کاهش اثرات منفی آن ضروری است.
پلی استایرن چیست؟
پلی استایرن یک پلاستیک شفاف، سخت و شکننده است که به دو صورت اصلی تولید می شود: معمولی (GPPS) و مقاوم (HIPS). نوع دیگری از پلی استایرن که به شکل فوم تولید می شود نیز وجود دارد و به عنوان فوم منبسط شده (EPS) یا فوم اکسترود شده (XPS) شناخته می شود.
تاریخچه پلی استایرن
پلی استایرن یک پلیمر مصنوعی است که در سال 1839 توسط “ادوارد سیمون”، شیمی دان آلمانی، کشف شد. او ماده ای را از صمغ درختی به نام استوراکس استخراج کرد و آن را “استایرول” نامید. سیمون متوجه شد که استایرول پس از مدتی به یک ماده ژل مانند جامد تبدیل می شود، اما دلیل این تغییر را درک نکرد.
در سال 1879، “فون هوفمان” فرایند پلیمریزاسیون استایرول را شناسایی کرد و نشان داد که استایرول می تواند به پلیمر تبدیل شود. در دهه 1930، شرکت شیمیایی “داو” در آمریکا تولید پلی استایرن را آغاز کرد و این ماده به سرعت جایگاه خود را در صنایع مختلف مانند بسته بندی، عایق سازی و تولید لوازم خانگی پیدا کرد. از آن زمان، این پلیمرها به دلیل سبک بودن، قیمت مناسب و قابلیت شکل پذیری بالا، یکی از پرکاربردترین پلیمرهای دنیا شده است.
در سال 1950، پلی استایرن منبسط شده (Expanded Polystyrene – EPS) با نام تجاری استایروفوم معرفی شد و به دلیل ویژگی های عایق حرارتی و صوتی، در ساخت عایق های ساختمانی و بسته بندی استفاده گسترده دارد. پلی استایرن امروزه در انواع مختلفی از جمله جامد، شفاف، مات و منبسط شده تولید می شود و در صنایع مختلفی مانند خودروسازی، ساخت وساز، بسته بندی و پزشکی کاربرد دارد.
ویژگی های پلی استایرن
- شفاف و بی رنگ است، اما می توان آن را با افزودن رنگدانه ها به رنگ های مختلف تبدیل کرد.
- به ویژه در قالب فوم، بسیار سبک است.
- یک عایق حرارتی و صوتی موثر است.
- در برابر بسیاری از مواد شیمیایی، از جمله اسیدها و بازها، مقاوم است.
- قابل بازیافت است، هر چند این فرآیند ممکن است چالش هایی به همراه داشته باشد.
کاربردهای پلی استایرن
- در قالب فوم برای بسته بندی محصولات مختلف از جمله لوازم الکترونیکی، مواد غذایی و دارویی استفاده می شود. فوم پلی استایرن به دلیل وزن کم و قابلیت جذب شوک، محافظ مناسبی برای محصولات است.
- در تولید لوازم خانگی مانند قاب سازها، بخش هایی از لامپ ها، قاشق و چنگال یکبار مصرف و ظروف پلاستیکی استفاده می شود.
- در ساخت تجهیزات پزشکی مانند لوله های آزمایش، پلیت های سلولی و ظروف آزمایشگاهی استفاده می شود.
- پلی استایرن یک پلیمر مصنوعی است که در تولید رزین‌های تبادل یونی به کار می‌رود. این رزین ها در دستگاه‌های سختی گیر آب برای حذف یون های کلسیم و منیزیم و کاهش سختی آب استفاده می شوند.
- برخی قطعات داخلی خودرو مانند داشبوردها، اجزای تزئینی و دیگر قطعات از پلی استایرن ساخته می شوند.
- بسیاری از اسباب بازی های پلاستیکی از پلی استایرن ساخته می شوند، چرا که این ماده انعطاف پذیری خوبی دارد و به راحتی قالب گیری می شود.
- در تولید ظروف یکبار مصرف (مثل بشقاب، فنجان، ظروف غذا و …) به طور گسترده ای استفاده می شود.
- در فوم های عایق برای عایق بندی حرارتی و صوتی در ساختمان ها و صنایع دیگر به کار می رود. به عنوان مثال پلی استایرن به عنوان عایق حرارتی در ساخت دیوارها و سقف های سردخانه صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ماده با رسانایی حرارتی کم، به حفظ دمای مطلوب در سردخانه ها کمک می‌کند
انواع پلی استایرن
پلی استایرن به انواع مختلفی تقسیم می‌شود که هرکدام ویژگی ها و کاربردهای خاص خود را دارند. در ادامه به بررسی این انواع می پردازیم.
پلی استایرن معمولی
از مونومر استایرن ساخته شده و ویژگی هایی مانند شفافیت بالا، قابلیت شکل دهی آسان و وزن سبک دارد. آنها به طور گسترده در تولید محصولات مختلف مانند بسته بندی، ظروف یکبار مصرف، اسباب بازی ها و لوازم خانگی استفاده می شود و به دلیل ویژگی هایی مانند قیمت مناسب و فرآیند تولید ساده، یکی از مواد پرکاربرد در صنایع مختلف است، اگر چه مشکل اصلی آن در محیط زیست است، زیرا تجزیه پذیری آن طولانی است.
پلی استایرن مقاوم
از ترکیب پلی استایرن معمولی و مقدار کمی از یک ماده مقاوم کننده، معمولاً پلی بوتادین، ساخته می شود. این ترکیب باعث می شود که پلی استایرن مقاوم ویژگی های بهتری از نظر مقاومت در برابر ضربه و انعطاف پذیری نسبت به نوع معمولی پیدا کند. HIPS در بسیاری از صنایع مانند بسته بندی، قطعات الکترونیکی، لوازم خانگی و تبلیغات به طور گسترده استفاده می شود. این ماده همچنین می تواند به راحتی قالب گیری شده و رنگ آمیزی گردد.
پلی استایرن انبساطی
یک نوع پلاستیک است که به طور معمول به صورت دانه های سبک و فومی تولید می شود. این ماده به دلیل ویژگی های خاص خود، مانند عایق حرارتی عالی، مقاومت در برابر ضربه، و سبک بودن، در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می گیرد. از کاربردهای رایج پلی استایرن انبساطی می توان به تولید بسته بندی، عایق حرارتی و صوتی، و حتی در ساخت لوازم هنری اشاره کرد. پلی استایرن انبساطی به دلیل فرآیند تولید خاص خود که شامل استفاده از گازهای انبساطی است، حجم زیادی را نسبت به وزن خود اشغال می کند و به این ترتیب به عنوان یک ماده سبک و با کارایی بالا شناخته می شود.
پلی استایرن اکسترود شده
دارای ساختاری متراکم و سلول بسته است که باعث می شود عایق حرارتی و صوتی خوبی باشد. XPS معمولاً برای عایق کاری در صنعت ساخت وساز و در کاربردهای مختلف مانند کف سازی، دیوارها و سقف ها مورد استفاده قرار می گیرد. ویژگی های پلی استایرن اکسترود شده به شرح زیر است:
- عایق حرارتی بسیار خوب
- مقاومت بالا در برابر رطوبت
- استحکام بالا
- سبک وزن
- مقاومت در برابر فساد و پوسیدگی
پلی استایرن مقاوم در برابر حرارت
پلی استایرن مقاوم در برابر حرارت (HIPS) با افزودن مواد خاصی برای افزایش مقاومت در برابر حرارت و تغییرات دمایی اصلاح شده است. این نوع پلاستیک معمولاً برای کاربردهایی استفاده می شود که نیاز به استحکام و پایداری در دماهای بالا دارند. این ویژگی باعث می شود که پلی استایرن مقاوم در برابر حرارت در صنایع مختلف از جمله الکترونیک، لوازم خانگی و بسته بندی مواد غذایی کاربرد داشته باشد. این گرید در برابر حرارت معمولاً در دماهای بالاتر از گرید معمولی می تواند عملکرد بهتری داشته باشد و شکل خود را در دماهای بالا حفظ کند. این ویژگی همچنین باعث می شود که در برابر حرارت مستقیم یا مواد شیمیایی خاص مقاوم تر باشد.
کوپلیمرهای پلی استایرن
از ترکیب پلی استایرن با مونومرهای دیگر تولید می شوند. این کوپلیمرها معمولاً به منظور بهبود خواص در موارد خاص تولید می شوند. پلی استایرن خود یک پلیمر ترموپلاستیک است که از واکنش پلیمریزاسیون استایرن (CH=CH25C6H) به دست می آید. اما در کوپلیمرها، استایرن با مونومرهای دیگر مثل بوتادین، آکریلونیتریل یا متاکریلات ترکیب می شود تا ویژگی های جدیدی به پلیمر اضافه کند. ویژگی های این پلیمرها عبارتند از:
- استحکام بیشتر
- چقرمگی و انعطاف پذیری
- مقاومت شیمیایی بهتر
مثال هایی از کوپلیمرهای پلی استایرن عبارتند از:
- SBS: که به طور معمول در ساخت لاستیک ها و محصولات نرم و انعطاف پذیر استفاده می شود.
- SAN: این کوپلیمر به دلیل خواص مقاومتی بالا در برابر حرارت و شیمیایی ها در صنایع مختلف مانند الکترونیک، خودروسازی، و لوازم خانگی کاربرد دارد.
کوپلیمرهای پلی استایرن معمولاً در صنایع پلاستیک و لاستیک سازی استفاده می شوند و می توانند خواص خاصی از جمله شفافیت، چقرمگی، و مقاومت حرارتی بالا را ارائه دهند.
مزایای پلی استایرن
- سبک وزن و اقتصادی.
- عایق حرارتی و صوتی موثر.
- قابلیت شکل دهی آسان.
- شفافیت و قابلیت رنگ پذیری.
- مقاومت شیمیایی بالا
- فرآوری آسان
- قابلیت بازیافت
- پایداری در برابر رطوبت
- مقاومت مکانیکی خوب
- کاربردهای گسترده
همچنین مهمترین معایب این ماده پلیمری عبارتند از:
- تجزیه ناپذیری در محیط زیست و مشکلات زیست محیطی.
- شکنندگی در دماهای پایین.
- مقاومت کم در برابر اشعه ماورای بنفش (UV).
- تولید گازهای مضر در صورت سوختن.
روش های تولید پلی استایرن
روش‌های تولید آن شامل پلیمریزاسیون توده ای، محلولی، تعلیقی و امولسیونی هستند که هر کدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاصی دارند.
پلیمریزاسیون توده ای
در این روش مونومر استایرن به صورت خالص و بدون استفاده از حلال یا ماده دیگری پلیمریزه می‌شود. در ابتدا، مونومر استایرن به همراه یک آغازگر که معمولاً از نوع پراکسیدهای آلی است، وارد راکتور می‌شود. این آغازگر با تولید رادیکال های آزاد، واکنش پلیمریزاسیون را آغاز می‌کند. واکنش در دماهای کنترل شده پیش می‌رود و با افزایش گرانروی مخلوط، انتقال حرارت به تدریج دشوارتر می‌شود. به همین دلیل، فرآیند نیازمند مدیریت دقیق برای جلوگیری از افزایش بیش از حد دما است. در نهایت، پلیمر خالص به صورت مذاب یا جامد به دست می‌آید. این روش به دلیل خلوص بالای محصول نهایی، مناسب برای کاربردهایی است که نیاز به پلیمرهایی با کیفیت بالا دارند.
پلیمریزاسیون محلولی
با استفاده از حلالی مناسب انجام می‌شود که هم مونومر استایرن و هم پلیمر تولید شده را حل می‌کند. ابتدا مونومر استایرن در حلالی مانند تولوئن حل می‌شود و سپس آغازگر به آن اضافه می‌شود. حلال نقش مهمی در انتقال حرارت و یکنواخت نگه داشتن دمای مخلوط دارد، بنابراین مشکلات ناشی از افزایش گرانروی کاهش می‌یابد.
این روش معمولاً در فشارهای پایین انجام می‌شود و برای کنترل وزن مولکولی پلیمر و تولید پلیمرهای خاص مناسب است. در پایان فرآیند، پلیمر تولیدشده از طریق جداسازی حلال و مونومر باقی‌مانده خالص‌سازی می‌شود. اگرچه کنترل فرآیند در این روش آسان‌تر است، اما هزینه های مربوط به جداسازی حلال یکی از معایب آن محسوب می‌شود.
پلیمریزاسیون تعلیقی
یکی از روش‌های محبوب برای تولید پلی استایرن به شکل دانه‌های کروی است. در این روش، مونومر استایرن به صورت قطرات کوچک در آب پراکنده می‌شود. برای جلوگیری از به هم چسبیدن قطرات مونومر، از مواد پایدارکننده سطحی مانند پلی‌وینیل الکل استفاده می‌شود. واکنش پلیمریزاسیون درون این قطرات انجام می‌شود، به این معنا که هر قطره به یک ذره پلیمر تبدیل می‌شود. دما و زمان واکنش به دقت کنترل می‌شوند تا خواص محصول نهایی بهینه شوند. پس از اتمام واکنش، دانه‌های پلی استایرن از آب جدا شده و خشک می‌شوند. این روش برای تولید انبوه پلیمرهای مورد استفاده در صنایع بسته‌بندی و عایق‌های حرارتی کاربرد دارد.
پلیمریزاسیون امولسیونی
مانند روش تعلیقی است، اما در اینجا از امولسیفایرها برای پایدار کردن قطرات مونومر استفاده می‌شود. قطرات مونومر در این روش بسیار کوچک‌تر هستند، بنابراین سطح تماس بین مونومر و آغازگر افزایش می‌یابد و سرعت واکنش بالاتر می‌رود. محصول این فرآیند معمولاً به صورت یک لاتکس (امولسیون پایدار پلیمر در آب) است که برای کاربردهای خاص مانند تولید چسب‌ها، پوشش‌ها و برخی محصولات لاستیکی مناسب است. جداسازی پلیمر از امولسیون در صورت نیاز، مرحله‌ای اضافی به فرآیند اضافه می‌کند.
در مجموع، هر یک از این روش‌ها بر اساس نیاز و کاربرد محصول نهایی انتخاب می‌شوند. پلیمریزاسیون توده‌ای برای تولید پلیمرهای خالص، روش محلولی برای کنترل دقیق خواص، روش تعلیقی برای تولید انبوه و دانه‌ای، و روش امولسیونی برای کاربردهای خاص مورد استفاده قرار می‌گیرد.
قیمت پلی استایرن
قیمت این مواد به عوامل متعددی مانند نوع، گرید، تولیدکننده و شرایط بازار بستگی دارد. در ادامه به توضیح عوامل موثر بر قیمت پلی استایران می پردازیم.
- تغییرات قیمت نفت و گاز به طور مستقیم بر قیمت آن تأثیر می‌گذارد.
- نوع پلی استایرن بر قیمت تاثیر گذار است.
- گریدهای با کیفیت بالاتر و خلوص بیشتر قیمت بیشتری دارد. این موضوع برای کاربردهایی مانند صنایع غذایی یا پزشکی بسیار اهمیت دارد.
- خرید در مقیاس بالا معمولاً هزینه کمتری به ازای هر کیلوگرم دارد.
- هزینه انرژی (برق و گاز)، نیروی انسانی و تکنولوژی‌های مورد استفاده در تولید پلی استایرن بر قیمت نهایی آن اثرگذار است. هزینه حمل و نقل مواد اولیه و محصول نهایی نیز از عوامل تعیین کننده است.
- در کشورهایی که مواد اولیه یا محصول نهایی را وارد می‌کنند، تغییرات نرخ ارز به شدت قیمت را تحت تأثیر قرار می‌دهد.
- افزایش تقاضا در صنایع مختلف مانند بسته بندی، ساختمان سازی یا لوازم خانگی باعث افزایش قیمت می‌شود. در زمان هایی که تقاضا کاهش یابد، قیمت نیز ممکن است پایین تر بیاید.
- وضع قوانین سخت گیرانه برای تولید مواد شیمیایی ممکن است هزینه های تولید را افزایش دهد.
قیمت های پایه برخی از گریدهای پلی استایرن در تاریخ 2 دی 1403 به شرح زیر بوده است:
پلی استایرن مقاوم (HIPS):
- گرید 7055 تولید پتروپاک مشرق زمین: 881.000 ریال به ازای هر کیلوگرم
- گرید 6045 تولید پتروپاک مشرق زمین: 826.000 ریال به ازای هر کیلوگرم
- گرید 7240 تولید پتروشیمی تبریز: 826.000 ریال به ازای هر کیلوگرم
پلی استایرن معمولی (GPPS):
- گرید 1309 تولید آرتان پترو کیهان: 768.000 ریال به ازای هر کیلوگرم
- گرید 1115 تولید پتروپاک مشرق زمین: 768.000 ریال به ازای هر کیلوگرم
- گرید 1540 تولید پتروشیمی تبریز: 768.000 ریال به ازای هر کیلوگرم
پلی استایرن انبساطی (EPS):
- گرید SE-3000 تولید بانیار پلیمر گنبد: 849.000 ریال به ازای هر کیلوگرم
- گرید SE-1000 تولید بانیار پلیمر گنبد: 849.000 ریال به ازای هر کیلوگرم
- گرید SE 350 تولید پلی استایرن انبساطی سهند: 849.000 ریال به ازای هر کیلوگرم
لطفاً توجه داشته باشید که این قیمت ها مربوط به تاریخ مذکور بوده و ممکن است با گذشت زمان تغییر کرده باشند. برای دریافت قیمت های به روز و دقیق، توصیه می شود با کارشناسان فروش شرکت ناب زیست تماس حاصل فرمایید.
