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Die Herkunft von Polystyrol
Polystyrene, auch bekannt als Polystyrol, ist ein weit verbreitetes Polymer, das durch die Polymerisation von Styrol hergestellt wird.
Es ist ein transparentes, hartes und sprödes Material, das in verschiedenen Formen wie expandiertem Polystyrol (EPS) und extrudiertem Polystyrol (XPS) vorkommt. Polystyrol wird häufig in Verpackungen, Isolierungen, Behältern und anderen Produkten des täglichen Bedarfs eingesetzt.
Es ist wasserfest, chemisch inert und beständig gegenüber Säuren und Basen, aber empfindlich gegenüber organischen Lösungsmitteln. Die kommerzielle Produktion von Polystyrol begann in den 1930er Jahren, wird weltweit hergestellt und verarbeitet.
EPS, eine Form von Polystyrol, wird häufig in Verpackungen, Isolierungen und im Bauwesen eingesetzt.
Die Kristallinität von PS
Polystyrol existiert in zwei Hauptformen: ataktisches und syndiotaktisches Polystyrol.
Ataktisches Polystyrol ist amorph, was bedeutet, dass es keine regelmäßige, geordnete Struktur aufweist und daher keine Kristallinität zeigt.
Syndiotaktisches Polystyrol hingegen hat eine sehr regelmäßige und geordnete Struktur, wobei die Phenylgruppen abwechselnd an den linearen Kohlenstoffrücken fallen. Diese Regelmäßigkeit ermöglicht es den Molekülen, sich leicht zu Kristallen zu packen, was zur Bildung einer kristallinen Struktur führt.
Die Kristallinität von syndiotaktischem Polystyrol führt zu einer höheren Schmelztemperatur und größerer Steifigkeit im Vergleich zu ataktischem Polystyrol.
Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass kein Polymer vollständig kristallin ist, da ein vollständig kristallines Polymer zu spröde für die Verwendung als Kunststoff wäre. Die Anwesenheit von amorphen Regionen in Polymeren, einschließlich Polystyrol, verleiht ihnen Zähigkeit, was es dem Polymer ermöglicht, sich zu biegen, ohne zu brechen, und Energie zu absorbieren.
Der Schmelzpunkt von Polysytrol
Polystyrol ist ein thermoplastischer Kunststoff, der normalerweise bei Raumtemperatur in festem Zustand vorliegt, aber beim Erhitzen schmilzt, um geformt oder extrudiert zu werden.
Der Schmelzpunkt von Polystyrol liegt je nach seiner Form und Struktur unterschiedlich. Isotaktisches Polystyrol, das eine regelmäßige Struktur aufweist, hat eine Schmelztemperatur von etwa 240 °C, während syndiotaktisches Polystyrol, das ebenfalls eine regelmäßige Struktur besitzt, eine etwas höhere Schmelztemperatur von circa 270 °C aufweist. Dieser Schmelzpunkt kann mit einem Dynamischen Differenzkalorimeter (DSC) gemessen werden, das eine genaue Bestimmung der Schmelztemperatur und anderer thermischer Eigenschaften von Materialien ermöglicht.
Amorphes Polystyrol, das keine regelmäßige Struktur aufweist, schmilzt nicht bei einer bestimmten Temperatur, sondern erweicht allmählich ab ca. 100 °C, was als Glasübergangstemperatur bezeichnet wird. Diese Unterschiede in der Schmelztemperatur hängen mit der molekularen Anordnung und der Kristallinität des Polystyrols zusammen.
Reines festes Polystyrol ist farblos, hart und hat eine begrenzte Flexibilität. Es kann in Formen mit feinen Details gegossen werden und transparent oder in verschiedenen Farben hergestellt werden. Es ist wirtschaftlich und wird für die Herstellung von Kunststoffmodellbausätzen, Nummernschildrahmen, Plastikbesteck, CD-“Jewel”-Hüllen, zur Herstellung von Modellen, als alternatives Material für Schallplatten und vielen anderen Objekten verwendet, bei denen ein ziemlich steifer, wirtschaftlicher Kunststoff gewünscht wird.
Polystyrol kann in fester Form oder in geschäumter Form vorliegen. Allgemeines Polystyrol ist klar, hart und spröde. Es ist eine preiswerte Harzmasse pro Gewichtseinheit und hat einen relativ niedrigen Schmelzpunkt. Es ist eine der am weitesten verbreiteten Kunststoffe, und seine Produktion beläuft sich auf mehrere Millionen Tonnen pro Jahr.
Die thermische Stabilität von PS
Die thermische Stabilität von Polystyrol hängt von seiner Struktur und Zusammensetzung ab. Reines Polystyrol ist bei hohen Temperaturen nicht stabil und neigt zur thermischen Zersetzung.
Die thermische Stabilität kann jedoch durch die Zugabe von Stabilisatoren verbessert werden. Isotaktisches Polystyrol, das eine regelmäßige Struktur aufweist, ist in der Regel thermisch stabiler als amorphes Polystyrol.
Die thermische Stabilität von Polystyrol kann mit verschiedenen Methoden gemessen werden, darunter mithilfe einer Chip-DSC (DSC) oder durch eine thermogravimetrische Analyse (TGA) mittels einer STA PT 1000.
Die DSC-Methode misst die Wärmemenge, die ein Material während eines kontrollierten Temperaturanstiegs aufnimmt oder abgibt, und ermöglicht so die Bestimmung von Schmelz- und Erweichungspunkten sowie die Untersuchung von Phasenübergängen und Reaktionen. Die TGA-Methode misst die Gewichtsänderung eines Materials als Funktion der Temperatur und kann verwendet werden, um die thermische Stabilität und Zersetzungstemperaturen von Materialien zu bestimmen.
Die Glasübergangstemperatur von Polystyrol
Die Glasübergangstemperatur (Tg) von Polystyrol liegt typischerweise bei etwa 100 °C. Diese Temperatur markiert den Übergang des amorphen Polymers von einem harten, glasartigen Zustand zu einem weichen, gummiartigen Zustand.
Die Tg kann mit einer Chip-DSC gemessen werden, die die Wärmemenge misst, die ein Material während eines kontrollierten Temperaturanstiegs aufnimmt oder abgibt, und so die Bestimmung von Schmelz- und Erweichungspunkten sowie die Untersuchung von Phasenübergängen und Reaktionen ermöglicht.
Die Glasübergangstemperatur ist ein wichtiger Parameter, der die mechanischen Eigenschaften und die Verarbeitbarkeit von Polystyrol beeinflusst. Oberhalb der Tg wird das Polystyrol weich und formbar, was es für Verarbeitungstechniken wie das Spritzgießen geeignet macht, während es unterhalb der Tg hart und spröde ist.
Die Herstellung von Polystyrolteilen durch das Spritzgießen
Die Herstellung von Polystyrolteilen durch Spritzgießen ist ein gängiges Verfahren, bei dem geschmolzenes Polystyrol in eine Form eingespritzt wird, um die gewünschte Form zu erhalten. Dieser Prozess erfordert spezielle Spritzgießmaschinen und Formen, die typischerweise aus Stahl oder Aluminium hergestellt sind.
Polystyrol eignet sich gut für das Spritzgießen, da es eine gute Fließfähigkeit und Formbarkeit aufweist. Die Festigkeit und Formbarkeit des Materials können mit einem DIL L75 oder einer TMA gemessen werden. Der DIL L75 ist ein Dilatometer, das die Längenänderung eines Materials in Abhängigkeit von der Temperatur misst und so Rückschlüsse auf die thermische Ausdehnung und Kontraktion des Materials zulässt.
Eine TMA (Thermomechanische Analyse) misst die Längenänderung eines Materials in Abhängigkeit von der Temperatur und der auf das Material ausgeübten Kraft und ermöglicht so die Bestimmung von Glasübergangs- und Erweichungstemperaturen sowie die Untersuchung von Formänderungen und Spannungen im Material.
Verschiedene PS-Arten
Polystyrol ist ein vielseitiges Polymer, das in verschiedenen Formen und Anwendungen eingesetzt wird.
Zu den verschiedenen Arten von Polystyrol gehören:
Festes Polystyrol:
- Ist transparent, hart, spröde und in seinem unveränderten Zustand mäßig fest. Wird für die Herstellung von Kunststoffmodellbausätzen, Nummernschildrahmen, Plastikbesteck und CD-“Jewel”-Hüllen verwendet.
Expandiertes Polystyrol (EPS):
- Wird als Schaumstoffdämmung im Bauwesen eingesetzt. Es wird auch in Form von Granulat für die Herstellung von Polystyrolbeton verwendet, der in der Bauindustrie als Baustoff eingesetzt wird.
Polystyrolfilm:
- Wird in der Filmproduktion eingesetzt und ist transparent, langlebig und bedruckbar.
Applikation: PS-Granulat
GERÄT | CHIP-DSC 1 |
|---|---|
| Heizrate | 50 K/Minute |
| Probenmasse | ca. 15 mg |
| Probenschale | Offene Aluminiumpfannen |
| Gas | Statische Luft |
Umweltauswirkungen durch Polystyrol
Polystyrol, insbesondere expandiertes Polystyrol (EPS), hat erhebliche Umweltauswirkungen. Die Produktion von Polystyrol erfordert die Verwendung von Erdöl, was zu einem signifikanten Klima- und Umwelteinfluss führt.
Nach Gebrauch trägt Polystyrol als Hauptbestandteil zu terrestrischem und marinem Abfall bei. Es ist ein häufiges Element in Küstenabfällen und kann die Umwelt über lange Zeit hinweg belasten, da es nur sehr langsam abgebaut wird.
Zudem kann Polystyrol Chemikalien in Deponien auslaugen, was zu weiteren Umweltproblemen führt. Darüber hinaus stellt Polystyrol eine Gefahr für die Gesundheit von Menschen und Tieren dar, da es in kleine Teile zerbricht, die von Tieren als Nahrung aufgenommen werden können.
Zudem kann Styrol, ein Hauptbestandteil von Polystyrol, Leberschäden und Nervengewebsschäden verursachen. Aufgrund dieser Umweltauswirkungen wird die Verwendung von Polystyrol in einigen Regionen bereits eingeschränkt oder verboten.
