آشنایی با مواد پلیمری – جلسه دوم: پلی استایرن

منومراستایرن مایعی است بی رنگ و با بویی همانند مواد آروماتیک. بیشتر در فرآوری پلاستیک‌های پلی استایرن به کار می‌رود. روش بزرگ فرآوری استایرن از راه واسطه اتیل بنزن است.


پلی استایرن

منومراستایرن مایعی است بی رنگ و بابویی همانند مواد آروماتیک. نقطه جوش آن ۱۴۶ درجه سلیسیوس و وزن ویژه آن ۹/۰ گرم بر سانتی مترمکعب است.

نام های دیگر:

استیرن  (Styron)،باپلن  (Bapolan PS)،ادیستیر  (Edistir)،هوستیرن (Hostyren)

مونومر  : استایرن

حلال  : دی اتیل اتر، تولوئن (Toluene)، تترا هیدرو فوران THF (Tetrahydrofuran)

استایرن چیست؟

منومراستایرن مایعی است بی رنگ و بابویی همانند مواد آروماتیک. نقطه جوش آن ۱۴۶ درجه سلیسیوس و وزن ویژه آن ۹/۰ گرم بر سانتی مترمکعب است.

بیشتر در فرآوری پلاستیک‌های پلی استایرن به کار می‌رود. روش بزرگ فرآوری استایرن از راه واسطه اتیل بنزن است. نخست بنزن با اتیلن، آلکیل‌دار می‌شود. سپس بر روی کاتالیزگر کلرید آلومینیم، اسید فسفریک جامد یا سیلیس – آلومین به استایرن، هیدروژن زدایی می‌شود.

تاریخچه

اولین بار در سال ۱۹۴۰ پلی استایرن توسط شرکت آلمانی فاربن اینداستریز (I.G.Farben Industries) تولید به عنوان عایق در صنایع الکتریک مصرف می شد.

در زمان جنگ جهانی دوم که راه ورود لاستیک طبیعی به آمریکا بسته شد این پلیمر در آمریکا به عنوان لاستیک مصنوعی به کار گرفته شد. پس از جنگ که ورود لاستیک طبیعی به آمریکا آغاز شد مصرف استایرن به مراتب کمتر از تولید آن بود. از این رو بازاریابی وسیعی برای مصرف پلی استایرن در مصارف روزمره آغاز گشت تا این که به دلیل معرفی ویژگی‌های ممتاز آن در مقایسه با دیگر پلیمرها که شامل شفافیت و شکل‌پذیری بالا و قیمت اندک بود، امروزه پلی استایرن یکی از معروفترین پلاستیکهایی است که در صنایع مصرف میشود.

این محصول در سال ۱۳۳۴ برای نخستین بار در ایران به کوشش شرکت یونولیت تولید شد؛از این‌رو در ایران با نام یونولیت شناخته می‌شود.

چگونگی تولید

ترکیب اتیلن و بنزن، اتیل بنزن تولید می شود و با هیدروژن گیری از اتیل بنزن، استایرن بدست می آید، استایرن به کمک اکسیژن، عامل اکسیداسیون یا نور به عنوان کاتالیزور طی فرآیند پلیمریزاسیون رادیکال آزاد پلیمریزه شده و پلی استایرن تولید می شود. پلی استایرن یک پلیمر خانواده وینیل است و از نظر ساختاری یک زنجیره طویل هیدروکربنی دارد که به صورت یکی در میان به هر اتم کربن یک گروه فنیل متصل است.

خواص فیریکی

وزن مخصوص پلی استایرن حدود ۱/۰۹ – ۱/۰۴ و در دمای ۹۰ درجه سانتیگراد نرم می شود. این پلیمر سخت، شکننده و شفاف است و نور معمولی را تا حدود ۹۰ درصد از خود عبور می دهد. جذب رطوبت توسط این پلیمر بسیار کم و در حدود ۰/۰۳ تا ۰/۱ درصد وزنی است، پلیمر مزبور از نظر الکتریسیته عایق بسیار خوبی است. پلی استایرن در اغلب حلالها مانند هیدروکربن های آروماتیک (بنزن و تولوئن)، هیدروکربن های کلره (تتراکلرو کربن، کلروفرم، تری کلرو اتیلن و دی کلرو بنزن)، متیل اتیل کتون، استات اتیل و استات آمین حل می شود. اسیدها و قلیایی های معمولی و رقیق بر پلی استایرن بی اثر هستند. اکسیژن با ازن در مجاورت نور و به خصوص در حرارت روی پلی استایرن اثر می کنند.

ویژگی های اشتعال

یکی از ساده ترین راه های شناسایی پلی استایرن ها، ویژگی اشتعال آن است:

  • در شعله می سوزد و بعد از حذف شعله همچنان به سوختن ادامه می دهد.
  • شعله زرد دارد.
  • دود سیاه همراه با ذرات کربن دارد.
  • در شعله چکه می کند.
  • بوی سوختن آن شبیه بوی گاز طبیعی است.

نحوه پلیمریزاسیون

پلیمر شدن تعلیقی پلی استایرن :

در پلیمر شدن تعلیقی یک کاتالیزور در منومر حل شده و سپس در آب پراکنده می گردد. یک عامل معلق ساز جداگانه اضافه می گردد تا باعث پایداری تعلیق حاصله شود. ذرات پلیمر به اندازه ۰/۱ میلی متر الی ۱ می باشند. سرعت پلیمر شدن و مشخصه های دیگر مشابه آنهایی هستند که در پلیمر شدن توده ای وجود داشت عوامل معلق ساز رایج عبارتند از پلی وینیل الکل، پلی اکریلیک اسید، ژلاتین، سلولز و پکتین ها. عوامل معلق ساز غیرآلی عبارتند از فسفات ها، هیدروکسید آلومینوم، اکسید روی ، سیلیکات منیزیم و کائولین.
پلیمر شدن تعلیقی که منجر به کنترل اندازه و توزیع اندازه ذرات پلیمر گردد بیشتر هنر بوده تا علم. طراحی رآکتور و همزن نقش مهمی در توزیع برش در داخل رآکتور دارد، که تأثیر زیادی می توانید روی اندازه ذرات داشته باشد. از عوامل دیگری که روی اندازه پلیمر و توزیع آنها تأثیر دارد نسبت منومر به آب یا حلال ها، حرارت واکنش، نوع آغازگرها و مقدار مصرفی آنها و عامل معلق ساز می باشد.
تهیه پلیمر با ذرات درشت تر پلی استایرن که تک توزیع می باشد به وسیله فن مخصوصی که عبارت است از پلیمر شدن تعلیقی دانه می باشد. به علاوه اثر استفاده از پرتو فراصوت برای پلیمر شدن تعلیقی استایرن نیز اثبات شده است.

پلیمر شدن توده ای
پلیمر شدن توده ای شامل حرارت دادن منومر بدون حلال همراه آغازگر که معمولاً بنزوئیل پراکساید است در یک ظرف می باشد. مخلوط منومر-آغازگر به صورت جسم جامدی پلیمر شده، و به شکلی که، شکل ظرف ظرف پلیمر شدن تعیین کننده آن است در خواهد آمد. از مهمترین معایب عملی این روش جدا کردن پلیمر از رآکتور یا بالون و پخش و خارج کردن حرارت تولید شده به وسیله پلیمر شدن می باشد. این روش برای تولید قطعات به روش ریخته گری یا قالب گیری مانند، جرقه زن های پلاستیکی در اشکال کوچک یا بزرگ کاربرد دارد، اما این کار مشکل زا بوده زیرا از به وجود آمدن نقاط داغ و یا عیوب روی قطعه باید جلوگیری کرد.
هنگام استفاده از پلی استایرن واکنش پلیمر شدن به اندازه Kcal/mol 17 یا BTU/Ib 200 (حرارت پلیمر شدن) گرما ایجاد می کند. پلی استایرن تولید شده دارای توزیع وزن مولکولی پهن و خصوصیات مکانیکی ضعیفی می باشد. مونومر باقیمانده در پلیمر را می توان با استفاده از وسایل موثر فرار سازی خارج نمود.
پلیمر شدن توده ای پلی استایرن با توزیع وزن مولکولی باریک در یک اختراع ثبتی ایالات متحده آورده شده است. چند توزیعی که گزارش شده ۶/۲ با تبدیل ۹۳ درصد بوده و میانگین عددی وزن مولکولی در حدود ۱۰۰۰۰۰ عنوان شده است. این موضوع با پلیمر شدن استایرن در حضور ۱ درصد، ۴-ترسیو بوتیل پیرکاکتول در دمای ۱۲۷ درجه سانتیگراد به مدت ۲۷/۲ ساعت تحقق پیدا کرده است. حرارت دادن بدون حضور ماده ذکر شده، منجر به تولید پلیمری با چند توزیع ۳/۳ و میانگین عددی وزن مولکولی برابر ۷۹۲۰۰ خواهد گردید. تبخیر کنترل شده منومرهای عمل نکرده یکی از روش های خارج کردن حرارت واکنش می باشد.
فرآیند های شکل دهی پلی استایرن

عملیات روی پلی استایرنها معمولاً با روش تزریق صورت میپذیرد، اما بعلت فرایند پذیری عالی این ماده دیگر روشها نیز بخوبی کار می کنند. انواع گوناگون پلی استایرن در برابر محدوده وسیعی از مواد شیمیایی ( بازها، نمکها، الکلها و اسیدهای ضعیف)  مقاومند. پلی استایرنها با مقررات FDA (جهت استفاده در صنایع غذایی) مطابقت دارند.

این پلیمر در دو مرحله اول در دمای ۸۰ درجه سانتی گراد و سپس در دمایی بین ۱۰۰ تا ۱۸۰ درجه سانتی گراد تولید می کنند. امروزه انواع پلی استایرن حدود ۱۲% از بازار پلاستیک های گرما نرم را به خود اختصاص داده است. پلی استایرن در دمای ۹۰ درجه سانتی گراد نرم و در دمای ۱۸۰ تا ۲۵۰ درجه سانتی گراد ذوب و قالبگیری می شود.

GPPS :  General purpose polystyrene

هموپلیمری است سخت و شفاف و دارای خصوصیت شکل پذیری عالی، و دارای قیمت بسیار مناسب است همچنین باید گفت این پلیمر در حالت اصلاح نشده شکننده است؛ در صنعت و بازار به این پلیمر، کریستال نیز گفته می شود و بیشترین .مصرف آن تولید ظروف یکبار مصرف است

این بسپار به دلیل خواصی مانند شفافیت، مقاومت در برابر جذب رطوبت، نداشتن بو و مزه، عایق الکتریسته و نیز خاصیت قالب پذیری خوب با استقبال فراوانی روبرو شد. به همین جهت این بسپار در ساخت وسایلی نظیر لوازم بهداشتی، ورزشی، صنایع اتومبیل سازی، لوازم خانگی، صنایع الکتریکی، کامپیوتر، پنکه، ریش تراش و … بکار میرود.

HIPS:  High impact polystyren

کو پلیمری از PS است که با مولکول های الاستومری مانند بوتادین ضربه پذیری آن اصلاح شده است. (اگر HIPS را با پلی فنیل اکساید PPO مخلوط کنیم NORYL به دست می آید.)

 ضربه پذیری پایین گرید معمولی باعث گردید که پلی استایرن اصلاح شده یا مقاوم، به شدت رشد کرده و در رده ی بسپار های پر مصرف قرار گیرد. از خصوصیات برجسته ی این گرید، خواص مکانیکی، به خصوص ضربه پذیری خوب همراه با قیمت مناسب است که کاربرد آن را در ساخت انواع وسایل و تجهیزات میسر میسازد. اصلاح پلی استایرن موجب افزایش چقرمگی، استحکام ضربه ای و افزایش کشش طول می گردد.

این عمل شفافیت پلی استایرن را نیز از بین میبرد. پلاستیک های پلی استایرن اصلاح شده با لاستیک، معمولا در ساخت تلویزیون، لوازم خانگی، قسمت های داخلی یخچال، نظیر سینی ها، طبقات، پوشش های داخلی، ظروف نگهداری و … بکار میرود.

مصرف کنونی این بسپار حدود ۱۱/۹میلیون تن است که پیش بینی می شودبه حدود ۱۵/۲میلیون تن در سال ۲۰۱۷ افزایش یابد.

EPS : Expandable poly styrene

اگر عامل پف کردن (Blowing Agent) را به گرانول PS افزوده شود به آن EPS گویند که گرانول آن سبک و سفید رنگ است، گرانول EPS حاوی گاز پنتان است که در صورت خروج از دانه های پلی استایرن این دانه ها تا ۴۰ برابر اندازه اولیه با افزایش حجم رو به رو می شوند این گرانول ها در قالب به همراه جریان هوای داغ یا بخار داغ پف کرده و به صورت فوم در می آیند و کل قالب را پر می کنند؛ از مهم ترین مزایای این پلیمر ضد حریق بودن و مقاومت عالی در برابر آب و رطوبت است. کاربرد های مهم آن در صنعت ساختمان و در ساخت عایق ها و بلوک های سقفی و دیواری و پانل های۳D  است. 

پلی استایرن انبساطی یا پلاستوفوم، نوعی پلیمر سفید رنگ و عایق رطوبت و صدا و حرارت است. این ماده برای اولین بار در جنگ جهانی دوم توسط  آلمان برای ساخت پل های شناور روی آب ساخته شد .از این ماده برای عایق سازی، ساخت وسایل نیازمند عایق حرارتی، بسته بندی ابزار حساس الکتریکی، الکترونیکی و مکانیکی نظیر ساخت سردخانه، عایق سازی صوتی وحرارتی دیوارها، ساخت ماکت و کاردستی، دکور فضای موقت، ساخت سازه های سبک، یخدان و … استفاده می شود. وبه نام های تجاری دیگر نظیر “پلی فوم” و”استایروفوم” نیز شناخته می شود

ضریب های عایق بودن EPS

  • ۱۰سانتی‌متر یونولیت معمولی در برابر صدا ۴۲ دسی‌بل عایق است. (زیر ۱۰ سانتی متر در عایق صدا کاربرد ندارد.)
  • ۱۰سانتی‌متر یونولیت معمولی در برابر گرما ۳۵٪ عایق است.

کاربرد های EPS

الف) در ساختمان:

پانل را می توان جهت دیوارهای محیطی و جداکننده های داخلی ساختمانها به کار گرفت بیشترین کاربرد این محصول در ساختمان های مرتفع می باشد زیرا در طراحی و ساخت چنین ساختمانهایی کاهش منطقی وزن مصالح ( بار مرده ) مد نظر است که با استفاده از این محصول دستیابی به این مهم مقدور می گردد زیرا وزن یک متر مربع دیوار اجری ۲۲۱ سانتی متری با ملات ماسه سیمان و اندود طرفین بیش از ۴۵۰ کیلوگرم می باشد در اندودهای ( از نوع سبک ) طرفین کمتر از ۱۰۰ کیلوگرم وزن دارد و طبعا به کار گیری پانل کاهش بار مرده ساختمانهای بلند مرتبه را به طرز چشم گیری موجب می گردد با پانلها می توان ساختمانهای یک یا دو طبقه را بدون استفاده از اسکلت فلزی بنا کرد و به عنوان دیوارهای باربر تقسیم کننده و همین طور سقف از آن بهره گرفت.

 ب) در ویلا سازی

پانل ها به جهت سبک بودن و حمل آسان آن در مناطق صعب العبور قطعه ای کاملا مفید جهت ویلاسازی و انبوه سازی می باشد. ایستایی و مقاومت بالای سیستم موجب می شود که ساختمان های یک تا دو طبقه را بدون استفاده از اسکلت فلزی بنا کرد و اجرای سقف مسطح و شیبدار و گنبدی از قابلیتهای کم نظیر این قطعه مفید ساختمانی می باشد. دیوار و سقف عایقدار ویلاهای احداثی موجب صرفه جویی انرژی بوده و پایداری بنا در برابر زلزله فرایند ویژه سیستم است.

 پ) در صنعت نفت و پتروشیمی و آب و فاضلاب

ایجاد حفاظ بتنی مسطح عایقدار بر روی جداره خارجی مخازن فلزی مواد نفتی و آمونیاک همچنین منابع فلزی و یا بتنی آب و فاضلاب نیز یکی دیگر از ویژگیهای منحصر به فرد پانل می باشد ساخت مخازن هوایی آب مصرفی شهرها و روستاها در نقاط گرمسیر و یا سردسیر کشور با پانلها موجب صرفه جویی در مصرف آب و انرژی خواهد بود.

 ت) در ساختمان های بلند

استفاده از پانل ها در ساختمان های بلند مرتبه به عنوان دیوارهای محیطی و میانی به جهت سبک بودن نسبت به سایر مصالح و بار مرده ساختمان را به طور چشمگیری پایین آورده و در نتیجه فونداسیون و اسکلت با کاهش قابل توجهی رو به رو خواهد بود.سهولت بالا کشیدن قطعات در ارتفاع و دستیابی به فضای مفید بیشتر و حذف کنده کاری و تخریب تاسیساتی حذف گچ و خاک و عایق مناسب صوتی و حرارتی و برودتی، حذف نعل درگاه و سرعت در اجرا و در نهایت بازگشت سرمایه گذاری در کوتاهترین زمان از دیگر مزایای استفاده از سیستم ساختمانی پانل در بلند مرتبه سازی می باشد کاهش مصرف انرژی و پایداری اطمینان بخش ساختمان در برابر زلزله را نباید فراموش نمود.

 ث) در عایق های حرارتی و رطوبتی

یکی دیگر از مشکلات اساسی که در اکثر سازه ها به چشم می خورد مشکل نم و رطوبت می باشد که در بعضی مواقع خسارات جبران ناپذیری را به سازه ها و ساختمان وارد می نماید و یکی از راهکارهای مقابله با آن عایقکاری رطوبتی می باشد.در ایران با توجه به اقلیم و آب و هوا و نیز وجود منابع عظیم نفتی متداولترین عایق رطوبتی قیر و گونی می باشد که با پیشرفت تکنولوژی این روش جای خود را به عایقهای پیش ساخته داده است. اما با پیشرفت علوم و نیز گرانی مواد نفتی و قیر در بعضی موارد عایقهای پیش ساخته نیز مقرون به صرفه نبوده و مهندسان را به آن داشت تا از مواد شیمیایی جهت عایق بندی سازه استفاده کنند که هم از نظر اقتصادی و هم از نظر کیفیت و کارایی بتواند با سایر عایقها رقابت کند. بعد از تحقیقات متعدد مهندسان موفق شدند که با استفاده از رزینهای اکریلاتی و استایرنی که با آب حل می شود، عایق رطوبتی جدیدی بسازند که صورت یک لایه ۱mm روی سطوح مورد نیاز اجرا می شود و انعطاف پذیرنیز می باشد.

 ج) در سیلو، سوله و سازه های بلند

۱-سرعت اجرای بالا

۲- وزن کم دیوار ( ( ۲۰۰kg/m^2و تاثیر ان در کاهش وزن اسکلت و کاهش مقاطع شناژ و فونداسیون  .

۳- کاهش ضخامت دیوار از۴۵cm (اندود سیمان + ۳۵cm دیوار )به ۱۵cm .

۴ – خاصیت جذب انرژی و نیرویی ارتعاش و ضربه ماشین آلات و جرثقیل های مورد استفاده در سالن .

۵- ضریب هدایت حرارتی پائین و تاثیر آن بر کاهش پرت حرارتی .

۶- شاخص کاهش موارد بالا نسبت به دیوارهای مشابه و کم نمودن آلودگی صوتی و جلوگیری از انتقال صوتی دستگاهها.

۷- قابلیت اجرایی پانل برای دیوارهای بلند تا ارتفاع ۹  متر و دهانه ۶ متر بی نیاز مهاربندی جانبی و آهنکشی اضافی (ساپورت).

۸-کمک به سازه ساختمان در جهت تحمل نیروی جانبی.

۹-پایداری سیستم پوما در برابر طوفان و زلزله های مخرب.

۱۰-امکان اجرای سقف کاذب سالنها با سیستم پانل در نتیجه باکس (box) شدن سالن به ویژه در کارخانه هایتولید مواد غذایی وبهداشتی و پزشکی .

 معایب

اسفنج پلی استایرن دارای نقاط ضعفی نیز می باشد ،از جمله می توان شکست مکانیکی ترد ،ضعف آن در برابرحلال ها ،برخی چسب ها و رنگ ها ،ضعف در برابر سوخت ها ،دوام پایین در برابر شرایط محیطی خارجی و مهم تر از همه رفتار خطرناک ان دربرابر اتش را نام برد . لذا استفاده از این محصول باید تحت ضوابط و ویژگی های فنی مناسب صورت بگیرد.

برای دانلود کامل این قسمت بر روی لینک زیر کلیک نمائید

rp_download-e13926365972821.png


مطالب بیشتر...

برای دانلود جزوه آموزشی (آشنایی با فرآیند های پلیمری – جلسه هشتم: بازیافت پلاستیک) از لینک قرار داده شده در این نوشته استفاده نمایید.

آبکاری پلاستیک ها صنعتی نو محسوب می گردد. از روشهایی که امروز برای آبکاری قطعات پلاستیکی استفاده می شود می توان به دو روش الکترولیتی و الکترولس اشاره کرد.

با یاری خداوند متعال و همت و تلاش پرسنل محترم شرکت پارسا پلاستیک نوین، برای اولین بار در کشور، این شرکت موفق به تولید پکینگ های پلاستیکی مورد استفاده در صنعت تصفیه آب و فاضلاب (K1, K2, K3) گردید.

امروزه پلیمرها از جایگاه ویژه‌ای در صنعت برخوردار هستند و توانسته‌اند جایگزین مواد سنتی شوند. در کنار این توسعه و کاربرد فراوانی که پیدا کرده اند، تأمین و تولید پلیمرها و پلاستیک مطرح می‌شود.