PS Kunststoff – BKM
Polystyrol (PS) ist ein transparenter oder in geschäumter Form weißer, amorpher oder teilkristalliner, thermoplastischer Kunststoff. Er zeichnet sich durch hohe Oberflächengüte und Lichtdurchlässigkeit aus.
Weil PS eine hohe Steifigkeit bei mittlerer Härte aufweist und bruchunempfindlich ist, wird der Kunststoff überwiegend als Verpackungsmaterial und für die Schall- und Wärmedämmung verwendet.
In geschäumter Form ist Polystyrol im allgemeinen Sprachgebrauch als Styropor und Schaumstoff bekannt. Auf Styrol aufgebaute Kunststoffe werden unter dem Namen Styrenics zusammengefasst und bilden mit einem Anteil von etwa zehn Prozent an der Gesamtproduktionsmenge die viertgrößte Gruppe unter den Kunststoffen.
Inhalt:
Die Herstellung von Polystyrol
PS wird durch Polymerisation von Styrol (Vinylbenzol) gewonnen. Dabei sind die Eigenschaften des Kunststoffs bei der Polymerisation ungewöhnlich. Denn PS kann radikalisch, kationisch, anionisch oder durch Ziegler.Natta-Katalysatoren polymerisiert werden.
Wenn Vinylbenzol polymerisiert wird, sind die großen Phenylgruppen statistisch verteilt. Dadurch entsteht ein ataktisches und damit amorphes und transparentes Polystyrol. Kommen hingegen Ziegler-Natta-Katalysatoren zum Einsatz, wird der Kunststoff isotaktisch und opak.
Metallocen-Katalysatoren wiederum führen zu einem syndiotaktischen Polystyrol, das eine sehr hohe Wärmeformbeständigkeit aufweist. Dieser Kunststoff ist kristallin, opak und kann mit anderen Kunststoffen wie Polyamid (PA) oder Polyphenylensulfid (PPS) mithalten.
Die Einsatzgebiete von Polystyrol
PS wird hauptsächlich für Lebensmittelverpackungen verwendet, in geschäumter Form kommt der Kunststoff als Schall- und Wärmedämmung sowie als Verpackungsmaterial zum Einsatz. Bei der Herstellung von Blöcken und Platten werden entweder chemische Treibmittel oder physikalische Treibmittel wie Kohlendioxid in den Extruder eindosiert.
Hat die Schmelze die Düse verlassen, führt die Druckentlastung zu einer Entspannung. Dadurch bläht sich die Schmelze auf und extrudierter Polystyrolschaum entsteht.
Durch die Modifikation mit Kautschuk (Butadien-Synthesekautschuk) ergibt sich schlagfestes Polystyrol, das sogenannte PS-HI, wobei HI für high impact steht. Seine Steifigkeit ist zwar reduziert, dafür seine Schlagfestigkeit und die Beständigkeit gegenüber Spannungsrissen aber erhöht. Dieser Kunststoff kann deshalb zum Beispiel für Gehäuse in der Elektronikindustrie verwendet werden.
Styrol und Butadien können in jedem beliebigen Verhältnis miteinander verknüpft werden. Styrol-Butadienkautschuk ist mengenmäßig der wichtigste Synthesekautschuk. Styrol-Butadien-Styrol-Block-Copolymere (SBS) waren die ersten thermoplastischen Elastomere, die auf dem Markt verfügbar waren.
Die hoch-transparenten Kunststoffe kennzeichnen sich durch ein hohes Rückstellvermögen und werden für Verpackungsfolien und weiche, flexible Spielsachen verwendet.
Weil PS eine mangelnde Schlagfestigkeit hat und chemisch nicht sehr beständig ist, wurde eine Vielzahl an Modifikationen und Copolymeren entwickelt. Beispiele dafür sind ABS, ASA und SAN. Wie syndiotaktisches Polystyrol und PS-HI zählen sie zu den technischen Kunststoffen.
Die Eigenschaften von Polystyrol
Zu den Stärken des glasklaren Kunststoffs gehören die hohe Oberflächengüte und die Lichtdurchlässigkeit. Verglichen mit Polyethylen (PE), sind die Isoliereigenschaften von PS aber eher ungünstig. Trotzdem eignet sich PS wegen seiner guten dielektrischen Eigenschaften vor allem für die Hochfrequenztechnik.
Der Kunststoff weist eine gute Strahlenbeständigkeit auf, neigt aber wie alle Kunststoffe stark dazu, sich elektrostatisch aufzuladen.
Die Dichte von Polystyrol beträgt 1.030 bis 1.050 kg/m3. Der Kunststoff hat eine mittlere Härte und Festigkeit sowie eine hohe Steifigkeit, aber nur eine niedrige Schlagzähigkeit. Seine Dauergebrauchstemperatur deckt den Bereich von -10 °C bis +80 °C ab.
Spezielle Typen können dauerhaft in einem Temperaturspektrum zwischen -30 °C und +70 °C eingesetzt werden, kurzfristig sind bis zu +90 °C möglich.
Chemisch ist PS beständig gegen Fette, Öle sowie Säuren und Basen, sofern diese nicht hoch konzentriert sind. Gegenüber Oxidationsmitteln sowie aliphatischen, aromatischen und chlorierten Kohlenwasserstoffen ist der Kunststoff nicht beständig.
Außerdem neigt PS zur Bildung von Spannungsrissen, ist nicht witterungsbeständig und brennbar.
Die Verarbeitung von Polystyrol
Formteile aus Polystyrol können durch Spritzgießen hergestellt werden. Die Verarbeitungstemperatur sollte dabei bei 200 °C bis 250 °C liegen. Platten, Folien, Tafeln und Rohre lassen sich mittels Extrusion fertigen, während Hohlkörper durch Extrusionsblasformen entstehen können.
Eine zerspanende Bearbeitung ist ebenfalls möglich. Produkte wie Becher oder Teller werden üblicherweise durch Warmumformen produziert. Dazu werden Platten oder Stäbe bei einer Temperatur von 130 °C bis 200 °C umgeformt.
PS lässt sich sehr gut kleben. Lösungsmittelklebstoffe können dabei genauso eingesetzt werden wie Kontakt- oder Zweikomponentenkleber. Auch ein Schweißen ist grundsätzlich möglich. Allerdings wird es eher selten angewendet, weil die Klebeverbindungen meist ausreichend stabil sind.
Die Oberfläche kann durch Schleifen, Polieren, Heißprägen und mit dem Laser bearbeitet werden. Soll der Kunststoff bedruckt werden, bieten sich der Siebdruck und der Tampondruck an.
Das Recycling von Polystyrol
In purer Form kann Polystyrol recycelt werden. Formteile und Füllstoffe aus Verpackungen erfüllen die Anforderungen an die Materialreinheit. Bei geschäumtem PS kann die Entsorgung auch in gebrochener Form über den gelben Sack erfolgen.
Die zerkleinerten Styropor-Teile werden dann durch Extrudieren wieder zu Granulat verarbeitet. Das Granulat kann anschließend erneut aufgeschäumt und zur Herstellung von Styropor eingesetzt werden.
Wird PS in den Endprodukten mit anderen Werkstoffen vermischt oder kommen bei der Verwendung als Dämmstoff Flammschutzmittel zum Einsatz, gestaltet sich das Recycling wesentlich schwieriger.
Eine andere Technologie ist das Recycling auf Basis von Lösungsmitteln. Hier wird der Kunststoff in einem Lösungsmittel aufgelöst. Weil unerwünschte Stoffe aus der Lösung abgeschieden werden, ist die Gewinnung von hochreinem Polystyrol möglich.
FAQ: Aktuelle Entwicklungen im Bereich PS-Kunststoffe
Welche neuen Technologien gibt es für das Recycling von PS-Kunststoffen?
Zur effizienteren und umweltfreundlicheren Verwertung von PS-Kunststoffen wurden in jüngster Zeit innovative Recyclingtechnologien entwickelt. Zum Beispiel gibt es fortschrittliche Lösungsmittelextraktionstechniken, mit denen hochreines Polystyrol aus gebrauchten Produkten gewonnen werden kann. Dieses Verfahren hat eine Verbesserung der Qualität des Recyclingmaterials und eine Erleichterung seiner Wiederverwendung in hochwertigen Anwendungen zur Folge.
Welche neuen Anwendungen wurden für PS-Kunststoffe entwickelt?
PS-Kunststoffe werden zunehmend in innovativen Anwendungen eingesetzt, die über die traditionellen Verpackungs- und Isoliermaterialien hinausgehen. Ein Beispiel hierfür sind neue PS-Formulierungen mit verbesserter Schlagzähigkeit und Witterungsbeständigkeit. Diese PS-Varianten werden z. B. in der Automobilindustrie für leichte Bauteile mit hoher Festigkeit eingesetzt.
Gibt es Fortschritte bei der Schlagzähigkeitsverbesserung von PS?
Ja, die Schlagzähigkeit von PS-Kunststoffen wird ständig verbessert. Durch die Entwicklung neuer Copolymere und Modifikationen können PS-Varianten mit erhöhter Schlagzähigkeit hergestellt werden, ohne andere Eigenschaften zu beeinträchtigen. Diese Fortschritte erlauben die Verwendung von PS in Anwendungen, die bisher durch seine niedrige Schlagzähigkeit begrenzt wurden.
Welche neuen Methoden werden erforscht, um die Witterungsbeständigkeit von PS-Kunststoffen zu verbessern?
Um die Witterungsbeständigkeit von PS-Kunststoffen, insbesondere für Außenanwendungen, zu verbessern, arbeiten Forscher ständig an neuen Methoden. Das kann die Entwicklung von neuen Zusatzstoffen oder Beschichtungen sein, die den PS-Kunststoff vor den schädigenden Einflüssen von UV-Licht, Feuchtigkeit und Temperaturschwankungen schützt.
Wie werden PS-Kunststoffe in der Kreislaufwirtschaft weiterentwickelt?
PS-Kunststoffe spielen eine immer wichtigere Rolle in der Kreislaufwirtschaft, und es wird daran gearbeitet, ihre Recyclingfähigkeit weiter zu verbessern. Dazu gehören die Entwicklung von PS-Produkten, die sich leicht trennen lassen, und die Optimierung von Recyclingprozessen, um qualitativ hochwertiges Recyclingmaterial für neue Anwendungen zur Verfügung zu stellen.
Gibt es Bestrebungen, PS-Kunststoffe durch nachhaltigere Alternativen zu ersetzen?
Ja, insbesondere in Bereichen, in denen PS aufgrund seiner geringen Schlagzähigkeit und Witterungsbeständigkeit Nachteile hat, gibt es Bestrebungen, PS-Kunststoffe durch nachhaltigere Alternativen zu ersetzen. Forscher und Industrie arbeiten daran, biobasierte oder biologisch abbaubare Alternativen zu PS zu entwickeln, die umweltfreundlicher sind.