پلی استایرن (PS) به‌طور طبیعی نوعی پلاستیک شفاف و گرمانرم (ترموپلاستیک) است که هم به شکل پلاستیک معمولی جامد و هم ماده فومی سفت در دسترس است. پلاستیک PS به‌طور گسترده برای در محصولات و برای کاربردهای مصرفی استفاده می‌شود و مخصوصاً برای بسته‌بندی تجاری مفید است. کمپانی مواد شیمیایی داو در سال 1941 فرایندی اختصاصی برای تولید فوم پلی استایرن مشهور خود، «استیروفوم» (یا یونولیت)، ابداع کرد. این ماده در بین گروه‌های محیط زیستی مخالفت‌هایی برانگیخته است چون تجزیه زیستی آن کند است و به‌صورت زباله خارجی در محیط دیده می‌شود (مخصوصاً به شکل فوم که در راه‌آب‌ها و اقیانوس شناور است).
شکل جامد پلاستیک پلی استایرن معمولاً در ابزارهای پزشکی مثل لوله‌های آزمایش یا ظروف پتری یا در اشیای روزمره مثل لوازم‌خانگی در آشکارساز دود، قاب سی.دی و ظروف مواد غذایی مثل ماست یا لیوان‌های یک‌بارمصرف به کار برده می‌شود.
| نام علمی: Polystyrene
فرمول شیمیایی: (C8H8)N دمای ذوب: 210 تا 249 درجه سانتی‌گراد (410 تا 480 درجه فارنهایت) دمای قالب‌گیری تزریقی: 38 تا 66 درجه سانتی‌گراد (100 تا 150 درجه فارنهایت) |
شکل فومی این ماده معمولاً به‌عنوان ماده بسته‌بندی استفاده می‌شود. اگر تابه‌حال تلویزیون نو یا دستگاه جدیدی مثل اره فارسی‌بر خریده باشید حتماً هنگام باز کردن بسته‌بندی، استیروفوم (یونولیت) را دیده‌اید. همچنین، احتمالاً با دانه‌های بسته‌بندی استیروفوم که برای پر کردن بسته‌بندی اشیای متفرقه کوچک جهت حمل‌ونقل استفاده می‌شوند آشنا هستید. استیروفوم برای ساخت ظروف یک‌بارمصرف هم در بسیاری از رستوران‌ها استفاده می‌شود.
ویژگی‌های پلی استایرن چیست؟
حال که می‌دانیم این ماده چه کاربردهایی دارد به بررسی خواص اصلی آن می‌پردازیم. پلی استایرن معمولاً (اما نه همیشه) یک هموپلیمر است یعنی فقط از مونومر استایرن در ترکیب با خودش تشکیل شده است. PS بسته به نوع آن در زمره مواد «گرمانرم» یا «گرماسخت» (ترموست) قرار می‌گیرد. این دو اصطلاح معرف نحوه واکنش پلاستیک به حرارت است. مواد گرمانرم در نقطه ذوب خود (210 تا 249 درجه سانتی‌گراد برای پلی استایرن) کاملاً به مایع تبدیل می‌شوند اما به دمای انتقال شیشه‌ای (100 درجه سانتی‌گراد برای PS) می‌رسند. مفیدترین ویژگی مواد گرمانرم این است که می‌توان آن‌ها را تا نقطه جوش حرارت داد، خنک کرد و بدون اینکه تخریب شوند دوباره حرارت داد. مواد گرمانرم به‌جای سوختن به مایع تبدیل می‌شوند که موجب می‌شود به‌راحتی قالب‌گیری تزریقی شوند و درنتیجه قابل بازیافت باشند. در مقابل، پلاستیک‌های گرماسخت وقتی به شکل جامد درمی‌آیند نمی‌توان آن‌ها را دوباره به مایع تبدیل کرد.
پلاستیک‌های گرماسخت را فقط می‌توان یک‌بار حرارت داد (معمولاً در فرایند قالب‌گیری تزریقی). اولین حرارت دادن موجب می‌شود که مواد گرماسخت تثبیت شوند (مثل اپوکسی دوقسمتی) و تغییر شیمیایی ایجاد شده در آن‌ها قابل بازگشت نباشد. اگر بخواهید پلاستیک گرماسخت را برای بار دوم حرارت دهید، به‌راحتی می‌سوزد. این ویژگی موجب می‌شود که مواد گرماسخت قابل بازیافت نباشند.
چرا این نوع پلاستیک پرکاربرد است؟
مفیدترین و خاص‌ترین کاربرد PS به شکل فوم است که در صنعت بسته‌بندی پیشرو محسوب می‌شود اما مصارف بسیار متنوع و زیادی هم به شکل پلاستیک معمولی دارد. ما در کریتیو مکانیسم از پلی استایرن در صنایع گوناگون با کاربردهای مختلف استفاده کرده‌ایم. سال‌هاست که PS یا همان استایرن را به‌عنوان ماده تولید نمونه‌های اولیه استفاده می‌کنیم (به همان دلیل که امروزه از ABS استفاده می‌کنیم). این ماده گران نیست، به‌صورت آماده در دسترس است، رنگ سفیدی دارد و به‌خوبی می‌چسبد، بریده می‌شد، رنگ می‌شود و مقام است. حرف S در ABS همان استایرن است. مهندسان و طراحان زیادی که مدت‌هاست در این صنعت بوده‌اند وقتی به دنبال ساخت سریع نمونه اولیه هستند درخواست مدلی از جنس استایرن می‌کنند. ما در فروشگاه کریتیو مکانیسم هنوز هم ورقه‌های زیادی از جنس استایرن داریم. ما از آن‌ها برای ساخت سریع مدل‌های آزمایشی، نمونه‌های رنگی، نمونه‌های اولیه پرسی و حرارت دیده یا مدل‌های بزرگی که می‌توان با ورقه‌های تخت ساخت، استفاده می‌کنیم.
همچنین، دیده‌ایم که از PS برای ساخت لولاهای متحرک استفاده می‌کنند (معمولاً پلی‌پروپیلن برای ساخت لولاهای متحرک بهتر است). ظروف PS شفاف یک‌بارمصرف وجود دارند که تاشو هستند و لولای آن‌ها در وسط قرار دارد. این نوع لولا کمی با لولای متحرک PP متفاوت است. معمولاً لولای PS شبیه به مجموعه‌ای از خم‌هاست که موجب انعطاف و باز شدن این نوع ظروف می‌شود. چه این نوع لولا به لحاظ فنی لولای متحرک باشد یا نه در هر صورت کارایی بسیار خوبی دارد و می‌توان آن را با حرارت شکل داد.
پلی استایرن چه انواعی دارد؟
مهم‌ترین انواع PS عبارت‌اند از: فوم پلی استایرن، پلاستیک پلی استایرن معمولی و فیلم پلی استایرن. انواع مختلف فوم این ماده عبارت‌اند از: پلی استایرن انبساط یافته (EPS) و پلی استایرن اکسترود شده (XPS). EPS از مشهورترین و رایج‌ترین انواع PS است و از نمونه‌های آن می‌توان به استیروفوم (یونولیت) و دانه‌های بسته‌بندی اشاره کرد. XPS فوم سنگین‌تری است که برای ساخت مدل‌های معماری از آن استفاده می‌شود. برخی انواع پلاستیک PS، کوپلیمر هستند. گاهی هموپلیمر PS نسبتاً شکننده است و اگر یا مواد دیگر ترکیب شود نسبت به ضربه مقاوم‌تر خواهد شد (که در این شکل به آن کوپلیمر پلی استایرن مقاوم در برابر ضربه یا HIPS می‌گویند). فیلم پلی استایرن هم می‌تواند به شکل پرسی باشد و در بسته‌بندی به کار رود. فیلم‌ها را می‌توان با کشش به پلی استایرن جهت یافته (OPS) تبدیل کرد که تولید آن ارزان‌تر از گزینه‌های دیگر مثل PP است اما شکننده‌تر است.
PS چگونه ساخته می‌شود؟
این ماده هم مانند پلاستیک‌های دیگر با تقطیر سوخت‌های هیدروکربنی و تبدیل آن به گروه‌های سبک‌تر به نام «فرکشن» حیاتش شروع می‌شود که برخی از آن‌ها برای تولید پلاستیک با کاتالیزورهای دیگر ترکیب می‌شوند. فوم پلی استایرن با «عامل دمش» تولید می‌شود که منبسط شده و موجب می‌شود که فوم به حالتی درآید انگار که اساساً از هوای محبوس تشکیل شده است.
PS برای ساخت نمونه اولیه در دستگاه‌های CNC و پرینترهای سه‌بعدی
این ماده به‌صورت ورقه‌ای، میله‌ای و در اشکال گوناگون در بازار وجود دارد. این ماده گزینه فوق‌العاده‌ای برای فرایند ماشین‌کاری کاهشی در دستگاه CNC است. رنگ آن معمولاً به شفاف، سفید و مشکی محدود می‌شود اما می‌توان به آن رنگ‌های دیگری اضافه کرد و همچنین برای رنگ‌آمیزی هم مناسب است. شنیده‌ایم که برخی شرکت‌ها برای پرینترهای سه‌بعدی از پلی استایرن مقاوم در برابر ضربه (HIPS) که به شکل رشته موجود است، استفاده می‌کنند اما ما معمولاً از این کار را نمی‌کنیم.
PS برای قالب‌گیری تزریقی
پلی استایرن با کاربرد عام (GPPS) و پلی استایرن مقاوم در برابر ضربه (HIPS) احتمالاً رایج‌ترین رزین‌های PS برای قالب‌گیری تزریقی هستند. GPPS شفاف اما شکننده است (مثل قاب سی.دی) اما HIPS مات است و شکنندگی کمتری دارد.
آیا PS سمی است؟
درمجموع، این ماده غیر سمی و بی‌بو است. این نوع پلاستیک در صنعت بسته‌بندی مواد غذایی بیشتر از انواع دیگر استفاده می‌شود. شاید تصور کنید که این ماده کاملاً بی‌خطر است اما برخی پژوهش‌ها نشان داده است که بسته‌بندی‌های مواد غذایی از جنس فوم پلی استایرن به دلیل نحوه تولید آن و نشت برخی از ترکیبات شیمیایی آن در مواد غذایی و نوشیدنی‌ها برای سلامتی مضر هستند. نکته: پلی استایرن قابل اشتعال است و مثل بقیه ترکیبات ارگانیک وقتی می‌سوزد، دی‌اکسید کربن و آب رها می‌کند.
معایب پلی استایرن چیست؟
PS بسیار خنثی است یعنی به‌خوبی با محلول‌های اسیدی و قلیایی واکنش نشان نمی‌دهد. این ویژگی موجب می‌شود که پلی استایرن مدت زیادی در طبیعت باقی بماند و خطر پسماند برای آن ایجاد کند چون این ماده معمولاً پس از عمر مصرفی بسیار کوتاه خود دور انداخته می‌شود. نکته: PS وقتی در تماس با مواد هیدروکربنی یا کلردارشده قرار بگیرد نسبتاً سریع تجزیه می‌شود.
گریدهای مختلف پلی استایرن
گریدهای مختلف PS عبارتند از: