Polystyrol

Polystyrol (Kurzzeichen PS, IUPAC-Name: Polystyren) ist ein transparenter, amorpher oder teilkristalliner Thermoplast. Amorphes Polystyrol ist ein weit verbreiteter Kunststoff, der in vielen Bereichen des täglichen Lebens zum Einsatz kommt.

Polystyrol wird entweder als thermoplastisch verarbeitbarer Werkstoff oder als Schaumstoff eingesetzt. Bekannte Handelsnamen für Polystyrolschaumstoff sind Floormate, Lustron, Roofmate, Styropor, Styrodur, Styroflex, Sagex (in der Schweiz) und Telgopor (in der spanischsprachigen Welt).

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Eigenschaften

Polystyrol ist gegen wässrige Laugen und Mineralsäuren beständig, gegenüber unpolaren Lösungsmitteln wie Benzin, Ketonen und Aldehyden nicht. Außerdem ist es UV-empfindlich. Die Dichte von festem Polystyrol liegt zwischen 1040 und 1090 kg/m³, aufgeschäumtes Polystyrol (EPS) hat eine Dichte zwischen 20 (Bau-Isolation) und 90 kg/m³ (Skihelm).

Festes amorphes Polystyrol ist glasklar, hart und schlagempfindlich. Es erzeugt einen spröden, fast glasartigen Klang beim Beklopfen (Butterdosen). Bei Biegen oder Brechen riecht es deutlich nach Styrol. PS ist in allen Farben einfärbbar. Massives Polystyrol neigt sehr stark zur Spannungsrissbildung. Es ist wenig wärmebeständig und nur bedingt bis 70 °C einsetzbar. Aufgrund beschleunigter Alterung sollte Polystyrol aber nicht über 55 °C erhitzt werden. Die Glasübergangstemperatur liegt, je nach Verarbeitungsbedingungen, bei ca 100 °C, die Schmelztemperatur beträgt 240 °C im Falle von isotaktischem und 270 °C im Falle von syndiotaktischem Polystyrol. Ataktisches Polystyrol liegt als amorpher Feststoff vor und besitzt mithin keine Schmelztemperatur.^[1]

Polystyrol verbrennt mit leuchtend gelber, stark rußender Flamme und einem blumigen, süßlichen Geruch nach Styrol. Die Dämpfe sollten nicht eingeatmet werden, sie sind möglicherweise gesundheitsschädlich, weil sie neben Styrol auch andere Zersetzungsprodukte enthalten können (siehe auch: Physiologische Wirkung).

Geschäumtes Polystyrol hat im Vergleich zu festem Polystyrol eine geringere mechanische Festigkeit und Elastizität. Es ist weiß und undurchsichtig und hat eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit. Um große Mengen Schaumpolystyrol zu zersetzen, benötigt man nur wenig Aceton, Essigsäureethylester oder Toluol . Diese Lösungsmittel setzen bei dem aufgeschäumten Stoff das eingeschlossene Treibgas wieder frei.

Polystyrol kann z.B. mit Dichlormethan angelöst und nahezu nahtlos verschweißt werden.

Physiologische Wirkung

Thermoplastisches Polystyrol ist physiologisch unbedenklich und auch für Lebensmittelverpackungen uneingeschränkt zugelassen.

Beständigkeit gegen Chemikalien

Die chemische Beständigkeit von Polystyrol ist temperaturabhängig. Nachfolgend ist eine grobe Charakterisierung der Beständigkeit gegen einige wichtige Klassen von Chemikalien bei Raumtemperatur angegeben:

= schlechte bis gar keine Beständigkeit gegen die Stoffklasse (schon einmalige, kurzzeitige Exposition kann das Material schädigen)

= gute/eingeschränkte Beständigkeit gegen die Stoffklasse (Material ist für eine eingeschränkte Zeit beständig und wird u.U. nur reversibel geschädigt)

= gute Beständigkeit gegen die die Stoffklasse (auch lange Exposition fügt dem Material keinen Schaden zu)

Typen – Herstellung und Verarbeitung

  Polystyrol wird durch Polymerisation des Monomers Styrol gewonnen, das außergewöhnliche Polymerisationseigenschaften aufweist.

Polystyrol kann vollständig recycelt werden.

Schaumstoffe

  Schaumpolystyrol ist besonders unter dem Handelsnamen Styropor (® BASF) bekannt geworden. Es wurde 1951 von dem BASF-Chemiker Fritz Stastny beim Experimentieren mit Polystyrolsplittern entdeckt. Er füllte damit zu etwa einem Fünftel eine Schuhcremedose und tauchte diese anschließend in 100 Grad heißes Wasser. Das Polystyrol schäumte unter Wärmeentwicklung schnell auf und formte sich zu einem luftgefüllten Abbild der Dose.

Seit den 1990er Jahren nimmt der IVH (Industrieverband Hartschaum e. V.) die Rechte am Namen Styropor wahr. Nur die Hersteller von EPS (Expandierter Polystyrol-Hartschaum) dürfen danach ihr Material Styropor nennen. Diese Hersteller unterwerfen sich den besonderen Qualitätsanforderungen des IVH.

Je nach Herstellungsart wird zwischen dem eher grobporigen EPS, z. B. Styropor (® BASF), und dem feinporigeren XPS (Extrudierter Polystyrol-Hartschaum), z. B. Styrodur (® BASF) unterschieden. XPS wird aufgrund seiner hohen Druckfestigkeit und geringen Wasseraufnahme beispielsweise bei der Dämmung von Gebäuden gegen Erdreich eingesetzt.

Charakteristisch für EPS ist der Aufbau aus etwa 2–3 mm großen, zusammengebackenen Schaumkugeln, die z. B. beim Brechen einer Polystyrolplatte deutlich zu Tage treten.

Folien und Platten

Für Verpackungszwecke werden auch transparente Folien aus Polystyrol hergestellt. Folien und Platten werden durch Extrusion hergestellt.

Verwendung

  In der Elektrotechnik wird Polystyrol wegen der guten Isolationseigenschaft verwendet. Außer zur Isolation von Kabeln wird es zur Herstellung von Schaltern, Spulenkörpern und Gehäusen (High Impact Polystyrene, HIPS) für Elektrogeräte verwendet. Polystyrol wird für Massenartikel (z.B. klassische CD-Verpackung, Videokassette), im Bauwesen als Dämmstoff, im Modell- und Kulissenbau, in der Feinwerktechnik, für Schaugläser und für Feststoffrettungswesten verwendet. Als Lebensmittelverpackung ist Schaumpolystyrol uneingeschränkt zugelassen, zum Beispiel in Joghurtbecher, Blister-Verpackungen etc.

Geschäumtes Polystyrol wird als schockdämpfendes Verpackungsmaterial oder zur Wärmedämmung für Gebäude eingesetzt.

Da Schaumpolystyrol sehr gut mit einer Thermosäge geschnitten werden kann, und zugleich sehr preiswert ist, hat es sich als Baumaterial im (Architektur-)modellbau etabliert.

Polystyrol ist auch einer der Grundstoffe von Napalm-B, welches in Brandbomben Verwendung findet.

Gereckte Polystyrolfolie (Handelsnamen: Styroflex, Trolitul) wird zusammen mit Aluminium- oder Zinnfolie zur Herstellung von Kondensatoren für die Hochfrequenztechnik verwendet.

Im Flugmodellbau findet das Material ebenso zunehmend Verwendung. Andere Modellbauer benutzen es ebenso gerne für Landschaftselemente, da man besonders Styrodur sehr gut bearbeiten kann.

Quellen

1. ↑ Universität Bayreuth: Skript zum Praktikum Makromolekulare Chemie WS 06/07, Versuch: Koordinative Polymerisation.