Polystyrén

Polystyrén (skr. PS) je polymér, ktorý vzniká polymerizáciou styrénu (vinylbenzénu). Je veľmi rozšírený, pre svoje tepelnoizolačné a ochranné vlastnosti sa používa ako tepelná izolácia a obalový materiál. Patrí do skupiny polyolefínov. Rozoznávame dva základné druhy polystyrénu — štandardný termoplastický polystyrén (ťažký) a penový polystyrén (ľahký).

PS
Hustota (g/cm³)	1,050 (štandardný)
Youngov modul (MPa)	3 000 – 3 600
Predĺženie pri sE (%)	2 – 4
Vrypová skúška (kJ/m²)	2 – 5
Sklovitý prechod (°C)	95
Teplota topenia (°C)	cca 270 (kryštalický)
Tepelná vodivosť (W/(m.K))	0,08 – 0,13
Hmot. tepel. kapacita (J/(kg.K))	1 300
Absorpcia vody (%)	0,03 – 0,1
Tvrdosť (Rockwell)	M60–M90
Index lomu	1,59 – 1,60

Polystyrén sa predáva pod viacerými názvami: Luran, Lustron, Styropor, Styrodur, Styroflex a Sagex.

História

Polystyrén bol prvýkrát pripravený náhodou v roku 1839 nemeckým lekárnikom Eduardom Simonom. Pri destilácii styraxu (živica ambrovníka východného — Liquidambar orientalis) získal olejovitú kvapalinu, ktorú pomenoval styrol. O niekoľko dní neskôr si Simon všimol, že olej stuhol. Predpokladal, že išlo o oxidáciu styrolu vzdušným kyslíkom, a tak tuhú látku pomenoval styroloxid. V roku 1845 však anglický chemik John Blyth a nemecký chemik August Wilhelm von Hofmann zistili, že rovnaká premena styrolu prebehne aj bez prítomnosti kyslíka a produkt pomenovali metastyrol. Neskoršia analýza preukázala, že metastyrol a styroloxid sú identické zlúčeniny. V roku 1866 Marcelin Berthelot správne určil, že metastyrol vznikol zo styrolu polymerizáciou.

Neskôr bolo zistené, že len samotným zahriatím styrolu nastáva reťazová reakcia, ktorej produktom je makromolekulová látka. Tento fakt viedol ku dnešnému pomenovaniu zlúčeniny — polystyrén. Nemecká spoločnosť IG Farben začala s výrobou polystyrénu okolo roku 1931.

Vlastnosti

Penový polystyrén sa používa ako obal.

Polystyrén je priehľadný tvrdý a zároveň veľmi krehký plast.Nie je odolný voči benzínu, ketónom (napríklad acetón) a aldehydom (polystyrén je všeobecne málo odolný voči organickým rozpúšťadlám). Okrem toho je pomerne citlivý na UV žiarenie. Hustota štandardného polystyrénu sa pohybuje v rozmedzí 1,04 až 1,09 g/cm³. Pri penovom, kde väčšinu objemu tvorí vzduch, je to len 0,02 až 0,06 g/cm³.

Štandardný polystyrén je tvrdý, citlivý na náraz a jeho vlastnosti sa časom a poveternostnými vplyvmi rýchlo zhoršujú (krehne, vytvára mnoho trhlín). Odolnosť voči teplote je tiež veľmi nízka — použiteľný je do 70 °C, pre rýchle starnutie sa však používa len do teploty 55 °C. Topenie kryštálov nastáva už pri teplote 90 °C, sklovitý prechod pri 95 °C.

Polystyrén horí žltým, veľmi dymivým plameňom sprevádzaným sladkým zápachom po benzéne. Produkty horenia sú pri vdychovaní zdraviu škodlivé.

Penový polystyrén má v porovnaní s klasickým polystyrénom ešte nižšiu mechanickú pevnosť a elasticitu. Je biely, nepriehľadný a vyznačuje sa veľmi nízkou tepelnou vodivosťou a hustotou.

Fyziologické účinky

Polystyrén je zdravotne neškodný (pri normálnych teplotách), a preto našiel využitie ako obalový materiál na potraviny (penový aj štandardný polystrén).

Chemická odolnosť

Chemická odolnosť polystyrénu je závislá od teploty. Všeobecne možno povedať, že je menej odolný voči organickým zlúčeninám. V nasledujúcej tabuľke je uvedená odolnosť polystyrénu voči niektorým druhom látok pri teplote cca 20 °C:

Trieda zlúčenín	Odolnosť
Aldehydy	*
Alifatické alkoholy	***
Estery	*
Étery	*
Ketóny	*
Alifatické uhľovodíky	*
Aromatické uhľovodíky	*
Zásady	***
Oxidačné činidlá	*
Slabé kyseliny	**
Silné kyseliny	**

* — žiadna resp. veľmi nízka odolnosť (aj krátka expozícia môže materiál poškodiť)

** — obmedzená resp. dobrá odolnosť (materiál je na obmedzenú dobu odolný, poškodenie nie je nevratné)

*** — veľmi dobrá odolnosť (ani dlhodobá expozícia nespôsobuje poškodenie materiálu)

Druhy — výroba a spracovanie

Polystyrén sa vyrába polymerizáciou monoméru — styrénu (etenylbenzénu). Samotný polymerizačný proces sa vyznačuje viacerými charakteristickými vlastnosťami. Reakciou vzniká polymérny uhlíkový reťazec, v ktorom je na každom druhom atóme uhlíka naviazaný fenyl C₆H₅–.

Ak sú všetky fenylové skupiny umiestnené na jednej strane reťazca, ide o tvz. izotaktický polystyrén (nevyrába sa). V prípade, že sú fenylové skupiny rozmiestnené nepravidelne na oboch stranách reťazca, ide o tvz. ataktický polystyrén. Táto nepravidelnosť rozmiestnenia zabraňuje kryštalizácii. Syndiotaktický polystyrén, ktorý vzniká pri použití metalocénového katalyzátora, je charakteristický vysokým stupňom kryštalizácie (teplota topenia až 270 °C).

Penový polystyrén

Podľa spôsobu výroby a vlastností polystyrénu sa rozlišuje:

• EPS — expandovaný penový polystyrén (napr. Styropor), ktorý je charakteristický veľkými pórmi
• XPS — extrudovaný penový polystyrén (napr. Styrodur). XPS je odolný voči tlaku a vodu absorbuje len veľmi obmedzene, a preto sa používa často v stavebníctve ako izolačný materiál.

Použitie

V elektrotechnike sa polystyrén používa pre svoje dobré elektroizolačné vlastnosti. Okrem izolácie káblov sa používa aj na výrobu elektrických vypínačov, cievok a pod. Polystyrén sa vo veľkej miere používa v stavebníctve ako tepelná izolácia, na stavbu modelov a kulís. Penový polystyrén sa používa ako obalový materiál na potraviny a rôzne krehké tovary. Polystyrén tvorí tiež základ bojovej látky Napalm-B. V stavebníctve sa drobený polystyrén využíva ako prímes do ľahkého betónu, alebo lisovaný na účelové dosky ako stavebná izolácia . Používa sa tiež ako náplň do sedacích vakov, buď ako drvený polystyrén, ktorý sa vyrába zo stavebného odpadu drvením alebo rezaním alebo ako granulované guličky, ktoré sú ako výplň sedacieho vaku vhodnejšie.

Chemický portál