Polystyren (zkráceně PS) je polymer syntetizovaný z monomerů styrenu adičními reakcemi volných radikálů. Jedná se o bezbarvý a transparentní termoplast s teplotou skelného přechodu nad 100 stupňů. Polystyren může být amorfní nebo semikrystalický. V amorfní formě je tento termoplast široce používán v mnoha oblastech každodenního života. V expandované formě (expandovaný polystyren - EPS nebo PS-E) slouží jako izolační materiál.
Obecné vlastnosti polystyrenu
- Krátký název: PS
- Název: Polystyren
- Chemický vzorec: (C8H8)n
- Morfologie: Amorfní nebo polokrystalický termoplast
- Identifikace: transparentní
- Obecné vlastnosti: Krystalicky čirý a tvrdý, dobře odolný vůči vodným zásadám a minerálním kyselinám
Typy polystyrenu
Polystyren (PS) zahrnuje normální polystyren, pěnový polystyren (EPS), houževnatý polystyren (HIPS) a intersticiální polystyren (SPS).
- Polystyren pro všeobecné použití (GPPS): Je čirá, tuhá a křehká verze polystyrenu. Často se používá pro produkty, které musí být průhledné, jako jsou nádoby na potraviny, laboratorní nádobí a obaly.
- High-Impact Polystyrene (HIPS): HIPS ve směsi s pryží je odolnější proti nárazu než GPPS, takže je vhodný pro produkty, které vyžadují zvýšenou odolnost. Často se používá v obloženích ledniček, hračkách a elektronických krytech. Vlivem heterogenního složení (kaučukových částic) je mléčně zakalený, přestože jde o amorfní polymer. Používá se na díly, které mají odolávat nárazům (při nižší ceně plastu).
- Expandovaný polystyren (EPS): Lehký pěnový materiál široce používaný pro izolaci, obaly a ochranné materiály. EPS se skládá z malých polystyrenových kuliček, které jsou expandovány a taveny a vytvářejí lehký, ale pevný materiál s vynikajícími izolačními vlastnostmi. Pěnový polystyren obsahuje 98 % vzduchu a pouze 2 % polystyrenu, proto je jeho výroba i případná likvidace snadná a nezatěžuje životní prostředí nebezpečnými zplodinami. Pěnový polystyren je rovněž plně recyklovatelný a jeho výroba je zcela bezodpadová. Systém sběru odpadního polystyrenu a jeho navrácení k opětovnému použití funguje ze všech izolantů pouze u pěnového polystyrenu.
- Extrudovaný polystyren (XPS): Hustší pěna odolnější vůči vlhkosti, která se obvykle používá ve stavebnictví a izolaci budov.
Další vlastnosti polystyrenu
Kromě toho existují zcela identické a interidentické a náhodně strukturované polystyreny. Všechny homopolymery jsou vysoce krystalické a inter homopolymery jsou částečně krystalické.
- Teplota skelného přechodu polystyrenu: 80 až 90 stupňů
- Amorfní hustota: 1,04 až 1,06 g/cm3
- Hustota krystalů: 1,11 až 1,12 g/cm3
- Měrný odpor: 1020 až 1022 o-cm
- Tepelná vodivost: 0,116 W/(m-otevření) při 30 stupních
Obvyklý polystyren je amorfní nahodilý polymer s vynikajícími adiabatickými, izolačními a transparentními vlastnostmi, s teplotami dlouhodobého použití 0 ~ 70 stupňů. Je však křehký a při nízké teplotě snadno praskne.
Teplota tání polystyrenu
Bod tání polystyrenu je klíčovou charakteristikou, která určuje, jak se materiál chová za tepla a během výrobních procesů. Bod tání označuje teplotu, při které pevný materiál přechází do kapalného stavu. U polystyrenu tato teplota typicky spadá do rozsahu 210 stupňů až 249 stupňů (410 stupňů F až 480 stupňů F). Přesný bod tání se může lišit v závislosti na typu polystyrenu a případných přísadách použitých při jeho výrobě.
Čtěte také: Vliv teploty na asfalt při pokládce
- Teplota tání běžného polystyrenu (GPPS): Obvykle blíže k 240 °C (464 °F). Jeho relativně vysoký bod tání mu umožňuje udržet si tuhost a tvar při mírném zahřívání, což je výhodné pro produkty, jako jsou plastové kelímky, víčka a nádoby, které mohou být vystaveny teplému prostředí.
- Teplota tání houževnatého polystyrenu (HIPS): Díky zahrnutí pryže do jeho složení má mírně nižší bod tání, typicky kolem 210 °C až 230 °C (410 °F až 446 °F).
- Teplota tání expandovaného polystyrenu (EPS): Typicky ve spodní části rozmezí, blíže k 210 °C (410 °F).
Rozdíl mezi teplotou skelného přechodu a teplotou tání
Je důležité rozlišovat mezi teplotou skelného přechodu (Tg) a teplotou tání. Teplota skelného přechodu pro polystyren je kolem 100 °C (212 °F). Pod touto teplotou se polystyren chová jako tuhý, sklu podobný materiál. Nad teplotou skelného přechodu, ale pod bodem tání, se polystyren stává měkkým a pružným, ale není zcela roztaven. Tato vlastnost měknutí je klíčová pro aplikace, které zahrnují tvarování za tepla, kde se polystyren zahřívá jen natolik, aby umožnil tvarování, ale ne až do bodu zkapalnění.
Existuje ataktický, syndiotaktický a izotaktický polystyren. Komerční amorfní PS je ataktický. Izotaktický a syndiotaktický typ jsou semikrystalické a tají při 240 °C, resp. 270 °C. Izotaktický polystyren však krystalizuje velmi pomalu, a proto v průmyslovém zpracování nehraje roli. Syndiotaktický PS krystalizuje dostatečně rychle a lze jej zpracovávat při vstřikování.
Zpracování polystyrenu
Teplota tání polystyrenu hraje zásadní roli při určování způsobu jeho zpracování a použití v různých průmyslových odvětvích. Během výrobního procesu určuje teplota tání polystyrenu teploty požadované pro procesy, jako je vstřikování, vytlačování a tvarování za tepla. Tyto metody umožňují tvarování polystyrenu do široké škály tvarů a výrobků.
- Vstřikování: Polystyren se běžně používá při vstřikování, což je proces, kdy se roztavený polystyren vstřikuje do dutiny formy, aby se vytvořily různé produkty, jako jsou plastové náčiní, obalové materiály a pouzdra pro elektroniku. Relativně nízký bod tání materiálu znamená, že jej lze tvarovat při mírných teplotách, což pomáhá snížit spotřebu energie při výrobě.
- Vytlačování: Při procesech vytlačování se polystyren zahřeje těsně nad jeho bod tání a protlačí se matricí, aby se vytvořily souvislé tvary, jako jsou desky, trubky a filmy. Nízký bod tání umožňuje efektivní a konzistentní výrobu, díky čemuž je polystyren ideální volbou pro obalové materiály, ochranné kryty a izolace.
- Tepelné tvarování: Při tepelném tvarování se polystyrenové desky zahřívají těsně pod jejich bod tání, což umožňuje jejich tvarování do specifických forem přitlačením k formě. Tento proces se používá k vytváření položek, jako jsou jednorázové talíře, podnosy na jídlo a nádoby na vyjmutí. Bod měknutí materiálu je zde kritický, protože polystyren musí zůstat dostatečně pružný, aby se vytvořil, a přesto se během procesu úplně neroztaví.
Nízký bod tání polystyrenu však také přináší určitá omezení, zejména v aplikacích, které vyžadují odolnost vůči vysokým teplotám. Polystyren není vhodný pro použití v prostředí, kde bude vystaven dlouhodobému teplu nad bodem tání. Nelze jej například použít v kuchyňském nádobí, které přichází do přímého kontaktu s horkými povrchy, jako jsou mikrovlnné trouby, varné desky nebo trouby, protože by se zdeformovalo nebo roztavilo.
Polystyren ve stavebnictví a izolaci
V tuzemsku je nejvyužívanějším zateplovacím materiálem se 70% podílem na trhu pěnový polystyren, kterého se spotřebuje více než 60 tisíc tun ročně. I díky zateplování pěnovým polystyrenem se v tuzemsku, od konce devadesátých let, snížila energetická náročnost bytů téměř o třetinu. Při správné aplikaci pěnového polystyrenu je tento izolant odolný teplotám až do 80°C. Jeho prokázaná životnost na fasádách je 50 let, ovšem předpokládá se, že reálně vydrží 100 až 200 let. Zateplování fasád pěnovým polystyrenem v tuzemsku probíhá již od 60. let 20. století.
Čtěte také: Teplota a pevnost betonu
V porovnání se zateplením minerální vatou, jejíž přirozená nasákavost je dočasně snížena přidáním hydrofobních substancí, pěnovému polystyrenu nehrozí ztěžknutí izolantu, které způsobuje vyšší zatížení konstrukce, jež může vést ke znehodnocení celé investice do zateplení.
Výhody pěnového polystyrenu v izolaci
- Odolnost proti vlhkosti: V běžném provozu, v porovnání s pěnovým polystyrenem přibližně o 10 až 20 %. V krajním případě (například při poruše a zatékání dešťové vody do systému) až o 50 %. Minerální vata tak vůbec nemusí naplnit to, co od izolace fasády očekáváte.
- Životnost: Při správné aplikaci pěnového polystyrenu je tento izolant odolný teplotám až do 80°C. Jeho prokázaná životnost na fasádách je 50 let, ovšem předpokládá se, že reálně vydrží 100 až 200 let.
- Stabilita a recyklovatelnost: Pěnový polystyren obsahuje 98 % vzduchu a pouze 2 % polystyrenu, proto je jeho výroba i případná likvidace snadná a nezatěžuje životní prostředí nebezpečnými zplodinami. Pěnový polystyren je rovněž plně recyklovatelný a jeho výroba je zcela bezodpadová.
- Snadná manipulace: Pěnový polystyren je lehký, takže balíky s ním hravě unese každý. Manipulace s ním je proto hračka a stavba jde lépe od ruky, což vám ušetří peníze za čas stavební firmy. Balík zateplovacího pěnového polystyrenu EPS 70 F (1000 x 500 x 500mm) váží kolem 3,5 kg kdežto balík dvou desek minerální vlny TR10 (1000 x 600 x 400mm) váží cca 24 kg.
- Požární odolnost: Polystyren používaný ve fasádních zateplovacích systémech nehoří, a proto ani nijak nenapomáhá k šíření požáru po obvodě budovy.
Přes tato omezení poskytuje bod tání polystyrenu výhody v prostředích, kde je udržována regulace teploty. Nabízí vynikající izolační vlastnosti v obalech, chrání obsah před teplotními výkyvy a zároveň zachovává svou strukturální integritu. Ve stavebnictví se polystyrenová pěna používá k izolaci stěn a střech, ale musí být chráněna před vysokými teplotami, aby se zabránilo degradaci.
| Vlastnost | Hodnota | Jednotka |
|---|---|---|
| Teplota přechodu skla | 80 až 105 | °C |
| Teplota rozkladu | 415 až 425 | °C |
| Youngův modul | 3100 až 3300 | MPa |
| Koeficient lineární tepelné roztažnosti | 50 až 70 *10-6 | 1/K |
| Měrná tepelná kapacita | 1.3 | J/(g*K) |
| Tepelná vodivost | 0.14 až 0.18 | W/(m*K) |
| Hustota | 1.05 | g/cm³ |
Čtěte také: Betonování v extrémních teplotách
tags: #teplota #tání #polystyrenu