Poliestireno

Poliestireno

El poliestireno (PS) és un polímer termoplàstic que s'obté de la polimerisació del estireno monòmer. Existixen quatre tipos principals: el poliestireno cristal o GPPS (de l'anglés general purpose polystyrene), que és transparent, rígit i trencadiç; el poliestireno d'alt impacte o HIPS (de l'anglés high impact polystyrene), és resistent a l'impacte i opac blanquecino; el poliestireno expandit o EPS (de l'anglés expandable polystyrene o PSE (del francés polystyrène expansible), molt llauger; i el poliestireno extruido, similar a l'expandit pero més dens i impermeable. Les aplicacions principals del PS antichoque i el PS cristal són la fabricació d'envasos per mig d'extrusió-termoformado, i d'objectes diversos per mig de molege per injecció. Les formes expandida i extruida s'ampren principalment com aïllants tèrmics en construcció i per a formar coquillas de protecció en els embalages d'objectes fràgils per a protegir-els. El EPS també és utilisat per a la producció de caixes de peix o neveres per al transport de vacunes, per la seua capacitat aïllant aixina com caixcos per a protecció del cap pel seu poder absorbent dels impactes. La primera producció industrial de poliestireno cristal va ser realisada per BASF, en Alemània, en 1930. El PS expandit i el PS antichoque varen ser inventats en les décades següents. Des de llavors els processos de producció han millorat substancialment i el poliestireno ha donat lloc a una indústria sólidamente establida. En una demanda mundial d'uns 14,5 millons de tonellades a l'any (senya de 2020, exclou el poliestireno expandit), el poliestireno és hui el quarto plàstic més consumit, per darrere del polietileno, el polipropileno i el PVC.

Tipos de poliestireno

Símbol internacional del poliestireno.

Fragment de poliestireno expandit.

El poliestireno expandit és inflamable i llibera grans cantitats de fum negre en cremar-se, si be hi ha versions autoextinguibles per al seu us en construcció.

El producte de la polimerisació de l'estireno pur es denomina poliestireno cristal o poliestireno d'us general (GPPS, sigles en anglés). És un sòlit transparent, dur pero fràgil. És vítreo per baix de 100 °C. Per damunt d'esta temperatura és fàcilment moleable i pot donar-se-li múltiples formes.

Per a millorar la resistència mecànica del material, es pot afegir en la polimerisació fins a un 14% de caucho (casi sempre polibutadieno). El producte resultant es diu poliestireno d'alt impacte (HIPS, High Impact Polystyrene, sigles en anglés). És més resistent i no trencadiç. Capaç de soportar impactes més violents sense trencar-se. El seu inconvenient principal és el seu opacitat, si ben alguns fabricants venen graus especials de poliestireno choque translúcido.

Un atre membre d'esta família és el poliestireno expandible (EPS, sigles en anglés). En la seua producció es combina en isopentano que queda ocluído en el seu interior. Posteriorment i gràcies al isopentano es pot expandir per mig de l'aplicació de vapor d'aigua conseguint diferents densitat una volta expandit. Per a entendre millor el resultat final, com a eixemple, pot aplegar a consistir en un 5% de poliestireno i un 95% d'aire una volta el isopentano que ha generat l'expansió del poliestireno, es dissipa. Les seues aplicacions principals són com aïllant o producció de bovedillas en construcció, blocs per a la farcidura en terreny fràgils a on es vagen a construir carreteres per a allaugerar el pes i evitar l'afonament de les mateixes. També usat per a embalage de productes fràgils. Una atra aplicació molt important, no pel volum produït sino per la seua condició de salvar vides és el seu us en la producció de caixcos per a motoristes o pilots de carreres de motos, fòrmula 1, etc. A partir de poliestireno cristal fos es pot obtindre, per mig d'injecció de CO2, una bromera rígida denominada poliestireno extruido (XPS). Les seues propietats són similars a les del EPS, en el qual competix en les aplicacions d'aïllament. El poliestireno extruido presenta bombetes tancades, per lo que pot mullar-se sense perdre les seues propietats aïllants. El EPS també dispon de varietats de baixa absorció d'humitat. Abdós poden ser usats en la fabricació de les cobertes invertides. En les últimes décades s'ha desenrollat un nou polímer que rep el nom de poliestireno sindiotáctico. Es caracterisa perque els grups fenilo de la cadena polimèrica estan units alternativament a abdós costats de la mateixa, mentres que el poliestireno "normal" o poliestireno atáctico no conserva cap orde sobre el costat de la cadena a on estan units els grups fenilos. El "nou" poliestireno és cristalí i fon a 270 °C, pero és molt més costós. Solament s'utilisa en aplicacions especials d'alt valor afegit.

Estructura del poliestireno cristal

Pese molecular

Les unitats repetitives d'estireno conformen el polímer.

El pes molecular promig del poliestireno comercial varia entre 100.000 i 400.000 g mol^-1. Quant menor és el pes molecular, major és la fluïdea i per tant la facilitat d'us del material, pero menor és la seua resistència mecànica. Per a conseguir un poliestireno al mateix temps decorregut i resistent es pot acodir a distribucions bimodals de pesos moleculars, un actiu camp d'investigació en el poliestireno.

Ramificació

Les molècules de poliestireno formades en els processos industrials actuals són molt llineals. En laboratori és possible generar ramificació afegint al reactor substàncies com el divinilbenceno o peròxits tetrafuncionals pero el poliestireno aixina obtingut és més car i a penes presenta ventages front als seus equivalents llineals.

Tacticidad

El poliestireno cristal és completament atáctico; és dir: els grups fenilo es distribuïxen a un o un atre costat de la cadena central, sense cap orde particular. Per això es tracta d'un polímer completament amorfo (és dir, no cristalí).

Estructura del poliestireno alt impacte o antichoque

El poliestireno d'alt impacte (en anglés: High Impact PolyStyrene o HIPS) consistix en una matriu de poliestireno cristal en la qual estan disperses partícules microscòpiques de caucho, casi sempre polibutadieno.

Tipo de caucho

En la gran majoria dels casos el caucho utilisat és el polibutadieno, en concret graus fabricats en catalisadors de cobalt ("alt-cis") o liti ("baix-cis"). El pes molecular del polibutadieno utilisat sol estar comprés entre 180.000 i 260.000 g mol^-1. En algunes aplicacions molt minoritàries s'utilisa un elastòmer consistent en un dibloque estireno-butadieno. Per la seua major afinitat pel poliestireno (i per tant menor tensió superficial), este polímer forma partícules de menor tamany que les de polibutadieno. Fins als anys 1960 es va usar caucho estireno-butadieno (SBR) per a la modificació de poliestireno pero des de llavors ha segut substituït pel polibutadieno, que proporciona millors propietats mecàniques al producte.

Partícules de caucho

En la majoria dels poliestirenos comercials la fase elastomérica es presenta en forma de partícules en una estructura anomenada "tipo salami": una partícula més o menys esfèrica de polibutadieno que té a la seua volta en la seua interior partícules de poliestireno de diferents tamanys, a les que es denomina "oclusió". En alguns casos s'observen partícules en morfologia "core-shell" (que podria traduir-se com "núcleu-envoltura"), en les que el caucho forma solament una prima membrana al voltant d'una única oclusió de poliestireno, normalment de chicotet tamany (inferior a una micra de diàmetro).

Per a tindre un poliestireno d'alt impacte en bona resistència mecànica fan falta partícules tipo salami en un tamany comprés entre 1 i 6 micrómetros. Quan el tamany és inferior a una micra el producte es torna casi tan fràgil com el poliestireno cristal, si be la transparència aumenta, lo que pot ser interessant en algunes aplicacions.

El tamany de les partícules depén essencialment de tres factors:

• el cisallament durant la inversió de fases
• la relació de viscosidadés entre el polibutadieno i la matriu de poliestireno
• la cantitat de poliestireno empeltat

S'ha comprovat que una distribució bimodal de tamanys de partícula aumenta la resistència a l'impacte del material. Existixen diversos métodos químics i físics per a conseguir o a lo manco aproximar-se a la bimodalidad, sent el més habitual'amprar dos polibutadienos de viscosidad diferent. Al cocient entre el volum ocupat per les partícules de polibutadieno (incloent les oclusió) i el volum total del poliestireno se li denomina "fracció en volum de la fase elastomérica" (RPVF, sigles en anglés). En llínees generals, quant major és la RPVF millors són les propietats mecàniques del poliestireno choc. Per a aumentar la RPVF es pot afegir més polibutadieno pero açò té un greu inconvenient: el polibutadieno és més car que el estireno o que el propi poliestireno choc. Per això, la via preferida és aumentar la cantitat de poliestireno ocluido en l'interior de les partícules, lo que constituïx un dels objectius de tots els productors de poliestireno d'alt impacte.

Esgall

Durant la polimerisació de l'estireno, a voltes ocorre que un radicalliure ataca un dels dobles enllaços de les molècules de polibutadieno, formant aixina una molècula de poliestireno unida químicament a una de polibutadieno. Es diu llavors que el poliestireno està "esgall" en el polibutadieno.

L'esgall millora les propietats del poliestireno d'alt impacte per dos motius. Per un costat facilita la transmissió d'energia entre les fases polibutadieno i poliestireno. Per un atre, actua com un emulsionante, estabilisant la dispersió de partícules de caucho en la matriu de poliestireno. Els productors de poliestireno d'alt impacte tracten d'adaptar el seu procés per a maximizar l'esgall, a fi d'obtindre la millor relació possible entre propietats mecàniques del producte i cantitat de caucho utilisat.

Reticulación

Els dobles enllaços del polibutadieno també poden reaccionar entre sí, formant ponts entre les molècules. A açò se li denomina "reticulación" de la fase elastomérica. La reticulación és més intensa quant més temps passa el polibutadieno a alta temperatura. En el procés de producció del poliestireno choc ocorre sobretot en la secció de desvolatilisació.

Cert nivell de reticulación és necessari per a que el caucho siga elàstic pero, si la reticulación aplega massa llunt, el caucho es torna rígit i per tant el poliestireno pert part de la seua resistència mecànica.

Química del poliestireno

Forma estructural del monòmer d'estireno

Espectre de transmissió d'infrarrojos de la película de poliestireno.

A escala industrial, el poliestireno es prepara calfant el etilbenceno en presència d'un catalisador per a donar lloc al estireno. La polimerisació de l'estireno es dona per radicals lliures, polimerisació catiónica, polimerisació aniónica o sobre catalisador.

Mecanismes de reacció

El estireno pot polimerizar per quatre mecanismes diferents:

1. Per radicals lliures. Els radicals d'estireno es formen espontàneament, a major velocitat quant major siga la temperatura. Per això el estireno és almagasenat en tancs refrigerats i estabilisat en inhibidors, que consumixen els radicals lliures. La velocitat de reacció es torna significativa a partir d'una temperatura superior als 100 °C. Es pot accelerar afegint iniciadores com per eixemple peròxits, que generen radicals lliures adicionals.
2. Polimerisació aniónica
3. Polimerisació catiónica
4. Sobre catalisador

Per mig de l'us de catalisadors de Ziegler-Natta o de tipo metaloceno es pot controlar de forma precisa la tacticidad d'el polímer format. El poliestireno sindiotáctico es produïx industrialmente d'esta manera. En tots els casos la polimerisació de l'estireno genera la mateixa cantitat de calor: 165 calç g^-1.

Inversió de fases

En la producció de poliestireno d'alt impacte, el mig de reacció consistix inicialment solament en una fase, una solució de polibutadieno en estireno ("fase PB"). A mida que el estireno va reaccionant, el poliestireno generat escomença a precipitar (a partir de 2% de conversió) i forma aixina una fase distinta, la "fase PS", que consistix en partícules de poliestireno disperses en la fase PB. Les partícules de poliestireno van creixent i sent cada volta més numeroses fins que, en cert moment, ocupen un volum igual al de la fase PB. A partir de llavors la disposició de les fases s'invertix: la fase PS es convertix en el mig continu i la fase PB passa a formar partícules en el sí de la fase PS. A este fenomen se li denomina inversió de fases.

L'inversió de fases no és un fenomen puntual ni instantàneu sino que es desenrolla sobre un interval de conversió relativament ampli. El valor d'este interval depén de varis paràmetros, principalment el percentage de caucho i el grau d'esgall. En tot cas, és necessari un cert grau d'agitació en el reactor per a que ocórrega l'inversió de fases; en cas de no fer-se d'esta forma, el producte obtingut apareix com una mescla informe de poliestireno i polibutadieno, sense distinció clara entre les dos fases.

Durant l'inversió de fases la viscosidad de la mescla aumenta de forma notable. Açò permet que siga detectada en laboratori.

Propietats

Es descriuen les propietats del PS choque i el PS cristal. Per al EPS, vejau l'artícul principal Poliestireno expandit.

Propietats mecàniques

Propietat	PS cristal	PS antichoque	Comentaris
Mòdul elàstic en tracció (GPa)	3,0 a 3,4	2,0 a 2,5
Allargament de trencament en tracció (%)	1 a 4 | 20 a 65	El PS cristal no és res dúctil
Càrrega de trencament en tracció (MPa)	40 a 60	20 a 35
Mòdul de flexión (GPa)	3,0 a 3,4	1,6 a 2,9	El PS choque és molt més flexible que el cristal i similar al ABS
Resistència a l'impacte Charpy (kJ/m2)	2	3 a 12	El PS cristal és el menys resistent de tots els termoplàstics; el PS choque és intermig
Durea Shore D	85 a 90	60 a 75	El PS cristal és prou dur, similar al policarbonat. El PS choque és similar al polipropileno.

Font:

Propietats tèrmiques

Estructura del poliestireno vista al microscopi, en 200 auments.

El poliestireno "compacte" (sense injecció de gas en el seu interior) presenta la conductivitat tèrmica més baixa de tots els termoplàstics. Les bromera rígides de poliestireno XPS presenten valors encara més baixos de conductivitat, inclús menors de 0,03 W K^-1 m^-1, per lo que se sol utilisar com aïllant tèrmic.

No obstant, té relativament poca resistència a la temperatura, ya que reblandece entre 85 i 105 °C (el valor exacte depén del contingut en oli mineral). Quan el poliestireno és calfat les cadenes són capaces de prendre numeroses conformació. Esta capacitat del sistema per a deformar-se en facilitat sobre la seua temperatura de transició vítrea permet que el poliestireno siga molejat per calfament fàcilment.

Vore també: Aïllant tèrmic de poliestireno

Propietats òptiques

Mentres que el PS antichoque és completament opac i blanquecino pel polibutadieno que incorpora, el PS cristal és transparent. Té un índex de refracció entorn a 1,57, similar al del policarbonat i el PVC.

Les mescles de PS antichoque i PS cristal són més translúcidas pero també més fràgils quant més PS cristal contenen. És possible trobar un compromís entre abdós propietats de manera que els objectes fabricats, per eixemple gots desechables, siguen transparents al mateix temps que aceptablemente resistents.

Propietats elèctriques

El poliestireno té molt baixa conductivitat elèctrica (típicament de 10^-16 S m^-1), és dir, és un aïllant. Per les seues propietats sol usar-se en les instalacions d'alta freqüència

Aplicacions

Les ventages principals del poliestireno són la seua facilitat d'us i el seu cost relativament baix. Les seues principals desventages són la seua baixa resistència a l'alta temperatura (es deforma a menys de 100 °C, llevat en el cas del poliestireno sindiotáctico) i la seua resistència mecànica modesta. Estes ventages i desventages determinen les aplicacions dels distints tipos de poliestireno.

• El poliestireno antichoque s'utilisa principalment en la fabricació d'objectes per mig de molege per injecció. Alguns eixemples: carcasses de televisors, impressoras, portas i interiors de frigorífics, maquinillas d'afaitar desechables, joguets. Segons les aplicacions se li poden afegir aditius com per eixemple substàncies ignífugas o colorants.
• El poliestireno cristal s'utilisa també en molege per injecció allí a on la transparència i el baix cost són importants. Eixemples: caixes de CD, perches, caixes per a ous. Una atra aplicació molt important és en la producció de bromera rígides, denominades a voltes "poliestireno extruido" o XPS, a no confondre en el poliestireno expandit EPS. Estes bromera XPS s'utilisen per eixemple per a les fonts de carn dels supermercats, aixina com en la construcció.
• En Europa, la major aplicació del poliestireno és l'elaboració d'envasos desechables de productes làcteus per mig d'extrusió-termoformado. En estos casos se sol utilisar una mescla de choc i de cristal, en proporció variable segons es desige privilegiar la resistència mecànica o la transparència. Un mercat d'especial importància és el dels envasos de productes làcteus, que aprofiten una propietat casi exclusiva del poliestireno: el seu secabilidad. És açò lo que permet separar un yogurt d'un atre en un simple moviment de la mà.
• La forma expandida (poliestireno expandit) EPS, s'utilisa com a aïllant tèrmic i acústic i és àmpliament conegut baix diverses marques comercials (Poliexpan, Telgopor, Emmedue, Icopor, etc.).
• La forma extruida (poliestireno extruido) XPS, s'ampra com a aïllament tèrmic en sols, per la seua major resistència mecànica, i també com a ànima en panels sandwich de frontera. Pero el seu us més específic és el d'aïllant tèrmic en cobertes invertides, a on l'aïllament tèrmic es coloca damunt del impermeabilizante, protegint-ho de les inclemències del temps i allargant la seua vida útil.
• Atres aplicacions menors: indumentària deportiva, per eixemple, per tindre la propietat de surar en aigua, s'usa en la fabricació de jupetins salvavides i atres artículs per als deports aquàtics; o per les seues propietats llaugeres i amortiguadoras, s'usa en la fabricació de caixcos de ciclisme, caixcos per a motoristes i inclús els de Fòrmula 1 (és el EPS lo que realment protegix contra l'impacte en cas d'accident); també s'utilisa com aglutinant en certs explosius com el RDX i en el Napalm (per eixemple en el MK77).

poliestireno expandit vist en microscopi

• Aplicacions del poliestireno
• Erro al crear miniatura:
  Recipient per a menjars de poliestireno extruido (XPS).

Procés de producció

El procés més utilisat en l'actualitat per al poliestireno es basa en la polimerisació radical en massa. "Radical" significa que la reacció és iniciada per radicals lliures, generats tèrmicament per mig de molècules específiques denominades iniciadores. "En massa" significa que el mig de reacció està format essencialment per estireno i poliestireno, afegint-se a voltes un atre hidrocarbur inerte perfectament miscible en el estireno, a sovint etilbenceno, que servix per a moderar la velocitat de reacció. Les llínees basades en processos en emulsió i en solució han quedat antiquades hui dia, sent reservades a la producció de graus d'especialitat.

Existixen numeroses llicències de procés d'estireno disponibles en el mercat. Es diferencien en detalls tecnològics que tracten de millorar tant la calitat del producte com la productivitat del procés pero en essència el fondo del procés és el mateix per a totes.

Procés del poliestireno

1. Acondicionament de les matèries primeres. Al no estar basat en catalisadors, el procés del poliestireno pot acceptar concentracions altes d'impureas en les matèries primeres, per lo que pràcticament no es realisa purificació de les mateixes. Algunes plantes fan passar el estireno per un llit d'alúmina per a retirar el inhibidor de polimerisació.
2. Reacció. El estireno polimeriza espontàneament, més ràpit quant més alta siga la temperatura. Els reactors són en essència recipients en els que es fixa una temperatura (típicament entre 100 i 200 °C) i s'assegura l'homogeneïtat per mig d'agitació. Per a accelerar la reacció es poden afegir també peròxits, que actuen com iniciadores de polimerisació. Existixen molts dissenys diferents de reactor que es diferencien principalment per la forma d'evacuar la calor (per tubos interns o condensador extern), per la distribució de temps de residència (tanc agitat o fluix pistó) i pel tipo d'agitació.
3. Desvolatilisació. La conversió en els reactors oscila, segons el procés concret de que es tracte, entre un 60 i un 90%. El estireno no convertit i el etilbenceno són separats del poliestireno en la secció de desvolatilisació i recirculados a l'alimentació. Encara que els dissenys varien segons les llicències, la desvolatilisació consistix generalment d'un o varis recipients buits (cridats desvolatilizadores) en els que s'aplica alta temperatura i buit extrem a fi de deixar menys del 0,1% d'hidrocarburs residuals en el producte. No obstant, la temperatura no deu superar cert valor (entre 250 i 300 °C) per a no degradar les propietats del poliestireno.
4. Purificació del recicle. El estireno i etilbenceno separats en la desvolatilisació (corrent a la que es diu recicle) contenen gran part de les impurees introduïdes en les matèries primeres. En algunes plantes es procedix a una purificació del recicle, be per destilació en buit, be per mig de llits d'alúmina. En atres plantes simplement es porga una part del recicle, lo que permet mantindre la concentració d'impurees en el procés baix control.
5. Granulació. En el procés més freqüent, el poliestireno fos que ix del desvolatilizador passa per una renc de forats, formant fils de pocs milímetros de gruixa que són gelats en un bany d'aigua, secats i tallats en forma de chicotets cilindres als que es denomina granza. En un atre procés els fils es tallen abans de secar-els, en la ventaja de generar menys pols. Per últim, en una chicoteta minoria de plantes el tallador està situat directament dins del bany d'aigua, en una configuració idèntica a l'utilisada per a les poliolefinas per eixemple.
6. Expedició. El poliestireno és o ben enviat a sijas per a ser venut a granel o ben ensacado i embalado en palés d'una tonellada.

Particularitats del procés del poliestireno antichoque

El poliestireno antichoque es produïx segons un procés molt similar al del poliestireno cristal, per lo que a continuació solament s'enumeren les diferències. La diferència més òbvia és que cal dissoldre el caucho (normalment polibutadieno encara que en ocasions s'utilisa estireno-butadieno) en el estireno abans d'alimentar-ho als reactors. Per a això s'ampren grans tancs agitats. Els reactors poden tindre la mateixa geometria que els d'el poliestireno cristal pero el seu control és molt més delicat perque els paràmetros de la reacció influïxen en la morfologia de les partícules de polibutadieno (cantitat de partícules, tamany, forma), lo que té un gran efecte sobre les propietats mecàniques del producte final.

Per últim, la temperatura de desvolatilisació també deu ser controlada de forma més fina perque d'ella depén la reticulación del polibutadieno, que no deu ser ni excessiva ni insuficient.

Història

Inicis

El estireno va ser descobert en 1839 per Eduard Simon, un boticario de Berlín a partir del estoraque, la resina de l'arbre turc Liquidambar orientalis, que destila una substància aceitosa, un monòmer que ell va cridar estirol. Varis dies despuix, Simon va trobar que el estireno s'hi havia espesado, presumiblement per oxidació, convertint-se en una gelatina que va cridar òxit d'estireno (Styroloxyd). En 1845, el químic naixcut en Jamaica, John Buddle Blyth i el químic alemà August Wilhelm von Hofmann varen mostrar que la mateixa transformació de l'estireno es portava a terme en absència d'oxigen. Varen cridar a la seua substància metastyrol (anàlisis posteriors varen mostrar que era químicament idèntic al Styroloxyd). En 1866 Marcelin Berthelot va identificar correctament la formació de metastyrol /Styroloxyd a partir de l'estireno com un procés de polimerisació. Estes experiències es varen quedar en meres curiositats de laboratori. Casi uns 80 anys més vesprada, en 1920, l'alemà Hermann Staudinger (1881–1965) va ser el primer en sintetisar deliberadament poliestireno en el seu laboratori, i en explicar el fenomen per mig d'una "teoria de la polimerisació" (va descobrir que el calfament de l'estireno inicia una reacció en cadena que produïx macromoléculas). Açò va dur a la substància que rep el seu actual nom, poliestireno. La seua teoria va desnugar una forta controvèrsia i va ser rebujada per la comunitat científica de l'época. No obstant, Staudinger va continuar el seu treball, sent recompensat en el Premi Nobel de Química en 1953.

Poliestireno cristal

L'empresa alemana BASF (integrada per llavors en el conglomerat IG Farben) es va interessar pels polímer i va iniciar un programa d'I+D. Varen obtindre èxit quan varen desenrollar una vasija de reactor que extruía el poliestireno a través d'un tubo calfat en tallador, produint poliestireno en forma de grànuls. Això va dur a la primera producció comercial de poliestireno en Ludwigshafen, al voltant de 1931, esperant que anara un substitut adequat del zinc fos a pressió en moltes aplicacions. Una figura clau d'este programa va ser Herman F. Mark.

Per la mateixa época, la nortamericana Dow, que havia produït grans cantitats d'etilbenceno per a un mercat que al final no va desapegar, va decidir transformar-ho en estireno i desenrollar de forma fulgurant el seu propi procés de producció de poliestireno.

BASF utilisava un sofisticat procés continu de polimerisació en massa que permetia una alta productivitat i un bon control de la calitat del producte. Cada planta tenia varis reactors en série, cridats "reactors-torre" per la seua forma de cilindres verticals. En comparació, el procés de Dow era molt rudimentari: el estireno es deixava simplement reaccionar en l'interior de llandes metàliques calfades durant dies. Això no va impedir a Dow llançar el seu poliestireno al mercat en 1938.

Tant en Amèrica com en Europa lo que llimitava la producció de poliestireno era el suministrament del monòmer, el estireno. El problema es va agudisar durant la Segona Guerra Mundial perque el estireno es va convertir en matèria primera estratègica, en ser un dels ingredients clau del caucho sintètic. En terminar la guerra, el estireno produït per les numeroses plantes construïdes en Estats Units va quedar disponible per a atres usos. Va ser llavors quan la producció de poliestireno va desapegar realment.

Els tècnics de Dow varen poder visitar les fàbriques de BASF despuix de la derrota d'Alemània en 1945 i es varen quedar sorpresos de la sofisticació tecnològica dels alemans. Immediatament varen aplicar el coneiximent obtingut per a desenrollar un procés semicontinuo de polimerisació en massa, que varen instalar en la seua planta de Midland (Míchigan, EE. UU.) i que va ser un gran èxit comercial.

En els anys següents Koppers Chemical va posar a punt un procés alternatiu basat en la polimerisació en suspensió, que aportava algunes ventages en la calitat del producte i que va tindre gran èxit comercial a partir de la década dels 1950.

No obstant, la polimerisació en massa va seguir sent utilisada i a partir dels anys 1980 va tornar a prendre la davantera en tecnologia, convertint-se en més econòmic tant en inversió com en despeses d'operació. Ademés el procés en suspensió genera aigua contaminada en fosfat que, en l'enduriment de les normes migambientals, s'ha convertit en un problema cada volta major. Poc a poc les plantes de suspensió han anat sent abandonades, quedant actualment dedicades solament a la producció de poliestireno expandit i d'uns pocs graus d'especialitat de poliestireno cristal.

Poliestireno expandit

Artícul principal → poliestireno expandit.

BASF i Dow varen desenrollar independentment el poliestireno expandit a principis dels anys 1940. El procés de BASF, basat en l'us de pentano com a agent espumante, va resultar ser molt superior i en la posguerra va passar a ser l'únic utilisat industrialmente.

La demanda de poliestireno expandit es va disparar a finals dels anys 1960 gràcies en part a l'invenció d'extrusores que permetien l'injecció directa de pentano al poliestireno líquit.

Poliestireno d'alt impacte

Des del primer moment va estar clar que el poliestireno cristal tenia una gran desventaja: el seu fragilitat. Per això tempranamente va sorgir l'idea de reforçar-ho en caucho natural (palés d'Ostromislensky, 1927).

Pero la producció industrial era complicada per la tendència del caucho a reticular en els reactors formant geles. Despuix de numerosos experiments fallancs, en 1954 Dow va donar en la solució: afegir al seu procés una etapa de "prepolimerisació" baix fort agitació. Monsanto va aplegar a la mateixa conclusió casi simultàneament i abdós empreses es varen enredrar en un llarc pleit sobre palesos.

Per la seua major complexitat tècnica i per la varietat de les seues aplicacions, la major part de l'esforç d'investigació i desenroll de productes realisat pels fabricants de poliestireno s'ha centrat en el poliestireno impacte. Hui dia és una tecnologia tan sólidamente establida com la del poliestireno cristal.

Poliestireno sindiotáctico

En 1985 la japonesa Idemitsu va sintetisar per volta primera poliestireno sindiotáctico (sPS) i tres anys més vesprada va iniciar una colaboració en Dow per a la seua producció industrial. En 1996 Dow va obrir una planta de sPS en Schkopau (Alemània) pero en 2005 va tindre que tancar-la pel seu escàs èxit comercial.

Reciclage

La majoria dels productes de poliestireno no es reciclen actualment per la falta d'incentius per a invertir en compactadores i la llogística per a desplaçar els materials. Per la baixa densitat de la bromera de poliestireno, la seua recolecció no és econòmica. No obstant, si el material de rebuig passa per un procés de compactación inicial, el material canvia la seua densitat de 30 kg/m³ típicament a 330 kg/m³ i es convertix en un material d'alt valor per als productors de pellets plàstics reciclats. Els residus de poliestireno expandit poden afegir-se fàcilment a productes tals com els panels d'aïllament EPS i atres materials en aplicacions en construcció; no obstant, molts fabricants no poden obtindre material suficient pels problemes de recolecció mencionats en anterioritat. Quan no s'usa per a fer més EPS, el desbromat pot convertir-se en productes com a ganchos per a roba, banca de parcs, tests, joguets, regles, contenidors per a llavors, marcs per a fotografies i molduras per a construcció, tots fets en poliestireno reciclat. Actualment, prop de 100 tonellades d'EPS són reciclades cada més en el Regne Unit i hi ha esforços en atres països, com Mèxic, per a fomentar la recolecció, compactar i reutilisació.

En Espanya, els envasos de poliestireno expandit EPS deuen depositar-se en el contenidor groc de residus domèstics.

Normativa

• ISO 1622-1 Plàstics - Poliestireno (PS)- Partix 1: Sistema de designació i bases per a les especificacions (ISO 1622-1:1994)
• ISO 1622-2 Plàstics - Poliestireno (PS)- Partix 2: Preparació de mostres d'ensaig i determinació de les propietats (ISO 1622-2:1995)
• ISO 2897-1 Plàstics - Poliestireno resistent a l'impacte (PS-I)- Partix 1: Sistema de designació i bases per a les especificacions (ISO 2897-1:1997)
• ISO 2897-2 Plàstics - Poliestireno resistent a l'impacte (PS-I)- Partix 2: Preparació de mostres d'ensaig i determinació de les propietats (ISO 2897-2:2003)

Vore també

• Polibutadieno
• Poliestireno d'alt impacte
• Poliestireno expandit
• Poliestireno extruido
• Polimetilmetacrilato
• Poliuretano
• Termoarcilla
• Termoplàstic

Bibliografia

• (2003) John SCHEIRS i Duane PRIDDY (ed.). google. com/books? id=FRGoFxKels4C Modern Styrenic Polymers (en anglés), Wiley.

Enllaços externs

Commons

• Wikimedia Commons alberga contingut multimèdia sobre Poliestireno.
• geoscopio. com/escaparate/portada. cgi? idempresa=5483 Associació Ibèrica del Poliestireno Extruido. (XPS)
• anape. es/ Associació Nacional de Poliestireno Expandit.
• textoscientificos. com/polimeros/poliestireno Poliestireno, artículs científics, métodos de fabricació i usos.
• com/que-hay-detras-de-les-cifras-de-ecoembes/ Ecoembes
• sciencedirect. com/science/artícul/abs/pii/S0144861719304527 Bio-poliestireno de cristals de celosa, millor aïllant que el poliestireno, soporta 200 voltes el seu pes