PS / Polystyrol

Polystyrol oder PS ist vielfältig einsetzbar

Polystyrol ist ein transparenter Werkstoff, der in geschäumtem Zustand weiß wird und zu den Thermoplasten zählt. Expandiertes Polystyrol ist als meist weißes Dämmmaterial oder Verpackungsmaterial unter dem Produktnamen Styropor bekannt. In extrudierter Form werden Schaumstoffe daraus hergestellt. Es besitzt eine hohe Steifigkeit und Härte, ist wegen seiner geringen Zähigkeit bei Schlagbeanspruchung aber bruchempfindlich. Das Material lässt sich problemlos kleben und ist dimensionsstabil. Es enthält keine Weichmacher oder anderen Additive. Als Folie ist es in verschiedenen Varianten erhältlich, die je nach Einsatzgebiet modifiziert werden können.

Taktizität von Polystyrol

Mit der Taktizität wird bei Polystyrolen die Stellung der Phenylgruppe (C6H5) bezeichnet. Beim ataktischen Standardpolystyrol sind die Phenylgruppen unregelmäßig angeordnet. Syndiotaktische Polystyrole verfügen auf beiden Seiten der Kette über regelmäßig angeordnete Phenylgruppen. Und bei den isotaktischen Polystyrolen sind die Phenylgruppen regelmäßig angeordnet und in eine Richtung ausgerichtet. Die Taktizität wirkt sich auf die physikalischen Eigenschaften des Polystyrols aus. So ist zum Beispiel isotaktisches PS wegen seiner geringen Kristallisationsgeschwindigkeit für die industrielle Verarbeitung nicht interessant, syndiotaktisches wird bei einigen Spezialanwendungen eingesetzt, während ataktisches Polystyrol ein kostengünstiger Kunststoff mit breitem Einsatzbereich ist.

Physikalische und chemische Eigenschaften von PS

Das harte und spröde Material aus unmodifizierten Polystyrolen ist durchlässig für Sauerstoff und Wasserdampf. Expandiert hat es eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit, was seinen Einsatz als Dämmstoff im Bauhandwerk erklärt.
Gegenüber Laugen und Säuren ist PS gut beständig, ebenso gegenüber heißem Wasser und Kühlmittel. Von Lösungsmitteln wie Benzin wird es aber angegriffen. Außerdem ist es empfindlich gegen UV-Einstrahlung. Bei Lichteinwirkung versprödet es, bekommt Spannungsrisse und verrottet schließlich. Beim Verschweißen mit Hilfe von Methylenchlorid wird es angelöst und unter Druck fast nahtlos verbunden.

Die Herstellung von Polystyrol

Polystyrole werden durch Polymerisation des ungesättigten, aromatischen Kohlenwasserstoffs Styrol gewonnen. Dabei wird wie auch bei Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) eine Kettenpolymerisation ausgelöst. Styrol wird durch Dehydrierung aus Ethylbenzol gewonnen.
Extrudierbares Polystyrol wird als Granulat an Verarbeiter geliefert und trägt die Bezeichnung XPS. Es wird zu diversen Kunststoffteilen oder Behältern, zum Beispiel Lebensmittelverpackungen verarbeitet. Unter der Bezeichnung EPS wird expandierbares Polystyrol als Granulat geliefert. Die Granulatkügelchen werden während der Polymerisation mit Gaseinschlüssen ausgestattet. Beim Verarbeiter wird dieses EPS-Granulat durch Wasserdampf auf über 100 °C erwärmt. Das Gas im Granulat expandiert, während die Blasen weich werden und verschmelzen. Beim Abkühlen entsteht ein sehr leichter, fest geformter Körper.

Verarbeitung und Einsatzgebiete von Polystyrolfolie

Polystyrolfolie ist transparent und findet vor allem in der Verpackungsindustrie Verwendung. Gereckte Polystyrolfolie wird auch in der Elektrotechnik angewendet, etwa bei der Herstellung von Kondensatoren. Druckfarben und Klebstoffe haften gut an Polystyrolfolien und sie zeichnen sich durch eine sehr geringe Feuchtigkeitsaufnahme aus. Polystyrolfolie ist warm verformbar und gesundheitlich unbedenklich. Die Oberfläche ist sehr glatt und die Folie verfügt über eine sehr gute Lichtdurchlässigkeit. Die Folie ist chemikalienbeständig und gut stanzbar. Sie wird in der Lebensmittelindustrie zum Beispiel als Trennfolie zwischen Wurst-, Käse- oder Fleischscheiben verwendet, weil sie als geruchlose und geschmacksneutrale Folie über hohe Eigensteifigkeit und, daraus resultierend, eine sehr gute Planlage verfügt. Schnittkanten fransen nicht aus und splittern nicht, so dass eine Verunreinigung verpackter Lebensmittel ausgeschlossen ist. Auch als Fensterfolien für Briefkuverts und Isolierfolie für Kabel wird Polystyrolfolie eingesetzt.

Anwendungsbereiche von EPS

Geschäumtes Polystyrol kennt jeder Mann und jede Frau von den Formteilen in der Verpackungsindustrie. Vom Computerbildschirm bis zu Waschmaschine werden Geräte, die gut geschützt transportiert werden sollen, in Styropor verpackt. Dabei wird der Produktname Styropor auch für EPS-Schäume anderer Hersteller verwendet. Neben der Verpackungsindustrie wird EPS auch im Bauwesen und in der Modellschreinerei sowie im hobbymäßigen Modellbau breit eingesetzt. Hartschaum aus PS lässt sich aber nicht nur durch das oben beschriebene Verfahren aus expandierbarem Granulat herstellen, sondern auch durch eine spezielle Art der Extrusion. Dabei wird Polystyrolgranulat zusammen mit einem Treibmitel unter Wärmezufuhr aufgeschäumt und wie beim Extrudieren üblich durch eine Öffnung gepresst. So entsteht ein XPS-Hartschaum, der feinporig und homogen ist und zudem eine geschlossene Oberfläche besitzt. Er ist dadurch dicht gegenüber Luft und Wasser und wird deswegen häufig im Bauwesen verwendet.

Recycling von EPS aus dem Verpackungsbereich

Polystyrol ist nur langsam biologisch abbaubar und deswegen ein Problem, wenn es in die Umwelt gelangt. Weil es günstig in den Produktionskosten ist und in vielen Fällen einfach zu verarbeiten, wird es insbesondere als EPS aber in sehr vielen Bereichen eingesetzt. Ein weitgehendes Recycling der produzierten Menge ist daher eine wichtige Maßnahme zur Reduktion der Umweltbelastung durch EPS. In klassischen Recyclingverfahren wird Styropor mechanisch zerkleinert und teilweise eingeschmolzen. Das Material kann dann wieder für neue Produkte verwendet werden, allerdings ist mit dem Recyclingprozess meist ein Downcyclingeffekt verbunden. Diese Verfahren werden beim Recycling von Styropor aus der Verpackungsindustrie bereits seit 20 Jahren erfolgreich eingesetzt. Für Styropor aus der Bauindustrie gibt es derzeit kein funktionierendes Recyclingsystem, es wird aber daran geforscht, diese Lücke zu schließen.

Recyclingverfahren für andere EPS-Anwendungsgebiete

Eine andere Möglichkeit des Recyclings für EPS oder XPS ist chemisches Recycling, bei dem Polystyrol in seine Monomere zerlegt wird. Aus den gewonnenen Monomeren lassen sich ohne Downcycling neue Kunststoffe herstellen. Solche Verfahren befinden sich in der Erprobung, werden aber noch nicht großtechnisch eingesetzt. Perspektivisch kann durch solch innovative Verfahren der Anteil recycelter Polystyrolprodukte erhöht werden. Auch für Polystyrole aus der Bauindustrie sollten damit Recyclingmöglichkeiten geschaffen werden. Ressourcenschonung und das Reduzieren von Abfällen erhöht die Akzeptanz von Polystyrolprodukten und spart gleichzeitig, langfristig Kosten.

Entwicklungspotenziale von Polystyrol-Materialien

In der Kunststoffindustrie wird intensiv an der Entwicklung nachhaltigerer Alternativen zu herkömmlichem Polystyrol gearbeitet. Biologisch abbaubares Polystyrol auf Basis nachwachsender Rohstoffe stellt eine mögliche Lösung dar, um die Umweltbelastung zu verringern. Erste Produkte aus EPS, das zu 100 Prozent aus nachwachsenden Rohstoffen erzeugt wurde, sind bereits auf dem Markt. Bei der Produktion können bis zu 75 Prozent CO2 gegenüber EPS aus der Petrochemie eingespart werden. Das Material kann wie fossil erzeugtes EPS zu 100 Prozent in den Recyclingprozess eingebracht werden.

Daneben wird auch an verbesserten Recyclingtechnologien geforscht, die eine effizientere Wiederverwertung von Polystyrol ermöglichen. Mit Modifizierungen von Polystyrol-Materialien sollen die mechanischen Eigenschaften des Materials verbessert werden, um es für neue Anwendungen nutzbar zu machen. Höhere Schlagzähigkeit und verbesserte UV-Beständigkeit sind Bereiche, die durch den Einsatz von Nanotechnologie und innovativen Additiven verbessert werden sollen.

Polystyrol in der Medizintechnik

Auch in der Medizintechnik kommt Polystyrol vielfach zum Einsatz. Das Material besitzt hohe Reinheit und lässt sich gut sterilisieren. Zum Beispiel wird Polystyrol zur Herstellung von Petrischalen, Reagenzgläsern und anderen Laborbehältern benutzt. Durch seine gute chemische Beständigkeit eignet sich Polystyrol für die sichere Aufbewahrung von biologischen Proben und Reagenzien. Auch für medizinische Verpackungen wird Polystyrol verwendet, weil es guten Schutz vor Feuchtigkeit und Kontamination bietet. Neue Entwicklungen und Forschungsarbeiten lassen erwarten, dass bald noch widerstandsfähigere und sicherere Produkte aus Polystyrol für die Medizintechnik auf den Markt kommen.

FAQ