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Polistirene




È un polimero termoplastico, ovvero può essere fuso e rimodellato, dalla struttura lineare. A temperatura ambiente è una plastica rigida trasparente; oltre i 70 °C, al crescere della temperatura diviene sempre più plastico e scorrevole, inizia a decomporsi alla temperatura di 270 °C.
Il polistirolo espanso si presenta in forma di schiuma bianca leggerissima, spesso modellata in sferette o chips, e viene usato per l'imballaggio e l'isolamento.
Chimicamente inerte verso molti agenti corrosivi, è solubile nei solventi organici clorurati (ad esempio diclorometano e cloroformio) trielina e in alcuni solventi aromatici (benzene, toluene) solvente nitro, acetone.

Storia

Fu ottenuto per la prima volta casualmente nel 1928, dalla polimerizzazione spontanea di un campione di stirene lasciato esposto alla luce, ma la reazione non fu compresa e descritta fino al 1945.
Con la messa a punto della sintesi industriale dello stirene (1949), fino ad allora ottenuto solo da fonti vegetali, il polistirolo cominciò ad essere proposto come sostitutivo del vetro e di altre materie usate all'epoca per produrre manufatti (celluloide, ebanite, legno).
In seguito allo sviluppo delle tecniche di stampaggio per iniezione, il polistirene divenne rapidamente una delle materie plastiche più diffuse ed utilizzate nel mondo.

Sintesi

La polimerizzazione dello stirene - spontanea benché lentissima anche a temperatura ambiente se lo stirene non contiene appositi composti inibitori - è una reazione di polimerizzazione per addizione che viene spesso iniziata da prodotti (detti iniziatori) capaci di produrre radicali, quali ad esempio i perossidi.



La reazione è esotermica e la regolazione della temperatura deve essere tale da non permettere il surriscaldamento del reattore. Viene condotta in diverse modalità, in funzione del tipo di impianto e dei volumi di produzione coinvolti
" in massa: il reattore contiene solo lo stirene e l'iniziatore, la temperatura viene mantenuta tra i 50 °C ed i 150 °C;
" in sospensione: lo stirene viene mantenuto sospeso in acqua per agitazione continua; l'aggiunta dell'iniziatore provoca la polimerizzazione delle gocce di stirene, che si trasformano in sferette di polimero;
" in emulsione: lo stirene viene mantenuto in emulsione in acqua attraverso opportuni prodotti tensioattivi.
In funzione delle condizioni di reazione è possibile regolare la lunghezza delle catene polimeriche, che solitamente consistono di un numero di residui di stirene compreso tra 500 e 2000. La lunghezza della catena determina la viscosità del polimero.
Il polistirene viene generalmente venduto in forma di sferette o piccoli chips trasparenti, adatti per essere fusi ed iniettati negli stampi o trasformati, per calandratura, in lastre per termoformatura o per l'accoppiaggio.

Proprietà

In forma non espansa il suo peso specifico è di 1050 kg/m3, è trasparente, duro, rigido, di discrete proprietà meccaniche e resistente a molti agenti chimici acquosi. È un ottimo isolante elettrico per condensatori, ed è praticamente anigroscopico.
Una prerogativa che lo rende estremamente versatile è la facilità con cui può essere colorato, sia con tinte lucide che opache. L'aggiunta del colore può essere fatta al momento dello stampaggio - fondendo il polistirolo nello stampo del pezzo insieme al pigmento colorante - oppure prima dello stampaggio, inglobando il pigmento nella massa del polimero prima di ridurlo in chips per lo stampaggio.


Lastra di polistirolo espanso


Una lastra di polistirolo spessa circa 1 cm attraversata dalla luce solare.

Applicazioni

Col polistirene viene realizzato un numero enorme di manufatti - contraddistinti dalla sigla PS - nei più disparati settori applicativi: domestico, industriale, alimentare. Il polistirolo si è sostituito negli anni ad altri materiali quali il vetro, l'alluminio, il legno per le sue proprietà meccaniche ed elettriche, la maggior parte dei piatti, bicchieri e posate di plastica sono di PS sia che siano colorati o no il numero 6 all'interno del simbolo di riciclabilità ne è la conferma come la presenza della scritta PS sul manufatto.
Il polistirolo è inoltre utilizzato come materiale per la creazione di modelli al posto della cera nei processi di fonderia detti a microfusione (lost foam). Il vantaggio rispetto alla cera che deve essere sciolta e fatta uscire dallo stampo, è che il polistirolo a contatto con il metallo fuso sublima lasciando così la cavità vuota.
E' anche largamente utilizzato per i sistemi di isolamento a cappotto, in particolare viene utilizzato l'EPS 120 in pannelli di diverso spessore e di dimensioni da 100X50 centimetri.

EPS o polistirolo espanso (discontinuo)

Si ottiene immergendo in acqua il granulo di polistirolo in quantità nota, si aggiunge all'acqua una quantità di pentano dal 2% al 8% poi si comprime il liquido in questo modo il pentano (insolubile in acqua) trova la sua via di fuga diffondendosi all'interno del granulo che quindi risulta essere caricato di questo idrocarburo (pentano) alla fine del processo. Il granulo così trattato può essere stoccato per qualche mese prima di subire l'espansione. Per ottenere il pallino bianco e leggero si mettono questi granuli in una camera chiusa che ha una parete mobile e la possibilità di soffiare vapor d'acqua all'interno.
Il vapore a circa 120-130 °C determina il rammollimento della plastica e di conseguenza il successivo rigonfiamento dovuto all'ebollizione stessa del pentano imprigionato nel polimero. Si ottiene quindi una miriade di sferette di schiuma di polistirolo. La fase successiva porta la temperatura del vapore ancora più su per fare fondere la superficie esterna della sferetta. La parete mobile della camera si sposta come in una pressa e sinterizza il monoblocco di pallini di EPS. Solitamente questi blocchi sono di dimensioni ragguardevoli e devono essere tagliati in lastre per poter essere venduti. possono essere tagliati a filo caldo o con filo a movimento intermittente. La densità che si raggiunge è di 20-50 Kg/m3.

XPS polistirolo espanso estruso (continuo)

In un estrusore a vite senza fine, viene fatto fondere il polistirolo granulo, viene addizionato del gas con pompe ad alta pressione, viene condizionato e fatto uscire nella forma voluta attraverso una trafila posta al fondo dell'estrusore. All'uscita il salto di pressione determina la schiumatura del gas dal PS. La densità che si raggiunge in questo modo è di 35 Kg/m3 Un blocco di polistirolo espanso pesa circa 30 volte meno dello stesso volume di acqua.
L'espanso trova ampio uso nella produzione di imballaggi. Inoltre, essendo un isolante termico con un ottimo rapporto prezzo/prestazioni ed essendo facile da installare è molto usato in edilizia per l'isolamento degli edifici e nella realizzazione di pannellature sandwich isolanti .

 
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