تولید پلی‌استایرن در سراسر جهان طی سال‌های گذشته به دلیل کاربردهای فراوان آن در زمینه‌های مختلف بیشتر به چشم می‌خورد. نیازهای همیشگی بازار به پلی استایرن باعث افزایش ضایعات آن در محل دفن زباله و بدتر شدن محیط‌زیست شد. همچنین نیاز فزاینده به polystyrene منجر به فرسودگی نفت (یک منبع انرژی تجدیدناپذیر) شد، زیرا polystyrene یک محصول مشتق شده از نفت است محققان از سرتاسر جهان چند تکنیک مانند تکنیک‌های بازیافت و بازیابی انرژی را برای مراقبت از ضایعات polystyrene کشف کردند. بااین‌وجود، تکنیک‌های بازیافت دارای معایبی مانند هزینه‌های هنگفت نیروی کار در فرایند جداسازی و ایجاد آلودگی آب و در نتیجه کاهش پایداری فرایند هستند. به دلیل این معایب، محققان توجه خود را بر روی تکنیک بازیابی انرژی متمرکز کردند.
در این مطلب موضوعات زیر را مطالعه خواهید کرد:
معرفی پلی استایرن
پلی استایرن یا PS یک گرمانرم یا ترموپلاستیک است که آمورف (غیر متبلور)، سخت، جامد، بی‌رنگ، شفاف، شکننده، صلب، مقاوم در برابر تشعشعات گاما و غیرقطبی است همچنین به دلیل وجود حباب‌های هوا در داخل، یک عایق الکتریکی عالی است؛ اما در برابر اشعه ماورای‌بنفش و مواد شیمیایی مقاومت بالایی ندارد. PS یک ماده پلاستیکی حجمی است. این ماده کاربرد وسیعی دارد و از پلیمریزاسیون استایرن ساخته می‌شود. polystyrene (PS) از مونومرهای استایرن به‌دست‌آمده از پتروشیمی مایع و شامل یک زنجیره هیدروکربنی طولانی با گروه‌های فنیل مرتبط با اتم‌های کربن متناوب (سبک‌وزن و شامل ۹۵٪ هوا) است.
در حال حاضر، بیشتر ضایعات پلی استایرن به دلیل مشکلاتی که هنگام جداسازی و تمیزکردن پلی‌استایرن به وجود می‌آید تولید می‌شوند. همچنین در محل‌های دفن زباله دفع می‌شوند و قابل‌بازیافت نیست. این امر باعث ایجاد تهدید برای محیط‌زیست، آسیب به انسان، حیات‌وحش و آبزیان می‌شود؛ بنابراین، تبدیل پلی استایرن به محصولات باارزش از طریق پیرولیز بسیار مهم می‌شود. فرایند پیرولیز شامل گرم‌کردن پلاستیک در دمای بالای ۳۰۰ تا ۹۰۰ درجه سانتیگراد در غیاب اکسیژن است. همچنین در آن زنجیره‌های پلیمری طولانی به مایعات و محصولات گازی با وزن مولکولی کم تجزیه می‌شوند.
مزایا و معایب پلی استایرن
از مزایای پلی استایرن می‌توان به ارزان‌بودن و حجم بالای پلاستیک، عایق برق و وضوح نوری خوب، تلفات دی‌الکتریک کم، شفاف و بی‌رنگ، قالب‌زنی راحت، مقاوم در برابر چندین قلیایی و اسیدهای رقیق شده، مقاوم در برابر گاما، اشعه ماورای‌بنفش و مواد شیمیایی اشاره کرد. همچنین شکننده بودن و قابلیت اشتعال بالا از معایب آن است. ازآنجایی‌که نفت ماده اصلی سنتز polystyrene است، بازیابی روغن‌مایع از polystyrene از طریق روش پیرولیز یک تکنیک امیدوارکننده است. روغن بازیافتی در مقایسه با سوخت تجاری موجود ارزش حرارتی بیشتری دارد. در پنجاه سال گذشته، پلاستیک نقش مهمی را در ارتقای جامعه بشری داراست.
این امر انگیزه‌ای در توسعه بخش‌های متعددی مانند بسته‌بندی، الکترونیک، خودرو، پزشکی، ساخت‌وساز و غیره ایجاد می‌کند. باتوجه‌به افزایش سریع جمعیت جهان، نیاز بازار به پلاستیک افزایش‌یافته است. یکی از پلاستیک‌های مهم و پرکاربرد پلی استایرن (PS) است که ارزان، سخت و شفاف است و با مواد رنگی قابل رنگ‌آمیزی است. این پلیمر مقاوم در برابر حرارت، سبک‌وزن و استحکام و دوام خوبی از خود نشان می‌دهد که این پلیمر را برای کاربردهای مختلف مناسب می‌کند. طیف وسیعی از کاربردها شامل بسته‌بندی، تولید اسباب‌بازی و اقلام خانگی مانند محفظه کامپیوتر و لوازم آشپزخانه و غیره است. بااین‌حال، ضایعات فوم پلی استایرن منبسط و پس از بازیافت ویژگیهای فوم خود را از دست می‌دهند.
مزایای استفاده از پلی استایرن در ساخت مواد بسته بندی
پلی استایرن به طور گسترده در ساخت مواد بسته‌بندی به‌ویژه بسته‌بندی مواد غذایی و همچنین مواد اولیه غذایی استفاده می‌شود و برخی از نمونه‌ها شامل فنجان‌های نوشیدنی است. ذرات کوچک بسته‌بندی مواد غذایی می‌توانند به داخل غذا نفوذ کنند، بنابراین، FDA باید مراقب اقلام بسته‌بندی مواد غذایی باشد. FDA هر بسته‌بندی مواد غذایی را بر اساس سه پارامتر مواد، سطوح ایمنی و دوز تجمعی ارزیابی می‌کند. FDA به طور گسترده پلی استایرن را ارزیابی کردند، زیرا ذرات استایرن می‌توانند حتی پس از تولید باقی بمانند. پس از ارزیابی‌های گسترده، FDA یافته‌های خود را خلاصه کرده و می‌گوید که پلی‌استایرن برای استفاده به‌عنوان یک ماده بسته‌بندی مواد غذایی بی‌خطر است. همچنین می‌تواند بدون آسیب رساندن به مواد غذایی با آن تماس داشته باشد.
میزان مصرف قابل‌قبول استایرن برای هر فرد در روز حدود ۹۰۰۰۰ میکروگرم است، درحالی‌که با محصولات پلی‌استایرن، میزان مصرف روزانه حدود ۶.۶ میکروگرم است. polystyrene به کاهش احتمال بیماری‌های ناشی از غذا کمک می‌کند، به همین دلیل است که مواد بسته‌بندی برای استفاده در بیمارستان‌ها، مدارس، کافه‌تریا، غذاخوری‌ها، خانه‌های سالمندان، خانه‌ها و غیره بسیار توصیه می‌شود. باخاصیت عایق بودن غذای گرم، گرم و غذای سرد، سرد می‌ماند. به‌عبارت‌دیگر، بسته‌بندی polystyrene بهترین گزینه برای تازه نگه‌داشتن مواد غذایی است. قیمت ارزان بسته‌بندی polystyrene آن را به انتخابی فوری برای صنعت خدمات غذایی تبدیل می‌کند. همچنین نرخ عمده‌فروشی پلی استایرن می‌تواند تا پنج برابر کمتر از سایر جایگزین‌ها، مانند بسته‌بندی‌های مبتنی بر کاغذ و غیره باشد.
کاربردهای دیگر پلی استایرن
علاوه بر صنعت بسته‌بندی مواد غذایی، این ماده برای ساخت وسایل برقی و الکترونیکی مانند یخچال، فر، تهویه‌مطبوع، جاروبرقی، مایکروویو، همزن، مخلوط‌کن، ماشین لباسشویی، کامپیوتر، تلویزیون، تجهیزات فناوری اطلاعات و غیره استفاده می‌شود. همچنین در ساخت قطعات مختلف اتومبیل مانند دستگیره، پانل درها، صداگیر، صندلی کودک غیره استفاده می‌شود. PS به‌عنوان یک ماده عایق در سقف و دیوار ساختمان‌ها، انبارهای صنعتی، یخ‌زن‌ها، در ساخت دستگاه‌های پزشکی مانند لوله‌های آزمایش، اجزای تشخیصی، سینی‌های کشت و همچنین برای ساخت محصولات بسته‌بندی فوم مانند کارتن تخم‌مرغ، کارتن حمل‌ونقل و غیره استفاده می‌شود
سوالات متداول پلی استایرن چیست؟
۱- بزرگترین مشکل polystyrene چیست؟
پلی استایرن دیر تجزیه می‌شود. در صورت دفع نادرست، فوم می‌تواند مواد شیمیایی را وارد محیط کند و به منابع آب آسیب برساند و تحقیقات نشان می‌دهد که فوم پلاستیکی هزاران سال در محیط ما دوام می‌آورد.
۲- محصولات پلی استایرن چگونه تشکیل می‌شوند؟
دانه‌های کروی پلی‌استایرن با بخار گرم می‌شوند و مهره‌ها حاوی یک عامل منبسط‌کننده یا هیدروکربن هستند. با جوشیدن هیدروکربن، دانه‌ها شروع به بزرگ‌شدن می‌کنند و چهل برابر اندازه اصلی خود می‌شوند.
۳- آیا پلی استایرن عایق خوبی است؟
با مقادیری از ۰.۰۳۴ تا 0.038 W/mK، ممکن است پلی‌استایرن عنوان بهترین عایق حرارتی را نداشته باشد، اما ویژگیهای منحصر به فردش، آن را به یک انتخاب قانع‌کننده برای عایق‌کاری در کاربردهای مختلف تبدیل می‌کند.
۴- ویژگیهای خاص polystyrene چیست؟
توجه به این نکته مهم است که بسیاری پلی‌استایرن را به دلیل خواص غیرحرارتی آن، از جمله مقاومت فشاری چشمگیر و ویژگیهای مقاوم در برابر رطوبت که به طور قابل‌توجهی در عایق XPS برجسته هستند، جستجو می‌کنند.
۵- نحوه تخریب polystyrene چگونه است؟
مطالعات نشان می‌دهند که میکروارگانیسمها، همراه با قارچها می‌توانند پلی استایرن را با آنزیمهای خارج سلولی یا درون‌سلولی خود تخریب کنند و به لطف آنزیمهای ترشح شده PS را به قطعات مولکولی کوچکتر تجزیه کنند.
