Polystyrol (PS)

Man kennt die kleinen bunten Bausteine aus jedem Kinderzimmer. Sie lassen sich in beliebiger Form zusammensetzen, aktivieren unsere Kreativität und sind fast „unkaputtbar“: Legosteine. Seit 1963 werden sie aus der Polystyrolsorte ABS hergestellt. Neben den Polyolefinen und Polyvinylchlorid (PVC) zählen Polystyrole auf Grund ihrer einfachen Verarbeitung bei geringem Kostenaufwand zu den bedeutendsten Massenkunststoffen. Man kennt sie in Form von Joghurtbechern, Wegwerfbestecken oder CD-Verpackungen. Polystyrolschaumstoffe wie Styropor oder Styrofoam sind wichtige Verpackungs- und Dämmmaterialien. Auf Grund der leichten Verarbeitungsmöglichkeiten und des geringen Preises sind sie als Modellbauwerkstoffe bei Architekten und Designern beliebt.

Eigenschaften

Polystyrole werden überwiegend als amorphe Thermoplaste polymerisiert. Sie sind glasklar, weisen einen hohen Oberflächenglanz auf und lassen sich transparent sowie deckend einfärben. Die Dichte liegt bei ungefähr 1,05 g / cm³. Wasseraufnahme und Gasdurchlässigkeit sind sehr gering, was Polystyrol als Verpackungsmaterial für die Lebensmittelindustrie qualifiziert. Außerdem ist PS chemisch beständig gegen wasserbasierte Flüssigkeiten und Lösungsmittel. Die Wärmebeständigkeit des sehr steifen und harten Kunststoffs reicht aber nur bis etwa 70 °C. Im Außenbereich muss mit einer Verminderung der Glanzeigenschaften und Vergilben gerechnet werden.

Zur Verbesserung der Eigenschaften und Erweiterung des Verwendungsbereichs wurde eine ganze Reihe von Polystyrol-Varianten entwickelt, die eine geringere Sprödigkeit, bessere mechanische Eigenschaften und höhere Wärmeformbeständigkeit aufweisen. Schlagfestes Polystyrol (SB), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Polymere (ABS), Styrol-Acrylnitril-Polymere (SAN) und Acrylnitril-Styrol-Acrylester-Polymere (ASA) entstehen durch Modifizierung mit Acrylnitril und / oder der Kautschukkomponente Butadien.

Schlagfestes Polystyrol (SB) ist wesentlich schlagzäher und stoßfester als das Standard-Polystyrol. Dafür fallen Steifigkeit, Transparenz und Oberflächenglanz geringer aus. Es ist als Alternative zu PVC als glasklares Verpackungsmaterial und für technische Formteile entwickelt worden. Die Kautschukkomponente macht es auch für Anwendungen bei tiefen Temperaturen bis -40 °C geeignet.

Das besonders vielseitige ABS hat eine hohe Wärmebeständigkeit (95-110 °C), hohe Zähigkeit und sehr gute Kratzfestigkeit. Auf Grund des günstigen Preises hat es sich in vielen Anwendungen als technischer Werkstoff behauptet. ABS ist in ungefärbtem Zustand weiß-opak.

Im Vergleich zu normalem Polystryrol hat SAN eine bessere Chemikalienresistenz, höhere Festigkeitswerte, eine erhöhte Schlagzähigkeit, bessere Oberflächenhärte und ist wärmebeständiger. Auffällig ist auch die gute Temperaturwechselbeständigkeit.

Die mechanischen Eigenschaften von ASA sind vergleichbar mit denen von ABS. Für Außenanwendungen weist es eine deutlich höhere Beständigkeit gegen Witterungseinflüsse und UV-Strahlung auf. Wegen der eingebetteten elastomeren Bestandteile ist es undurchsichtig.

PS-S ist ein relativ neues Styrolpolymer mit einem teilkristallinen Anteil, einer sehr hohen Wärmeformbeständigkeit und für die Elektroindustrie geeignetem Eigenschaftsprofil. Mit diesen besonderen Qualitäten tritt es in Konkurrenz mit anderen technischen Kunststoffen wie PBT oder PA.

Durch erste Anwendungen des weißen Schaumstoffs Styropor ist Polystrol Anfang der 60er Jahre bekannt geworden. Die geringe Dichte bei gleichzeitig guten Wärmedämmeigenschaften ist bemerkenswert. Dafür fallen die mechanischen Festigkeitswerte umso schlechter aus. Polystyrolschaumstoffe sind sehr anfällig gegen äußere Belastungen.

Anwendung

Die Anwendungsbereiche von Polystyrol-Werkstoffen sind vielfältig. Es ist uns als Packmittel und Folienmaterial bekannt. Der hohe Oberflächenglanz bei gleichzeitiger Durchsichtigkeit wird für Kosmetika, Kassettenhüllen, Ordnungskästen in Werkstatt und Küche, Leuchtenabdeckungen, Isolierfolien, Zahnbürsten, Modeschmuck und Tortenhauben geschätzt. Die schlagfesteren modifizierten Varianten finden vor allem in technischen Bereichen Anwendung. Beispiele sind Videokassetten, Kameras, Rundfunkgeräte, Fernsehrückwände, Kühlschrankverkleidungen, Diarahmen, Kleiderbügel oder Schuhleisten.

ABS findet mit der Möglichkeit zur elektrostatischen Ausrüstung insbesondere in der Elektroindustrie Anwendung. Hier wird der Werkstoff bei der Gehäuseherstellung von Telefonen, Staubsaugern, Plattenspielern, Büromaschinen, Leuchten und Chipkarten verwendet. In der Möbelindustrie gibt es Sitzschalen, Hocker, Kindersitze und Beschläge aus ABS. Weitere typische Anwendungen sind Kugelschreiber, Surfbretter, Autobatteriekästen, Zierleisten oder WC-Spülkästen.

SAN wird besonders dann für technische Bauteile interessant, wenn neben guten mechanischen Eigenschaften auch eine klare Transparenz gefordert wird. Somit ist es für Phonoabdeckhauben oder Leuchtenabdeckungen gut geeignet. ASA kann seine charakteristischen Eigenschaften vor allem für Außenanwendungen mit hellen Einfärbungen voll entfalten. Es ist beständig gegen Witterungseinflüsse und vergilbt nicht. Typische ASA-Bauteile sind Wohnwagenverkleidungen, Außenspiegel, Gartenleuchten, Verkehrsschilder, Rasenmähergehäuse, Gartenmöbel und Pflanzenschalen.

Verarbeitung

Das Spritzgießen von Polystyrol und der modifizierten Varianten ist bei Massentemperaturen von 200-250 °C sehr gut möglich. Zur Erzielung eines guten Oberflächenglanzes sollte das Werkzeug auf eine Temperatur von 80 °C erwärmt werden. Halbzeuge wie Platten, Folien, Tafeln oder Rohre werden extrudiert. Hohlkörper aus PS-SB, ABS, SAN und ASA entstehen im Extrusionsblasverfahren. Die zerspanende Bearbeitung der Polystyrole ist mit den üblichen Werkzeugen möglich. Für Zuschnitte von Schaumstoffplatten stehen Thermosägen zur Verfügung. Warmumformungen werden in der Regel im Vakuum bei Temperaturen zwischen 130 °C und 200 °C durchgeführt. Typische Geometrien sind Becher- und Tellerformate. Einfaches Biegen ist auch bei etwas geringeren Temperaturen möglich. Für das Kleben der Standard-Polystyrole eignen sich Lösungsmittelklebstoffe wie Dichlormethan oder Toluol.

ABS und ASA kleben am besten mit Methylethylketon oder Dichlorethylen. Höhere Festigkeit erreicht man mit Zweikomponenten-Systemen. Für Styroporteile sind Lösungsmittelklebstoffe nicht geeignet. Hier bieten sich Dispersions-, Cyanacrylat- oder Kontaktkleber auf Kautschukbasis an. Schweißen ist möglich, wird aber auf Grund der guten Klebbarkeit der Polystyrole nur selten durchgeführt. PS-Oberflächen können im Sieb- und Tampondruckverfahren bedruckt und im Vakuum galvanisch metallisiert werden. Auch das Heißprägen und die Lasertechnologie sind zur Aufbringung von Dekoren geeignet. Polystyrole lassen sich sehr gut schleifen und polieren.

Lieferformen

Polystyrole sind als Folien, Platten, Blöcke, Stäbe, Rohre, Profile und Spritzgusshalbzeuge erhältlich. Styropor-Schaumplatten werden mit Dichten zwischen 20-200 kg/m³, hellblaues Styrofoam in Dichten von 35 kg/m³ und 45 kg/m³, weißer Hartschaum mit einer Dichte von 52 kg/m³ angeboten.

Handelsnamen von Polystyrol (PS)

Edistir – Enichem / Empera – BP-Amoco / Koplen – Kaucuk / Neopor, Styrodur, Styropor, Peripor – BASF / Novacor – Nova Chemicals / Polydux Aiscondel, Valtra – Ausimont / Velkor – Alkor / Lacqrene – Atofina

Handelsnamen von schlagfestem Polystyrol (PS-SB)

Styronal – BASF / Buna – Bayer MaterialSience / Clearen – Denki Kagaku Kogyo / Paraloid – Rohm & Haas / Polyflam – Schulman

Handelsnamen von Acrylnitril-Butadien-Styrol-Polymeren (ABS)

Satran – MRC Polymers / Tarodur – Taro Plast / Tecaron – Ensinger / Terlux, Terluran – BASF / Lustran ABS – Bayer MaterialScience / Blendex – GE Specialty Chemicals / Lupos, Lucky – LG Chemical / Parisab – Tecnopolimers

Handelsnamen von Acrylnitril-Styrol-Acrylester-Polymere (ASA)

Luran S – BASF / Centrex – Bayer MaterialScience / Geloy – GE Plastics

Handelsnamen von Styrol-Acrylnitril-Polymere (SAN)

Tyril – Dow Chemicals / Bapolan – Bamberger Polymers / Luran – BASF / Lustran SAN – Bayer MaterialScience / Lupan – LG Chemical / Cevian, Cebian – Daicel Chemical

Alternativen

Polypropylen, Polyethylen, Polyamide, Polybutylenterephthalat (PBT), PVC, Papierschaum