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Polystyrol (Kurzzeichen PS, gelegentlich auch Polystyren genannt) ist ein amorpher, transparenter Thermoplast. Es ist ein weit verbreiteter Kunststoff, der in vielen Bereichen des täglichen Lebens zum Einsatz kommt.
Polystyrol wird entweder als thermoplastisch verarbeitbarer Werkstoff oder als Schaumstoff eingesetzt. Bekannte Handelsnamen für geschäumtes Polystyrol sind Styropor, Styrodur und Sagex (letzterer in der Schweiz).
Eigenschaften
Polystyrol ist gegen Laugen und Mineralsäuren beständig, gegenüber Benzin und Keton nicht, außerdem ist es UV-empfindlich. Die Dichte von solidem Polystyrol liegt zwischen 1,04 und 1,09 g/cm³, aufgeschäumtes Polystyrol hat eine Dichte zwischen 0,02 und 0,06 g/cm³.
Solides Polystyrol ist hart und schlagempfindlich. Es erzeugt spröden Klang beim Beklopfen (Butterdosen), ist glasklar, in allen Farben einfärbbar und nicht alterungsbeständig (Rißbildung). Es ist wenig wärmebeständig und nur bedingt bis 70 °C einsetzbar. Aufgrund beschleunigter Alterung sollte Polystyrol aber nicht über 55 °C erhitzt werden. Die Kristallitschmelze beginnt bei 90 °C.
Polystyrol verbrennt mit leuchtend, gelber, stark rußender Flamme und einem blumigen, süßlichen Geruch nach Benzol. Die Dämpfe sollten nicht eingeatmet werden, sie sind möglicherweise gesundheitsschädlich, weil sie neben anderen Zersetzungsprodukten auch Styrol enthalten können (siehe auch: Physiologische Wirkung).
Geschäumtes Polystyrol hat im Vergleich zu solidem Polystyrol eine geringere mechanische Festigkeit und Elastizität. Es ist weiß und undurchsichtig und hat eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit. Um große Mengen Schaumpolystyrol zu zersetzen, benötigt man nur wenig Aceton. Das Aceton setzt bei dem aufgeschäumten Stoff das eingeschlossene Treibgas wieder frei.
Solides Polystyrol neigt sehr stark zur Spannungsrissbildung.
Physiologische Wirkung
Thermoplastische Polystyrol ist physiologisch unbedenklich und auch für Lebensmittelverpackungen uneingeschränkt zugelassen.
Polystyrol entwickelt beim Verbrennen stechend riechende Dämpfe, die aber nicht giftig sind. 1967 wurden in der staatlichen Versuchsanstalt Wien Versuchstiere den Verschwelungsgasen von Holz, Filz, Leder, Kork, Schafwolle und verschiedenen Typen von Polystyrol-Hartschaum ausgesetzt. Ergebnis: Polystyrol-Hartschaum war das einzige Material, bei dem alle Versuchstiere überlebten.
Typen – Herstellung und Verarbeitung
Polystyrol wird durch Polyaddition des Monomers Styrol gewonnen, welches außergewöhnliche Polymerisationseigenschaften aufweist.
Polystyrol kann vollständig recycled werden.
Thermoplastisches Polystyrol
Bei diesen Werkstoffen unterscheidet man Standard-Polystyrol von schlagzähem Polystyrol. Standard-Polystyrol (GPPS = General Purpose Polystyrene) ist hochtransparent, sehr steif, aber spröde. Bekannt ist es z. B. von CD-Boxen.
Schlagzähes Polystyrol (HIPS = High Impact Polystyrene) ist nicht transparent, sondern opak und zeichnet sich durch hohe Schlagfestigkeit aus. Bekannt ist es als Gehäusewerkstoff (Telefone, Drucker, Fernsehgehäuse etc.) oder von Spielzeugen (z. B. Lego). HIPS enthält in der Polystyrol-Matrix je nach Typ 4-8% eines Polybutadien-Kautschuks, der Teilchen in der Größenordnung von 500 nm bis 10 µm mit Salami-artiger Struktur bildet.
Die Produktionskapazität zur Herstellung von Polystyrol-Werkstoffen betrug 2004 weltweit etwa 16 Millionen Tonnen, die sich etwa zu gleichen Teilen auf GPPS und HIPS aufteilen.
Polystyrol ist sehr gut spritzbar, schweißbar und klebwillig.
Schaumstoffe
Schaumpolystyrol ist besonders unter dem Handelsnamen Styropor (® BASF) bekannt geworden. Seit den 1990er Jahren nimmt der IVH (Industrieverband Hartschaum e. V.) die Rechte am Namen Styropor wahr. Nur die Hersteller von EPS (Expandierter Polystyrol-Hartschaum) dürfen danach ihr Material Styropor nennen. Diese Hersteller unterwerfen sich den besonderen Qualitätsanforderungen des IVH.
Je nach Herstellungsart wird zwischen dem eher grobporigen EPS, z. B. Styropor (® BASF), und dem feinporigeren XPS (Extrudierter Polystyrol-Hartschaum), z. B. Styrodur (® BASF) unterschieden. XPS wird aufgrund seiner hohen Druckfestigkeit und geringen Wasseraufnahme beispielsweise bei der Dämmung von Gebäuden gegen Erdreich eingesetzt.
Charakteristisch für EPS ist der Aufbau aus etwa 2-3 mm großen, zusammengebackenen Schaumkugeln, die z. B. beim Brechen einer Polystyrolplatte deutlich zu Tage treten.
Verwendung
Polystyrol wird für Massenartikel, im Bauwesen als Dämmstoff, als Modell und Kulissenbau, Feinwerk- und Elektrotechnik, Schaugläser, Spulenkörper und für Feststoffrettungswesten verwendet. Als Lebensmittelverpackung ist Schaumpolystyrol uneingeschränkt zugelassen, zum Beispiel in Joghurtbecher, Blister-Verpackungen etc.
Geschäumtes Polystyrol wird als schockdämpfendes Verpackungsmaterial oder zur Wärmedämmung für Gebäude eingesetzt.
Da Schaumpolystyrol sehr gut mit einer Thermosäge geschnitten werden kann, und zugleich sehr preiswert ist, hat es sich als Baumaterial im (Architektur-)modellbau etabliert.