Polystyrol

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Wechseln zu: Navigation, Suche
Strukturformel
Struktur von Polystyrol
Allgemeines
Name Polystyrol
Andere Namen
CAS-Nummer 9003-53-6
Monomer Styrol
Summenformel der Wiederholeinheit C8H8
Molare Masse der Wiederholeinheit 104,15 g·mol−1
Art des Polymers

Thermoplast

Kurzbeschreibung

transparent; amorph oder teilkristallin

Eigenschaften
Aggregatzustand

fest

Dichte

1040 kg/m3 (fest)[1]

Glastemperatur

60–100 °C[1]

Elektrische Leitfähigkeit

10−16 S/m

Wärmeleitfähigkeit

0,08 W·m−1·K−1

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [2]
keine Einstufung verfügbar
H- und P-Sätze H: siehe oben
P: siehe oben
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Polystyrol (Kurzzeichen PS, andere Namen: Polystyren, IUPAC-Name: Poly(1-phenylethan-1,2-diyl)) ist ein transparenter, geschäumt weißer, amorpher oder teilkristalliner Thermoplast. Amorphes Polystyrol 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 (expandiertes Polystyrol – EPS) eingesetzt. Bekannte Handelsnamen für Polystyrolschaumstoff sind Styropor, Styrodur (Deutschland), Austrotherm (Österreich), Sagex (Schweiz), Hungarocell (Ungarn), Floormate, Jackodur, Lustron, Roofmate, Styrofoam (USA), Telgopor (spanischsprachige Länder) und Frigolit (BASF).

Geschichte[Bearbeiten]

Bereits 1839 beobachtete der Apotheker Eduard Simon in Berlin, dass Styrol über mehrere Monate zu einer gallertartigen dickflüssigen Masse verdickt.[3] Sechs Jahre später berichteten John Blyth und August Wilhelm von Hofmann, dass die Umwandlung ohne Auf- oder Abgabe irgendeines Elementes geschehe und lediglich durch die molekulare Veränderung des Styrols erfolge.[4] Die Bezeichnung „Polystyrol“ wurde erstmals von Abraham Kronstein benutzt, der darunter allerdings ein gel-artiges Zwischenprodukt verstand, das dann mit Styrol das glasartige „Metastyrol“ bilden sollte.[5]

1931 wurde im "I.G. Farben"-Werk in Ludwigshafen mit der technischen Herstellung von Polystyrol begonnen. Die Verwendung als Schaumkunststoff (Styropor) wurde 1949 von Fritz Stastny und seinem Chef Rudolf Gäth bei der BASF entwickelt, 1950 zum Patent angemeldet und 1952 auf der Kunststoffmesse in Düsseldorf vorgestellt.

Mittlerweile gehört Polystyrol zu den Standardkunststoffen und nimmt in der Produktionsrangfolge nach Polyethylen, Polypropylen und Polyvinylchlorid den vierten Platz ein. Der Anteil am Kunststoffverbrauch betrug 2004 mit ca. 11,3 Millionen Tonnen ca. 6 %.[6] 2007 betrug die Gesamtproduktionskapazität für Standard-Polystyrol und schlagzähes Polystyrol ca. 15 Millionen Jahrestonnen, die durchschnittliche Auslastung von 70 % bei kaum steigendem Verbrauch führte dazu, dass Kapazitäten abgebaut wurden.[7]

Eigenschaften[Bearbeiten]

Polystyrol ist gegen wässrige Laugen und Mineralsäuren gut beständig, gegenüber unpolaren Lösungsmitteln wie Benzin und längerkettigen Ketonen und Aldehyden nicht. Ein Nachteil ist die eingeschränkte Temperaturbeständigkeit und die Neigung zu Spannungsrissen. Außerdem ist es UV-empfindlich. Die Dichte von festem Polystyrol liegt zwischen 1040 und 1090 kg/m3, aufgeschäumtes Polystyrol (EPS oder auch PS-E) hat eine Dichte zwischen 15 (Dämmung am Bau) und 90 kg/m3 (Skihelm).

Ein Stück expandiertes Polystyrol (EPS)

Festes amorphes Polystyrol ist glasklar, hart und schlagempfindlich. Es erzeugt einen spröden, scheppernden, fast glasartigen Klang beim Beklopfen (Butterdosen). Beim Biegen oder Brechen riecht es deutlich nach Styrol. Polystyrol ist in allen Farben einfärbbar. Massives Polystyrol neigt zur Spannungsrissbildung. Es ist wenig wärmebeständig, ab 55 °C setzt eine Beschleunigung der Alterung ein, weshalb es nur bis 70 °C einsetzbar ist. Die Glasübergangstemperatur liegt, je nach Verarbeitungsbedingungen, bei ca 100 °C, die Schmelztemperatur beträgt bei isotaktischem Polystyrol 240 °C und bei syndiotaktischem 270 °C. Ataktisches Polystyrol liegt als amorpher Feststoff vor und besitzt mithin keine Schmelztemperatur.[8] Ataktisches Polystyrol ist ein kostengünstiger Kunststoff mit großem Marktanteil. Isotaktisches Polystyrol ist wegen seiner geringen Kristallisationsgeschwindigkeit für die Kunststoffverarbeitung uninteressant.

Syndiotaktisches Polystyrol kristallisiert ausreichend schnell, um im typischen Spritzgussverfahren als Konstruktionswerkstoff, insbesondere wegen seiner extremen Chemikalien-, Heißwasser- und Kühlmittelbeständigkeit, eine Alternative zu etablierten technischen Kunststoffen zu bieten. Es wird unter Verwendung von Metallocen-Katalysatoren hergestellt.[9]

Geschäumtes Polystyrol hat im Vergleich zu festem Polystyrol eine geringere mechanische Festigkeit und Elastizität. Es ist weiß und undurchsichtig und hat eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit. Schon wenig von Lösemitteln wie Aceton, Essigsäureethylester oder Toluol genügt, um ein relativ großes Volumen Polystyrolschaum zu „zerfressen“, in dem das im Schaum eingeschlossene Treibgas freigesetzt wird.

Polystyrol kann z. B. mit Dichlormethan angelöst und nahezu nahtlos verschweißt werden.

Nachteil des Polystyrols ist seine Sprödigkeit. Der Kunststoff wird deshalb auch in Fachkreisen manchmal "Polysprödol" genannt.

Brandverhalten[Bearbeiten]

Polystyrol brennt mit leuchtend gelber, stark rußender Flamme. Das dabei freiwerdende Styrol hat einen blumigen, süßlichen Geruch. Da selten reines Polystyrol ohne chemische Verunreinigungen vorliegt, besitzen die Dämpfe aber oft einen stechenden Geruch.

Die im Brandfall entstehenden Schwelgase bzw. der schwarze Rauch enthalten neben Ruß auch gefährliche Zersetzungsprodukte wie Kohlenmonoxid,[10] Kohlendioxid, Stickoxide und Styrol. Das Einatmen dieser Zersetzungsprodukte kann Gesundheitsschäden verursachen.[11] Styrol kann bei Verschlucken und Eindringen in die Atemwege tödlich sein.[12]

Das Brandverhalten von expandiertem Polystyrol wird davon dominiert, dass es bei Temperaturen wenig über 100 °C schmilzt und dann abtropft, wobei die Tropfen (auch aufgrund der geringen Masse und der damit zusammenhängenden schlechten Wärmeabfuhr) Feuer fangen können und dann brennend abtropfen. Das Material zersetzt sich oberhalb von etwa 300 °C, frei werden Styrol (Flammpunkt von ca. 31 °C) und etwaig vorhandene Reste vom eventuell verwendeten Treibmittel Pentan (Flammpunkt ca. −50 °C), diese Stoffe entzünden sich alsbald, was zu Entzündung und Brennen des (abtropfenden) Polystyrols und weiterem Schmelzen beiträgt.[13] Abtropfendes brennendes (Poly)Styrol kann zu einer Brandausbreitung durch Sekundärbrände führen. Bei der Expansion von Polystyrolpartikelschaum (EPS) gelangt eingesetztes Pentan aus dem Endprodukt nicht in die Stratosphäre, bei der Herstellung emittiert allerdings Pentan, dieses trägt geringfügig zum Sommersmog bei.[14]

Brennbare Zusatzdämmungen können eine erhebliche Steigerung der maßgeblichen Brandlast ergeben.

1996 waren bei Schweißarbeiten im Flughafen Düsseldorf Styroporplatten an einer Gebäudedecke in Brand geraten. Infolge der starken Rauchentwicklung und der schnellen Ausbreitung des Feuers starben 17 Menschen, 88 wurden dabei verletzt.[15][16]

Flammschutzadditive[Bearbeiten]

Geeignete Flammschutzmittel können das Brandverhalten günstig beeinflussen. Üblicherweise werden dafür polybromierte Diphenylether als Additive verwendet oder (das ab 2014 weltweit verbotene[17]) Hexabromcyclododecan HBCD (einzelne Staaten können Ausnahmen für Dämmplatten gewähren. Das Umweltbundesamt empfiehlt stattdessen Materialien zu verwenden, bei denen entweder weniger umwelt- und gesundheitsschädliche oder gar keine Flammschutzmittel nötig sind, wie zum Beispiel Mineralwolle.[18]) Diese Flammschutzmittel spalten bei der Verbrennung brom­haltige Gase ab, wodurch die bei der Verbrennung eintretenden Radikal-Kettenreaktionen durch Abfangen des Sauerstoffs abgebrochen werden und die Verbrennung hemmen, zusätzlich können dabei polybromierte Dibenzodioxine und Dibenzofurane entstehen. Bromhältige Flammschutzmittel werden in der Umwelt schwer abgebaut, reichern sich in niedrigen Konzentrationen sowohl in der Muttermilch als auch im Blut der Menschen an. Nach den Risikobewertungen der Europäischen Union bestehen bei diesen Konzentrationen keine direkten Risiken. Trotzdem sollte Muttermilch solche Stoffe aus Vorsorgegründen nicht enthalten.[19]

Da die getrennte Sammlung und Entsorgung von Polystyrol-Baustoffresten und Verschnittabfällen aus der Produktion nicht funktioniert, kommt es in der Praxis zu Vermischungen bei wiedereinsetzbaren Recyclaten. Dadurch sind signifikante Restgehalte an bromierten Flammschutzadditiven auch in sensiblen Anwendungen (Verpackung, Blumentrays etc.) nicht auszuschließen. [20][21]

Brandschutz im Bauwesen[Bearbeiten]

Brandschutzstreifen aus Mineralwolle gegen die Brandausbreitung in einer PS-Wärmedämmung

Geschäumtes Polystyrol wird zur Wärmedämmung für Gebäude eingesetzt. Die Bauindustrie ist der größte Abnehmer von EPS: Auf sie entfielen im Jahr 2012 mehr als 60 % des weltweiten EPS-Umsatzes, der bis zum Jahr 2020 auf voraussichtlich 15 Mrd. US$ steigen wird.[22]

Zugehörige Normen sind die Normen EN 13162 („Dämmstoffe für den Wärme- und Schallschutz“) bis EN 13171, speziell EN 13163 („Wärmedämmstoffe für Gebäude – Werkmäßig hergestellte Produkte aus expandiertem Polystyrol (EPS)“). Laut Industrieverband Hartschaum e.V. Heidelberg und dem Fachverband Wärmedämm-Verbundsysteme e.V. Baden-Baden müssen Fassaden-Dämmplatten aus EPS-Hartschaum der DIN EN 13163:2001-10 und der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung Z 23.15-… des Herstellers entsprechen. Darüber hinaus sind die Qualitäts-Richtlinien und Prüfbestimmungen der Bundesfachabteilung Qualitätssicherung EPS-Hartschaum (BFA QS EPS) zu erfüllen.[23]

Für eine brandschutztechnische Beurteilung eines Wärmedämmverbundsystems (eine europäisch technische Zulassung bezieht sich immer auf das gesamte System) wird die Brandbeanspruchung auf die Oberfläche einer 10 mm dicken Probe in einer Laborprüfung simuliert. In zusätzlichen Großversuchsverfahren wurde jedoch festgestellt, dass die Brandmechanismen eines Schmelzebrands an einer Fassade in einem Laborversuch nicht ausreichend untersucht werden können. Die Beflammung des Dämmstoffes allein auf einer großen Fläche lasse keine Aussage über das Verhalten im eingebauten Zustand zu. Ab einer Dämmstoffdicke > ca. 100 mm sammelt sich bei einem Brand mehr Schmelze an, die weitere Probleme verursacht.[24]

Kontroversen nach Medienberichten[Bearbeiten]

Ein 2011 erschienener Bericht des NDR über Brandversuche in der Materialprüfanstalt in Braunschweig zeigt, dass die Dämmungen aus Polystyrol trotz Zuschlags von Flammschutzmitteln bei unsachgemäßem Aufbau Feuer fangen und zur Brandausbreitung führen können, wenn an den dafür vorgesehenen Stellen auf den Einbau von Brandschutzstreifen aus nicht brennbarer Mineralwolle verzichtet wird.[25][26]

Laut dem Deutschen Institut für Bautechnik (DIBt) (einer vom Bund und den Ländern gemeinsam getragenen Einrichtung[27]) zum Brandschutz entsprach der verwendete Versuchsstand der Materialprüfanstalt Braunschweig nicht dem für Zulassungsprüfungen geforderten Aufbau, wie er auch im Arbeitsentwurf von DIN 4102-20 beschrieben wird. Zusätzlich wäre das in dem Versuch geprüfte WDVS mit Polystyrol-Hartschaum nicht korrekt angebracht gewesen. Durch die schachtförmige Versuchsanordnung wäre die thermische Exposition des Wärmedämmverbundsystem deutlich erhöht gewesen und dies entspräche nicht mehr einer Brandbeanspruchung unter Realbrandbedingungen. Die Prüfung entspreche daher weder den Vorgaben der Norm und der Zulassungsgrundsätze, noch habe die Prüfung einen plausiblen praxisbezogenen Bezug gehabt. Das DIBt hat dazu am 7. Dezember 2011 eine Stellungnahme veröffentlicht, die u. a. betont, dass die bisher zugelassenen WDV-Systeme mit Polystyrol-Hartschaum sicher seien und die Anordnung von Brandriegeln in jedem 2. Geschoss wirksam eine Brandausbreitung/Brandweiterleitung auf Außenwänden begrenze.[28][29] Die Deutsche Energie-Agentur (dena) hat am 2. Dezember 2011 ebenfalls eine Stellungnahme veröffentlicht, die sich auf den NDR-Beitrag bezieht und die Kritik an Wärmedämmung zurückweist.[30]

Die NDR-Redaktion widersprach dieser Darstellung in ihrer Folgereportage Wärmedämmung – Der Wahnsinn geht weiter[31] und hinterfragt darin den „praxisfremden Brandschachttest“ der DIN 4102 („Die DIN-Normen sind keine Rechtsnormen, sondern private technische Regelungen mit Empfehlungscharakter. Sie können die anerkannten Regeln der Technik wiedergeben oder hinter diesen zurückbleiben.“[32]; mehr darüber siehe Deutsches Institut für Normung). Laut dem Bericht schmilzt das beim Prüfverfahren als schmaler hoher Stab eingespannte Polystyrol nach oben hin ab und entfernt sich dadurch von der Hitze- oder Brandquelle (Zündbrenner und abgetropftes (Poly)Styrol), wodurch das Prüfverfahren so aufgebaut wäre, dass es dem von der Industrie gewünschten Ergebnis, die Nichtbrennbarkeit von Polystyrol und fehlende Brandweiterleitung zu beweisen, entgegenkäme. Das habe mit der Realität nichts zu tun, bemängelt auch der Brandschutzberater Peter Kuhn, und dass deshalb die europäische Norm DIN EN 13501 ein anderes Prüfverfahren vorsehe, wodurch der Dämmstoff nur mehr als „normal entflammbar“ gelte. Doch die deutsche Zulassungsbehörde DIBt überlässt es (laut Kuhn und der NDR-Reportage) den Herstellern, nach welcher Norm diese vorgehen.[33]

Nach dem für den Arbeitskreis Brandschutz des Fachverbandes WDVS arbeitenden Brandsachverständigen Ingolf Kotthoff entstehe die Brandweiterleitung durch flüssiges kochendes Polystyrol und dessen Ausdünstungen, die im gebildeten Hohlraum oberhalb des mechanisch nicht abgestützten Dämmstoff-Sturzes (der Unterkante der Wärmedämmung oberhalb eines Fensters) entzündet würden,[34] wodurch das Ganze eher ein konstruktiver Mangel wäre und der mögliche Hohlraum durch den Einbau von Brandriegeln (nichtbrennbare umlaufende Mineralwolle-Dämmstoffstreifen) verkleinert werden könnte.[35][31] Trotz offensichtlicher Widersprüche in der Stellungnahme (Pkt. 11a Brandweiterleitung durch 2,5 m hohe Flammen werden durch den Brandriegel gestoppt, 11b 3,0 m Abstand zwischen brennendem Raum und Brandriegel reduzieren sich auf 0,5 m brennbarer Dämmstoffhöhe) gelten Brandriegel alle zwei Geschosse für den Fachverband WDVS als ausreichend.[36]

In einer umfangreicheren Stellungnahme des Deutschen Instituts für Bautechnik vom 21. November 2011[37] wird ebenfalls eingeräumt, dass Wärmedämmverbundsysteme mit Polystyroldämmstoffplatten mit großen Dämmstoffdicken bei Brandbeanspruchungen „kritisch“ seien und eine ungehinderte Brandausbreitung möglich wäre und der Filmbericht „keine neuen Erkenntnisse“ gebracht habe. Die Brennbarkeit wäre „in der Fachwelt eine allseits bekannte Tatsache“. Dass Brandriegel nur in jedem zweiten Geschoss genügen würden und eine Brandausbreitung verhindern, wäre „in originalmaßstäblichen Versuchsaufbauten“ nachgewiesen worden. Die im Fernsehfilm gezeigte Versuchsanordnung entspreche nicht dem Aufbau laut Arbeitsentwurf für die DIN 4102-20 und damit nicht der Brandbeanspruchung unter Realbrandbedingungen.

Der Problematik der Dämmstoffprüfungen und der Brandgefahr widmete sich eine Anfrage im Deutschen Bundestag[38], in der Beantwortung[39] wird darauf hingewiesen, dass „für das Gebiet des Brandschutzes, welcher Teil des Bauordnungsrechts ist, die Bundesländer zuständig sind“ und „Bei Wärmedämmverbundsystemen muss nach DIN 4102-1 durch Brandprüfungen sowie ggf. zusätzliche Großversuche durch den Hersteller überprüft werden, ob sie schwerentflammbar und damit brandsicher sind.“. Dem steht entgegen, dass die zitierte nationale Norm DIN 4102 seit Erscheinen der europäischen Norm DIN EN 13501 („Klassifizierung von Bauprodukten und Bauarten zu ihrem Brandverhalten“) gemäß der CEN/CENELEC-Geschäftsordnung zurückzuziehen wäre, um eine Doppelnormung zu vermeiden.

Bei Streitfragen muss zudem berücksichtigt werden, dass die Montage eines Wärmedämmverbundsystems nur dann legal erfolgt ist, wenn ausnahmslos nur die in der Zulassung aufgeführten Produkte bzw. Komponenten (Dämmplatten, Befestigungsmittel, Armierungsmasse, Gewebe, Oberputz,…) als zusammengehörige Bestandteile des Systems verwendet wurden. Das falsch eingebaute Wärmedämmverbundsystem wäre aus baurechtlicher Sicht nicht mehr zugelassen, dadurch würde auch die Gewährleistungspflicht des Zulassungsinhabers automatisch erlöschen. Am Ende hätte der den Bau ausführende Betrieb mindestens fahrlässig gehandelt und müsste im Falle einer Reklamation für die Mängelbeseitigung komplett alleine geradestehen, was die finanziellen Mittel kleinerer Unternehmen überfordern würde.[40]

Wirkung auf Organismen und die Umwelt[Bearbeiten]

Polystyrol ist physiologisch unbedenklich und für Lebensmittelverpackungen uneingeschränkt zugelassen. Polystyrol ist der einzige Kunststoff, der zur Lagerung von rohem Fleisch oder Fisch zugelassen ist.

Allerdings sind, wie oben bereits dargestellt, bromierte Flammschutzadditive auch in Verpackungen[41][42] und deren Migration in Lebensmittel nicht auszuschließen[43]. Zudem gibt es Hinweise darauf, dass Zellkulturen durch eine Aufweichung des Materials unter Kulturbedingungen negativ beeinflusst werden können.[44] Menschliche Spermien überleben in Petrischalen aus Polystyrol deutlich weniger lang als in Schalen, die mit einer nanokristallinen Diamantschicht überzogen sind.[45]

Das Flammschutzmittel Hexabromcyclododecan (HBCD), das dem Polystyrol für Dämmplatten und Hartschaumplatten beigefügt wird, ist gemäß der REACH-Verordnung als „sehr giftig für Wasserorganismen mit langfristiger Wirkung“ eingestuft.[11][46] Es ist nur relativ schwer abbaubar (persistent) und toxisch für aquatische Organismen mit einem sehr hohen Bioakkumulations- und Biomagnifikation­spotenzial.[47][31] Die Migration in die Umwelt aus unbeschädigtem geschäumtem Polystyrol ist mengenmäßig gering,[48] Emissionen können bei Brand, Photolyse und Recycling auftreten.

Bei Wärmedämmverbundsystemen aus Polystyrolschaumstoff wird eine Glasfaser- oder Kunststoffarmierung und darauf eingefärbter Dünnschicht-Verputz aufgebracht. Die Kritik an diesem Wärmedämmverbundsystem richtet sich auch gegen die optional in den Farben oder in den Oberputzen enthaltenen Pestizide und Algizide, wie beispielsweise Terbutryn, das ausgewaschen wird und sich in Vorflutern ansammelt.[31]

Beständigkeit gegen Chemikalien[Bearbeiten]

Die chemische Beständigkeit von Polystyrol ist temperaturabhängig. Nachfolgend ist eine grobe Charakterisierung der Beständigkeit gegen einige wichtige Klassen von Chemikalien bei Raumtemperatur angegeben:

Stoffklasse Beständigkeit
Aldehyde Button Icon Red.svg
aliphatische Alkohole Button Icon GreenBlue.svg
Ester Button Icon Red.svg
Ether Button Icon Red.svg
Ketone Button Icon Red.svg
Kohlenwasserstoffe aliphatisch Button Icon Red.svg
Kohlenwasserstoffe aromatisch Button Icon Red.svg
Laugen Button Icon GreenBlue.svg
Oxidationsmittel Button Icon Yellow.svg
schwache Säuren Button Icon Yellow.svg
starke Säuren Button Icon Yellow.svg
Button Icon Red.svg = schlechte bis gar keine Beständigkeit gegen die Stoffklasse (schon einmalige, kurzzeitige Exposition kann das Material schädigen)
Button Icon Yellow.svg = gute bzw. eingeschränkte Beständigkeit gegen die Stoffklasse (Material ist für eine eingeschränkte Zeit beständig und wird u.U. nur reversibel geschädigt)
Button Icon GreenBlue.svg = gute Beständigkeit gegen die Stoffklasse (auch lange Exposition fügt dem Material keinen Schaden zu)

Wetterfestigkeit[Bearbeiten]

Polystyrol ist zwar beständig gegen Wassereinwirkung und verrottet nicht, es erlangt jedoch nur durch besondere Ausrüstung Resistenz gegenüber Ultraviolett-Strahlung (Tageslicht, Gasentladungslampen). Insbesondere die Schaumstoffe sind nicht UV-stabil.[49] Polystyrol versprödet unter Lichteinwirkung relativ schnell und neigt dann zur Spannungsrissbildung.

Die Photooxidation von Polystyrol tritt bei Wellenlängen von \lambda = 253,7 nm auf, wobei die chromophoren Gruppen absorbieren und zahlreiche Zersetzungsprodukte (Hydroperoxide, Hydroxyl- und Carbonylverbindungen, aliphatische und aromatische Ketone, Peroxyester, flüchtige Verbindungen wie Benzaldehyd und Acetophenon) entstehen, Strahlung \lambda größer als 300 nm wird nicht absorbiert.[50]

Typen – Herstellung und Verarbeitung[Bearbeiten]

Strukturformel des Monomers Styrol

Polystyrol wird überwiegend durch Suspensions-Polymerisation des Monomers Styrol gewonnen, das außergewöhnliche Polymerisationseigenschaften aufweist. Es kann radikalisch, kationisch, anionisch oder mittels Ziegler-Natta-Katalysatoren polymerisiert werden. Die schwieriger zu kontrollierende Massepolymerisation wird kaum noch angewandt.

Polystyrol kann vollständig wiederverwendet werden. Recycling-Code von Polystyrol

Schaumstoffe[Bearbeiten]

Styropor bei 200-facher Vergrößerung

Schaum­polystyrol ist besonders unter dem Handelsnamen Styropor (BASF) bekannt geworden. Erfunden wurde es 1949 von dem BASF-Chemiker Fritz Stastny.

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), die sich den besonderen Qualitätsanforderungen des IVH unterwerfen, dürfen danach ihr Material Styropor nennen.

Charakteristisch für EPS ist der Aufbau aus etwa 2–3 mm großen, zusammengebackenen Schaumkugeln, die z. B. beim Brechen einer Schaumpolystyrolplatte deutlich zu Tage treten.

Je nach Herstellungsart wird zwischen dem normal weißen und eher grobporigen EPS, z. B. Styropor (BASF), und dem feinporigeren XPS (Extrudierter Polystyrol-Hartschaum), z. B. Styrodur (BASF, Farbe grün), Jackodur (JACKON Insulation, Farbe lila), Austrotherm XPS (Farbe rosa) oder Styrofoam (Dow Chemical, Farbe blau) unterschieden.

XPS wird aufgrund seiner hohen Druckfestigkeit und geringen Wasseraufnahme (geschlossene Porosität) beispielsweise bei der Dämmung von Gebäuden gegen Erdreich (Perimeterdämmung) eingesetzt.

Folien und Platten[Bearbeiten]

Für Verpackungszwecke werden auch transparente Folien aus Polystyrol hergestellt. Folien und Platten werden durch Extrusion hergestellt.

Verwendungen[Bearbeiten]

Verpackung aus EPS
Joghurtbecher

In Deutschland wurden im Jahr 2011 etwa 11,86 Millionen Tonnen Kunststoffe (ohne Klebstoffe, Lacke, Harze, Fasern) verarbeitet, davon entfielen auf Polystyrol/expandiertes Polystyrol PS/ PS-E 0,810 Millionen Tonnen.[51]

In der Elektrotechnik wird Polystyrol wegen der guten Isolationseigenschaft verwendet. Es wird zur Herstellung von Schaltern, Spulenkörpern und Gehäusen (High Impact Polystyrene, HIPS) für Elektrogeräte verwendet. Polystyrol wird für Massenartikel (z. B. klassische CD-Verpackung, Videokassette), im Bauwesen als Dämmstoff, im Modell- und Kulissenbau, in der Feinwerktechnik, für Schaugläser und für Feststoffrettungswesten verwendet.

Als Lebensmittelverpackung, zum Beispiel als Joghurtbecher oder Schaumstoffschale, ist Polystyrol zugelassen, wenn bestimmte Voraussetzungen[52] erfüllt sind.

Geschäumtes Polystyrol wird als schockdämpfendes Verpackungsmaterial verwendet.

Da Schaumpolystyrol sehr gut mit einer Thermosäge geschnitten werden kann und zugleich sehr preiswert ist, hat es sich als Baumaterial im Modellbau etabliert.

Polystyrol ist auch einer der Grundstoffe von Napalm-B, welches in Brandbomben Verwendung findet.

Gereckte Polystyrolfolie (Handelsnamen: Styroflex für das Copolymerisat mit Butadien, Trolitul) wird zusammen mit Aluminium- oder Zinnfolie zur Herstellung von verlustarmen und eng tolerierten Kondensatoren verwendet[53]

Im Flugmodellbau findet das geschäumte Material Verwendung. Modellbauer sowie Städte- und Landschaftsplaner benutzen es für Landschaftselemente, da man es sehr gut bearbeiten kann.

Für ebenerdige und bodenebene Duschelemente wird dieser Werkstoff vor allem aufgrund seiner hohen Druckfestigkeit genommen. Daher ist er auch für rollstuhlbefahrbare Duschelemente einsetzbar.

Die geringe Schwindungs- bzw. Schrumpfungsneigung von Polystyrol während der Fertigung ermöglicht sehr endkonturnahe Bauteile (vgl. Lost-Foam-Verfahren). Des Weiteren können auch für Kunststoffe sehr feine Konturen, Kanten und gerade Flächen hergestellt werden. Diese Eigenschaft ermöglicht die Herstellung von verhältnismäßig passgenauen Bauteilen. So werden z.B. Tonbandkassetten und CD-Hüllen aus transparentem Polystyrol gefertigt.

Polystyrol-Schaumstoff wird auch in Kernwaffen verwendet, dabei dient es zur Aufrechterhaltung des Hohlraums der unterkritischen Massen und zur Verdichtung bei Fusionsbomben.

Infrarot-Transmissionsspektrum von Polystyrol-Folie

In der Infrarotspektroskopie wird Polystyrolfolie als Wellenlängen-Standard verwendet. Eine in die Probenhalterung passende Karte mit einer Folie wird vom Gerätehersteller dem Gerät beigelegt.[54]

Abfallproblematik[Bearbeiten]

2006 wurden in den USA 870.000 Tonnen Polystyrol-Teller und -Tassen sowie 590.000 Tonnen aus anderen Produkten auf Deponien abgelagert.[55] Da Polystyrol unter Lichtausschluß biologisch nicht abgebaut wird[56] bleibt es in Deponien erhalten. Außerdem reichert es sich in der Debris von Treibmüll in den Ozeanen an, durch Photolyse und den Wellenschlag zerfällt es dort in kleine Brösel, die von Tieren aufgenommen werden (mehr dazu siehe Müllstrudel). Das in flammgeschütztem EPS enthaltene Hexabromcyclododecan (HBCD), das gemäß der REACH-Verordnung als „sehr giftig für Wasserorganismen mit langfristiger Wirkung“ eingestuft ist[46], wird bei sachgerechter Verwendung nicht in die Umwelt freigesetzt, da es in der Polymermatrix eingebettet ist.[11]

Wird Polystyrol bei Temperaturen im Bereich von 800 bis 900 °C verbrannt, entsteht unter anderem ein Gemisch aus über 90 verschiedenen polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen.[57]

Probleme beim Recycling[Bearbeiten]

Die größten Probleme des EPS-Recyclings sind (laut dieser Quelle[58]):

  • Abfälle von EPS verursachen aufgrund der sehr geringen Schüttdichte von ca. 6,5 kg/m3 enorm hohe spezifische Transportkosten.
  • EPS wird wegen Verschmutzungen und Vermischungen kaum recycelt. EPS-Recyclat kann deshalb in Deutschland nur in geringen Mengen zu Polystyrol-Granulat und in der Folge für hochwertige Spritzgussanwendungen verarbeitet werden. Ein Teil des EPS-Abfalls wird thermisch verwertet.
  • Derzeit werden flammschutzmittelhaltige Schaumstoff-Recyclate zu anderen Produkten weiterverarbeitet. Dadurch sind signifikante Restgehalte an bromierten Flammschutzadditiven auch in sensiblen Anwendungen (Verpackung, Blumentrays etc.) nicht auszuschließen.

Einen Ausweg bietet ein Sammel- und Recyclingverfahren, das das Freising­er Fraunhofer Institut IVV mitentwickelt hat.[59] Dabei werden Abfälle von Polystyrol bereits während der Sammlung in einem Lösungsmittel selektiv gelöst (und im Volumen auf 1/50 verringert). Aus der Lösung kann Polystyrol hochrein wiedergewonnen werden.

Verhalten bei Demontage[Bearbeiten]

Polystyrolschaumstoffplatten bei Wärmedämmverbundsystemen werden meist vollflächig geklebt. Effiziente Demontagetechniken zur Trennung der Baustoffe fehlen.[60]

Alternativen[Bearbeiten]

Zwei Absolventen des Rensselaer Polytechnic Institute haben Pilzkulturen dazu gebracht, ein Polystyrol-ähnliches Material zu erzeugen – nach vollständigem Verwachsen des Biomaterials aus Getreideabfällen in einer Form wird dieses abschließend gebacken. Das Ergebnis ist nur wenig schwerer als Polystyrol, dafür stark feuerhemmend und kompostierbar, sowie in seinen industriellen Eigenschaften geeignet, insbesondere als Verpackungsmaterial und Dämmmaterial das Polystyrol ohne Umstellungen zu ersetzen. Es wird derzeit von Ecovative unter dem Markennamen MycoBond vermarktet.[61]

Normen[Bearbeiten]

  • DIN EN ISO 1622-1 Kunststoffe – Polystyrol (PS)-Formmassen – Teil 1: Bezeichnungssystem und Basis für Spezifikationen (ISO 1622-1:1994); Deutsche Fassung EN ISO 1622-1:1999.
  • DIN EN ISO 1622-2 Kunststoffe – Polystyrol (PS)-Formmassen – Teil 2: Herstellung von Probekörpern und Bestimmung von Eigenschaften (ISO 1622-2:1995); Deutsche Fassung EN ISO 1622-2:1999.
  • DIN EN ISO 2897-1 Kunststoffe – Schlagzähe Polystyrol (PS-I)-Formmassen – Teil 1: Bezeichnungssystem und Basis für Spezifikationen (ISO 2897-1:1997); Deutsche Fassung EN ISO 2897-1:1999.
  • DIN EN ISO 2897-2 Kunststoffe – Schlagzähe Polystyrol (PS-I)-Formmassen – Teil 2: Herstellung von Probekörpern und Bestimmung von Eigenschaften (ISO 2897-2:2003); Deutsche Fassung EN ISO 2897-2:2003.
  • Kunststoff LMBG 2006-08 Gesundheitliche Beurteilung von Kunststoffen im Rahmen des Lebensmittel- und Futtermittelgesetzbuches; V. Polystyrol, das ausschließlich durch Polymerisation von Styrol gewonnen wird; 209. Mitteilung; Änderung (Stand 1. April 2006).[62]
  • Kunststoff LMBG VI 2006-08 Gesundheitliche Beurteilung von Kunststoffen im Rahmen des Lebensmittel- und Futtermittelgesetzbuches; VI. Styrol-Misch- und Pfropfpolymerisate und Mischungen von Polystyrol und Polymerisaten; 209. Mitteilung; Änderung (Stand 1. April 2006).[63]

Literatur[Bearbeiten]

  • Handbuch der Elaste und Plaste, Chemische Werke Buna 1967
  • Hermann Gausepohl, Roland Gellert (Herausgeber), Dietmar Bender:Polystyrol, Becker/Braun Kunststoffhandbuch 4, Hanser Verlag, ISBN 3-446-18004-4,

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Polystyrol – Sammlung von Bildern

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b Datenblatt Polystyrene latex microsphere, 1 micron, dry form bei AlfaAesar, abgerufen am 21. Februar 2012 (JavaScript erforderlich).
  2. Diese Substanz wurde in Bezug auf ihre Gefährlichkeit entweder noch nicht eingestuft oder eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
  3. E. Simon: Über den flüssigen Storax (Styryx liquidus), in Liebigs Annalen der Chemie Bd. 31 (1839), S. 265, zitiert in Kunststoff-Handbuch Band V Polystyrol, S. 87 (1969).
  4. J. Blyth, A. W. Hofmann: Über das Styrol und einige seiner Zersetzungsprodukte, in Liebigs Annalen der Chemie Bd. 53 (1845), S. 289, zitiert in Kunststoff-Handbuch Band V Polystyrol, S. 87 (1969).
  5. A. Kronstein in Chemische Berichte Bd. 35 (1902) S. 4153, zitiert in Kunststoff-Handbuch Band V Polystyrol, S. 88 (1969).
  6. Wolfgang Glenz: Polystyrol (PS), in Kunststoffe 10/2004, S. 72.
  7. Wolfgang Glenz: Polystyrol (PS), in Kunststoffe 10/2007, S. 70.
  8. Universität Bayreuth: Skript zum Praktikum Makromolekulare Chemie WS 06/07, Versuch: Koordinative Polymerisation.
  9. Homopolymere.
  10. Brandverhalten von Wänden mit Zusatzdämmung aus Polystyrol-Hartschaum (AMz-Bericht 3/1997) bei thermopor.de
  11. a b c Sto-Polystyrol Dämmplatten (PDF; 71 kB).
  12. Styrol (CAS-Nr.: 100-42-5) (PDF; 244 kB).
  13. J. M. Davies: Lightweight Sandwich Construction, Blackwell Wissenschafts-Verlag GmbH, Berlin, 2001, ISBN 0-632-04027-0, Seite 35.
  14. Polystyrolpartikelschaum (EPS) auf www.waermedaemmstoffe.com.
  15. Chronologie: Die Brandkatastrophe am Düsseldorfer Flughafen. Der Spiegel, 15. Dezember 1999.
  16. Abschließender Bericht über den Brandhergang Düsseldorf, Brand im Terminal des Flughafens Düsseldorf, Deutschland, 11. April 1996, National Fire Protection Association, deutsch, teilweise einsehbar bei Google-Books (PDF; 64 kB).
  17. Weltweites „Aus“ für Flammschutzmittel HBCD, Umweltbundesamt, Presse-Information 23/2013.
  18. Weltweites „Aus“ für Flammschutzmittel HBCD, Umweltbundesamt, Presse-Information 23/2013.
  19. Bromierte Flammschutzmittel – Schutzengel mit schlechten Eigenschaften?, Presse-Hintergrundpapiere, Umweltbundesamt, April 2008, pdf-Datei.
  20. Recycling von EPS-Abfall zu re-expandierbarem Polystyrol
  21. Udo Knauf, Wolfgang Albrecht, Andreas Mäurer: EPS-Loop: Recycling von EPS-Abfällen zu reexpandierbarem Polystyrol: Schlussbericht ; Projektlaufzeit: 1. August 2003 - 31. Juli 2005, Fraunhofer Inst. Verfahrenstechnik u. Verpackung, 2005
  22. Marktstudie Expandierbares Polystyrol. Ceresana.
  23. Qualitäts-Richtlinien für Fassaden-Dämmplatten aus EPS-Hartschaum bei Wärmedämm-Verbundsystemen (WDVS) (PDF; 125 kB).
  24. Bauphysikkalender 2011 – Brandschutz, Verlag Wilhelm Ernst & Söhne, ISBN 978-3-433-02965-7, Brandsicheres Bauen mit Kunststoffen am Beispiel von Wärmedämm-Verbundsystemen mit Polystyrol-Hartschaum, S. 80–81.
  25. Vorlage:Internetquelle/Wartung/Datum nicht im ISO-FormatBrandgefährlich: Wärmedämmung aus Polystyrol. In: NDR.de. 26. November 2012, abgerufen am 21. Januar 2013.
  26. NDR Sendung: Wahnsinn Wärmedämmung – komplett (YouTube – 45 Min – Wahnsinn Wärmedämmung Sendedatum/Erstausstrahlung 28. November 2011).
  27. Website des DiBt, Rubrik Geschichte.
  28. Stellungnahme des DIBt zum SPIEGEL-Online-Artikel "Styropor-Platten in Fassaden – Wärmedämmung kann Hausbrände verschlimmern" und zum Beitrag des NDR in der Sendung 45 Minuten am 28. November 2011, PDF
  29. Stellungnahme des Deutschen Institut für Bautechnik zum Brandschutz (PDF; 20 kB).
  30. Stellungnahme der Deutschen Energie-Agentur zum Brandschutz.
  31. a b c d Güven Purtul, Christian Kossin: Wärmedämmung – Der Wahnsinn geht weiter. NDR-Reportage, Sendereihe 45 Min, Teil II, Erstausstrahlung am 26. November 2012, 21:00 Uhr.
  32. BGH, Urteil vom 14. Mai 1998, Az. VII ZR 184/97, Volltext = BGHZ 139, 16.
  33. Vorlage:Internetquelle/Wartung/Datum nicht im ISO-FormatGüven Purtul: Wärmedämmung: Schärfere Brandschutzregeln für Styropor gescheitert. In: Spiegel Online. 26. November 2012, abgerufen am 21. Januar 2013.
  34. Stellungnahme des Industrieverbands Hartschaum und des Fachverbands Wärmedämm-Verbundsysteme zur Darstellung des Brandverhaltens von WDVS in den Medien, erarbeitet vom Arbeitskreis Brandschutz des Fachverbandes WDVS unter Mitwirkung von Dipl.-Physiker I.Kotthoff (IBF), Dezember 2011, PDF.
  35. Ingolf Kotthoff: Leitfaden Brandriegel (PDF; 881 kB).
  36. Stellungnahme des Industrieverband Hartschaum und des Fachverband Wärmedämm-Verbundsysteme zur Darstellung des Brandverhaltens von WDVS in den Medien Dezember 2011, erarbeitet vom Arbeitskreis Brandschutz des Fachverbandes WDVS unter Mitwirkung von Dipl.-Physiker I.Kotthoff (IBF) (pdf-Datei; 312 kB).
  37. Stellungnahme des DIBt zum SPIEGEL-Online-Artikel „Styropor-Platten in Fassaden – Wärmedämmung kann Hausbrände verschlimmern“ und zum Beitrag des NDR in der Sendung „45 Minuten“ am 28. November 2011 (PDF; 30 kB), zuletzt abgerufen Januar 2013.
  38. Dämmstoffprüfung auf Brandgefahr, Kleine Anfrage der Abgeordneten Michael Groß, Sören Bartol, Uwe Beckmeyer, Martin Burkert, Petra Ernstberger, Iris Gleicke, Ulrike Gottschalck, Hans-Joachim Hacker, Gustav Herzog, Ute Kumpf, Kirsten Lühmann, Thomas Oppermann, Florian Pronold, Dr. Frank-Walter Steinmeier und der Fraktion der SPD (PDF).
  39. Dämmstoffprüfung auf Brandgefahr, Antwort der Bundesregierung auf die Kleine Anfrage der Abgeordneten Michael Groß, Sören Bartol, Uwe Beckmeyer, weiterer Abgeordneter und der Fraktion der SPD – Drucksache 17/8197 – (PDF; 85 kB).
  40. Holzbau-Experte fordert: „WDVS unbedingt systemgetreu montieren“, Verwendung systemfremder Produkte kann weitreichende Folgen haben, bei pressetext.com.
  41. Recycling von EPS-Abfall zu re-expandierbarem Polystyrol
  42. Udo Knauf, Wolfgang Albrecht, Andreas Mäurer: EPS-Loop: Recycling von EPS-Abfällen zu reexpandierbarem Polystyrol: Schlussbericht ; Projektlaufzeit: 1. August 2003 - 31. Juli 2005, Fraunhofer Inst. Verfahrenstechnik u. Verpackung, 2005
  43.  Max Müller: Zum Stofftransport schwer flüchtiger Additive in Polymerbeschichtungen. Untersuchungen mit Hilfe der konvokalen Mikro-Raman-Spektroskopie. scientific Publishing, Karlsruhe 2012, ISBN 978-3-86644-997-8 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  44. Vorlage:Internetquelle/Wartung/Datum nicht im ISO-FormatAndrei P. Sommer, Mike Kh. Haddad, Hans-Joerg Fecht: It is Time for a Change: Petri Dishes Weaken Cells (Abstract). In: Journal of Bionic Engineering, Band 9, Nr. 3, September 2012, S. 353–357. Institute of Micro and Nanomaterials, University of Ulm, Institute for Nanotechnology, Karlsruhe Institute for Technology, September 2003, abgerufen am 21. Januar 2013.
  45. Andrei P. Sommer, Dan Zhu, Friedrich Gagsteiger and Hans-Jörg Fecht: Sperm Performance Better on Diamond than on Polystyrene (Abstract). In: MRS Online Proceedings Library, Vol. 1511, 2013. Materials Research Society 2013, 2013, abgerufen am 25. Februar 2013.
  46. a b Vorlage:Internetquelle/Wartung/Datum nicht im ISO-FormatBerichtigung der Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 des Europäischen Parlaments und des Rates über die Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung von Stoffen und Gemischen. In: Amtsblatt der Europäischen Union. 16. Dezember 2008, abgerufen am 21. Januar 2013 (PDF, 780 KB).
  47. Hexabromcyclododecan in der Umweltprobenbank des Bundes
  48. Vorlage:Internetquelle/Wartung/Datum nicht im ISO-FormatSabine Kemmlein, Oliver Hahn, Oliver Jann (BAM): Emissionen von Flammschutzmitteln aus Bauprodukten und Konsumgütern, Umweltforschungsplan, Forschungsbericht 299 65 321, UBA-FB 000475. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, September 2003, abgerufen am 21. Januar 2013 (PDF, 3,97 MB).
  49. Dämmung: Polystyrol (EPS, XPS) Expandiertes Polystyrol (EPS).
  50. Bénédicte Mailhot, Jean-Luc Gardette: Polystyrene Photooxidation, 1. Identification of the IR-Absorbing Photoproducts Formed at Short and Long Wavelenghts, in: Macromolecules, 1992, 25 (16), S. 4119–4126 (doi:10.1021/ma00042a012).
  51. Umweltbundesamt Daten zur Umwelt, Aufkommen und Entsorgung von Kunststoffabfällen
  52. D. Bender, H. Gausepohl, D. Braun, R. Gellert: Polystyrol. Hanser Verlag 1995; ISBN 3-446-18004-4; S.  467f: Anforderungen an Polystyrol-Lebensmittelverpackungen.
  53. Stirnkontaktierte Styroflexkondensatoren für den Einsatz in der NF- Meß- und Regeltechnik, im Katalog der Oppermann-electronic.de
  54. Helmut Günzler, Harald Böck: IR-Spektroskopie – Eine Einführung (VCH-Taschentext 193), S. 104.
  55. Polystyrene Facts (englisch; PDF; 49 kB), King County Green Schools Program, Mai 2008.
  56. Abhijit Bandyopadhyay, G. Chandra Basak: Studies on photocatalytic degradation of polystyrene. In: Materials Science and Technology. 23, Nr. 3, 2007, S. 307–317. doi:10.1179/174328407X158640.
  57. R. A. Hawley-Fedder, M. L. Parsons, F. W. Karasek: Products Obtained During Combustion of Polymers Under Simulated Incinerator Conditions, II Polystyrene. In: Journal of Chromatography Band 315, 1984, S. 211–221. doi:10.1016/S0021-9673(01)90738-1
  58. Recycling von EPS-Abfall zu re-expandierbarem Polystyrol (EPS-Loop) (PDF; 205 kB)
  59. Der CreaSolvProzess
  60. Martin Scheibengraf, Hubert Reisinger: Abfallvermeidung und -Verwertung: Baurestmassen (PDF; 3,0 MB), Detailstudie zur Entwicklung einer Abfallvermeidungs- und -verwertungsstrategie für den Bundes-Abfallwirtschaftsplan 2006, Österreichisches Umweltbundesamt 2005
  61. "Schaumstoff aus Pilzen", Galileo, Pro7 TV.
  62. V. Polystyrol, das ausschließlich durch Polymerisation von Styrol gewonnen wird (PDF; 45 kB).
  63. VI. Styrol-Misch- und Pfropfpolymerisate und Mischungen von Polystyrol mit Polymerisaten (PDF; 63 kB).