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 1839, dalla polimerizzazione spontanea di un campione di stirene lasciato esposto alla luce, ma la reazione non fu compresa e descritta fino al 1845.

Con la messa a punto della sintesi industriale dello stirene (1869), 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.
polimerizzazione del polistirene

La reazione è esotermica e la regolazione della temperatura dev’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 trasormati, per calandratura, in lastre per termoformatura o per l’accoppiaggio. Proprietà [modifica]

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.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.

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 seccessivo rigonfiamento dovuto all’ebollizzione 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.

Chimicamente, è il polimero del metacrilato di metile.

Questo materiale fu sviluppato nel 1928 in vari laboratori e immesso sul mercato nel 1933 dall’industria chimica tedesca Röhm.

Di norma è molto trasparente, più del vetro al punto che possiede caratteristiche di comportamento assimilabili alla fibra ottica per qualità di trasparenza, e con la proprietà di essere più o meno in percentuali diverse, infrangibile a seconda della sua “mescola”. Per queste caratteristiche è usato nella fabbricazione di vetri di sicurezza e articoli similari, nei presidi antinfortunistici, nell’oggettistica d’arredamento o architettonica in genere.

Il PMMA è spesso usato in alternativa al vetro; alcune delle differenze tra i due materiali sono le seguenti:

• la densità: quella del PMMA è 1,19 g/cm3, circa la metà di quella del vetro
• il PMMA è infrangibile
• il PMMA è più tenero e sensibile ai graffi e alle abrasioni; a questo generalmente si ovvia con un opportuno rivestimento
• il PMMA può essere modellato per riscaldamento a temperature relativamente basse (100°C circa)
• il PMMA è più trasparente del vetro alla luce visibile
• A differenza del vetro, il PMMA non ferma la luce ultravioletta, quando necessario viene pertanto rivestito con pellicole apposite
• il PMMA è trasparente alla luce infrarossa fino a 2800 nm, mentre la luce di lunghezze d’onda maggiori viene sostanzialmente bloccata. Esistono specifiche formulazioni di PMMA atte a bloccare la luce visibile e a lasciar passare la luce infrarossa di un dato intervallo di frequenze (usate, ad esempio, nei telecomandi e nei sensori rivelatori di fonti di calore)

Pezzi di PMMA possono essere saldati a freddo usando adesivi a base di cianoacrilati oppure sciogliendone gli strati superficiali con un opportuno solvente – diclorometano o cloroformio. La giuntura che si crea è quasi invisibile. Gli spigoli vivi del PMMA possono inoltre essere facilmente lucidati e resi trasparenti.

Il PMMA brucia in presenza di aria a temperature superiori a 460°C; la sua combustione completa produce anidride carbonica e acqua.

Analogo al PMMA, ma con un atomo di idrogeno al posto del gruppo metile (CH3) che sporge dalla catena principale, è il polimetilacrilato, un polimero che si presenta come una gomma morbida.

Tra gli esempi delle sue applicazioni si annoverano i fanali posteriori delle automobili, le barriere di protezione negli stadi e le grandi finestre degli acquari. Viene usato anche nella produzione dei “laser disc” (videodischi) e occasionalmente nella produzione dei DVD; per questi ultimi (e per i CD) è tuttavia preferito il più costoso policarbonato, per via della sua migliore resistenza all’umidità.

La vernice acrilica consiste essenzialmente di una sospensione di PMMA in acqua, stabilizzata con opportuni composti tensioattivi, dato che il PMMA è idrofobo.

Il PMMA possiede un buon grado di biocompatibilità con i tessuti umani, viene per questo usato nella produzione di lenti intraoculari per la cura della cataratta. Anche le lenti a contatto rigide sono realizzate con questo polimero; alcuni tipi di lenti a contatto morbide sono invece realizzate con polimeri simili, dove però il monomero acrilico ospita sulla sua struttura uno o più gruppi ossidrile, in modo da rendere il polimero maggiormente idrofilo, HEMA (idrossietilmetacrilato)

In ortopedia il PMMA è usato come “cemento” per fissare impianti, per rimodellare parti di osso perdute o “riparare” vertebre fratturate (Vertebroplastica). Viene commercializzato in forma di polvere da miscelare al momento dell’uso con metacrilato di metile (MMA) liquido per formare una pasta che indurisce gradualmente. Nei pazienti trattati in questo modo, l’odore del metacrilato di metile può essere percepibile nel loro respiro. Benché il PMMA sia biocompatibile, l’MMA è una sostanza irritante. Anche le otturazioni dentali sono realizzate con un “cemento” analogo. In chirurgia estetica, iniezioni di micro-sfere di PMMA sotto pelle vengono usate per ridurre rughe e cicatrici.

Il PMMA è un materiale sensibile alla corrente che lo attraversa e perciò viene utilizzato anche nell’industria microelettronica nei processi di litografia elettronica.

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