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| 名前 | |
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| IUPAC名
ポリ(1-フェニルエチレン)
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| その他の名前
サーモコル
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| 識別子 | |
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| 略語 | 追伸 |
| ケムスパイダー |
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| ECHA 情報カード | 100.105.519 |
CompTox ダッシュボード ( EPA )
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| プロパティ | |
| （C 8 H 8）n | |
| 密度 | 0.96～1.05 g/ cm3 |
| 融点 | ~ 240 °C (464 °F; 513 K) [4]アイソタクチックポリスチレンの場合 |
| 沸点 | 430℃（806°F; 703 K）で解重合する |
| 不溶性 | |
| 溶解度 | ベンゼン、二硫化炭素、塩素化脂肪族炭化水素、クロロホルム、シクロヘキサノン、ジオキサン、酢酸エチル、エチルベンゼン、MEK、NMP、THFに可溶[1] |
| 熱伝導率 | 0.033 W/(m·K) （フォーム、ρ 0.05 g/cm 3）[2] |
屈折率( n D )
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1.6;誘電率2.6 (1 kHz – 1 GHz) [3] |
| 関連化合物 | |
関連化合物
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スチレン（モノマー） |
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。
インフォボックス参照
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ポリスチレン（PS）/ ˌ p ɒ l i ˈ s t aɪ r iː n /は、芳香族炭化水素スチレンのモノマーから作られた合成ポリマーです。[5]ポリスチレンは固体または発泡体です。汎用ポリスチレンは透明で硬く、脆いです。単位重量あたりの樹脂は安価です。空気や水蒸気に対するバリア性が低く、融点が比較的低いです。[6]ポリスチレンは最も広く使用されているプラスチックの1つであり、その生産規模は年間数百万トンです。[7]ポリスチレンは本来透明ですが、着色剤で着色できます。用途には、保護包装（梱包用発泡スチロールや光ディスクのジュエルケースなど）、容器、蓋、ボトル、トレイ、タンブラー、使い捨てカトラリー、[6]模型製作、レコードの代替材料などがあります。[8]
熱可塑性ポリマーであるポリスチレンは、室温では固体（ガラス状）の状態ですが、ガラス転移温度である約100℃以上に加熱すると流動します。冷却すると再び硬くなります。この温度挙動は、押出成形（発泡スチロールなど）や、金型に細かく鋳造できるため、成形や真空成形に利用されています。温度挙動は光架橋によって制御できます。[9]
ASTM規格では、ポリスチレンは生分解性がないと考えられています。ポリスチレンは、泡状の状態で海岸や水路沿い、太平洋などの屋外環境にゴミとして蓄積されています。 [10]
歴史
ポリスチレンは、1839年にベルリンの薬剤師エドゥアルト・シモンによって発見されました。[ 11 ]彼は東洋のモミジバフウの樹脂であるエストラックスから油状の物質を蒸留し、これをスチロールと名付けました。これは現在スチレンと呼ばれています。数日後、シモンはそれがゼリー状に濃くなっているのを発見しました。これは現在ではポリマーであることが分かっており、彼はそれが酸化によって生じたと推測したため、スチロールオキシド（「スチロキシド」）と名付けました（スチレンオキシドは別の化合物です）。1845年までに、ジャマイカ生まれの化学者ジョン・バドル・ブライスとドイツの化学者アウグスト・ヴィルヘルム・フォン・ホフマンは、酸素がない状態でもスチロールの同様の変化が起こることを示しました。[12]彼らはその生成物を「メタスチロール」と呼び、分析の結果、化学的にはシモンのスチロキシドと同一であることがわかりました。[13] 1866年、マルセリン・ベルトロは、メタスチロール/スチロキシドがスチロールから重合プロセスとして形成されることを正しく特定しました。[14]約80年後、ドイツの有機化学者ヘルマン・シュタウディンガー（1881-1965）の論文に従って、スチロールを加熱すると高分子を生成する連鎖反応が開始されることがわかりました。これにより、最終的にこの物質は現在のポリスチレンという名前を受け取りました。[要出典]
IGファルベン社は、1931年頃、ルートヴィヒスハーフェンでポリスチレンの製造を開始し、多くの用途でダイカスト亜鉛の適切な代替品となることを期待していました。加熱されたチューブとカッターを通してポリスチレンを押し出し、ペレット状のポリスチレンを製造する反応容器を開発し、成功を収めました。[15]
ダウ・ケミカルの化学技術者レイ・マッキンタイア（1918年 - 1996年）は、1930年代初頭にスウェーデンの発明家カール・ムンタースが最初に特許を取得したプロセスを再発見した。[16]科学史研究所によると、「ダウはムンタースの方法の権利を購入し、軽量で耐水性があり浮力のある素材を生産し始めた。これは、ドックや船舶の建造、住宅、オフィス、鶏小屋の断熱に最適と思われる。」[17] 1944年に発泡スチロールの特許が取得された。[18]
1949年以前に、化学技術者のフリッツ・スタストニー（1908-1985）は、ペンタンなどの脂肪族炭化水素を組み込んだ予備発泡PSビーズを開発しました。これらのビーズは、成形部品や押し出しシートの原料です。BASFとスタストニーは特許を申請し、1949年に発行されました。成形プロセスは、1952年にデュッセルドルフで開催されたKunststoff Messeで実演されました。製品はStyroporと名付けられました。[19]
アイソタクチックポリスチレンの結晶構造はジュリオ・ナッタによって報告された。[20]
1954年、ペンシルベニア州ピッツバーグのコッパーズ社は、ダイライトという商標名で発泡ポリスチレン（EPS）フォームを開発しました。 [21] 1960年には、発泡カップの最大手メーカーであるダートコンテナ社が最初の注文を出荷しました。[22]
構造と生産
化学的に言えば、ポリスチレンは、炭素中心が交互にフェニル基に結合した長鎖炭化水素（ベンゼンの誘導体）です。ポリスチレンの化学式は（C
8H
8）
ん;炭素と水素という化学元素 が含まれています。[要出典]
この材料の特性は、ポリマー鎖間の短距離ファンデルワールス引力によって決まる。分子は数千の原子から構成されるため、分子間の累積引力は大きい。加熱すると（または粘弾性と断熱特性の組み合わせにより急速に変形すると）、鎖はより堅固になり、互いにすべり合うことができる。この分子間の弱さ（炭化水素骨格による高い分子内強度に対して）が柔軟性と弾力性を与える。このシステムはガラス転移温度以上で容易に変形できるため、ポリスチレン（および一般的な熱可塑性ポリマー）は加熱すると容易に軟化し、成形できる。押し出し成形されたポリスチレンは、合金化されていないアルミニウムと同程度の強度だが、はるかに柔軟で、密度ははるかに低い（ポリスチレンは 1.05 g/cm 3、アルミニウムは2.70 g/cm 3）。[23]
生産
ポリスチレンは、スチレンモノマーが重合（相互接続）して得られる付加ポリマーです。重合では、ビニル基の炭素-炭素π結合が切断され、新しい炭素-炭素σ結合が形成され、別のスチレンモノマーの炭素に鎖に結合します。製造には1種類のモノマーのみが使用されるため、ホモポリマーです。新しく形成されたσ結合は切断されたπ結合よりも強いため、ポリスチレンを解重合することは困難です。通常、ポリスチレンの鎖は数千のモノマーで構成され、モル質量は100,000～400,000 g/molです。[要出典]
骨格の各炭素は四面体構造をしており、フェニル基（ベンゼン環）が結合した炭素は立体的である。骨格が平らで細長いジグザグ鎖として配置される場合、各フェニル基は鎖の平面に対して前方または後方に傾く。[要出典]
連続するフェニル基の相対的な立体化学関係によってタクティシティが決定され、それが物質の様々な物理的性質に影響を与える。[24]
戦術性
ポリスチレンにおいて、立体規則性は、ポリマー鎖内でフェニル基が均一に整列している（片側に配置されている）程度を表します。立体規則性はプラスチックの特性に強い影響を及ぼします。標準的なポリスチレンはアタクチックです。すべてのフェニル基が同じ側にあるジアステレオマーはアイソタクチックポリスチレンと呼ばれ、商業的に生産されていません。[引用が必要]
アタクチックポリスチレン
ポリスチレンの商業的に重要な唯一の形態はアタクチックであり、フェニル基がポリマー鎖の両側にランダムに分布している。このランダムな配置により、鎖は結晶性を達成するために十分な規則性を持って整列することができない。プラスチックのガラス転移温度Tgは約90℃である。重合はフリーラジカルによって開始される。[7]
シンジオタクチックポリスチレン
チーグラー・ナッタ重合では、炭化水素骨格の交互に配置されたフェニル基を持つ整列したシンジオタクチックポリスチレンを生産することができる。この形態は結晶性が高く、Tm （融点）は270℃（518℉）である。シンジオタクチックポリスチレン樹脂は現在、出光興産株式会社によってXARECという商標名で生産されており、重合反応にメタロセン触媒を使用している。[25]
劣化
ポリスチレンは化学的に比較的不活性です。耐水性があり、多くの酸や塩基による分解に耐性がありますが、多くの有機溶剤（アセトンにさらされるとすぐに溶解します）、塩素系溶剤、芳香族炭化水素溶剤によって簡単に攻撃されます。その弾力性と不活性のため、多くの商業用製品の製造に使用されています。他の有機化合物と同様に、ポリスチレンは燃焼して二酸化炭素と水蒸気、およびその他の熱分解副産物を生成します。芳香族炭化水素であるポリスチレンは、通常、すすの炎で示されるように不完全燃焼します。[要出典]
ポリスチレンをモノマーであるスチレンに脱重合するプロセスは熱分解と呼ばれます。これは、各スチレン化合物間の化学結合を分解するために高熱と圧力を使用することを伴います。熱分解は通常430℃まで上がります。[26]これを行うための高いエネルギーコストにより、ポリスチレンをスチレンモノマーに戻す商業的なリサイクルは困難になっています。[要出典]
生物
ポリスチレンは一般的に生分解性がないと考えられていますが、特定の生物はポリスチレンを非常にゆっくりではあるものの分解することができます。[27]
2015年、研究者らは、コガネムシ科のコガネムシの一種であるミールワームの幼虫がEPSを消化し、健康に生きられることを発見した。[28] [29]ミールワーム約100匹は、1日に34～39ミリグラムのこの白い泡を消費することができる。ミールワームの排泄物は、作物の土壌として安全に使用できることがわかった。[28]
2016年には、スーパーワーム（ゾフォバス・モリオ）が発泡スチロール（EPS）を食べる可能性があることも報告されました。[30]アテネオ・デ・マニラ大学の高校生グループは、テネブリオ・モリターの幼虫と比較して、ゾフォバス・モリオの幼虫はより長い期間にわたってより多くのEPSを消費する可能性があることを発見しました。[31]
2022年に科学者たちは、ポリスチレンと分解生成物であるスチレンの分解に関連するコード化酵素を含むスーパーワームの腸内で、シュードモナス属、ロドコッカス属、コリネバクテリウム属を含むいくつかの細菌属を特定しました。[32]
細菌のシュードモナス・プチダはスチレン油を生分解性プラスチック PHAに変換する能力がある。[33] [34] [35]これは将来、発泡スチロールの効率的な処分に役立つかもしれない。ポリスチレンがスチレン油に変わるためには熱分解を経なければならないことは注目に値する。[要出典]
作成されたフォーム
ポリスチレンは、一般的に射出成形、真空成形、または押し出し成形されるが、発泡ポリスチレンは、特殊なプロセスで押し出し成形または成形される。ポリスチレン共重合体も製造されており、これにはスチレンに加えて1つ以上の他のモノマーが含まれている。近年では、セルロース[39] [40]およびデンプン[41]との発泡ポリスチレン複合材料も製造されている。ポリスチレンは、一部のポリマー結合爆薬（PBX）に使用されている。[要出典]
シートまたは成形ポリスチレン
ポリスチレン (PS) は、使い捨てのプラスチック製カトラリーや食器、CD「ジュエル」ケース、煙探知器ハウジング、ナンバープレートのフレーム、プラスチック製モデルの組み立てキットなど、硬くて経済的なプラスチックが求められる多くの製品の製造に使用されます。製造方法には、熱成形(真空成形) と射出成形があります。
ポリスチレン製のペトリ皿や試験管、マイクロプレートなどの実験容器は、生物医学研究や科学において重要な役割を果たしている。これらの用途では、ほとんどの場合射出成形で製造され、成形後に放射線照射またはエチレンオキシド処理によって滅菌されることが多い。成形後の表面改質は、通常酸素を多く含むプラズマで行われ、極性基を導入することが多い。現代の生物医学研究の多くは、このような製品の使用に依存しており、そのため、製薬研究において重要な役割を果たしている。[42]
ポリスチレンの薄いシートは、非常に安定した誘電体を形成するため、ポリスチレンフィルムコンデンサに使用されていますが、ポリエステルが使用されるようになったため、ほとんど使用されなくなりました。
フォーム
ポリスチレンフォームは95～98%が空気です。[43] [44]ポリスチレンフォームは優れた断熱材であるため、断熱コンクリートフォームや構造断熱パネル建築システムなどの建築断熱材としてよく使用されます。グラファイトを組み込んだグレーのポリスチレンフォームは、優れた断熱特性を持っています。[45]
スウェーデンのカール・ムンタースとジョン・グッドブランド・タンバーグは、1935年に断熱材としてのポリスチレンフォームに関する米国特許を取得した（米国特許番号2,023,204）。[46]
PS フォームは優れた減衰特性も示すため、梱包に広く使用されています。Dow Chemical Companyの商標 Styrofoamは、非公式には (主に米国とカナダで) すべての発泡ポリスチレン製品に使用されていますが、厳密には Dow Chemicals が製造する「押し出し成形されたクローズドセル」ポリスチレン フォームにのみ使用する必要があります。
フォームは、重量を支えない建築構造物（装飾柱など）にも使用されます。
発泡ポリスチレン（EPS）
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発泡ポリスチレン（EPS）は、硬くて丈夫な独立気泡フォームで、通常の密度範囲は11～32 kg/m 3です。[47]通常、白色で、発泡前のポリスチレンビーズでできています。EPSの製造プロセスは、通常、小さなポリスチレンビーズの作成から始まります。スチレンモノマー（および場合によっては他の添加剤）を水中に懸濁し、フリーラジカル付加重合を行います。このメカニズムで形成されたポリスチレンビーズの平均直径は約200μmです。次に、ビーズに「発泡剤」を浸透させます。これはビーズを膨張させる材料です。発泡剤としては、ペンタンが一般的に使用されます。ビーズは、他の添加剤とともに発泡剤とともに連続的に撹拌される反応器に追加され、発泡剤は各ビーズ内の細孔に浸透します。次に、ビーズは蒸気を使用して膨張します。[48]
EPSは食品容器、建築断熱材の成形シート、梱包材として使用され、保護対象物を収容するために形成された固体ブロックとして、または箱の中の壊れやすい物を保護する緩衝材として緩衝材として使用されます。EPSは、 オートバイのヘルメットや自動車レーストラックの道路バリアなど、自動車や道路の安全用途にも広く使用されています。[49] [50] [51]
EPS製品の大部分は射出成形で製造されています。金型は鋼（硬化およびメッキが可能）とアルミニウム合金で製造される傾向があります。金型はゲートとランナーのチャネルシステムを介して分割して制御されます。[52] EPSは英語圏では口語的に「発泡スチロール」と呼ばれ、ダウケミカルの押出ポリスチレンブランドの一般名です。[53]
建築工事におけるEPS
EPS シートは、一般的に硬質パネルとしてパッケージ化されています(ヨーロッパでは 100 cm x 50 cm のサイズが一般的ですが、通常は意図する接続の種類や接着技術に応じて、実際には 99.5 cm x 49.5 cm または 98 cm x 48 cm です。あまり一般的ではありませんが 120 x 60 cm です。米国ではサイズが 4 x 8 フィート (1.2 x 2.4 m) または 2 x 8 フィート (0.61 x 2.44 m) です)。一般的な厚さは 10 mm から 500 mm です。さまざまな特性を高めるために、多くのカスタマイズ、添加剤、および片面または両面の薄い追加の外層が追加されることがよくあります。この例としては、 セメント板とのラミネートによる構造断熱パネルの形成が挙げられます。
熱伝導率は EN 12667 に従って測定されます。標準的な値は、EPS ボードの密度に応じて 0.032 ～ 0.038 W/(m⋅K) の範囲です。StyroChem Finland の K-710 のデータシートによると、15 kg/m 3で0.038 W/(m⋅K) の値が、40 kg/m 3で 0.032 W/( m⋅K) の値がそれぞれ得られました。最近では、充填剤 (グラファイト、アルミニウム、またはカーボン) を追加することで、EPS の熱伝導率は約 0.030 ～ 0.034 W/(m⋅K) (最低 0.029 W/(m⋅K)) に達するようになり、標準的な EPS とは区別される灰色/黒色になっています。英国と EU では、複数の EPS 製造業者がこの製品向けに、耐熱性を高めたさまざまな EPS を製造しています。
EPSの水蒸気拡散抵抗（μ）は約30～70です。
ICC-ES (国際規格協議会評価サービス) では、建築工事で使用される EPS ボードが ASTM C578 要件を満たすことを要求しています。これらの要件の 1 つは、 ASTM D2863 で測定された EPS の限界酸素指数が 24 体積 % を超えることです。一般的な EPS の酸素指数は約 18 体積 % であるため、EPS の形成中にスチレンまたはポリスチレンに難燃剤が添加されます。
難燃剤を含むボードは、試験方法 UL 723 または ASTM E84 を使用してトンネル内で試験した場合、炎伝播指数が 25 未満、煙発生指数が 450 未満になります。ICC-ES では、EPS ボードを建物内で使用する場合、15 分間の熱バリアの使用が義務付けられています。
EPS-IA ICF組織によれば、断熱コンクリートフォーム（発泡ポリスチレンコンクリート）に使用されるEPSの典型的な密度は1立方フィートあたり1.35～1.80ポンド（21.6～28.8 kg/m 3）です。これはASTM C578によればタイプIIまたはタイプIX EPSのいずれかです。建築工事で使用されるEPSブロックまたはボードは、通常、熱線を使用して切断されます。[54]
押し出しポリスチレン（XPS）
押出ポリスチレンフォーム（XPS）は独立気泡構造で、表面粗さが改善され、剛性が高く、熱伝導率が低いという特徴があります。密度は約28～34 kg/m 3です。[55] [56]
押し出しポリスチレン材料は、工芸品や模型製作、特に建築模型にも使用されています。押し出し製造プロセスのため、XPS は熱特性や物理的特性を維持するために表面処理を必要としません。そのため、段ボールのより均一な代替品となります。熱伝導率は、支持強度/密度に応じて 0.029 ～ 0.039 W/(m·K) の範囲で変化し、平均値は約 0.035 W/(m·K) です。
XPS の水蒸気拡散抵抗 (μ) は約 80～250 です。
一般的な押し出しポリスチレンフォーム材料には以下のものがあります。
- デュポン社が製造する発泡スチロール（ブルーボードとも呼ばれる）
- デプロン、模型製作にも使われる薄い断熱シート[57]
ポリスチレンフォームの吸水性
発泡ポリスチレンと押出ポリスチレンは独立気泡フォームですが、完全に防水性や防湿性があるわけではありません。[58]発泡ポリスチレンでは、独立気泡ペレットの間に隙間があり、結合したペレット間に開いたチャネルネットワークを形成します。この隙間ネットワークは液体の水で満たされる可能性があります。水が凍結して氷になると、膨張してポリスチレンペレットがフォームから剥がれる可能性があります。押出ポリスチレンも水分子を透過するため、蒸気バリアとは見なされません。[59]
浸水は、温水浴槽のカバー、浮き桟橋、ボートの座席の下の補助的な浮力、地下水に常にさらされている地下建物の外装断熱材など、常に高湿度にさらされたり、継続的に水に浸かっているポリスチレンフォームでは、長期間にわたって一般的に発生します。[60]通常、浸水を防ぐために、不浸透性のプラスチックシートやスプレー塗装などの外部蒸気バリアが必要です。
配向性ポリスチレン
延伸ポリスチレン (OPS) は、押し出し成形された PS フィルムを延伸して製造され、曇りを減らして剛性を高めることで、素材を通した視認性を向上させます。これは、メーカーが消費者に製品を見えるようにしたいパッケージングによく使用されます。OPS の利点は、ポリプロピレン(PP)、PET、耐衝撃性ポリスチレン (HIPS) などの他の透明プラスチックよりも製造コストが安く、HIPS や PP よりも曇りが少ないことです。OPS の主な欠点は、脆く、簡単に割れたり裂けたりすることです。
共重合体
通常の（ホモポリマー）ポリスチレンは、透明性、表面品質、剛性に関して優れた特性プロファイルを持っています。共重合やその他の改質（PCやシンジオタクチックポリスチレンとのブレンドなど）により、その用途範囲がさらに広がります。 [61] ：102–104 スチレンをベースにしたいくつかの共重合体が使用されています。ホモポリマーポリスチレンの脆さは、エラストマー改質スチレン-ブタジエン共重合体によって克服されています。スチレンとアクリロニトリルの共重合体（SAN）は、ホモポリマーよりも熱応力、熱、化学物質に対する耐性が高く、透明でもあります。ABSと呼ばれる共重合体は同様の特性があり、低温でも使用できますが、不透明です。
スチレンブタン共重合体
スチレンブタン共重合体はブテン含有量が低い状態で製造できる。スチレンブタン共重合体にはPS-IとSBC（下記参照）があり、どちらの共重合体も耐衝撃性がある。PS-Iはグラフト共重合によって製造され、SBCはアニオンブロック共重合によって製造され、適切なブロックサイズであれば透明になる。 [62]
スチレンブタン共重合体にブチレン含有量が多い場合は、スチレンブタジエンゴム(SBR) が形成されます。
スチレン-ブタジエン共重合体の衝撃強度は相分離に基づいており、ポリスチレンとポリブタンは互いに溶解しません ( Flory-Huggins 溶解理論を参照)。共重合により、完全に混合することなく境界層が生成されます。ブタジエン部分 (「ゴム相」) が集まって、ポリスチレン マトリックスに埋め込まれた粒子を形成します。スチレン-ブタジエン共重合体の衝撃強度が向上する決定的な要因は、変形作業に対する吸収能力が高いことです。力が加えられていない場合、ゴム相は最初は充填剤のように動作します。引張応力を受けると、ひび割れ(マイクロクラック) が形成され、それがゴム粒子に広がります。次に、伝播するひび割れのエネルギーが、その経路に沿ってゴム粒子に伝達されます。多数のひび割れにより、もともと剛性であった材料が積層構造になります。各ラメラの形成はエネルギーの消費に寄与し、したがって破断時の伸びが増加します。ポリスチレン ホモポリマーは、力が加えられると変形し、破断します。スチレンブタン共重合体はこの時点では破断しないが、流動し始め、引張強度まで固化し、さらに伸びが大きくなると破断する。[63] : 426
ポリブタジエンの割合が高いと、2 つの相の効果が逆転します。スチレンブタジエンゴムはエラストマーのように動作しますが、熱可塑性プラスチックのように加工できます。
耐衝撃性ポリスチレン（PS-I）
PS-I（耐衝撃性ポリスチレン）は、連続したポリスチレンマトリックスとその中に分散したゴム相で構成されています。これは、溶解したポリブタジエン（スチレン中）の存在下でスチレンを重合することによって生成されます。重合は2つの方法で同時に行われます：[64]
- グラフト共重合：成長したポリスチレン鎖がポリブタジエンの二重結合と反応します。その結果、1 つのポリブタジエンに複数のポリスチレン鎖が結合します。
- 図中のSはスチレン繰り返し単位を表す。
- Bブタジエン繰り返し単位。ただし、中央のブロックは、このように描かれたブタンホモポリマーではなく、スチレンブタジエン共重合体で構成されることがよくあります。
- SSSSSSSSSSSSSSSSSSSS BB S BB S B S BBBB S B SS BBB S B SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS S
この位置で統計的共重合体を使用することで、ポリマーは架橋を受けにくくなり、溶融物中でよりよく流れるようになる。 SBS の製造では、まずスチレンをアニオン共重合によってホモ重合する。通常、ブチルリチウムなどの有機金属化合物が触媒として使用される。次にブタジエンを加え、スチレンの後で再び重合する。触媒はプロセス全体を通して活性なままである (このため、使用する化学物質は高純度でなければならない)。ポリマーの分子量分布は非常に低い (多分散度は 1.05 の範囲で、個々の鎖は非常に似た長さである)。個々のブロックの長さは、触媒とモノマーの比率によって調整できる。ゴム部分のサイズは、ブロックの長さによって決まる。小さな構造 (光の波長よりも小さい) が生成されることにより、透明性が確保される。ただし、PS-I とは対照的に、ブロック共重合体は粒子を形成せず、ラメラ構造をとる。
スチレンブタジエンゴム
スチレンブタジエンゴム（SBR）はPS-Iと同様にグラフト共重合によって生成されるが、スチレン含有量はPS-Iよりも低い。スチレンブタジエンゴムは、ゴムマトリックスとその中に分散したポリスチレン相から構成される。[65] PS-IやSBCとは異なり、熱可塑性樹脂ではなくエラストマーである。ゴム相内では、ポリスチレン相がドメインに組み立てられる。これにより、微視的レベルで物理的な架橋が生じる。材料をガラス転移点以上に加熱すると、ドメインが崩壊し、架橋が一時的に停止し、材料を熱可塑性樹脂のように加工することができる。[66]
アクリロニトリルブタジエンスチレン
アクリロニトリルブタジエンスチレン (ABS) は、純粋なポリスチレンよりも強度の高い素材です。
その他
SMAは無水マレイン酸との共重合体です。スチレンは他のモノマーと共重合できます。たとえば、ジビニルベンゼンはポリスチレン鎖を架橋して固相ペプチド合成に使用されるポリマーを生成するために使用できます。スチレンアクリロニトリル樹脂(SAN) は純粋なスチレンよりも耐熱性が高くなっています。
環境問題
生産
ポリスチレンフォームは、泡を形成してフォームを膨張させる発泡剤を使用して製造されます。発泡ポリスチレンでは、これらは通常ペンタンなどの炭化水素であり、製造時または新しく製造された材料の保管時に可燃性の危険をもたらす可能性がありますが、環境への影響は比較的軽度です。[要出典]押し出しポリスチレンは通常、ハイドロフルオロカーボン（HFC-134a）を使用して製造されます。[67]の地球温暖化係数は二酸化炭素の約1000〜1300倍です。[68]包装、特に発泡ポリスチレンは、陸上および海上活動の両方からマイクロプラスチックの原因となります。 [69]
環境の悪化
ポリスチレンは生分解性ではなく、光酸化の影響を受けやすい。[70]このため、市販の製品には光安定剤が含まれている。
ゴミ
動物は発泡スチロールを人工物として認識せず、食べ物と間違えることもある。[71] 発泡スチロールは比重が低いため風に吹かれ、水に浮きます。多量に飲み込んだ鳥や海洋動物の健康に深刻な影響を与える可能性があります。[71]発泡スチロールの破片にさらされたニジマスの幼魚は、組織計測学的に著しい変化という形で毒性の影響を受けます。[72]
削減
発泡スチロール製のテイクアウト食品包装の使用制限は、多くの固形廃棄物環境保護団体の優先事項です。[73]特にレストランの環境では、発泡スチロールの代替品を見つける努力がなされてきました。当初の動機は、発泡スチロールの以前の成分であった クロロフルオロカーボン（CFC）を排除することでした。
アメリカ合衆国
1987年、カリフォルニア州バークレー市はCFC食品容器を禁止した。[74]翌年、ニューヨーク州サフォーク郡は米国で初めてポリスチレンを全面的に禁止した。[75]しかし、プラスチック工業会による訴訟により[76]禁止は発効せず、最終的には共和党と保守党が郡議会で多数派を獲得したため延期された。[77]その間に、バークレー市はすべての発泡スチロール食品容器を禁止した最初の都市となった。[78] 2006年の時点で、ポートランド、オレゴン、サンフランシスコを含む米国の約100の地域で、レストランでのポリスチレンフォームの何らかの禁止があった。例えば、2007年にカリフォルニア州オークランド市はレストランに対し、食品堆肥に加えれば生分解する使い捨て食品容器への切り替えを義務付けた。[79] 2013年、サンノゼはポリスチレンフォームの食品容器を禁止した国内最大の都市になったと報じられました。[80]メイン州フリーポートのように1990年にポリスチレンの禁止を実施した地域もあります。 [81] 1988年、カリフォルニア州バークレーで米国初のポリスチレンフォームの一般的な禁止が制定されました。[78]
2015年7月1日、ニューヨーク市は、使い捨てポリスチレンフォームの販売、所持、流通を禁止しようとする米国最大の都市となった（最初の決定は控訴により覆された）。 [82]サンフランシスコでは、監督官が米国で最も厳しい「発泡スチロール」（EPS）の禁止を承認し、2017年1月1日に発効した。市の環境局は、規定の温度で医薬品を輸送するなど、特定の用途については例外を認めることができる。[83]
米国グリーンレストラン協会は、認証基準の一部としてポリスチレンフォームの使用を許可していません。[84]オランダ環境省を含むいくつかの環境指導者は、再利用可能なコーヒーカップを使用して環境への害を減らすよう人々に勧めています。[85]
2019年3月、メリーランド州はポリスチレンフォームの食品容器を禁止し、州議会で食品容器の発泡スチロール禁止を可決した国内初の州となった。メイン州は、食品容器の発泡スチロール禁止を正式に法律化した初の州となった。2019年5月、メリーランド州知事ホーガンは、署名なしで発泡スチロール禁止（下院法案109号）を法律化することを認め、メリーランド州は食品容器の発泡スチロール禁止を法律化した2番目の州となったが、2020年7月1日に発効する初の州となった。[86] [87] [88] [89]
2020年9月、ニュージャージー州議会は、ポリスチレンフォーム製の使い捨ての発泡食品容器とカップを禁止することを決議した。 [90]
米国外
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中国では1999年頃に発泡スチロール製のテイクアウト容器や食器が禁止された。しかし、遵守が問題となり、2013年には中国のプラスチック業界が禁止の撤廃を求めてロビー活動を行った。[91]
インドと台湾も2007年以前にポリスチレンフォーム製の食品用食器を禁止していた。[92]
ジンバブエ政府は、環境管理庁（EMA）を通じて、2012年法定規則第84号（プラスチック包装およびプラスチックボトル）（改正）規則、2012年（第1号）に基づき、ポリスチレン容器（国内では一般に「ケイライト」と呼ばれています）を禁止しました。 [93] [94]
カナダのバンクーバー市は2018年にゼロ・ウェイスト2040計画を発表しました。同市は2019年6月1日より、営業許可保有者がポリスチレンフォームカップやテイクアウト容器で調理済み食品を提供することを禁止する条例改正を導入する予定です。[95]
2019年、欧州連合は発泡スチロール製の食品包装とカップの禁止を決議し、この法律は2021年に正式に施行される予定である。[96] [97]
フィジーは2020年12月に環境管理法案を可決した。ポリスチレン製品の輸入は2021年1月に禁止された。[98]
リサイクル
一般的に、ポリスチレンは路上収集リサイクル プログラムでは受け入れられず、受け入れられた場合でも分別およびリサイクルされません。ドイツでは、ポリスチレンは、製造業者が販売するすべての包装材料のリサイクルまたは廃棄の責任を負うことを要求する包装法 (Verpackungsverordnung) の結果として収集されます。
現在、ほとんどのポリスチレン製品は、必要な圧縮機や物流システムに投資するインセンティブがないため、リサイクルされていません。ポリスチレンフォームは密度が低いため、収集するのは経済的ではありません。しかし、廃棄物が最初の圧縮プロセスを経ると、材料の密度は通常30 kg/m 3から330 kg/m 3に変化し、リサイクルプラスチックペレットの生産者にとって価値の高いリサイクル可能な商品になります。発泡ポリスチレンスクラップは、EPS断熱シートやその他の建設用途のEPS材料などの製品に簡単に追加できますが、多くのメーカーは収集の問題により十分なスクラップを入手できません。EPSの製造に使用されない場合は、フォームスクラップは、衣類ハンガー、公園のベンチ、植木鉢、おもちゃ、定規、ホッチキス本体、苗容器、額縁、リサイクルPSからの建築用モールディングなどの製品に変えることができます。[99] 2016年現在、英国では毎月約100トンのEPSがリサイクルされています。[100]
リサイクル EPS は、多くの金属鋳造作業にも使用されています。Rastraは、コンクリート基礎や壁の製作時に断熱材として使用されるセメントと混合されたEPSから作られています。アメリカの製造業者は、1993 年以来、約 80% のリサイクル EPS を使用した断熱コンクリート型枠を製造しています。
アップサイクリング
2022年3月、ニューヨーク州イサカにあるコーネル大学の科学者セウォン・オーとエリン・スタッシュによる共同研究では、ポリスチレンを安息香酸にアップサイクルする新しい処理方法が発見されました。このプロセスでは、ポリスチレンを塩化鉄とアセトンで白色光と酸素の下で20時間照射しました。[101]科学者たちはまた、わずか数時間でポリスチレンを貴重な小分子（安息香酸など）にアップサイクルする同様のスケーラブルな商業プロセスを実証しました。[101]
焼却
ポリスチレンを高温（1000℃まで[102]）で十分な空気[102]（14 m 3 /kg [要出典]）で適切に焼却すると、発生する化学物質は水、二酸化炭素、およびおそらく難燃剤からの残留ハロゲン化合物の微量です。[102]不完全な焼却しか行われなかった場合は、炭素のすすと揮発性化合物の複雑な混合物も残ります。[103] [より良い情報源が必要]アメリカ化学協会によると、ポリスチレンを現代の施設で焼却すると、最終容積は開始容積の1％になり、ポリスチレンの大部分は二酸化炭素、水蒸気、および熱に変換されます。放出される熱量が多いため、蒸気または発電の動力源として使用されることがあります。[102] [104]
ポリスチレンを800～900℃（現代の焼却炉の一般的な範囲）の温度で燃焼させた場合、燃焼生成物は「アルキルベンゼンからベンゾペリレンまでの多環芳香族炭化水素（PAH）の複雑な混合物」で構成されていました。ポリスチレンの燃焼排出物には90種類以上の化合物が確認されました。 [105] [より良い情報源が必要]アメリカ国立規格協会の火災研究センターは、発泡ポリスチレン（EPS）フォームの燃焼中に57種類の化学副産物が放出されることを発見しました。[106]
安全性
健康
以前は化学工業協会として知られていた アメリカ化学協議会は次のように書いている。
政府の安全機関は、50年にわたる科学的テストに基づいて、ポリスチレンが食品サービス製品に使用しても安全であると判断しました。たとえば、ポリスチレンは、食品を保存および提供する包装に使用するための米国食品医薬品局および欧州委員会/欧州食品安全機関の厳格な基準を満たしています。香港食品環境衛生局は最近、ポリスチレン製の食品サービス製品でさまざまな食品を提供することの安全性を検討し、米国FDAと同じ結論に達しました。[107]
1999年から2002年にかけて、ハーバードリスク評価センターが選出した12名の国際専門家パネルによって、スチレンへの曝露に関連する潜在的な健康リスクの包括的なレビューが行われた。科学者は、毒物学、疫学、医学、リスク分析、薬物動態、曝露評価の専門知識を持っていた。ハーバードの研究では、スチレンはイチゴ、牛肉、スパイスなどの食品に微量に自然に存在し、ワインやチーズなどの食品の加工中に自然に生成されると報告された。この研究では、食品包装や使い捨ての食品接触物品からの移行により食事に寄与するスチレンの量に関するすべての公開データもレビューされ、食品または食品接触用途（ポリスチレン包装や食品サービス容器など）からのスチレンへの曝露による一般市民へのリスクは、悪影響を引き起こすには低すぎるレベルであると結論付けられた。[108]
ポリスチレンは食品や飲料の容器によく使われている。ポリスチレンモノマー（ポリスチレンの原料）は発がん性の疑いがある物質である。[109]スチレンは「一般的に消費者製品に非常に低濃度で含まれているため、リスクは大きくない」。[110]食品に接触するために使用されるポリスチレンには、重量で1％（脂肪分の多い食品の場合は0.5％）を超えるスチレンが含まれていてはならない。[111]食品包装に使用されるポリスチレン容器のスチレンオリゴマーは、食品に移行することがわかっている。[112]野生型マウスとAhR -nullマウスを対象に実施された別の日本の研究では、著者らが調理済みのポリスチレン容器に詰められたインスタント食品で検出したスチレントリマーが甲状腺ホルモンレベルを上昇させる可能性があることが判明した。[113]
ポリスチレンを食品と一緒に電子レンジで加熱できるかどうかは議論の余地があります。一部の容器は電子レンジで安全に使用できますが、その旨のラベルが付いている場合に限ります。[114]一部の情報源では、カロチン（ビタミンA）や調理油を含む食品は避けるべきであると示唆しています。[115]
ポリスチレンの広範な使用により、これらの深刻な健康関連の問題は依然として話題となっている。[116] [信頼できない情報源? ]
火災の危険性
他の有機化合物と同様に、ポリスチレンは可燃性である。ポリスチレンはDIN4102によれば「B3」製品に分類されており、これは非常に可燃性または「容易に発火する」ことを意味する。その結果、低温では効率的な断熱材であるが、材料が難燃性でない限り、建築工事の露出設備での使用は禁止されている。[要出典]乾式壁、金属板、またはコンクリートの裏に隠す必要がある。 [117]発泡ポリスチレンプラスチック材料は、例えばデュッセルドルフ国際空港や英仏海峡トンネル（ポリスチレンが鉄道車両内にあり、火災が発生した）で、誤って発火し、大火災や人命損失を引き起こしたことがある。[118]
参照
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出典
この記事には、フリーコンテンツ作品からのテキストが組み込まれています。Cc BY-SA 3.0 IGO (ライセンス声明/許可) に基づいてライセンスされています。テキストは、国連環境計画の「Drowning in Plastics – Marine Litter and Plastic Waste Vital Graphics」から引用しました。
文献
- ヘインズ、ウィリアムM.編 (2011)。CRC化学・物理ハンドブック(第 92 版) 。CRC プレス。ISBN 978-1439855119。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、ポリスチレンに関連するメディアがあります。
- ポリスチレン組成 – 南ミシシッピ大学
- SPI 樹脂識別コード – プラスチック工業会
- ポリスチレン：地方条例 – カリフォルニア廃棄物反対運動
- 今日のポリスチレン包装を詳しく見てみましょう (業界団体のアメリカ化学協会によるパンフレット。この材料は「安全で、手頃な価格で、環境に優しい」と主張しています)
- Lettieri TR、Hartman AW 、 Hembree GG、Marx E (1991)。「SRM1960 の認証: 公称直径 10 μm のポリスチレン球 (「スペースビーズ」)」。 国立標準技術研究所の研究ジャーナル。96 (6): 669–691。doi :10.6028/jres.096.044。PMC 4915770。PMID 28184141。