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ポリスチレン（PS）/ ˌpɒliˈstaɪriːn /は、芳香族炭化水素スチレンのモノマーから作られる合成ポリマーです。[ 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、もろいです。重量比では、比較的安価な樹脂であり、酸素と水蒸気に対するバリア性はかなり低く、融点も比較的低いと考えられています。[ 6 ] [ 7 ]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。[ 8 ]ポリスチレンは本来可視光に対して透明ですが、着色剤で着色することができます。用途には、保護包装（梱包用ピーナッツ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、および（ビニールの代替材料として）蓄音機レコードなどがあります。[ 9 ]
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）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。光架橋によって制御できるこの温度特性は、押出成形（発泡スチロールなど）や、細かい形状の金型に流し込むことができるため、成形や真空成形にも利用されています。[ 10 ]
ASTM規格では、ポリスチレンは生分解性ではないとみなされています。ポリスチレンは、特に海岸や水路沿い、特に発泡体の形で、また海洋において、ゴミの形で蓄積しています。 [ 11 ]
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。[ 12 ]シモンは、東洋のフウの木Liquidambar orientalisの樹脂であるストラックスから油状の物質を蒸留し、それをスチロールと名付けました。これが現在では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固まっていることを発見しました。これは現在ではポリマーであることが知られていますが、シモンは酸化によって生じたと推測したため、これをスチロールオキシド（「スチロオキシド」）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じ変化が起こることを示しました。[ 13 ]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オキシドと同一であることが示されました。[ 14 ] 1866年、マルセリン・ベルテロは、スチロールからメタスチロール/スチロオキシドが重合プロセスとして生成されることを正しく特定した。[ 15 ]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）の論文に基づき、スチロールを加熱すると連鎖反応が始まって高分子が生成されることが認識された。これが最終的に、この物質が現在のポリスチレンという名前を得ることに繋がった。
IG Farben社は、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、1931年頃に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することで、成功を収めました。[ 16 ]
ダウ・ケミカルの化学技師レイ・マッキンタイア（1918年～1996年）は、スウェーデンの発明家カール・ムンタースが1930年代初頭に初めて特許を取得したプロセスを再発見した。[ 17 ]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、浮力のある素材の製造を開始した。この素材は、ドックや船舶の建造、住宅、オフィス、鶏小屋の断熱に最適であるように思われた。」[ 18 ] 1944年に発泡スチロールが特許を取得した。[ 19 ]
1949年以前、化学エンジニアのフリッツ・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むことで、予備膨張PSビーズを開発しました。これらのビーズは、成形部品や押出シートの原料です。BASFとスタストニーは特許を申請し、1949年に特許が発行されました。成形プロセスは、1952年にデュッセルドルフで開催されたプラスチックメッセで実演されました。製品はStyroporと名付けられました。[ 20 ]
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。[ 21 ]
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）フォームを開発した。 [ 22 ] 1960年、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た。[ 23 ]
化学的に言えば、ポリスチレンは、交互に炭素中心がフェニル基（ベンゼンの誘導体）に結合した長鎖炭化水素である。ポリスチレンの化学式は（C8時間8 )n ;炭素と水素という化学元素 。
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ります。分子は数千個の原子から構成されているため、分子間の累積引力は大きくなります。加熱（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、鎖はより高いコンフォメーションをとることができ、互いに滑り合うことができます。この分子間弱さ（炭化水素骨格による高い分子内強度とは対照的）により、柔軟性と弾性がもたらされます。この系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（および一般的に熱可塑性ポリマー）は加熱により容易に軟化して成形できます。押出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ほぼ同じ強度を持ちながら、はるかに柔軟で密度がはるかに低い（ポリスチレンは1.05 g/cm 3 、アルミニウムは2.70 g/cm 3 ）です。 [ 24 ]
ポリスチレンは、スチレンモノマーが重合（連結）して生成される付加重合体です。重合過程では、ビニル基の炭素-炭素π結合が切断され、新たな炭素-炭素σ結合が形成され、別のスチレンモノマーの炭素原子と結合して鎖を形成します。ポリスチレンの製造には1種類のモノマーしか使用されないため、ホモポリマーです。新たに形成された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。ポリスチレン鎖は通常、数千個のモノマーから構成され、分子量は100,000～400,000 g/molです。
主鎖を構成する各炭素原子は四面体構造を持ち、フェニル基（ベンゼン環）が結合している炭素原子は立体異性体である。主鎖を平らな細長いジグザグ鎖として配置した場合、各フェニル基は鎖の平面に対して前後に傾くことになる。
連続するフェニル基の相対的な立体化学的関係がタクティシティを決定し、それが材料のさまざまな物理的特性に影響を与える。[ 25 ]
ポリスチレンにおいて、タクティシティとは、ポリマー鎖中のフェニル基が均一に整列している（片側に集まっている）程度を表すものです。タクティシティはプラスチックの特性に大きな影響を与えます。標準的なポリスチレンはアタクティックです。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ティックポリスチレンと呼ばれますが、これは商業的に生産されていません。
商業的に重要なポリスチレンの形態はアタクチックのみであり、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、鎖が十分に規則的に整列して結晶性を得ることができない。この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。[ 8 ]
ツィーグラー・ナッタ重合により、フェニル基が炭化水素骨格の両側に交互に配置された規則的なシンジオタクチックポリスチレンを生成できます。この形態は結晶性が高く、融点（Tm ）は270 ℃（518 °F）です。シンジオタクチックポリスチレン樹脂は現在、出光株式会社がメタロセン触媒を用いて重合反応を行い、XARECという商標名で製造しています。[ 26 ]
ポリスチレンは比較的化学的に不活性です。防水性があり、多くの酸や塩基による分解にも耐性がありますが、多くの有機溶剤（例えば、アセトンに触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は容易に侵されます。その弾力性と不活性性から、多くの商業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すると二酸化炭素と水蒸気、そしてその他の熱分解副生成物を生成します。ポリスチレンは芳香族炭化水素であるため、通常は煤の出る炎が示すように不完全燃焼します。
ポリスチレンをモノマーであるスチレンに解重合するプロセスは、熱分解と呼ばれます。これは、高温高圧を用いて各スチレン化合物間の化学結合を切断するプロセスです。熱分解は通常430 ℃（806 °F）まで行われます。[ 27 ]このプロセスには高いエネルギーコストがかかるため、ポリスチレンをスチレンモノマーに商業的にリサイクルすることは困難です。
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る。しかし、特定の生物は非常にゆっくりではあるが、それを分解することができる。[ 28 ]
2015年、研究者たちは、ゴミムシダマシ科の甲虫Tenebrio molitorの幼虫であるミールワームがEPSを餌として消化し、健康的に生存できることを発見した。[ 29 ] [ 30 ]約100匹のミールワームは、 1日に34ミリグラム（0.52g ）から39ミリグラム（0.60g ）のこの白い泡を摂取することができた。ミールワームの糞は、作物の土壌として使用しても安全であることがわかった。[ 29 ]
2016年には、スーパーワーム（ Zophobas morio）が発泡ポリスチレン（EPS）を食べる可能性があることも報告された。 [ 31 ]アテネオ・デ・マニラ大学の高校生グループは、 Tenebrio molitorの幼虫と比較して、Zophobas morio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た。[ 32 ]
2022年に科学者たちは、スーパーワームの腸内に、ポリスチレンの分解と分解生成物であるスチレンに関連する酵素をコードする遺伝子を持つ、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などのいくつかの細菌属を特定した。[ 33 ]
細菌Pseudomonas putida は、スチレンオイルを生分解性プラスチックPHAに変換する能力がある。[ 34 ] [ 35 ] [ 36 ]これは、将来、ポリスチレンフォームの効率的な廃棄に役立つ可能性がある。ポリスチレンがスチレンオイルになるには熱分解を受ける必要があることに留意すべきである。
ポリスチレンは一般的に射出成形、真空成形、または押出成形されるが、発泡ポリスチレンは特殊なプロセスで押出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、これらはスチレンに加えて1つ以上の他のモノマーを含む。セルロース[ 40 ] [ 41 ]およびデンプン[ 42 ]を含む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。
ポリスチレン（PS）は、使い捨てプラスチック製カトラリーや食器、CDケース、煙感知器の筐体、ナンバープレートフレーム、プラスチックモデル組み立てキットなど、硬質で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ています。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用容器は、生物医学研究や科学において重要な役割を果たしています。これらの用途では、製品はほぼ常に射出成形によって製造され、多くの場合、成形後に放射線照射または酸化エチレン処理によって滅菌されます。極性基を導入するために、通常は酸素リッチプラズマを用いた成形後の表面改質がよく行われます。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、したがって、医薬品研究において重要な役割を果たしています。[ 43 ]
ポリスチレンフィルムコンデンサでは、非常に安定した誘電体を形成するため、薄いポリスチレンシートが使用されていましたが、現在ではポリエステルが主流となり、ほとんど使用されなくなっています。
ポリスチレンフォームは95～98％が空気です。[ 44 ] [ 45 ]ポリスチレンフォームは優れた断熱材であるため、断熱コンクリート型枠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灰色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。[ 46 ]
スウェーデンのカール・ムンタースとジョン・グドブランド・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）。[ 47 ]
PSフォームは優れた制振性も備えているため、包装材として広く使用されています。ダウ・ケミカル社の商標「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、厳密にはダウ・ケミカル社製の「押出成形独立気泡」ポリスチレンフォームにのみ使用されるべきです。
発泡体は、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）（北米では一般的に「スタイロフォーム」と呼ばれる）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。[ 48 ]通常は白色で、あらかじめ発泡させたポリスチレンビーズから作られています。EPS の製造プロセスは、従来、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）を水に懸濁させ、そこでフリーラジカル重合を起こします。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 200 μm です。次に、ビーズに「発泡剤」を浸透させます。発泡剤は、ビーズを膨張させる物質です。発泡剤としては、一般的にペンタンが使用されます。ビーズは、発泡剤などの添加剤とともに、連続的に攪拌される反応器に加えられ、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されます。[ 49 ]
EPSは、食品容器、建築用断熱材の成形シート、保護対象物に合わせて成形された固体ブロック、または箱の中の壊れやすい物を緩衝する緩衝材（「ピーナッツ」） として梱包材に使用されています[ 50 ] 。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、自動車および道路安全用途にも広く使用されています。[ 51 ] [ 52 ] [ 53 ]
EPS製品の大部分は射出成形によって製造されています。金型は鋼（焼き入れやメッキが可能）やアルミニウム合金で作ら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制御されます。[ 54 ] EPSは英語圏では口語的に「スタイロフォーム」と呼ばれ、これはダウ・ケミカルの押出ポリスチレンのブランド名を一般化したものです。[ 55 ]
EPSシートは一般的に硬質パネルとして包装されています（ヨーロッパでは 100cm x 50cmのサイズが一般的ですが、接続方法や接着技術によって、実際には99.5cm x 49.5cm または98cm x 48cmになる場合もあります 。120cm x 60cmはあまり一般的ではありません。米国では4 x 8フィート（1.2 x 2.4m ）または2 x 8フィート（0.61 x 2.44m ） のサイズです）。一般的な厚さは10mmから500mmです。さまざまな特性を向上させるために、多くのカスタマイズ、添加剤、片面または両面への薄い追加の外部層がよく加えられます。その例として、 セメントボードとのラミネート加工により構造断熱パネルを形成することが挙げられます。
熱伝導率は EN 12667 に従って測定されます。典型的な値は、 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、0.038 W/(m⋅K) の値は 15 kg/m 3で得られ、0.032 W/(m⋅K) の値は 40 kg/m 3 で得られました。充填剤 (グラファイト、アルミニウム、またはカーボン) を加えることで、EPS の熱伝導率は約 0.030 ～ 0.034 W/(m⋅K) (最低 0.029 W/(m⋅K)) に達し、そのため、標準的な EPS と区別できる灰色 / 黒色になります。いくつかの EPS メーカーは、英国および EU でのこの製品の使用のために、これらの熱抵抗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（国際建築基準評議会評価サービス）は、建築工事に使用されるEPSボードがASTM C578の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で測定されるEPSの限界酸素指数が24体積％以上であることです 。一般的なEPSの酸素指数は約18体積 ％であるため、EPSの製造過程で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、UL 723またはASTM E84試験方法を用いてトンネル内で試験した場合、燃焼性指数が25未満、発煙指数が450未満となる。ICC-ESでは、EPSボードを建物内部で使用する場合、15分間の耐熱バリアの使用を義務付けている。
EPS-IA ICF組織によると、断熱コンクリート型枠（発泡ポリスチレンコンクリート）に使用されるEPSの一般的な密度は、1立方フィートあたり1.35～1.80ポンド（21.6～28.8 kg/m³ ）です。これはASTM C578によるとタイプIIまたはタイプIXのEPSです。建築に使用されるEPSブロックまたはボードは、一般的に熱線を使用して切断されます。[ 56 ]
押出ポリスチレンフォーム（XPS）は独立気泡構造です。表面粗さの改善、剛性の向上、熱伝導率の低下といった利点があります。密度範囲は約28～34 kg/m³です。[ 57 ] [ 58 ]
押出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。押出成形プロセスにより、XPSは熱特性や物性性能を維持するために表面材を必要としません。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。
一般的に押出成形されるポリスチレンフォーム材料には、以下のようなものがあります。
発泡ポリスチレンと押出ポリスチレンはどちらも独立気泡フォームですが、完全に防水または防湿ではありません。[ 60 ]発泡ポリスチレンでは、発泡した独立気泡ペレット間に隙間があり、結合したペレット間に開いたチャネルのネットワークを形成し、この隙間のネットワークに液体の水が満たされることがあります。水が凍って氷になると膨張し、発泡ポリスチレンペレットがフォームから剥がれる原因となることがあります。押出ポリスチレンも水分子を透過するため、防湿層とはみなされません。[ 61 ]
高温多湿に常にさらされたり、水に継続的に浸かったりするポリスチレンフォームでは、長期間にわたって水浸しになることがよくあります。例えば、温水浴槽のカバー、浮き桟橋、ボートの座席下の補助浮力材、地下の建物の外装断熱材で、常に地下水にさらされている場合などです。[ 62 ]通常、飽和を防ぐために、不浸透性のプラスチックシートやスプレーコーティングなどの外部防湿層が必要です。
配向ポリスチレン（OPS）は、押出成形したポリスチレンフィルムを延伸することで製造され、曇りを軽減し剛性を高めることで、素材を通しての視認性を向上させます。これは、製造業者が消費者に中身の製品を見てもらいたい場合の包装によく使用されます。OPSの利点としては、ポリプロピレン（PP）、ポリエチレンテレフタレート（PET）、高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低く、HIPSやPPよりも曇りが少ないことが挙げられます。OPSの主な欠点は、脆く、割れたり破れたりしやすいことです。
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。その用途範囲は、共重合やその他の改質（例えば、PCやシンジオタクチックポリスチレンとのブレンド）によってさらに拡大されます。[ 63 ]： 102-104スチレンをベースとしたいくつかのコポリマー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-ブタジエンコポリマーによって克服されます。スチレンとアクリロニトリル（SAN）のコポリマーは、ホモポリマーよりも熱応力、熱、化学薬品に対する耐性が高く、透明でもあります。ABSと呼ばれるコポリマーは同様の特性を持ち、低温で使用できますが、不透明です。
スチレン-ブタン共重合体は、ブテン含有量を低くして製造することができる。スチレン-ブタン共重合体には、PS-I および SBC (下記参照) が含まれ、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、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の場合に透明になる。 [ 64 ]
スチレン-ブタン共重合体のブチレン含有量が高い場合、スチレン-ブタジエンゴム（SBR）が生成される。
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います。ポリスチレンとポリブタンは互いに溶解しません（Flory-Huggins溶液理論を参照）。共重合により、完全な混合なしに境界層が形成されます。ブタジエン成分（「ゴム相」）は集合して、ポリスチレンマトリックス中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の向上に決定的な要因となるのは、変形仕事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状態では、ゴム相は最初は充填剤のように振る舞います。引張応力下では、クレーズ（微小亀裂）が形成され、ゴム粒子に広がります。伝播する亀裂のエネルギーは、その経路に沿ってゴム粒子に伝達されます。多数の亀裂により、元々剛性の材料に積層構造が形成されます。各ラメラの形成はエネルギーの消費に寄与し、その結果、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、力が加えられると破壊するまで変形します。スチレン-ブタン共重合体はこの時点では破断せず、流動し始め、引張強度まで固化し、はるかに高い伸び率で初めて破断する。[ 65 ]： 426
ポリブタジエンの含有量が多い場合、2つの相の効果は逆転する。スチレンブタジエンゴムはエラストマーのように振る舞うが、熱可塑性樹脂のように加工することができる。
PS-I（耐衝撃性ポリスチレン）は、連続ポリスチレンマトリックスと、その中に分散したゴム相から構成されています。これは、ポリブタジエン（スチレンに溶解）の存在下でのスチレンの重合によって製造されます。重合は、次の2つの方法で同時に起こります。[ 66 ]
この位置に統計的共重合体を使用することで、ポリマーは架橋しにくくなり、溶融状態での流動性が向上します。SBSの製造では、まずスチレンをアニオン共重合によりホモ重合します。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ます。次にブタジエンを添加し、スチレンの後に再び重合します。触媒は全工程を通して活性を維持します（そのため、使用する化学物質は高純度でなければなりません）。ポリマーの分子量分布は非常に狭く（多分散度は1.05の範囲であり、個々の鎖の長さは非常に似ています）、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ます。ゴム部分のサイズは、ブロックの長さに依存します。小さな構造（光の波長よりも小さい）の生成により透明性が確保されます。ただし、PS-Iとは異なり、ブロック共重合体は粒子を形成せず、層状構造を有します。
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製造されますが、スチレン含有量は低くなっています。したがって、スチレンブタジエンゴムは、ポリスチレン相が分散したゴムマトリックスから構成されています。[ 67 ] PS-IやSBCとは異なり、熱可塑性樹脂ではなく、エラストマーです。ゴム相内では、ポリスチレン相がドメインに集合しています。これにより、微視的なレベルで物理的な架橋が生じます。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できるようになります。[ 68 ]
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が高い素材です。
SMAは無水マレイン酸との共重合体である。スチレンは他のモノマーと共重合することができ、例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用いられるポリマーを生成するために使用できる。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い。
発泡ポリスチレンは、気泡を形成して発泡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、製造または新しく製造された材料の保管において可燃性の危険性がある可能性がありますが、環境への影響は比較的軽微です。押出ポリスチレンは通常、二酸化炭素の約1000～1300倍の地球温暖化係数を持つハイドロフルオロカーボン（HFC-134a）[ 69 ]を使用して製造されます。 [ 70 ] 2022年初頭からHFC-134aが禁止されているヨーロッパでは、発泡剤として二酸化炭素を使用してXPSが製造され、ODP（オゾン破壊係数）は0、GWP（地球温暖化係数）は5未満となっています。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発生源となっています。[ 71 ]
ポリスチレンは生分解性ではないが、光酸化を受けやすい。[ 72 ]このため、市販製品には光安定剤が含まれている。
動物は発泡ポリスチレンを人工素材として認識せず、餌と間違えることがあります。[ 73 ] 発泡ポリスチレンは比重が低いため、風で吹き飛ばされたり水に浮いたりします。大量に飲み込んだ鳥や海洋生物の健康に深刻な影響を与える可能性があります。[ 73 ]発泡ポリスチレンの破片にさらされた幼魚のニジマスは、組織形態計測的に大きな変化という形で毒性影響を示します。[ 74 ]
発泡ポリスチレン製のテイクアウト食品包装の使用を制限することは、多くの固形廃棄物環境団体の優先事項である。[ 75 ]ポリスチレン、特にレストラン環境における発泡体の代替品を見つける努力がなされてきた。当初の動機は、かつて発泡体の成分であったクロロフルオロカーボン（CFC）を排除することであった。
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。[ 76 ]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全般を禁止した。[ 77 ]しかし、プラスチック産業協会[ 78 ]による法的異議申し立てにより、共和党と保守党が郡議会の過半数を獲得するまで禁止は発効しなかった。[ 79 ]その間、バークレー市は発泡スチロール製食品容器を全て禁止した最初の都市となった。[ 80 ] 2006年現在、オレゴン州ポートランドやサンフランシスコを含む米国の約100の地域で、レストランでの発泡スチロールの使用が何らかの形で禁止されている。例えば、2007年にカリフォルニア州オークランドでは、レストランに対し、食品堆肥に加えると生分解する使い捨て食品容器に切り替えるよう義務付けた。[ 81 ] 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た。[ 82 ]メイン州フリーポートのように、1990年にポリスチレンの広範な禁止を実施したコミュニティもある。[ 83 ] 1988年、米国で初めてポリスチレンフォーム全般の禁止がカリフォルニア州バークレーで制定された。[ 80 ]
2015年7月1日、ニューヨーク市は米国で最大の都市として、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試みた（当初の決定は控訴により覆された）。[ 84 ]サンフランシスコでは、監督委員会が米国で最も厳しい「発泡スチロール」（EPS）禁止を承認し、2017年1月1日に発効した。市の環境局は、医薬品を規定の温度で輸送するなど、特定の用途については例外を設けることができる。[ 85 ]
米国グリーンレストラン協会は、認証基準の一部として発泡ポリスチレンの使用を認めていません。[ 86 ]オランダ環境省を含む複数の環境リーダーは、再利用可能なコーヒーカップを使用することで環境への悪影響を減らすよう人々に勧めています。[ 87 ]
2019 年 3 月、メリーランド州は発泡スチロール製の食品容器を禁止し、州議会で発泡スチロール製食品容器の禁止を可決した国内初の州となった。メイン州は、発泡スチロール製食品容器の禁止を正式に法律として制定した最初の州である。2019 年 5 月、メリーランド州知事ホーガンは、発泡スチロール禁止（下院法案 109 号）を署名なしで法律として認め、メリーランド州は発泡スチロール製食品容器の禁止を法律として制定した 2 番目の州となったが、2020 年 7 月 1 日に施行された最初の州となった。[ 88 ] [ 89 ] [ 90 ] [ 91 ]
2020年9月、ニュージャージー州議会は、発泡ポリスチレン製の使い捨て食品容器とカップを禁止する法案を可決した。 [ 92 ]
中国は1999年頃に発泡ポリスチレン製のテイクアウト容器や食器を禁止した。しかし、遵守が問題となっており、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ていた。[ 93 ]
インドと台湾も2007年以前に発泡ポリスチレン製の食器類を禁止した。[ 94 ]
ジンバブエ政府は、環境管理庁（EMA）を通じて、2012年法定文書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（第1号）に基づき、ポリスチレン容器（同国では一般的に「ケイライト」と呼ばれている）を禁止した。[ 95 ] [ 96 ]
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日から、事業許可証保持者が発泡スチロール製の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。[ 97 ]
2019年、欧州連合は発泡ポリスチレン製の食品包装材とカップを禁止する決議を行い、この法律は2021年に正式に施行された。[ 98 ] [ 99 ]
一般的に、ポリスチレンは路側回収リサイクルプログラムでは受け入れられておらず、受け入れられている場所でも分別・リサイクルは行われていません。ドイツでは、包装法（Verpackungsverordnung）に基づき、製造業者は販売する包装材のリサイクルまたは廃棄に責任を負うことになっており、ポリスチレンは同法の規定に従って回収されています。
現在、ポリスチレン製品のほとんどは、必要な圧縮機や物流システムへの投資に対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、回収しても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、再生プラスチックペレットの製造業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。発泡ポリスチレンのスクラップは、EPS 断熱シートや建設用途のその他の EPS 材料などの製品に簡単に追加できます。多くの製造業者は、回収の問題により十分なスクラップを入手できません。発泡スクラップが EPS の製造に使用されない場合、リサイクルされた PS から、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、苗床容器、額縁、建築用モールディングなどの製品に加工できます。[ 101 ] 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。[ 102 ]
再生EPSは、多くの金属鋳造工程でも使用されています。ラストラは、EPSとセメントを混合して作られ、コンクリート基礎や壁の断熱材として使用されます。アメリカのメーカーは、1993年以来、約80%の再生EPSを使用した断熱コンクリート型枠を製造しています。
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、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とともに白色光と酸素の下で20時間照射しました。[ 103 ]また、科学者たちは、ポリスチレンを（安息香酸のような）価値のある低分子にアップサイクルする、同様の拡張可能な商業プロセスも実証しており、わずか数時間で完了します。[ 103 ]
ポリスチレンが高温（最高 1000 °C [ 104 ]）で十分な空気[ 104 ]（14 m 3 /kg ）で適切に焼却されると、生成される化学物質は水、二酸化炭素、およびおそらく難燃剤由来の残留ハロゲン化合物の少量です。[ 104 ]不完全な焼却のみが行われると、炭素すすと揮発性化合物の複雑な混合物も残ります。[ 105 ]アメリカ化学評議会によると、現代の施設でポリスチレンを焼却すると、最終体積は開始体積の 1% になります。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。[ 104 ] [ 106 ]
ポリスチレンを800～900 ℃（現代の焼却炉の典型的な温度範囲）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」であった。ポリスチレンの燃焼排ガスからは90種類以上の化合物が同定された。 [ 107 ]米国標準局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放出される化学副生成物を57種類発見した。[ 108 ]
アメリカ化学評議会（旧称：化学工業協会）は2011年に次のように記した。
50年以上にわたる科学的試験に基づき、政府の安全機関は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。例えば、ポリスチレンは食品の保管や提供のための包装材として、米国食品医薬品局（FDA）および欧州委員会/欧州食品安全機関（EFSA）の厳しい基準を満たしています。香港食品環境衛生署は、ポリスチレン製の食品サービス製品で様々な食品を提供することの安全性を検証し、米国FDAと同じ結論に達しました。[ 109 ]
1999年から2002年にかけて、ハーバード大学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に関する包括的なレビューが実施されました。科学者たちは、毒性学、疫学、医学、リスク分析、薬物動態学、および曝露評価の専門知識を有していました。ハーバード大学の研究では、スチレンはイチゴ、牛肉、香辛料などの食品に微量ながら自然に存在し、ワインやチーズなどの食品の加工過程で自然に生成されると報告されています。この研究では、食品包装や使い捨て食品接触用品からの移行によって食事に寄与するスチレンの量に関する公表されたすべてのデータもレビューし、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、有害な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ました。[ 110 ]
ポリスチレンは食品や飲料の容器によく使われています。ポリスチレンの原料であるスチレンモノマーは「ヒト発がん性物質であると合理的に予測される」とされています。[ 111 ]スチレンは「一般的に消費財に非常に低濃度で含まれているため、リスクは重大ではない」とされています。[ 112 ]食品接触用に使用されるポリスチレンは、重量比で1%（脂肪分の多い食品の場合は0.5%）を超えるスチレンを含んではなりません。[ 113 ]食品包装に使用されるポリスチレン容器中のスチレンオリゴマーが食品に移行することがわかっています。[ 114 ]野生型マウスとAhR欠損マウスで行わ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入り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わかっています。[ 115 ]
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る。一部の容器は電子レンジで安全に使用できるが、そのようにラベル表示されている場合に限られる。[ 116 ]カロテン（ビタミンA）や食用油を含む食品は避けるべきだと示唆する情報源もある。[ 117 ]
ポリスチレンが広く使用されているため、これらの深刻な健康問題は依然として話題となっています。[ 118 ] [ 119 ]
他の有機化合物と同様に、ポリスチレンは可燃性です。ポリスチレンはDIN4102に従って「B3」製品に分類され、これは可燃性が高い、または「容易に着火する」ことを意味します。そのため、低温では効率的な断熱材ですが、建築物の露出した設備での使用は禁止されています。乾式壁、板金、またはコンクリートの裏に隠さなければなりません。[ 120 ]発泡ポリスチレンプラスチック材料は、デュッセルドルフ国際空港や英仏海峡トンネル（ポリスチレンが火災を起こした鉄道車両の内部にあった）などで、偶発的に着火して大規模な火災と人命の損失を引き起こしました。[ 121 ]
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この記事は、無料コンテンツ作品のテキストを組み込んでいます。ライセンスはCC BY-SA 3.0 IGO （ライセンスステートメント／許可）です。テキストは、国連環境計画の「プラスチックに溺れる – 海洋ごみとプラスチック廃棄物の重要グラフィック」から引用されています。