Worldlex Wiki 
polymère , un hydrocarbure [ polystyrène d'usage courant est transparent, dur et cassant . À poids égal, il est considéré comme une résine relativement bon marché et une barrière assez faible à l'oxygène et à la vapeur d'eau, avec un point de fusion relativement bas. Le polystyrène est l'un des plastiques les plus utilisés , sa production atteignant plusieurs millions de tonnes par an. Naturellement transparent à la lumière visible, le polystyrène peut être coloré. Il est utilisé pour la fabrication d'emballages de protection (comme les chips de calage et les boîtiers de disques optiques ), de contenants, de couvercles, de bouteilles, de plateaux, de gobelets, de couverts jetables , de maquettes et, comme alternative au vinyle , de disques vinyles .
Polymère thermoplastique , le polystyrène est à l'état solide (vitreux) à température ambiante, mais s'écoule lorsqu'il est chauffé au-dessus d'environ 100 °C, sa température de transition vitreuse . Il redevient rigide en refroidissant. Ce comportement thermique, contrôlable par photoréticulation, est exploité pour l'extrusion (comme dans le cas du polystyrène expansé ) ainsi que pour le moulage et le thermoformage sous vide , car le matériau peut être coulé dans des moules avec une grande précision.
Selon les normes ASTM , le polystyrène est considéré comme non biodégradable . Il s'accumule comme déchet dans l' environnement extérieur , notamment le long des rivages et des cours d'eau, en particulier sous sa forme de mousse, et dans les océans.
Eduard Simon , un apothicaire berlinois. À partir du storax , la résine du liquidambar d'Orient (Liquidambar orientalis) , il a distillé une substance huileuse qu'il a nommée styrol, aujourd'hui appelée styrène . Quelques jours plus tard, Simon constata qu'elle s'était épaissie en une gelée, que l'on sait aujourd'hui être un polymère , et qu'il baptisa oxyde de styrène (« styroloxyde ») car il supposait qu'il résultait d'une oxydation ( l'oxyde de styrène est un composé distinct). En 1845, le chimiste d'origine jamaïcaine John Buddle Blyth et le chimiste allemand August Wilhelm von Hofmann démontrèrent que la même transformation du styrol se produisait en l'absence d'oxygène. Ils nommèrent le produit « méta-styrol » ; l'analyse montra qu'il était chimiquement identique au styroloxyde de Simon. En 1866, Marcellin Berthelot a correctement identifié la formation du métastyrol/styroloxyde à partir du styrène comme un processus de polymérisation . Environ 80 ans plus tard, on a compris que le chauffage du styrène initie une réaction en chaîne produisant des macromolécules , conformément à la thèse du chimiste organicien allemand Hermann Staudinger (1881-1965). Ceci a finalement conduit à donner à la substance son nom actuel : polystyrène.IG Farben a commencé la fabrication de polystyrène à Ludwigshafen vers 1931, espérant qu'il pourrait remplacer avantageusement le zinc moulé sous pression dans de nombreuses applications. Le succès fut au rendez-vous lorsqu'elle mit au point un réacteur qui extrudait le polystyrène à travers un tube chauffé et un dispositif de coupe, produisant ainsi du polystyrène sous forme de granulés.Ray McIntire (1918-1996), ingénieur chimiste chez Dow Chemical, a redécouvert un procédé initialement breveté au début des années 1930 par l'inventeur suédois Carl Munters . Selon le Science History Institute, « Dow a acquis les droits sur la méthode de Munters et a commencé à produire un matériau léger, résistant à l'eau et flottant, qui semblait parfaitement adapté à la construction de quais et d'embarcations, ainsi qu'à l'isolation de maisons, de bureaux et de poulaillers. » En 1944, le polystyrène expansé a été breveté.
Avant 1949, l'ingénieur chimiste Fritz Stastny (1908-1985) a mis au point des billes de polystyrène pré-expansées par incorporation d'hydrocarbures aliphatiques, comme le pentane. Ces billes servent de matière première pour le moulage de pièces ou l'extrusion de feuilles. BASF et Stastny ont déposé une demande de brevet, qui a été délivré en 1949. Le procédé de moulage a été présenté au salon Kunststoff Messe de Düsseldorf en 1952. Les produits ont été commercialisés sous le nom de Styropor.
La structure cristalline du polystyrène isotactique a été rapportée par Giulio Natta .
En 1954, la société Koppers de Pittsburgh , en Pennsylvanie, a développé la mousse de polystyrène expansé (EPS) sous le nom commercial de Dylite. En 1960, Dart Container , le plus grand fabricant de gobelets en mousse, a expédié sa première commande.
Structure et production
Chimiquement parlant , le polystyrène est un hydrocarbure à longue chaîne où des atomes de carbone alternés sont liés à des groupes phényle (dérivés du benzène ). Sa formule chimique est éléments chimiques carbone et hydrogène .Les propriétés du matériau sont déterminées par les interactions de van der Waals à courte portée entre les chaînes polymères. Les molécules étant composées de milliers d'atomes, la force d'attraction cumulée entre elles est importante. Sous l'effet de la chaleur (ou d'une déformation rapide, grâce à la combinaison de propriétés viscoélastiques et d'isolation thermique), les chaînes peuvent adopter une conformation plus rigide et glisser les unes sur les autres. Cette faiblesse intermoléculaire (comparée à la forte résistance intramoléculaire due au squelette hydrocarboné) confère flexibilité et élasticité. La capacité du système à se déformer facilement au-dessus de sa température de transition vitreuse permet au polystyrène (et aux polymères thermoplastiques en général) d'être facilement ramollis et moulés par chauffage. Le polystyrène extrudé est aussi résistant que l' aluminium non allié , mais beaucoup plus flexible et beaucoup moins dense (1,05 g/cm³ pour le polystyrène contre 2,70 g/cm³ pour l'aluminium).
Production
Le polystyrène est un polymère d'addition obtenu par polymérisation (interconnexion) de monomères de styrène . Lors de cette polymérisation, la liaison π carbone-carbone du groupe vinyle est rompue, et une nouvelle liaison σ carbone-carbone se forme, se liant à l'atome de carbone d'un autre monomère de styrène de la chaîne. Puisqu'un seul type de monomère est utilisé pour sa synthèse, il s'agit d'un homopolymère. La liaison σ nouvellement formée est plus forte que la liaison π rompue, ce qui rend la dépolymérisation du polystyrène difficile. Une chaîne de polystyrène est généralement constituée de quelques milliers de monomères, ce qui lui confère une masse molaire de 100 000 à 400 000 g/mol.
Chaque atome de carbone du squelette carboné possède une géométrie tétraédrique , et les atomes de carbone portant un groupe phényle (cycle benzénique) sont stéréogènes . Si le squelette carboné était représenté sous la forme d'une chaîne plane et allongée en zigzag, chaque groupe phényle serait incliné vers l'avant ou vers l'arrière par rapport au plan de la chaîne.stéréochimique relative des groupes phényle consécutifs détermine la tacticité , qui affecte diverses propriétés physiques du matériau.
Tactique
Dans le polystyrène, la tacticité décrit le degré d'alignement uniforme (disposition du même côté) des groupes phényle dans la chaîne polymère. La tacticité influe fortement sur les propriétés du plastique. Le polystyrène standard est atactique . Le diastéréoisomère où tous les groupes phényle sont du même côté est appelé polystyrène isotactique ; il n'est pas produit industriellement.
polystyrène atactique
La seule forme de polystyrène d'importance commerciale est la forme atactique , dans laquelle les groupes phényle sont répartis aléatoirement de part et d'autre de la chaîne polymère. Cette répartition aléatoire empêche les chaînes de s'aligner avec une régularité suffisante pour permettre l'obtention d'une quelconque cristallinité . Ce plastique présente une température de transition vitreuse (Tg ) d'environ 90 °C. La polymérisation est initiée par des radicaux libres .
polystyrène syndiotactique
La polymérisation de Ziegler-Natta permet d'obtenir un polystyrène syndiotactique ordonné , dont les groupes phényle sont positionnés alternativement de part et d'autre du squelette hydrocarboné. Cette forme est hautement cristalline et présente un point de fusion ( T <sub>m </sub>) de l'acétone ), les solvants chlorés et les solvants hydrocarbonés aromatiques. Grâce à sa robustesse et à son inertie, il est utilisé dans la fabrication de nombreux objets commerciaux. Comme d'autres composés organiques, le polystyrène brûle en produisant du dioxyde de carbone et de la vapeur d'eau , ainsi que d'autres sous-produits de dégradation thermique. Le polystyrène, étant un hydrocarbure aromatique , brûle généralement de manière incomplète, comme l'indique la flamme fuligineuse .dépolymérisation du polystyrène en son monomère , le styrène , est appelé pyrolyse . Il consiste à utiliser une chaleur et une pression élevées pour rompre les liaisons chimiques entre chaque molécule de styrène. La pyrolyse atteint généralement vers de farine , larves du ténébrion meunier (Tenebrio molitor ), pouvaient digérer et se nourrir sainement d'EPS (excréments polystyrènes extracellulaires) . Une centaine de vers de farine peuvent consommer quotidiennement entre Zophobas morio ) pourraient se nourrir de polystyrène expansé (PSE). Un groupe d'élèves du secondaire de l'Université Ateneo de Manila a constaté que, comparativement aux larves de Tenebrio molitor , les larves de Zophobas morio pourraient consommer de plus grandes quantités de PSE sur des périodes plus longues.
En 2022, des scientifiques ont identifié plusieurs genres bactériens, dont Pseudomonas , Rhodococcus et Corynebacterium , dans l'intestin des supervers qui contiennent des enzymes codées associées à la dégradation du polystyrène et du produit de dégradation styrène.
La bactérie Pseudomonas putida est capable de convertir l'huile de styrène en PHA , un plastique biodégradable . Cette propriété pourrait un jour s'avérer utile pour l'élimination efficace du polystyrène expansé. Il est important de noter que la conversion du polystyrène en huile de styrène nécessite une pyrolyse.
Le polystyrène est généralement moulé par injection , thermoformé sous vide ou extrudé, tandis que le polystyrène expansé est soit extrudé, soit moulé selon un procédé spécifique. On produit également des copolymères de polystyrène ; ceux-ci contiennent un ou plusieurs autres monomères en plus du styrène. Des composites de polystyrène expansé avec de la cellulose et de l’amidon ont également été produits. Le polystyrène est utilisé dans certains explosifs à base de polymères (PBX).
Le polystyrène (PS) est utilisé pour la fabrication de couverts et de vaisselle jetables en plastique , de boîtiers pour CD , de boîtiers pour détecteurs de fumée , de supports de plaques d'immatriculation , de maquettes en plastique à assembler et de nombreux autres objets nécessitant un plastique rigide et économique. Les méthodes de production comprennent le thermoformage ( formage sous vide ) et le moulage par injection .
Les boîtes de Petri en polystyrène et autres récipients de laboratoire , tels que les tubes à essai et les microplaques, jouent un rôle important en recherche biomédicale. Pour ces applications, les articles sont presque toujours fabriqués par moulage par injection et souvent stérilisés après moulage, soit par irradiation, soit par traitement à l' oxyde d'éthylène . Une modification de surface après moulage, généralement par plasma riche en oxygène , est souvent effectuée pour introduire des groupements polaires. Une grande partie de la recherche biomédicale moderne repose sur l'utilisation de ces produits ; ils jouent donc un rôle crucial dans la recherche pharmaceutique.
Les fines feuilles de polystyrène sont utilisées dans les condensateurs à film de polystyrène car elles forment un diélectrique très stable , mais elles ont été largement abandonnées au profit du polyester .
Mousses
Les mousses de polystyrène sont composées à 95–98 % d’air. Elles constituent de bons isolants thermiques et sont donc fréquemment utilisées comme matériaux d’isolation dans le bâtiment, notamment pour les coffrages isolants en béton et les systèmes de panneaux isolants structurels. La mousse de polystyrène grise, contenant du graphite , présente des propriétés d’isolation supérieures.
Carl Munters et John Gudbrand Tandberg, de Suède, ont obtenu un brevet américain pour la mousse de polystyrène en tant que produit d'isolation en 1935 (numéro de brevet américain 2 023 204).
Les mousses de polystyrène présentent également de bonnes propriétés d'amortissement, ce qui explique leur utilisation répandue dans l'emballage. La marque Styrofoam de Dow Chemical Company est couramment employée (principalement aux États-Unis et au Canada) pour désigner tous les produits en polystyrène expansé, alors que, techniquement, elle ne devrait être utilisée que pour les mousses de polystyrène extrudées à cellules fermées fabriquées par Dow Chemical.
Les mousses sont également utilisées pour les structures architecturales non porteuses (telles que les piliers ornementaux ).
Polystyrène expansé (EPS)
Le polystyrène expansé (PSE), communément appelé « styrofoam » en Amérique du Nord, est une mousse rigide et résistante à cellules fermées, dont la densité se situe généralement entre 11 et 32 kg/m³ . [ est généralement blanc et composé de billes de polystyrène pré-expansées. Le procédé de fabrication du PSE commence classiquement par la production de petites billes de polystyrène. Des monomères de styrène (et éventuellement d’autres additifs) sont mis en suspension dans l’eau, où ils subissent une polymérisation radicalaire. Les billes de polystyrène ainsi formées ont un diamètre moyen d’environ 200 µm. Ces billes sont ensuite imprégnées d’un agent gonflant, une substance qui permet leur expansion. Le pentane est couramment utilisé comme agent gonflant. Les billes sont introduites dans un réacteur à agitation continue contenant l’agent gonflant et d’autres additifs, et ce dernier pénètre dans les pores de chaque bille. L’expansion des billes est ensuite réalisée à l’aide de vapeur.
Le polystyrène expansé (PSE) est utilisé pour les contenants alimentaires , les plaques moulées pour l'isolation des bâtiments et les matériaux d'emballage, soit sous forme de blocs solides adaptés à l'objet à protéger, soit sous forme de granulés (« cacahuètes ») servant de rembourrage pour les objets fragiles dans les boîtes . Le PSE est également largement utilisé dans les applications automobiles et de sécurité routière, comme les casques de moto et les barrières de sécurité sur les circuits automobiles .
Une part importante des produits en PSE est fabriquée par moulage par injection. Les moules sont généralement fabriqués en acier (qui peut être trempé et plaqué) et en alliages d'aluminium. Le moulage est contrôlé par un système de canaux d'alimentation et de points d'injection. Le PSE est communément appelé « styrofoam » dans le monde anglophone , une appellation générique pour le polystyrène extrudé de marque Dow Chemical .
EPS dans la construction de bâtiments
Les plaques de polystyrène expansé (PSE) sont généralement conditionnées sous forme de panneaux rigides (en Europe, le format courant est de 100 cm x 50 cm, mais il peut varier en fonction du type d'assemblage et de collage, allant jusqu'à 99,5 cm x 49,5 cm ou 98 cm x 48 cm ; le format le laminage avec des panneaux de ciment pour former un panneau isolant structurel .
La conductivité thermique est mesurée conformément à la norme EN 12667. Les valeurs typiques varient de 0,032 à 0,038 W/(m⋅K) selon la densité du panneau EPS. La valeur de 0,038 W/(m⋅K) a été obtenue pour une densité de 15 kg/m³ , tandis que celle de 0,032 W/(m⋅K) a été obtenue pour une densité de 40 kg/m³ , d'après la fiche technique du K-710 de StyroChem Finland. L'ajout de charges (graphite, aluminium ou carbone) a permis d'atteindre une conductivité thermique de l'EPS d'environ 0,030 à 0,034 W/(m⋅K) (voire 0,029 W/(m⋅K)), ce qui lui confère une couleur gris-noir qui le distingue de l'EPS standard. Plusieurs fabricants d'EPS ont produit diverses variantes de cet EPS à résistance thermique accrue pour ce produit au Royaume-Uni et dans l'UE.
International Code Council Evaluation Service) exige que les panneaux EPS utilisés dans la construction de bâtiments soient conformes à la norme ASTM C578. L'une de ces exigences est que l' indice limite d'oxygène (ILO) du PSE, mesuré selon la norme ASTM D2863, soit supérieur à 24 % en volume. Le PSE classique présente un ILO d'environ 18 % en volume ; par conséquent, un retardateur de flamme est ajouté au styrène ou au polystyrène lors de sa fabrication.
Les panneaux contenant un retardateur de flamme, testés en tunnel selon les méthodes d'essai UL 723 ou ASTM E84, présenteront un indice de propagation des flammes inférieur à 25 et un indice de dégagement de fumée inférieur à 450. La norme ICC-ES exige l'utilisation d'une barrière thermique de 15 minutes lorsque des panneaux EPS sont utilisés à l'intérieur d'un bâtiment.
Selon l'organisation EPS-IA ICF, la densité typique du PSE utilisé pour les coffrages isolants en béton ( béton de polystyrène expansé ) est de artisanat et en modélisme , notamment pour les maquettes architecturales . Grâce à son procédé de fabrication par extrusion, le XPS ne nécessite pas de revêtement pour conserver ses propriétés thermiques et physiques. Il constitue ainsi une alternative plus homogène au carton ondulé . Sa conductivité thermique varie entre 0,029 et 0,039 W/(m·K) selon sa résistance à la compression et sa densité, avec une valeur moyenne d'environ 0,035 W/(m·K). La résistance à la diffusion de la vapeur d'eau (μ) du XPS est d'environ 80–250. Les matériaux en mousse de polystyrène extrudée les plus courants comprennent :
Absorption d'eau des mousses de polystyrène
Bien qu'il s'agisse d'une mousse à cellules fermées, le polystyrène expansé et le polystyrène extrudé ne sont ni totalement imperméables ni totalement étanches à la vapeur d'eau. Dans le polystyrène expansé, les granulés à cellules fermées forment des espaces interstitiels qui constituent un réseau de canaux entre les granulés liés. Ce réseau peut se remplir d'eau liquide. Si l'eau gèle, elle se dilate et peut provoquer le détachement des granulés de polystyrène de la mousse. Le polystyrène extrudé est également perméable aux molécules d'eau et ne peut donc pas être considéré comme un pare-vapeur.
L’engorgement d’eau est fréquent sur une longue période dans les mousses de polystyrène constamment exposées à une forte humidité ou immergées en permanence dans l’eau, comme les couvertures de spas, les pontons flottants, les flotteurs d’appoint sous les sièges de bateaux et l’isolation extérieure des bâtiments enterrés constamment exposés aux eaux souterraines. Généralement, une barrière pare-vapeur extérieure, telle qu’une bâche plastique imperméable ou un revêtement projeté, est nécessaire pour éviter la saturation.
Polystyrène orienté
Le polystyrène orienté (OPS) est produit par étirage d'un film de polystyrène extrudé, ce qui améliore la transparence en réduisant le voile et en augmentant la rigidité. Il est souvent utilisé dans les emballages lorsque le fabricant souhaite que le consommateur puisse voir le produit. L'OPS présente plusieurs avantages : son coût de production est inférieur à celui d'autres plastiques transparents comme le polypropylène (PP), le polyéthylène téréphtalate (PET) et le polystyrène choc (HIPS), et il est moins opaque que le HIPS ou le PP. Son principal inconvénient est sa fragilité : il se fissure ou se déchire facilement.
Copolymères
Le polystyrène ordinaire ( homopolymère ) présente d'excellentes propriétés de transparence, de qualité de surface et de rigidité. Son champ d'application est encore élargi par copolymérisation et autres modifications ( mélanges, par exemple avec du PC et du polystyrène syndiotactique). Plusieurs copolymères à base de styrène sont utilisés : la fragilité du polystyrène homopolymère est surmontée par des copolymères styrène-butadiène modifiés par un élastomère. Les copolymères de styrène et d'acrylonitrile ( SAN ) sont plus résistants aux contraintes thermiques, à la chaleur et aux produits chimiques que les homopolymères et sont également transparents. Les copolymères appelés ABS ont des propriétés similaires et peuvent être utilisés à basse température, mais ils sont opaques .
copolymères styrène-butane
Il est possible de produire des copolymères styrène-butane à faible teneur en butène . Parmi ces copolymères, on trouve le PS-I et le SBC (voir ci-dessous), tous deux résistants aux chocs . Le PS-I est préparé par copolymérisation par greffage , tandis que le SBC est obtenu par copolymérisation anionique séquencée, ce qui lui confère une transparence lorsque la taille des blocs est appropriée.
Si le copolymère styrène-butane a une teneur élevée en butylène, il se forme du caoutchouc styrène-butadiène (SBR).
La résistance aux chocs des copolymères styrène-butadiène repose sur la séparation de phases : le polystyrène et le polybutane sont insolubles l’un dans l’autre (voir la théorie des solutions de Flory-Huggins ). La copolymérisation crée une couche limite sans mélange complet. Les fractions de butadiène (la « phase caoutchoutée ») s’assemblent pour former des particules noyées dans une matrice de polystyrène. Un facteur déterminant de l’amélioration de la résistance aux chocs des copolymères styrène-butadiène est leur capacité d’absorption d’énergie de déformation plus élevée. Sans force appliquée, la phase caoutchoutée se comporte initialement comme une charge . Sous contrainte de traction, des microfissures se forment et se propagent aux particules de caoutchouc. L’énergie de la fissure en propagation est alors transférée aux particules de caoutchouc sur son trajet. Un grand nombre de fissures confère au matériau initialement rigide une structure lamellaire. La formation de chaque lamelle contribue à la dissipation d’énergie et donc à l’augmentation de l’allongement à la rupture. Les homopolymères de polystyrène se déforment sous l’effet d’une force jusqu’à rupture. Les copolymères styrène-butane ne se rompent pas à ce stade, mais commencent à s'écouler, se solidifient jusqu'à atteindre une résistance à la traction et ne se rompent qu'à un allongement beaucoup plus élevé.
Avec une forte proportion de polybutadiène, l'effet des deux phases s'inverse. Le caoutchouc styrène-butadiène se comporte comme un élastomère mais peut être transformé comme un thermoplastique.
Polystyrène résistant aux chocs (PS-I)
Le PS-I ( polystyrène résistant aux chocs ) est constitué d'une matrice continue de polystyrène et d'une phase de caoutchouc dispersée dans celle - ci. Il est produit par polymérisation du styrène en présence de polybutadiène dissous (dans le styrène). La polymérisation a lieu simultanément de deux manières :
- Copolymérisation par greffage : La chaîne de polystyrène en croissance réagit avec une double liaison du polybutadiène . Il en résulte la fixation de plusieurs chaînes de polystyrène sur une seule chaîne de polybutadiène.
- S représente sur la figure le motif de répétition du styrène
- B représente le motif de répétition du butadiène. Cependant, le bloc central n'est souvent pas constitué de l'homopolymère de butane représenté, mais d'un copolymère styrène-butadiène :
- SSSSSS SSSSSSSSSSSSS BB S BB S B S BBBBS B SS BBB S B SSSSSSSSSSSSSSSS SSSSSSSSSSSSSSSS
L'utilisation d'un copolymère statistique à cette position rend le polymère moins susceptible à la réticulation et améliore sa fluidité à l'état fondu. Pour la production de SBS, le styrène est d'abord homopolymérisé par copolymérisation anionique. Un composé organométallique tel que le butyllithium est généralement utilisé comme catalyseur. Du butadiène est ensuite ajouté, puis le styrène est à nouveau polymérisé. Le catalyseur reste actif tout au long du processus (les produits chimiques utilisés doivent donc être de haute pureté). La distribution des masses moléculaires des polymères est très faible ( indice de polydispersité de l'ordre de 1,05, les chaînes individuelles ayant ainsi des longueurs très similaires). La longueur des blocs individuels peut être ajustée par le rapport catalyseur/monomère. La taille des sections de caoutchouc dépend, quant à elle, de la longueur des blocs. La production de petites structures (plus petites que la longueur d'onde de la lumière) garantit la transparence. Contrairement au PS-I, le copolymère à blocs ne forme pas de particules mais présente une structure lamellaire.
Caoutchouc styrène-butadiène
Acrylonitrile butadiène styrène
problèmes environnementaux
Production
Les mousses de polystyrène sont produites à l'aide d'agents gonflants qui forment des bulles et dilatent la mousse. Dans le polystyrène expansé, il s'agit généralement d'hydrocarbures comme le pentane , qui peuvent présenter un risque d'inflammabilité lors de la fabrication ou du stockage du matériau neuf, mais dont l'impact environnemental est relativement faible. Le polystyrène extrudé est généralement fabriqué à partir d' hydrofluorocarbures ( HFC-134a ) , dont le potentiel de réchauffement climatique est environ 1 000 à 1 300 fois supérieur à celui du dioxyde de carbone . En Europe, où le HFC-134a est interdit depuis début 2022, le polystyrène expansé (XPS) est produit à partir de dioxyde de carbone comme agent gonflant, ce qui lui confère un potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozone (PAO) nul et un potentiel de réchauffement climatique (PRG) inférieur à 5. Les emballages, et notamment le polystyrène expansé, contribuent à la pollution par les microplastiques , tant par les activités terrestres que maritimes
dégradation de l'environnement
Le polystyrène n’est pas biodégradable mais il est sensible à la photo-oxydation . Pour cette raison, les produits commerciaux contiennent des stabilisateurs de lumière .
Litière
Les animaux ne reconnaissent pas la mousse de polystyrène comme un matériau artificiel et peuvent la confondre avec de la nourriture. La mousse de polystyrène s'envole au vent et flotte sur l'eau en raison de sa faible densité. Elle peut avoir de graves conséquences sur la santé des oiseaux et des animaux marins qui en ingèrent des quantités importantes. Les jeunes truites arc-en-ciel exposées à des fragments de polystyrène présentent des effets toxiques se traduisant par des modifications histomorphométriques substantielles.
Réduire
États-Unis
En 1987, Berkeley, en Californie , a interdit les contenants alimentaires contenant des CFC. L'année suivante, le comté de Suffolk, dans l'État de New York , est devenu la première juridiction américaine à interdire le polystyrène en général. Cependant, des recours juridiques déposés par la Society of the Plastics Industry ont empêché l'entrée en vigueur de l'interdiction, qui a finalement été reportée lorsque les partis républicain et conservateur ont obtenu la majorité à l'assemblée législative du comté. Entre-temps, Berkeley est devenue la première ville à interdire tous les contenants alimentaires en mousse. En 2006, une centaine de localités aux États-Unis, dont Portland (Oregon) et San Francisco, avaient instauré une forme d'interdiction du polystyrène expansé dans les restaurants. Par exemple, en 2007, Oakland (Californie ) a imposé aux restaurants l'utilisation de contenants alimentaires jetables biodégradables dans le compost. En 2013, San Jose serait devenue la plus grande ville du pays à interdire les contenants alimentaires en polystyrène expansé. Certaines collectivités ont mis en œuvre des interdictions générales du polystyrène, comme Freeport, dans le Maine , qui l'a fait en 1990. En 1988, la première interdiction américaine de la mousse de polystyrène en général a été promulguée à Berkeley, en Californie.
Le 1er juillet 2015, New York est devenue la plus grande ville des États-Unis à tenter d'interdire la vente, la possession et la distribution de polystyrène expansé à usage unique (la décision initiale a été annulée en appel). À San Francisco, les élus ont approuvé l'interdiction la plus stricte du « Styrofoam » (EPS) aux États-Unis, entrée en vigueur le 1er janvier 2017. Le département de l'environnement de la ville peut accorder des dérogations pour certains usages, comme le transport de médicaments à des températures spécifiques.
L’ Association américaine des restaurants écologiques n’autorise pas l’utilisation de mousse de polystyrène dans le cadre de sa norme de certification. Plusieurs organismes de défense de l’environnement, dont le ministère néerlandais de l’Environnement, conseillent de réduire son impact environnemental en utilisant des tasses à café réutilisables.
En mars 2019, le Maryland a interdit les contenants alimentaires en polystyrène expansé, devenant ainsi le premier État du pays à adopter une loi interdisant ces contenants. Le Maine avait été le premier État à inscrire officiellement une telle interdiction dans sa législation. En mai 2019, le gouverneur du Maryland, David Hogan, a laissé entrer en vigueur la loi (projet de loi 109) sans signature, faisant du Maryland le deuxième État à adopter une telle interdiction, mais le premier à la voir entrer en vigueur le 1er juillet 2020.
En septembre 2020, la législature de l'État du New Jersey a voté pour interdire les contenants alimentaires jetables en mousse et les gobelets en polystyrène expansé.
En dehors des États-Unis
La Chine a interdit les contenants et la vaisselle à emporter en polystyrène expansé vers 1999. Cependant, le respect de cette interdiction s'est avéré problématique et, en 2013, l'industrie chinoise des plastiques a fait pression pour son abrogation.
L'Inde et Taïwan ont également interdit la vaisselle en polystyrène expansé pour la restauration avant 2007.
Le gouvernement du Zimbabwe , par l’intermédiaire de son Agence de gestion environnementale (EMA), a interdit les contenants en polystyrène (communément appelés « kaylite » dans le pays), en vertu du décret n° 84 de 2012 (Règlement modifiant le Règlement de 2012 sur les emballages et bouteilles en plastique, n° 1).
La ville de Vancouver , au Canada, a annoncé son plan Zéro Déchet 2040 en 2018. La ville introduira des modifications aux règlements municipaux pour interdire aux titulaires de permis d'exploitation de servir des aliments préparés dans des gobelets en polystyrène expansé et des contenants à emporter, à compter du 1er juin 2019.
En 2019, l'Union européenne a voté pour interdire les emballages alimentaires et les gobelets en polystyrène expansé, la loi entrant officiellement en vigueur en 2021.
Les Fidji ont adopté la loi sur la gestion environnementale en décembre 2020. Les importations de produits en polystyrène ont été interdites en janvier 2021.
Recyclage
En général, le polystyrène n'est pas accepté dans les programmes de collecte sélective en porte-à-porte et n'est pas trié ni recyclé même lorsqu'il est accepté. En Allemagne, le polystyrène est collecté en vertu de la loi sur les emballages (Verpackungsverordnung) qui oblige les fabricants à prendre en charge le recyclage ou l'élimination de tout emballage qu'ils vendent.
La plupart des produits en polystyrène ne sont actuellement pas recyclés faute d'incitations à investir dans les compacteurs et les systèmes logistiques nécessaires. Du fait de sa faible densité, la mousse de polystyrène n'est pas rentable à collecter. Cependant, si ce matériau subit un premier processus de compactage, sa densité passe d'environ 30 kg/m³ à 330 kg/m³ , ce qui en fait une matière première recyclable de grande valeur pour les producteurs de granulés de plastique recyclé. Les déchets de polystyrène expansé peuvent être facilement incorporés à des produits tels que les plaques isolantes en PSE et d'autres matériaux de construction en PSE ; de nombreux fabricants ne parviennent pas à s'en procurer suffisamment en raison de problèmes de collecte. Lorsqu'il n'est pas utilisé pour fabriquer de nouveaux produits en PSE, le déchet de mousse peut être transformé en produits tels que des cintres, des bancs publics, des pots de fleurs, des jouets, des règles, des corps d'agrafeuses, des conteneurs pour semis, des cadres photo et des moulures architecturales à partir de PS recyclé. En 2016, environ 100 tonnes de PSE étaient recyclées chaque mois au Royaume-Uni.
Le polystyrène expansé recyclé est également utilisé dans de nombreuses opérations de fonderie. Le Rastra est fabriqué à partir de polystyrène expansé mélangé à du ciment et utilisé comme amendement isolant dans la réalisation de fondations et de murs en béton. Depuis 1993, des fabricants américains produisent des coffrages isolants en béton composés à environ 80 % de polystyrène expansé recyclé.
Recyclage
Une étude conjointe menée en mars 2022 par les scientifiques Sewon Oh et Erin Stache de l'Université Cornell à Ithaca, dans l'État de New York, a permis de découvrir une nouvelle méthode de valorisation du polystyrène en acide benzoïque . Ce procédé consiste à irradier le polystyrène avec du chlorure de fer et de l'acétone sous lumière blanche et oxygène pendant 20 heures. Les scientifiques ont également démontré la faisabilité d'un procédé industriel similaire, adaptable à grande échelle, permettant de valoriser le polystyrène en petites molécules de valeur (comme l'acide benzoïque) en quelques heures seulement.
Incinération
Si le polystyrène est incinéré correctement à haute température (jusqu'à 1 000 °C ) et avec un apport d'air important (14 m³ / kg ), les produits chimiques générés sont de l'eau, du dioxyde de carbone et éventuellement de faibles quantités de composés halogénés résiduels provenant de retardateurs de flamme. En cas d'incinération incomplète, il subsiste également de la suie et un mélange complexe de composés volatils. Selon l' American Chemistry Council , lors de l'incinération du polystyrène dans les installations modernes, le volume final représente 1 % du volume initial ; la majeure partie du polystyrène est convertie en dioxyde de carbone, en vapeur d'eau et en chaleur. En raison de la quantité de chaleur dégagée, ce procédé est parfois utilisé comme source d'énergie pour la production de vapeur ou d'électricité .
Lors de la combustion du polystyrène à des températures de 800 à 900 °C (plage typique d'un incinérateur moderne), les produits de combustion étaient constitués d'un mélange complexe d' hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), allant des alkylbenzènes au benzopérylène. Plus de 90 composés différents ont été identifiés dans les effluents de combustion du polystyrène. Le Centre de recherche sur les incendies du Bureau national des normes américain a identifié 57 sous-produits chimiques libérés lors de la combustion de la mousse de polystyrène expansé (PSE). American Chemistry Council , anciennement connu sous le nom de Chemical Manufacturers' Association, a écrit en 2011 :
S’appuyant sur des tests scientifiques menés depuis plus de cinquante ans, les agences gouvernementales de sécurité ont conclu que le polystyrène est sans danger pour une utilisation dans les produits de restauration. Par exemple, le polystyrène répond aux normes rigoureuses de la FDA (Food and Drug Administration) américaine et de la Commission européenne/Autorité européenne de sécurité des aliments (EFSA) pour son utilisation dans les emballages destinés au stockage et au service des aliments. Le Département de l’hygiène alimentaire et environnementale de Hong Kong a examiné la sécurité du service de divers aliments dans des produits de restauration en polystyrène et est parvenu à la même conclusion que la FDA américaine.
De 1999 à 2002, un examen exhaustif des risques sanitaires potentiels liés à l'exposition au styrène a été mené par un groupe international de 12 experts sélectionnés par le Centre d'évaluation des risques de Harvard. Ces scientifiques possédaient une expertise en toxicologie, épidémiologie, médecine, analyse des risques, pharmacocinétique et évaluation de l'exposition. L'étude de Harvard a révélé que le styrène est naturellement présent à l'état de traces dans des aliments tels que les fraises, le bœuf et les épices, et qu'il est naturellement produit lors de la transformation d'aliments comme le vin et le fromage. L'étude a également passé en revue toutes les données publiées sur la quantité de styrène contribuant à l'alimentation en raison de la migration des emballages alimentaires et des articles jetables en contact avec les aliments, et a conclu que le risque pour la population générale lié à l'exposition au styrène provenant des aliments ou des applications en contact avec les aliments (comme les emballages en polystyrène et les contenants de restauration) était trop faible pour produire des effets néfastes.
Le polystyrène est couramment utilisé dans les contenants alimentaires et de boissons. Le styrène monomère (qui constitue le polystyrène) est considéré comme un cancérogène potentiel pour l'homme. Le styrène est généralement présent en si faibles quantités dans les produits de consommation que les risques sont négligeables. Le polystyrène destiné au contact alimentaire ne doit pas contenir plus de 1 % (0,5 % pour les aliments gras) de styrène en poids. Des oligomères de styrène présents dans les contenants en polystyrène utilisés pour l'emballage alimentaire migrent dans les aliments. Une autre étude japonaise, menée sur des souris sauvages et des souris mutantes pour le gène AhR , a révélé que le trimère de styrène, détecté par les auteurs dans des aliments instantanés cuits conditionnés dans des contenants en polystyrène, pourrait augmenter les taux d'hormones thyroïdiennes.
L’utilisation du polystyrène au micro-ondes avec des aliments fait débat. Certains contenants peuvent être utilisés sans risque au micro-ondes, à condition qu’ils soient étiquetés comme tels. Certaines sources recommandent d’éviter les aliments contenant du carotène (vitamine A) ou des huiles de cuisson.
En raison de l’utilisation généralisée du polystyrène, ces graves problèmes de santé restent d’actualité.
Risques d'incendie
Comme d'autres composés organiques , le polystyrène est inflammable. Selon la norme DIN 4102 , il est classé comme produit « B3 », c'est-à-dire hautement inflammable ou « facilement inflammable ». Par conséquent, bien qu'il soit un isolant efficace à basse température, son utilisation est interdite dans toute installation exposée du bâtiment . Il doit être dissimulé derrière des plaques de plâtre , des tôles ou du béton. Des matériaux plastiques en polystyrène expansé se sont accidentellement enflammés, provoquant d'importants incendies et des pertes de vies humaines, notamment à l' aéroport international de Düsseldorf et dans le tunnel sous la Manche (où du polystyrène se trouvait à l'intérieur d'un wagon de chemin de fer qui a pris feu).