Dissolving Polystyrene Foam in Low-Quality Acetone - Chemistry and Chemists № 1 2025

Having noticed a mistake in the text, allocate it and press Ctrl-Enter

Dissolving Polystyrene Foam in Low-Quality Acetone
Растворение пенополистирола в ацетоне низкого качества

Polymeric foam is a "solidified foam," material primarily composed of gas, which gives it a low density. In other words, a product made of polymeric foam weighs much less than products of the same volume made of wood, metal, or glass. One of the most common types of polymeric foam is polystyrene foam.

Polystyrene, being a hydrocarbon, dissolves well in acetone, hexane, and other organic solvents. This combination of properties enables fascinating chemical demonstrations using polystyrene foam [1].

For example, you can pour a small amount of acetone or gasoline onto a large piece of polystyrene foam. Although polystyrene foam appears solid and even sturdy, contact with the solvent causes it to collapse, leaving a large cavity in this material.

Alternatively, pour a small amount of acetone into a crystallizer and place a large piece of polystyrene foam into it. The polystyrene will quickly "melt and disappear" as it dissolves in the acetone. This phenomenon highlights how a large volume of polystyrene foam corresponds to a relatively small mass (polystyrene foams are 95-98% air).

Polystyrene foam is a widely available material, commonly used for packaging household and scientific devices. It protects devices from impacts during transportation and storage. However, once the products are unpacked, such packaging is often discarded.

Acetone, on the other hand, was once readily available - sold in stores without restrictions and at a low cost. However, strict regulations have since been imposed in our country: the sale and use of acetone are now almost prohibited.

Imagine my excitement when I discovered that acetone was once again being sold freely in stores! I bought it immediately. Alas, my joy was short-lived. It turned out that what was sold as "acetone" was actually a mixture of organic solvents with an unknown composition (such mixtures are not subject to restrictions). While acetone was present in this solvent, it was not the primary component. Most of the mixture did not dissolve in water, forming an upper layer characteristic of hydrocarbons.

I needed to prepare a viscous, fast-drying liquid to use as glue and varnish. I decided to make a solution of polystyrene foam in acetone. This may not be the best recipe for glue or varnish, but it is a simple one.

As I mentioned earlier, polystyrene foam dissolves well not only in acetone but also in hydrocarbons. Thus, the low-quality acetone I had purchased was suitable for this purpose. However, using such "diluted" or essentially fake acetone is unacceptable for many other experiments.

I poured about 20 ml of the low-quality acetone into a jar. I had some leftover polystyrene foam packaging from a drying cabinet and a pH meter. I tore off a piece of the polymeric foam and divided it into pieces several centimeters in size. I placed the first piece of polystyrene foam into the acetone. The material began to dissolve, releasing the gas contained within it. To speed up the process, I immersed the polymer foam into the liquid with tweezers. Soon, the polystyrene "disappeared," turning into a cloudy solution. In pure acetone, polystyrene foam dissolves much faster than in the solvent I used, but this difference did not matter (in our case).

I continued adding new pieces of polystyrene foam and stirring. The material dissolved gradually. After dissolving each new piece, the solution's viscosity increased, while the rate of dissolution decreased. Once the solution reached the desired viscosity, I stopped adding polystyrene foam, stirred the mixture until it was homogeneous, and poured it into a prepared bottle. The final volume of dissolved polystyrene foam far exceeded the volume of acetone. This is unsurprising, as most of the volume of polymeric foam is gas.

As expected, the resulting glue was not of the highest quality, but it was perfectly adequate for my needs - especially since it was made from low-quality solvent and waste of polystyrene [2].

Photos/Video

_________________________________________________
¹See the article Polymeric Foam and Organic Solvents / Пенопласт и органические растворители [link].

² By the way, while I was writing this article, it was announced that an intercontinental ballistic missile (ICBM) had been launched toward our country. Some of my colleagues headed to the shelter, but I decided to stay put. Air raid alerts have become frequent - there's no time to spend sitting in the basement. War is war, but the article must be written!

Лирическое отступление. Пока писал текст, объявили, что по нашей стране была запущена межконтинентальная баллистическая ракета (МБР)... Часть сотрудников ушла в убежище, но я проигнорировал. У нас часто бывают воздушные тревоги - некогда сидеть в подвале. Война войной, но статья сама себя не напишет!

Растворение пенополистирола в ацетоне низкого качества

Пенопласт представляет собой "застывшую пену" - материал, основной объем которого занимает газ, что придает ему низкую плотность. Другими словами, изделие из пенопласта весит гораздо меньше, чем равные по объему изделия из дерева, металла, стекла... Одним из самых распространенных видов пенопластов является пенополистирол, который у нас часто называют просто "пенопласт". С другой стороны, полистирол, являясь углеводородом, хорошо растворяется в ацетоне, гексане и других органических растворителях. Такое сочетание свойств позволяет провести захватывающие химические демонстрации с пенополистиролом [1].

Например, можно взять большой кусок пенополистирола и вылить на него небольшое количество ацетона или бензина. Пенопласт твердый, с виду он может показаться даже прочным, но от контакта с растворителем в пенопласте образуется большая полость.

Другой вариант - налить в кристаллизатор немного ацетона и опустить в него большой кусок пенополистирола. Пенопласт быстро "растает", растворившись в ацетоне. Большому объему пенополистирола соответствует маленькая масса (пенополистирол на 95-98% состоит из воздуха).

Пенополистирол - легкодоступный материал, в частности, его используют упаковки бытовых и научных приборов. Пенопласт предохраняет приборы от ударов во время транспортировки и хранения. Зато после распаковки изделий такую упаковку, как правило, выбрасывают.

Ацетон раньше также был легкодоступен: он продавался в магазинах без ограничений, данный растворитель был дешев. Однако в наше время ацетон попал под строгие ограничения. Это фактически означает, что продажа и использование ацетона в нашей стране запрещены.

Представьте мою радость, когда я увидел, что ацетон снова свободно продается в магазинах! Сразу же купил. Увы, радость оказалась недолгой. Выяснилось, что под названием "ацетон" продают смесь органических растворителей неизвестного состава (такие смеси не подпадают под ограничения). Ацетон в смеси присутствовал, но он не был основным компонентом. Большая часть этой смеси не растворялась в воде, но образовывала верхний слой, что характерно для углеводородов.

У меня возникла потребность приготовить вязкую, быстро высыхающую жидкость, которую можно использовать в качестве клея и лака. Решил приготовить раствор пенополистирола в ацетоне. Это далеко не лучший рецепт клея или лака, зато очень простой.

Как я уже отмечал, пенополистирол хорошо растворим не только в ацетоне, но и в углеводородах. Следовательно, купленный низкокачественный ацетон вполне подойдет для данной цели. Для многих других экспериментов использование такого "разбавленного", фактически - фальшивого ацетона неприемлемо.

Итак, налил в баночку примерно 20 мл некачественного ацетона. У меня были остатки пенопластовой упаковки от сушильного шкафа и pH-метра. Оторвал кусок, разделил его на кусочки величиной по несколько сантиметров. Опустил в ацетон первый кусок пенополистирола. Материал стал растворяться, высвобождая заключенный в нем газ. Для ускорения процесса надавил на пенопласт пинцетом, погружая его в жидкость. Вскоре пенопласт "исчез", превратившись в мутный раствор. В чистом ацетоне пенополистирол растворялся гораздо быстрее, чем в используемом мной растворителе, но это было непринципиально.

Добавлял новые куски пенопласта, перемешивал. Пенополистирол растворялся. С каждой новой порцией полимера вязкость раствора увеличивалась, зато скорость растворения пенопласта, наоборот, падала. Когда вязкость раствора достигла нужного значения, прекратил добавление пенополистирола, перемешал жидкость до достижения однородности и перелил ее в приготовленную бутылку. Объем растворенного пенополистирола намного превысил объем ацетона, что неудивительно, поскольку большую часть объема пенопластов занимает газ.

Как и следовало ожидать, клей получился не лучшего качества, но для моих целей он вполне подошел. Тем более что данный клей был приготовлен из низкокачественного растворителя и отходов полистирола [2].