9003-53-6 / 聚苯乙烯樹脂的用途

背景及概述^{【1】【2】}

簡稱PS。于1939年在美國研制成功。以斯威羅爾的商品名首先實(shí)現(xiàn)了商品化。它與聚乙烯樹脂、聚氯乙烯樹脂一起成為使用頻度最高的三大熱塑性通用塑料。具有無味無臭、比重小、無色透明、著色自由，質(zhì)硬、化學(xué)性能穩(wěn)定、不吸濕等優(yōu)點(diǎn)。但有質(zhì)脆、熱變形溫度低(70℃)的缺點(diǎn)。能耐稀酸，但會(huì)受濃酸與鹵素侵蝕，澆鑄時(shí)會(huì)引起流動(dòng)方向上聚合分子的配位而殘留失真?？赡芤饛?qiáng)度的不均勻，在流動(dòng)方向高，垂直方向低。所以有必要在成形時(shí)保持低溫，加大澆濤壓力，力圖均勻。國際市場上聚苯乙烯樹脂有三個(gè)等級(jí)：一般用的QP、耐熱用的HR與耐沖擊用的HI。

聚苯乙烯是最早的人造聚合物，日前其應(yīng)用的廣泛性是僅次于聚烯烴和PVC的熱塑性塑料，聚苯乙烯是苯乙烯單體通過本體聚合和懸浮聚合制取。Ps分子鏈?zhǔn)呛斜交?、?cè)基的飽和烴鏈，分子結(jié)構(gòu)不對稱，大分子鏈不易旋轉(zhuǎn)。因而具有較大的剛性，并難以形成有序結(jié)構(gòu)。所以Ps是一種典型的非結(jié)晶線型高分子化合物。通常，雙向拉伸是使用分子量在45000～70000的聚合物。聚苯乙烯樹脂的特性是密度低，透明度高，吸水量小，易著色，尺寸穩(wěn)定性好，加工容易，因此應(yīng)用相當(dāng)廣泛。聚苯乙烯的均聚物主要有通用聚苯乙烯(GPS)和高抗沖聚苯乙烯(HIPS)兩種，在生產(chǎn)聚苯乙烯薄膜中還應(yīng)用到K樹脂，K樹脂是苯乙烯與丁二烯的共聚物。GPS和HIPS的性能見表2—35，K樹脂性能見表2一36

特性^【3】

由苯(取自煤焦油或石油)和乙烯氣制成乙烯，將此通過加熱到600℃的金屬氧化物催化劑上面而脫氫，即得苯乙烯單體。再以無機(jī)或有機(jī)的過氧化物或偶氮化合物的催化劑催化聚合而成聚苯乙烯樹脂。

市面上的聚苯乙烯樹脂，平均相對分子質(zhì)量約為7萬～10萬，無色透明，硬而稍脆，耐水性、電氣絕緣性非常優(yōu)越，不受強(qiáng)酸或強(qiáng)堿侵蝕，但對有機(jī)溶劑和油缺乏耐力，耐熱性也不是很好。聚苯乙烯樹脂的另一大特征是熔融樹脂的熱穩(wěn)定性和流動(dòng)陛很高，成型性非常好，PS可自由著色，但稍脆。

耐沖擊性苯乙烯(HIPS)樹脂是在聚苯乙烯樹脂中添加丁二烯和苯乙烯共聚合橡膠而得(HI)，但兩者又各分好幾級(jí)，此外也有添加紫外線吸收劑或抗氧化劑以改善耐光性；也有把玻璃纖維加入基材，以加大強(qiáng)度的。

結(jié)構(gòu)與性能^{【3】【4】}

由于聚苯乙烯分子鏈中含有叔碳(不對稱碳)原子，聚合物的結(jié)構(gòu)有無規(guī)、等規(guī)和間規(guī) 三種。其性能亦有顯著不同(表4—1)。無定形聚苯乙烯能溶于苯乙烯單體、甲苯、二氯甲烷、丁酮、四氫呋喃和二甲基甲酰胺，間規(guī)聚苯乙烯則不溶于這些溶劑中。如果用玻纖增強(qiáng)間規(guī)聚苯乙烯，則其耐熱性和力學(xué)性能大大提高，例如，用30％玻纖增強(qiáng)的sPS的彎曲模量達(dá)9000MPa。說明這種聚合物是有前景的。下面僅述在工業(yè)上已使用多年的無規(guī)聚苯乙烯的特性。

表4-1 PS的結(jié)構(gòu)與性能

(1)分子量 分子量是聚苯乙烯的重要參數(shù)。·如果相對分子質(zhì)量低于5萬，聚苯乙烯的強(qiáng)度很低；但隨著相對分子質(zhì)量增加到10萬，強(qiáng)度很快提高(圖4—1)；相對分子質(zhì)量大于]o萬以后，強(qiáng)度則增加緩慢。商品聚合物的黏均相對分子質(zhì)量為5萬一20萬。

(2)單體含量 聚苯乙烯中殘余單體含量對聚合物的軟化溫度有頗大影響，當(dāng)單體含量從零增加到5％時(shí)，可使軟化溫度降低30℃(圖4—2)。雖然增加單體含量能提高流動(dòng)，但在加工時(shí)單體會(huì)揮發(fā)，所生成的氣體會(huì)畸變而使制品產(chǎn)生缺陷，如銀紋、斑痕。因此，在制造中盡力降低苯乙烯含量以提高耐熱性。

(3)耐化學(xué)性 聚苯乙烯的耐化學(xué)性一般不如聚乙烯好，它能溶于烴類、氯代烴，以及一些酮類(不包括丙酮)、酯類和油類。許多其他物質(zhì)，特別是酸類、醇類、油類、化妝油脂和食品，會(huì)使產(chǎn)品產(chǎn)生銀紋和開裂，在某些情況還會(huì)發(fā)生化學(xué)分解。侵蝕的程度取決于以下因素：聚苯乙烯的品級(jí)、聚苯乙烯制品中的內(nèi)應(yīng)力、部件所受的外力、曝曬的時(shí)間和溫度以及試劑的濃度。

(4)光學(xué)性能 聚苯乙烯的光學(xué)性能中，重要的是它對可見光所有波長的高透射性和它的高折射率(1．592)，這使它具有特別高的“亮度”。但某些因素(如霧暈和泛黃)可使良好的光學(xué)特性破壞。霧暈是由于灰塵的存在和局部分子取向所引起的折射率改變造成的。泛黃可能因單體含有色雜質(zhì)以及某些雜質(zhì)在聚合時(shí)產(chǎn)生黃色，!或者因老化所造成的。已經(jīng)證明，老化泛黃是氧化反應(yīng)的結(jié)果，泛黃的速率是隨光波的變短、單體含量的增多和微量硫磺的存在而增大。

用途^【5】

它迎合現(xiàn)代視覺的美觀透明性和色調(diào)，使它廣泛用于面包盒、牛油罐等餐桌用品，商品容器、玩具等，水果盤、牙刷或毛刷的柄、肥皂盒、圓珠筆、調(diào)味料容器等。加入發(fā)泡劑后可制作硬質(zhì)泡沫制件。低聚合度(約300)的聚苯乙烯可作溶劑型涂料。

耐沖擊性聚苯乙烯(HIPS)貝IJ廣泛用作電視機(jī)、收音機(jī)的前面框或機(jī)體、磁帶錄音帶外殼、電冰箱里襯。泡沫塑料人造海綿也是苯乙烯樹脂的用途，加入發(fā)泡劑，加熱到120。C即可得膨脹到原料50倍的人造海綿。

性狀^【5】

本品電性能及透明度均較優(yōu)良，能耐酸、耐堿。不溶于一般植物油、礦物油、低級(jí)醇、烷烴和環(huán)烷烴，能溶于芳烴、氯化烴、脂肪族醚和酮類等。缺點(diǎn)是耐熱性低，機(jī)械騶度較差，質(zhì)硬而脆，在日光長期照射下顏色會(huì)泛黃。

包裝及貯運(yùn)

本品用內(nèi)襯塑料袋的牛皮紙袋包裝，每袋凈重25公斤。貯運(yùn)時(shí)嚴(yán)禁接近高溫和火源·防止劇烈震動(dòng)·應(yīng)存放于干燥及陰涼通風(fēng)處。

生產(chǎn)方法簡述^【6】

采用懸浮聚合法生產(chǎn)。乙基苯在觸媒存在下脫氫，轉(zhuǎn)化為粗苯乙烯，經(jīng)分餾后將苯乙烯純度提高到99．5％以上，送至聚合工段。按一定比例向聚合釜中引入凈化水、聚乙烯醇(分散劑)、過氧化二苯甲酰(引發(fā)劑)和苯乙烯，在85。C及常壓下進(jìn)行聚合，得到透明珠狀料，經(jīng)水洗、離心分離、干燥而為成品。

工藝流程示意圖^【6】

參考文獻(xiàn)

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[5]武漢市燃料化學(xué)工業(yè)局編,武漢化工產(chǎn)品目錄,武漢市燃料化學(xué)工業(yè)局,1973,第179頁

[6]武漢市燃料化學(xué)工業(yè)局編,武漢化工產(chǎn)品手冊,武漢市燃料化學(xué)工業(yè)局,1973,第182頁