塑料聚苯乙烯PS

2.4.1PS類的定義與聚合方法一定義以苯乙烯為單體均聚或與其他單體共聚而得到。二種類通用聚苯乙烯GPPS機(jī)械強(qiáng)度不高、性脆、耐熱性差，易燃。高抗沖聚苯乙烯HIPS發(fā)泡聚苯乙烯EPS間規(guī)聚苯乙烯sPS共聚物系列品種，丙烯腈／苯乙烯(AS)，丙烯腈／丁二烯／苯乙烯(ABS)、丙烯睛／丙烯酸酯(AAS)、甲基丙酸甲酯／丁二烯／苯乙烯(MBS)等。每個(gè)品種中又有許多品級(jí)。2.4聚苯乙烯類樹脂PS三PS聚合方法工業(yè)生產(chǎn)中，主要采用自由基聚合反應(yīng)進(jìn)行。聚合方法本體聚合——獲得的PS純凈度高，主要用來(lái)制造對(duì)電性能要求高的制品。懸浮聚合——獲得的PS分子量高分布窄但純度不如本體聚合PS，可用來(lái)制造一般日用和工業(yè)用品、和PS泡沫塑料。乳液聚合——主要用于涂料和PS泡沫塑料。溶液聚合——主要用于配制清漆。PS的主要生產(chǎn)方法熱引發(fā)引發(fā)劑引發(fā)1.單體：純度＞99.5%

2.引發(fā)劑：熱引發(fā)3.反應(yīng)器：塔式、釜式、槽式和管式等一般采用：兩個(gè)或更多反應(yīng)器串聯(lián)4.工藝：預(yù)聚→聚合→后處理先在預(yù)聚釜中使10%～50%的苯乙烯聚合，然后在后面的反應(yīng)器中使其他單體全部聚合。本體聚合四

PS生產(chǎn)工藝

化學(xué)性質(zhì)非?；顫姡瑔误w在貯存、運(yùn)輸過(guò)程中，需要加入少量的間苯二酚或叔丁基間苯二酚等阻聚劑以防止自聚.苯乙烯低溫懸浮聚合單體/水：1/1.4～1/1.6分散劑:磷酸三鈣引發(fā)劑：BPO（占總引發(fā)劑的90%～80%）和過(guò)氧化叔丁基苯甲酸酯（占總引發(fā)劑的10%～20%）復(fù)合型引發(fā)劑分散介質(zhì)：去離子水單體純度：＞99.5%聚合轉(zhuǎn)化率：90%左右產(chǎn)物：相對(duì)分子質(zhì)量可達(dá)20×104，宜作發(fā)泡材料。苯乙烯高溫懸浮聚合主分散劑：MgCO3（可在釜用Na2CO3與MgSO4

制備）助分散劑：苯乙烯-順丁烯二酸酐共聚物優(yōu)點(diǎn)1.可不用引發(fā)劑，反應(yīng)速度快，產(chǎn)品質(zhì)量高。2.用無(wú)機(jī)懸浮劑，聚合產(chǎn)品外表面無(wú)表面膜，易于洗滌、分離。3.配方來(lái)源豐富，成本低。4.粘附物少，使釜運(yùn)轉(zhuǎn)周期加快。2.4.2聚苯乙烯的結(jié)構(gòu)一

鏈結(jié)構(gòu)PS的側(cè)苯基在空間的排列為無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致PS為無(wú)定型聚合物，具有很高的透明性。分子結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，側(cè)苯基具有很大的空間位阻，造成分子鏈很僵硬，PS呈現(xiàn)剛性和脆性，制品易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，Tg～100oC。主鏈上α氫原子活化，易于被空氣中的氧氧化，制品長(zhǎng)期戶外使用變黃變脆。二

聚集態(tài)結(jié)構(gòu)無(wú)規(guī)PS乙烯是完全無(wú)定形的聚合物。2.4.3聚苯乙烯的性能一

基本特征PS為無(wú)色、無(wú)味的透明剛性固體、透光率高達(dá)88％～90％PS的制品質(zhì)硬似玻璃狀，落地時(shí)有金屬般的響聲；能斷不能彎，斷口處呈現(xiàn)蚌殼色銀光；PS的密度在1.04～1.07之間；PS的尺寸穩(wěn)定性好、收縮率低；PS易燃，燃燒時(shí)發(fā)濃煙并帶有松節(jié)油氣味，吹熄可拉長(zhǎng)絲；PS的吸水率為0.05%，稍大于PE，但對(duì)制品的強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性影響不大。二

力學(xué)性能軟質(zhì)PVC硬質(zhì)PVCPS

PS硬而脆、無(wú)延伸性、拉伸至屈服點(diǎn)附近即斷裂。PS的拉伸強(qiáng)度和彎曲在通用熱塑性塑料中最高，其拉伸強(qiáng)度可達(dá)60MPa；但沖擊強(qiáng)度很小，難以用做工程塑料。

PS的耐磨性差，耐蠕變性一般。

當(dāng)溫度升高，拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度均下降。

三光學(xué)性能

透明性好是PS最大的特點(diǎn)四

熱學(xué)性能PS耐熱性差，PS導(dǎo)熱率低，PS線膨脹系數(shù)大。PS的力學(xué)性能隨溫度提高顯著下降。五

電性能PS具有良好的電絕緣性。六

耐化學(xué)藥品性PS化學(xué)穩(wěn)定性較好；PS長(zhǎng)期與烴類溶劑、高級(jí)脂肪酸接觸會(huì)溶脹。PS溶于苯、甲苯、四氯化碳、氯仿等有機(jī)溶劑。由于苯基α氫較活潑，PS耐候性差。側(cè)苯基可以吸收能量，PS耐輻射性優(yōu)良。無(wú)定形聚合物，熔融溫度范圍寬，在約95℃時(shí)開(kāi)始軟化，在120－180℃之間呈黏流態(tài)，300℃以上開(kāi)始分解。成型溫度與分解溫度相差較大；屬非牛頓流體，粘度強(qiáng)烈地依賴剪切速率的變化，流動(dòng)性好，易加工。PS吸水率低，在加工前一般不需干燥；如有特殊需要時(shí)(如要求透明性高)才干燥，溫度為70~80℃，時(shí)間1.5h。分子鏈呈剛性，在加工成型時(shí)易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致制品出現(xiàn)裂紋和應(yīng)力開(kāi)裂，加工中應(yīng)對(duì)制品進(jìn)行熱處理。比熱容低，隨溫度的變化明顯，加熱和冷卻固化速度都很快，易于成型、模塑周期短。

PS成型收縮率僅為0.4%~0.7%。<七>加工性能聚苯乙烯的主要成型方法為注射、擠出和發(fā)泡。

注射成型是聚苯乙烯最常用的成型方法?？刹捎寐輻U式注射機(jī)及柱塞式注射機(jī)。

擠出成型可采用普通的擠出機(jī)。擠出成型的產(chǎn)品有板材、管材、棒材、片材、薄膜等。

發(fā)泡成型可制造各種形狀復(fù)雜的泡沫塑料制品；用途廣泛，如冷藏、建筑、精密儀器、電子等工業(yè)的絕熱、隔音、防震、防潮等包裝材料。

2.4.4PS的應(yīng)用儀表外殼汽車燈罩照明制品高頻電容器高頻絕緣光導(dǎo)纖維包裝材料PS成本低PS剛性大PS透明度高PS電性能好PS易成型通用PSPS泡沫質(zhì)輕低導(dǎo)熱抗沖擊吸水率低建筑、運(yùn)輸、冷藏、化工設(shè)備的保溫、絕熱和減震材料2.4.5PS的改性PS的缺點(diǎn):(1)PS的抗沖擊性差(2)PS的耐熱性不好，強(qiáng)度隨溫度提高大幅度降低<一>高抗沖PS（HIPS）1.制備HIPS的兩種方法：PS與順丁橡膠或丁苯橡膠（含量10~20%)直接共混——混合難于均勻，增韌效果不顯著。將順丁橡膠或丁苯橡膠（含量5~10%)溶于苯乙烯單體中共聚——橡膠相均勻分散，大幅度提高PS的抗沖擊性能，但使強(qiáng)度有所下降。電器零件設(shè)備罩殼儀表零件冰箱內(nèi)襯容器

機(jī)械共混法

在混煉設(shè)備中，將PS與橡膠進(jìn)行機(jī)械混合，制備聚合物共混物?；旌显O(shè)備有單雙螺桿擠出機(jī)、雙輥混煉機(jī)、密煉機(jī)等，常用的是雙輥混煉機(jī)。密煉機(jī)和雙螺桿擠出機(jī)混合效果好、效率高。隨著橡膠含量的增加，共混物的沖擊性能增加。但共混物的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、硬度等性能均下降，加工性能也變差。在熱力學(xué)上，PS與橡膠是不相容的。接枝聚合以橡膠為主鏈、聚苯乙烯為支鏈，通過(guò)自由基引發(fā)苯乙烯單體，在橡膠主鏈上發(fā)生接枝聚合反應(yīng)，得到高抗沖PS(HIPS)。生產(chǎn)工藝有本體法、本體—懸浮法和乳液法等。二間規(guī)聚苯乙烯(sPS)

用茂金屬催化劑，在60℃合成高間規(guī)度（大于98％）、高結(jié)晶的sPS。熔點(diǎn)高達(dá)270℃，相當(dāng)于無(wú)規(guī)PS的3倍，與尼龍66相近。生產(chǎn)工藝

連續(xù)流化床工藝、連續(xù)自潔凈反應(yīng)釜工藝和連續(xù)攪拌槽反應(yīng)釜工藝。除了催化劑為MAO金屬外，都加入了三異丁基鋁(TIBA)；在原料精制、催化劑制備和聚合工段都必須采用N2氣進(jìn)行保護(hù)。

sPS的密度：1.01-1.44g／cm3,有較高的結(jié)晶度和較快的結(jié)晶速率,使之更高的耐熱性、耐化學(xué)性、尺寸穩(wěn)定性及優(yōu)良的電氣性能等特點(diǎn).sPS的長(zhǎng)期使用130℃，短期245-250℃，優(yōu)于PET、PBT、PA66.性能三

ABS樹脂

ABS樹脂是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的三元共聚物。通用工程塑料丙烯腈——硬度、耐熱性、力學(xué)強(qiáng)度丁二烯——抗沖擊性苯乙烯——良好的熱塑性加工性目前的ABS：A：20～40％；B：10～30％；S：30～60％。最常見(jiàn)的比例是A:B:S=20:30:50，此時(shí)ABS樹脂熔點(diǎn)為175oC。

1.結(jié)構(gòu)ABS是無(wú)定形高分子材料、外觀不透明、呈淺象牙色。易于與其它材料結(jié)合；易印刷、電鍍。ABS的阻燃性好于PS但仍屬易燃高分子。ABS具有高強(qiáng)、高韌的力學(xué)特點(diǎn)ABS的耐熱性（高于PS）及很好的耐寒性；ABS電性能優(yōu)良，與PS相近。ABS耐烴類油性提高；ABS耐候性較差。2.ABS的性能特點(diǎn)（1）力學(xué)性能

ABS具有優(yōu)良的力學(xué)性能，其突出特點(diǎn)是抗沖擊強(qiáng)度高、可在極低的溫度下使用，這主要是由于ABS中橡膠組分對(duì)外界沖擊能的吸收和對(duì)銀紋發(fā)展的抑制。

（2）熱性能

最高連續(xù)使用溫度并不高（為60~80℃），有很好的耐寒性，在-40℃時(shí)仍能表現(xiàn)出一定的韌性。

（3）電性能

ABS樹脂具有良好的電絕緣性。

（4）耐化學(xué)藥品性

ABS樹脂具有較良好的耐化學(xué)試劑性，除了濃的氧化性酸之外，對(duì)各種酸、堿、鹽類都比較穩(wěn)定。

（5）環(huán)境性能

ABS樹脂分子鏈中的丁二烯部分含有雙鍵，使它的耐候性較差，在紫外線或熱的作用下易氧化降解。

解決辦法：加入酚類抗氧劑或炭黑可在一定程度上改善老化性能。四

苯乙烯／丙烯腈共聚物(AS或SAN)苯乙烯系樹脂中重要品種，由苯乙烯／丙烯腈共聚制得。較高的剛性、硬度和尺寸穩(wěn)定性，特別是沖擊強(qiáng)度明顯提高高度的耐化學(xué)藥品穩(wěn)定性較高吸水性五

丙烯酸酯／丙烯腈／苯乙烯共聚物(AAS)以丙烯酸酯橡膠骨架，與丙烯腈－苯乙烯(AS)接枝共聚。AAS與ABS相比：由于消除了聚合物主鏈中易反應(yīng)的雙鍵，因此，AAS最大的特點(diǎn)是耐候性、紫外線和熱老化性能有了大幅度提高。使用溫度范圍也很寬較高的硬度和剛性，耐熱性能優(yōu)良，耐蠕變性能較好，耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂性優(yōu)良，介電性能優(yōu)良，良好的耐水性。六

丙烯腈／氯化聚乙烯／苯乙烯共聚物(ACS)由苯乙烯、氯化聚乙烯和丙烯腈接枝共聚。耐候性顯著提高，大大優(yōu)于ABS，也優(yōu)于AAS，暴露半年以上才老化。ABS一個(gè)月就老化。ACS是無(wú)定形聚合物，成型收縮率較小，尺寸穩(wěn)定性好。ACS溶于甲苯、二氯乙烯、乙酸乙酯、丁酮。ACS有抗靜電能力。不足：ACS加工性能不佳。熱穩(wěn)定性較差，加工溫度范圍較窄，限制在170-220℃之間，加工成型溫度低，極易分解，不能在加工設(shè)備中停留過(guò)長(zhǎng)時(shí)間。為避免產(chǎn)生降解，應(yīng)加入熱穩(wěn)定劑。制品表面光滑和光澤較差，外觀較粗糙。ACS主要采用擠出和注塑方法加工。

CPE含有氯元素，因而又賦予了ACS優(yōu)良的阻燃性。

隨CPE含量的增加，ACS沖擊強(qiáng)度增加，拉伸強(qiáng)度下降。七甲基丙烯酸甲酯／苯乙烯共聚物(MS)

由甲基丙烯酸甲酯(MMA)與苯乙烯共聚物。

MMA的引入，使得MA兼有PS的良好加工性、低吸濕性和PMMA的耐候性和優(yōu)良的光學(xué)性能，具有與PMMA相似的透明性。增加了PS的韌性，力學(xué)性能優(yōu)于GPPS。八

甲基丙烯酸甲酯／丁二烯／苯乙烯共聚物(MBS)

由甲基丙烯酸甲酯，丁二烯與苯乙烯三元共聚。引入MMA使樹脂的折射率下降，與橡膠相的折射率相近，提高了樹脂的透明度，MBS也稱為透明ABS。

MBS力學(xué)性能優(yōu)良，是一種韌性良好的塑料。九

K樹脂

丁二烯-苯乙烯星形嵌段透明樹脂。

K樹脂中，苯乙烯與丁二烯通過(guò)化學(xué)鍵相連，兩相界面具有很高的結(jié)合力。具有良好的力學(xué)強(qiáng)度、透明性，易加工。其性能與GPPS相近，但沖擊性能高于GPPS。K樹脂與GPPS有良好的相容性。

K樹脂透明性非常突出，透光率可達(dá)80％-90％，接近GPPS，比增韌PS高。通過(guò)控制丁二烯嵌段長(zhǎng)度和聚丁二烯結(jié)構(gòu)，使橡膠相比可見(jiàn)光波長(zhǎng)小，控制K樹脂透明性。

K樹脂熱變形溫度低于其他苯乙烯類樹脂。K樹脂易溶于甲苯、甲乙酮、乙酸乙酯、氯甲烷等。應(yīng)用：包裝材料，大量用于食品、水果、蔬菜、肉類的包裝，也可應(yīng)用于醫(yī)用容器、磁帶盒、洗滌劑包裝瓶，化妝品盒、高檔服裝衣架等。

思考？1.比較PE、PP、PVC和PS分子結(jié)構(gòu)特征及聚集態(tài)特征的異同。

聚乙烯PE結(jié)構(gòu)單元對(duì)稱，結(jié)構(gòu)規(guī)整，分子鏈柔順且有一定支化。在使用溫度下，PE聚集態(tài)由大量結(jié)晶相和少量無(wú)定形結(jié)構(gòu)組成。

聚丙烯PP結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與聚乙烯相比，主鏈上多了重復(fù)側(cè)甲基，因此有三種不同的立體構(gòu)型（等規(guī)，間規(guī)，無(wú)規(guī)ＰＰ）。等規(guī)ＰＰ常溫下是大量結(jié)晶和少量無(wú)定形結(jié)構(gòu)共存。間規(guī)ＰＰ，無(wú)規(guī)ＰＰ結(jié)晶度下降，力學(xué)性能也變差。

聚氯乙烯PVC結(jié)構(gòu)和PP類似，甲基變成了氯原子，穩(wěn)定性變差，受熱或輻射易分解放出HCl。PVC主鏈以頭尾結(jié)構(gòu)為主，常溫下是含少量結(jié)晶結(jié)構(gòu)的無(wú)定形聚合物。

聚苯乙烯PS主鏈含大量剛性的苯環(huán)，有較大的空間位阻，分子鏈柔性較差，是一種線性無(wú)規(guī)高分子，是完全無(wú)定形的聚合物。2.根據(jù)PE、PP、PVC和PS微觀結(jié)構(gòu)特征的異同分析比較、它們性能特點(diǎn)上的異同。（1）拉伸強(qiáng)度：硬質(zhì)PVC≈PS＞PP＞PE（硬質(zhì)PVC的拉伸強(qiáng)度與PS相近）（2）抗沖擊性能：PE和軟質(zhì)PVC抗沖擊性能都較好，聚丙烯和聚苯乙烯沖擊強(qiáng)度較低（3）耐熱性（抗熱變形能力）：PP耐熱性最好，PE，PVC，PS耐熱性較差（4）熱穩(wěn)定性：PVC受熱易分解，熱穩(wěn)定性差，其他穩(wěn)定性較好(5)透明性：PVC，PS透明性較好，PE通常為半透明或不透明，PP為白色蠟狀固體（6）絕緣性：四種塑料絕緣性都較好，PP高頻絕緣性好，PVC中低頻絕緣性好（7）耐溶劑和化學(xué)藥