聚苯乙烯树脂的用途

背景及概述^{【1】【2】}

简称PS。于1939年在美国研制成功。以斯威罗尔的商品名首先实现了商品化。它与聚乙烯树脂、聚氯乙烯树脂一起成为使用频度最高的三大热塑性通用塑料。具有无味无臭、比重小、无色透明、着色自由，质硬、化学性能稳定、不吸湿等优点。但有质脆、热变形温度低(70℃)的缺点。能耐稀酸，但会受浓酸与卤素侵蚀，浇铸时会引起流动方向上聚合分子的配位而残留失真。可能引起强度的不均匀，在流动方向高，垂直方向低。所以有必要在成形时保持低温，加大浇涛压力，力图均匀。国际市场上聚苯乙烯树脂有三个等级：一般用的QP、耐热用的HR与耐冲击用的HI。

聚苯乙烯是最早的人造聚合物，日前其应用的广泛性是仅次于聚烯烃和PVC的热塑性塑料，聚苯乙烯是苯乙烯单体通过本体聚合和悬浮聚合制取。Ps分子链是含有苯基、侧基的饱和烃链，分子结构不对称，大分子链不易旋转。因而具有较大的刚性，并难以形成有序结构。所以Ps是一种典型的非结晶线型高分子化合物。通常，双向拉伸是使用分子量在45000～70000的聚合物。聚苯乙烯树脂的特性是密度低，透明度高，吸水量小，易着色，尺寸稳定性好，加工容易，因此应用相当广泛。聚苯乙烯的均聚物主要有通用聚苯乙烯(GPS)和高抗冲聚苯乙烯(HIPS)两种，在生产聚苯乙烯薄膜中还应用到K树脂，K树脂是苯乙烯与丁二烯的共聚物。GPS和HIPS的性能见表2—35，K树脂性能见表2一36

特性^【3】   

由苯(取自煤焦油或石油)和乙烯气制成乙烯，将此通过加热到600℃的金属氧化物催化剂上面而脱氢，即得苯乙烯单体。再以无机或有机的过氧化物或偶氮化合物的催化剂催化聚合而成聚苯乙烯树脂。

市面上的聚苯乙烯树脂，平均相对分子质量约为7万～10万，无色透明，硬而稍脆，耐水性、电气绝缘性非常优越，不受强酸或强碱侵蚀，但对有机溶剂和油缺乏耐力，耐热性也不是很好。聚苯乙烯树脂的另一大特征是熔融树脂的热稳定性和流动陛很高，成型性非常好，PS可自由着色，但稍脆。

耐冲击性苯乙烯(HIPS)树脂是在聚苯乙烯树脂中添加丁二烯和苯乙烯共聚合橡胶而得(HI)，但两者又各分好几级，此外也有添加紫外线吸收剂或抗氧化剂以改善耐光性；也有把玻璃纤维加入基材，以加大强度的。

结构与性能^{【3】【4】}

 由于聚苯乙烯分子链中含有叔碳(不对称碳)原子，聚合物的结构有无规、等规和间规  三种。其性能亦有显著不同(表4—1)。无定形聚苯乙烯能溶于苯乙烯单体、甲苯、二氯甲烷、丁酮、四氢呋喃和二甲基甲酰胺，间规聚苯乙烯则不溶于这些溶剂中。如果用玻纤增强间规聚苯乙烯，则其耐热性和力学性能大大提高，例如，用30％玻纤增强的sPS的弯曲模量达9000MPa。说明这种聚合物是有前景的。下面仅述在工业上已使用多年的无规聚苯乙烯的特性。

表4-1  PS的结构与性能

(1)分子量  分子量是聚苯乙烯的重要参数。·如果相对分子质量低于5万，聚苯乙烯的强度很低；但随着相对分子质量增加到10万，强度很快提高(图4—1)；相对分子质量大于]o万以后，强度则增加缓慢。商品聚合物的黏均相对分子质量为5万一20万。

(2)单体含量  聚苯乙烯中残余单体含量对聚合物的软化温度有颇大影响，当单体含量从零增加到5％时，可使软化温度降低30℃(图4—2)。虽然增加单体含量能提高流动，但在加工时单体会挥发，所生成的气体会畸变而使制品产生缺陷，如银纹、斑痕。因此，在制造中尽力降低苯乙烯含量以提高耐热性。

 (3)耐化学性  聚苯乙烯的耐化学性一般不如聚乙烯好，它能溶于烃类、氯代烃，以及一些酮类(不包括丙酮)、酯类和油类。许多其他物质，特别是酸类、醇类、油类、化妆油脂和食品，会使产品产生银纹和开裂，在某些情况还会发生化学分解。侵蚀的程度取决于以下因素：聚苯乙烯的品级、聚苯乙烯制品中的内应力、部件所受的外力、曝晒的时间和温度以及试剂的浓度。

  (4)光学性能  聚苯乙烯的光学性能中，重要的是它对可见光所有波长的高透射性和它的高折射率(1．592)，这使它具有特别高的“亮度”。但某些因素(如雾晕和泛黄)可使良好的光学特性破坏。雾晕是由于灰尘的存在和局部分子取向所引起的折射率改变造成的。泛黄可能因单体含有色杂质以及某些杂质在聚合时产生黄色，!或者因老化所造成的。已经证明，老化泛黄是氧化反应的结果，泛黄的速率是随光波的变短、单体含量的增多和微量硫磺的存在而增大。

用途^【5】

它迎合现代视觉的美观透明性和色调，使它广泛用于面包盒、牛油罐等餐桌用品，商品容器、玩具等，水果盘、牙刷或毛刷的柄、肥皂盒、圆珠笔、调味料容器等。加入发泡剂后可制作硬质泡沫制件。低聚合度(约300)的聚苯乙烯可作溶剂型涂料。

耐冲击性聚苯乙烯(HIPS)贝IJ广泛用作电视机、收音机的前面框或机体、磁带录音带外壳、电冰箱里衬。泡沫塑料人造海绵也是苯乙烯树脂的用途，加入发泡剂，加热到120。C即可得膨胀到原料50倍的人造海绵。

性状^【5】

本品电性能及透明度均较优良，能耐酸、耐碱。不溶于一般植物油、矿物油、低级醇、烷烃和环烷烃，能溶于芳烃、氯化烃、脂肪族醚和酮类等。缺点是耐热性低，机械驺度较差，质硬而脆，在日光长期照射下颜色会泛黄。

包装及贮运

本品用内衬塑料袋的牛皮纸袋包装，每袋净重25公斤。贮运时严禁接近高温和火源·防止剧烈震动·应存放于干燥及阴凉通风处。

生产方法简述^【6】

采用悬浮聚合法生产。乙基苯在触媒存在下脱氢，转化为粗苯乙烯，经分馏后将苯乙烯纯度提高到99．5％以上，送至聚合工段。按一定比例向聚合釜中引入净化水、聚乙烯醇(分散剂)、过氧化二苯甲酰(引发剂)和苯乙烯，在85。C及常压下进行聚合，得到透明珠状料，经水洗、离心分离、干燥而为成品。

工艺流程示意图^【6】

参考文献

[1]岳德茂主编,印刷科技实用手册  第3分册  印刷器材篇,印刷工业出版社,2010.04,第87页

[2]张宪荣主编,现代设计辞典,北京理工大学出版社,1998年12月第1版,第126页

[3]颜智伟编著,塑料模具设计与机构设计,国防工业出版社,2012.01,第11页

[4]师沛编著,塑料配制与成型  （第二版）,化学工业出版社,2004年10月第2版,第71页

[5]武汉市燃料化学工业局编,武汉化工产品目录,武汉市燃料化学工业局,1973,第179页

[6]武汉市燃料化学工业局编,武汉化工产品手册,武汉市燃料化学工业局,1973,第182页