聚苯乙烯發(fā)展歷史

發(fā)展歷程：

1839年，德國(guó)人第一次從天然樹(shù)脂中提取出聚苯乙烯。

1930年，BASF開(kāi)始在德國(guó)商業(yè)化生產(chǎn)聚苯乙烯。

1934年，Dow開(kāi)始在美國(guó)生產(chǎn)聚苯乙烯。

1954年，Dow開(kāi)始生產(chǎn)聚苯乙烯泡沫塑料。

聚苯乙烯是指由苯乙烯單體經(jīng)自由基縮聚反應(yīng)合成的聚合物，英文名稱(chēng)為Polystyrene,,簡(jiǎn)稱(chēng)PS。它是一種無(wú)色透明的熱塑性塑料，具有高于攝氏100度的玻璃轉(zhuǎn)化溫度，因此經(jīng)常被用來(lái)制作各種需要承受開(kāi)水的溫度的一次性容器，以及一次性泡沫飯盒等。

聚苯乙烯密度：1050 kg/m3 電導(dǎo)率：(σ) 10-16 S/m 導(dǎo)熱率：0.08 楊氏模量：(E) 3000-3600 MPa 拉伸強(qiáng)度：(σt) 46–60 MPa 伸長(zhǎng)長(zhǎng)度：3–4% ;夏比沖擊試驗(yàn)：2–5 kJ/m2 玻璃轉(zhuǎn)化溫度：80-100°C ;熔點(diǎn)：240°C ;熱膨脹系數(shù)：(α) 8 * 10-5/K ;熱容：(c) 1.3 kJ/(kg·K) ;吸水率：(ASTM) 0.03–0.1 ;降解：±2000年。玻璃化溫度80～90℃，非晶態(tài)密度1.04～1.06克/立方厘米，晶體密度1.11～1.12克/立方厘米，熔融溫度240℃，電阻率為1020～1022歐·厘米。導(dǎo)熱系數(shù)30℃時(shí)0.116瓦/(米·開(kāi))。通常的聚苯乙烯為非晶態(tài)無(wú)規(guī)聚合物，具有優(yōu)良的絕熱、絕緣和透明性，長(zhǎng)期使用溫度0～70℃，但脆，低溫易開(kāi)裂。此外還有全同和間同立構(gòu)聚苯乙烯。全同聚合物有高度結(jié)晶性。

聚苯乙烯（PS）包括普通聚苯乙烯，發(fā)泡聚苯乙烯（EPS)，高抗沖聚苯乙烯（HIPS）及間規(guī)聚苯乙烯（SPS）。普通聚苯乙烯樹(shù)脂為無(wú)毒，無(wú)臭，無(wú)色的透明顆粒，似玻璃狀脆性材料，其制品具有極高的透明度，透光率可達(dá)90%以上，電絕緣性能好，易著色，加工流動(dòng)性好，剛性好及耐化學(xué)腐蝕性好等。普通聚苯乙烯的不足之處在于性脆，沖擊強(qiáng)度低，易出現(xiàn)應(yīng)力開(kāi)裂，耐熱性差及不耐沸水等。

聚苯乙烯的合成:

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。

聚苯乙烯的結(jié)構(gòu):

聚苯乙烯的分子鏈上交替連接著側(cè)苯基。由于側(cè)苯基的體積較大，有較大的位阻效應(yīng)，而使聚苯乙烯的分子鏈變得剛硬，因此，玻璃化溫度比聚乙烯、聚丙烯都高，且剛性脆性較大，制品易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。

由于側(cè)苯基在空間的排列為無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)，因此聚苯乙烯為無(wú)定形聚合物，具有很高的透明性。側(cè)苯基具有很大的空間位阻，造成PS分子鏈很僵硬，Tg在80℃。 側(cè)苯基的存在使聚苯乙烯的化學(xué)活性要大一些，苯環(huán)所能進(jìn)行的特征反應(yīng)如氯化、硝化、磺化等聚苯乙烯都可以進(jìn)行。

此外，側(cè)苯基可以使主鏈上a 氫原子活化，在空氣中易氧化生成過(guò)氧化物，并引起降解，因此制品長(zhǎng)期在戶外使用易變黃、變脆。但由于苯環(huán)為共扼體系，使得聚合物耐輻射性較好，在較強(qiáng)輻射的條件下，其性能變化較小。

聚苯乙烯的性能:

<一> 基本特征 聚苯乙烯為無(wú)色、無(wú)味的透明剛性固體，透光率可達(dá)88%～90%，制品質(zhì)硬，落地時(shí)會(huì)有金屬般的響聲。聚苯乙烯的密度在1.04～1.07之間，尺寸穩(wěn)定性好，收縮率低。聚苯乙烯容易燃燒，點(diǎn)燃后離開(kāi)火源會(huì)繼續(xù)燃燒，并伴有濃煙。

<二> 力學(xué)性能 聚苯乙烯屬于一種硬而脆的材料，無(wú)延伸性，拉伸時(shí)無(wú)屈服現(xiàn)象。聚苯乙烯的拉伸、彎曲等常規(guī)力學(xué)性能在通用塑料中是很高的，但其沖擊強(qiáng)度很低。聚苯乙烯的力學(xué)性能與合成方式、相對(duì)分子質(zhì)量大小、溫度高低、雜質(zhì)含量及測(cè)試方法有關(guān)。

<三> 熱性能 聚苯乙烯的耐熱性能較差，熱變形溫度約為70～95℃ ，長(zhǎng)期使用溫度為60～80℃ 。聚苯乙烯的熱導(dǎo)率較低，約為0.10～0.13W/ ( m·K )，基本不隨溫度的變化而變化，是良好的絕熱保溫材料。聚苯乙烯泡沫是目前廣泛應(yīng)用的絕熱材料之一。聚苯乙烯的線膨脹系數(shù)較大，為（6～8 )X10-5K-1，，與金屬相差懸殊甚大，故制品不易帶有金屬嵌件。此外，聚苯乙烯的許多力學(xué)性能都顯著受到溫度的影響。

<四> 電性能 聚苯乙烯是非極性的聚合物，使用中也很少加人填料和助劑，因此具有良好的介電性能和絕緣性，其介電性能與頻率無(wú)關(guān)。由于其吸濕率很低，電性能不受環(huán)境濕度的影響，但由于其表面電阻和體積電阻均較大，又不吸水，因此易產(chǎn)生靜電，使用時(shí)需加人抗靜電劑。

<五> 耐化學(xué)藥品性 聚苯乙烯的化學(xué)穩(wěn)定性比較好，可耐各種堿、一般的酸、鹽、礦物油、低級(jí)醇及各種有機(jī)酸，但不耐氧化酸，如硝酸和氧化劑的侵蝕。聚苯乙烯還會(huì)受到許多烴類(lèi)、酮類(lèi)及高級(jí)脂肪酸的侵蝕，可溶于苯、甲苯、乙苯、苯乙烯、四氯化碳、氯仿、二氯甲烷以及醋類(lèi)當(dāng)中。此外，由于聚苯乙烯帶有苯基，可使苯基a 位置上的氫活化，因此聚苯乙烯的耐氣候性不好，如果長(zhǎng)期暴露在日光下會(huì)變色變脆，其耐光性、氧化性都較差，使用時(shí)應(yīng)加人抗氧劑。但聚苯乙烯具有較優(yōu)的耐輻射性。

<六> 加工性 聚苯乙烯是一種無(wú)定形的聚合物，沒(méi)有明顯的熔點(diǎn)，從開(kāi)始熔融流動(dòng)到分解的溫度范圍很寬，約在120～180℃ 之間，且熱穩(wěn)定性較好，因此，成型加工可在很寬的范圍內(nèi)進(jìn)行。聚苯乙烯由于其成型溫度范圍寬且流動(dòng)性、熱穩(wěn)定性好，所以可以用多種方法加工成型，如注射、擠出、發(fā)泡、吹塑、熱成型等。

聚苯乙烯的加工生產(chǎn):

第一步為預(yù)發(fā)泡或簡(jiǎn)單發(fā)泡，設(shè)定最終產(chǎn)品的密度。在此過(guò)程中含有發(fā)泡劑的聚合物顆粒在加熱條件下軟化，發(fā)泡劑揮發(fā)。其結(jié)果是每個(gè)珠粒內(nèi)產(chǎn)生膨脹，形成許多泡孔。泡孔的數(shù)量（最終密度）由加熱溫度和受熱時(shí)間來(lái)控制。這個(gè)過(guò)程中，珠粒必須保持分散和自由流動(dòng)狀態(tài)。

工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)，發(fā)泡過(guò)程是將可發(fā)性 PS直接置于蒸汽中進(jìn)行的，一般通過(guò)珠粒和蒸汽在攪拌釜中的連續(xù)混合完成反應(yīng)，反應(yīng)設(shè)備（象預(yù)發(fā)泡機(jī)）是以保持外界壓力常壓敞口的，并使已發(fā)泡的珠粒從頂端溢出。有的生產(chǎn)廠為了保證停留時(shí)間更均衡或是當(dāng)某些可發(fā)性DPS需要比較高的溫度時(shí)采用間歇釜。發(fā)泡以后珠粒要經(jīng)熟化處理，使空氣逐步摻入到泡孔中。

第二步。首先，將熟化的預(yù)發(fā)泡珠粒放入具有特定型腔的模具中。對(duì)于小型的和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，成型時(shí)要采用文氏管作用設(shè)備（如灌料槍?zhuān)柚諝饬鲗⒅榱４抵聊Ｇ恢?。大型的產(chǎn)品可依自身重力充滿模腔。將充滿粒料的模腔密閉并加熱，珠粒受熱軟化，使泡孔膨脹。珠粒發(fā)泡膨脹至填滿相互間的空隙，并粘結(jié)成均勻的泡沫體。此時(shí)這個(gè)泡沫體仍然是柔軟的并承受泡孔內(nèi)熱氣體的壓力。從模具中取出制品之前，須使氣體滲出泡孔和降低溫度使制品形狀穩(wěn)定，這一般是采用向模具內(nèi)壁噴水的方法。

由于成型模具是雙層壁的，因此發(fā)泡PS的成型被稱(chēng)為“蒸氣室成型”。模具內(nèi)壁尺寸即為實(shí)際制品的尺寸，模具內(nèi)壁上有氣孔．以使蒸汽透過(guò)泡沫體并使熱氣擴(kuò)散出去。雙層壁之間的空間形成蒸汽室，其中通入用于加熱珠粒的蒸汽。對(duì)于多數(shù)制品，發(fā)泡PS的成型壓力低于276kPa。模具為鋁制并按制品要求鑄成一定形狀。發(fā)泡PS的成型由于成型壓力低、成型設(shè)備成本低，因此是一種經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)方法。

聚苯乙烯的應(yīng)用:

聚苯乙烯作為五大通用塑料之一，具有透明性好、剛性大、吸濕性低、成型性好、電絕緣性優(yōu)良、易染色等優(yōu)點(diǎn)，且價(jià)格低廉，主要應(yīng)用于包裝、電子、建筑、汽車(chē)、家電、日用品等行業(yè)。

聚苯乙烯的經(jīng)常被用來(lái)制作泡沫塑料制品。日常生活中常見(jiàn)的應(yīng)用有各種一次性塑料餐具，透明CD盒等等。發(fā)泡聚苯乙烯(保麗龍)在建筑材料使用上，自2003年廣泛使用于中空樓板隔音隔熱材。

聚苯乙烯還可以和其他橡膠類(lèi)型高分子材料共聚生成各種不同力學(xué)性能的產(chǎn)品。

耐沖擊性聚苯乙烯（HIPS）

耐沖擊性聚苯乙烯是通過(guò)在聚苯乙烯中添加聚丁基橡膠顆粒的辦法生產(chǎn)的一種抗沖擊的聚苯乙烯產(chǎn)品。這種聚苯乙烯產(chǎn)品會(huì)添加微米級(jí)橡膠顆粒并通過(guò)枝接的辦法把聚苯乙烯和橡膠顆粒連接在一起。當(dāng)受到?jīng)_擊時(shí)，裂紋擴(kuò)展的尖端應(yīng)力會(huì)被相對(duì)柔軟的橡膠顆粒釋放掉。因此裂紋的擴(kuò)展受到阻礙，抗沖擊性得到了提高。

苯乙烯丙烯腈（SAN）

SAN是Styrene Acrylonitrile的縮寫(xiě)。苯乙烯丙烯腈是苯乙烯丙烯腈的共聚物，是一種無(wú)色透明，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度的聚丙烯基工程塑料。SAN的化學(xué)穩(wěn)定性要比聚苯乙烯好。SAN類(lèi)產(chǎn)品的透明度和抗紫外性能不如聚甲基丙烯酸甲酯類(lèi)產(chǎn)品但是價(jià)格相對(duì)便宜。

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）

ABS是Acrylonitrile butadiene styrene的縮寫(xiě)。這種塑料是丙烯腈，丁二烯和苯乙烯的共聚物。具有高強(qiáng)度，低重量的特點(diǎn)。是常用的一種工程塑料之一。

SBS橡膠

SBS橡膠是一種聚（苯乙烯－丁二烯－苯乙烯）結(jié)構(gòu)的三段嵌段共聚物。這種材料同時(shí)具有聚苯乙烯和聚丁二烯的特點(diǎn)，是一種耐用的熱塑性橡膠。SBS橡膠經(jīng)常被用來(lái)制造輪胎。