聚苯乙烯

苯乙烯的聚合物。英文缩写为PS。由于聚苯乙烯的原料易得,性能好,成本低,所以发展较快。其产量在塑料中居第三位。

简史

早在1837年人们就相继发现苯乙烯放置时有“固化”(即自聚)现象。1845年人们开始有意识地将它加热聚合。1911年出现第一项合成聚苯乙烯专利。1935年德国法本公司实现了聚苯乙烯的生产工业化。

结构

聚苯乙烯的结构式如公式 符号。通常为无规聚合物。H.施陶丁格认为它是线型长链结构。由于分子链中含有叔碳(不对称碳)原子,所以它还可有两种立体异构体存在,即全同和间同立构聚苯乙烯。目前实验室中已制得全同立构聚苯乙烯。

性质

聚苯乙烯的数均分子量通常为 5~30万。非晶态聚苯乙烯的密度为1.04~1.065克/厘米3,玻璃化温度为80~90℃;结晶聚合物的密度为1.11~1.12克/厘米3,熔融温度为240℃。电阻率为1020~1022欧·厘米,导热系数0℃时为0.105瓦/(米·开),100℃时为0.128瓦/(米·开)。由此可见,聚苯乙烯具有优良的绝热、绝缘性能。此外,它还具有卓越的透明性。其最大的缺点是低温易脆裂,长期使用温度为0~70℃,但可用橡胶改性,以提高其冲击强度(见表),称为高抗冲聚苯乙烯HIPS。

图 聚合

苯乙烯单体活性高,可按自由基型、负离子型、正离子型及配位负离子型机理进行聚合。这在烯烃类单体中是不多见的。目前,苯乙烯广泛采用自由基聚合进行生产。聚合的方法有:本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合乳液聚合等。苯乙烯自由基热聚合有以下特点:

(1)当无氧热聚合时,重现性颇好。

(2)单体浓度的反应级数为 2.5,即Rpk[M]2·5(式中R公式 符号为聚合速率,k为常数,[M]为单体浓度)。

(3)当聚合温度低于100℃时,在很宽的转化率范围内,均可得到高分子量的聚合物。

(4)苯乙烯容易自聚。在贮运中必须加入阻聚剂如苯醌、对叔丁基邻苯二酚等。

为了改进操作和传热状况,近年来常采用串联塔式溶液聚合法进行生产。其特点是加入 5%~25%的乙苯作溶剂,以降低树脂液的粘度。这样既有利于传热,又能改善产品性能。

上述两种方法都在均相中进行反应,主要用于制造通用型聚苯乙烯。稍加改造,也可用于与丁苯橡胶聚丁二烯橡胶的接枝共聚合,以制成高抗冲聚苯乙烯。

悬浮法生产聚苯乙烯均聚物,具有传热容易,可以严格控制聚合温度,产品中残留苯乙烯最小,所得树脂的性能较好等优点。其缺点是,产品中往往残留引发剂和分散剂。乳液聚合的组分多,残留在树脂中会影响性能,并且所得产物分子量高,不易加工,所以很少采用。

应用

聚苯乙烯主要用作包装材料,还常用作建筑材料、汽车附件、无线电和电视机壳体、家具、管材、仪表,以及玩具等。(见彩图)

聚苯乙烯塑料制品
参考书目
  1. C.A.Blighton,
  2. Styrene PolymersTechnology andEnvironmental Aspects, Applied Science Pub.,London,1979.

参考文章