聚苯乙烯常见的改性方法

聚苯乙烯的改性

聚苯乙烯（PS）由苯乙烯单体通过自由基聚合而成，因其具有的透明、成型性好、电绝缘性能好、易染色、低吸湿性和价格低廉等优点，被广泛应用于电子、汽车、包装、建筑、仪表、家电、玩具和日用品等行业中。但PS也具有脆性较大、耐环境应力及耐溶剂性能较差、热变形温度较低、冲击强度低等缺点，因此，通过适当方法，在较少损失模量的前提下制备改性PS成为当前受到广泛关注的一个重要课题。

PS的常用改性方法有共混改性、共聚改性以及无机纳米粒子改性。

一、共混改性

共混改性是指将两种或两中以上聚合物材料、无机材料及助剂在一定温度下进行机械掺混，最终形成宏观上均匀，且在力学、热学和光学等性能上得到改善的新材料的过程。共混改性方法投资小、生产周期短，因而成为PS改性的热点，不仅是聚合物改性的重要手段，也是开发新材料的重要途径。

1、用聚烯烃改性PS

PS/PE

聚乙烯（PE）具有优良的柔性和抗冲击性能，因而有利于提高PS的韧性。但PS和PE是两种不相容的高聚物，若要通过共混改性，需加入适当的相容剂。PS与PE共混有两种手段可以实现，即反应性共混和非反应性共混。

在反应性共混的研究中，Baker等[2]将增强PS（RPS）、羟基化PE（CPE）、PE 和PS同时加入双螺杆挤出机中熔融共混挤出得到共混改性PS，所得共混物性能比用（PS-g-PE）增容的PS/PE的性能更佳。而谢文炳等[3]研究了PS/PE非反应性共混体系的抗冲击强度、拉伸强度和弯曲强度与增容剂SEBS（氢化乙苯胶）含量的关系，还就PE、PS的分子量对PS/PE非反应性共混体系的影响进行了研究。结果表明，PE相对分子量增大不影响共混物的拉伸强度，同时还可提高共混物的抗冲击强度。

2、PS/PP

聚丙烯（PP）拉伸强度和表面硬度均高于PS，耐热性能也较好，因而将其与PS共混可提高PS的热性能。PP与PS同样不相容，故仍需加入增容剂。用表面

处理后的硅填充PS/PP体系能增加聚合物界面间的粘合力，提高PS/PP体系的拉伸强度。马来酸酐官能化聚丙烯（RPS-MPP）对PS/PP也有较好的反应增容效果。

3、用工程塑料改性PS

PS/PC

聚碳酸酯（PC）性能优异，抗蠕变性能好，可见光透过率可达90%以上，与PS折光率相近，且可与PS共混，使PS的热稳定性、强度和韧性都有所提高。Kunori.T[6]曾报道，部分相容的PS/PC受外力作用时，因其相界面应力分布均匀连续，故冲击和拉伸外力使共混物产生银纹和剪切带，从而提高了PS/PC共混物的力学性能。

4、PS/PA

尼龙（PS）是结晶性聚合物，抗拉强度、抗压强度和抗冲击强度均较高，并且随水分含量的增多，抗冲击强度会有所提高因为对提高PS的韧性非常有利。Haipeng Li等[7]分别用磺化聚苯乙烯（HSPS）和磺化聚苯乙烯锌盐（ZnSPS）作为增容剂，用DMA、SEM、DSC和摆锤冲击法研究了PS/PA1010共混体系的性能。结果表明，HSPS比ZnSPS的粘度小，HSPS的增容效果比ZnSPS好，当离聚体含量为PS基体含量的20%（wt）时，共混物的冲击强度达到最大值。

二、共聚改性

共聚是对PS进行改性的重要方法之一，通过单体苯乙烯与第二单体共聚的方法引入柔性基团，从而达到既保持PS原有优良性能，又提高韧性、改善加工性能的目的。主要有嵌段共聚和接枝共聚两种方法。

1、嵌段共聚

PS与其他聚烯烃的共混相容性较低，但两者共聚则可得到兼具刚性和韧性的产物。第二单体一般为α-烯烃。方玉堂等[8]用茂金属催化剂合成了PS/PE嵌段共聚物，以及加入丙烯和苯乙烯共聚合得到了PP-b-sPS嵌段共聚物。用茂金属催化剂催化苯乙烯与第二单体共聚，既保持了PS的刚性，又增强了其柔性。

但目前还存在催化共聚活性低、产物为共聚物和均聚物的混合物、组成较难控制等缺点，有待进一步解决。如已有研究发现，苯乙烯单体与其他单体共聚时，与刚性单体生成的共聚物易形成A晶型，而与柔性单体的共聚产物则为A/B晶型

的混合物，此类发现可为提高PS改性共聚产物的纯度指出了一个方向。

2、接枝共聚

Dong等[9]用茂金属催化剂通过接枝共聚合成了苯乙烯与其含硼衍生物的共聚物，并对产物的硼基团进行了氧化和氢氧化。Liu等通过原子转移自由基聚合反应，合成了一系列PS接枝共聚物，实现了聚苯乙烯的功能化，并发现接枝密度和接枝链的长度可通过嗅化程度与加入的单体量进行控制。而许光学等通过原位链转移反应，在合适的反应条件和催化体系中，合成了末端含极性基团的PS 接枝共聚物，发现该方法对PS的功能化非常有效。

三、无机纳米粒子改性

无机纳米粒子由于具有独特的表面效应、体积效应、量子尺寸效应等特性，其性能与一般的粉体和块状材料有显著的区别。将无机纳米材料与PS在；一定工艺条件下复合，可大幅度提高聚合物材料的强度、韧性、耐热性能、耐摩擦性能等。PS/无机纳米粒子复合材料的制备方法较多，主要有以下几种。

1、熔融共混法

将改性纳米粒子加至熔融树脂中，共混后成型即得共混产物。因为纳米粒子容易发生团聚，粒子在体系中难以均匀分散，因此该方法的关键是在共混前要对纳米粒子进行表面处理。贾志永等[11]采用机械共混法制备了PS/纳米莫来石复合材料，结果表明，适量纳米莫来石的加入，能显著改善复合材料的拉伸强度和缺口冲击强度，提高热流动性。

2、溶液共混法

溶液共混法是指把基体树脂溶于适当的溶剂中，加入纳米粒子，充分搅拌使纳米粒子分散混合均匀后，除去溶剂得到共混产物。赵金安等[12]将酸氧化处理的多壁碳纳米管MWNTs浸润于四氢呋喃溶液中，然后将PS溶于该溶液，超声波处理3 h，制得PS/多壁碳纳米管复合导电材料，该材料的储能模量得到提高，导电性能明显提高。

3、原位聚合法

原位聚合法是指将经过表面处理的纳米粒子加入到单体中，混合均匀，然后在适当条件下引发单体聚合，从而制得聚合物基纳米复合材料。Tang等利用原