第5章_聚苯乙烯类塑料.ppt

光学性能
透明性好是PS最大的特点，透光率可达88%~92%，同
PC和PMMA一样属最优秀的透明塑料品种，人称三大透 明塑料。
PS的折射率为1.59~1.60，但因苯环的存在，其双折射
较大，不能用于高档光学仪器。
二 聚苯乙烯的性能
力学性能
PS硬而脆、无延伸性、拉伸至屈服点附近即断裂。PS
的拉伸强度和弯曲在通用热塑性塑料中最高，其拉伸强度 可达60MPa；但冲击强度很小，难以用做工程塑料。
再次发泡，在蒸汽中颗粒再次膨胀并填满颗粒之间的间 隙而形成一体。
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可发性PS珠粒的制备方法
方法一：在PS聚合过程中加入低沸点碳氢化合物 作为发泡剂； 方法二：将悬浮聚合的粒状PS在加热和加压条件 下浸透发泡剂； 方法三：将PS挤出造粒或挤出切片，然后浸透发 泡剂。
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国内常用制备方法： ① 将悬浮法PS，石油醚、水、十二烷基苯磺酸钠按一定 配方放入反应釜， ② 在85~95 ℃ ，0.4~0.5MPa条件下，搅拌渗透6h， ③ 冷却至35~38 ℃ ，经冷水洗涤、甩干， ④ 在低于15 ℃慢慢挥发3~5d， ⑤ 然后在25~35 ℃热空气风干后包装出售。
离心分离，得含水量为2%～3%的聚苯乙烯珠粒。产品常 用于制备泡沫塑料，也可供一般日用品的注塑、挤出。
苯乙烯高温悬浮聚合
主分散剂：MgCO3（可在釜用Na2CO3与MgSO4 制备）
助分散剂：苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物
苯乙烯高温悬浮聚合
高温聚合优点 1.可不用引发剂，反应速度快，产品质量高。 2.用无机悬浮剂，聚合产品外表面无表面膜，易于洗 涤、分离。 3.配方来源丰富，成本低。 4.粘附物少，使釜运转周期加快。
结构式：CH2＝CH－
化学性质非常活泼，单体在贮存、 运输过程中，需要加入少量的间苯二 酚或叔丁基间苯二酚等阻聚剂以防止 自聚
二 聚苯乙烯生产工艺
聚合机理
自由基型聚合 离子型聚合 （包括配位离子 型）
聚合方法
四种均可， 应用较多的是：
本体聚合 悬浮聚合
二 聚苯乙烯生产工艺 苯乙烯的本体聚合
1. 单体：纯度＞99.5% 2. 引发剂：热引发 3. 反应器：塔式、釜式、槽式和管式等
一般采用：两个或更多反应器串联 4. 工艺：预聚→聚合→后处理
先在预聚釜中使10%～50%的苯乙烯聚合，然 后在后面的反应器中使其他单体全部聚合。
苯乙烯
预聚釜 115～120℃
140℃
聚 合 塔
97%～98%PS
200℃ 50%PS
改进后的苯乙烯本体聚合
预聚釜温度控制在115～
120℃，物料停留时间4～5h。 转化率约为50%；
CH2Cl
Cl(CH3)3NCH2
悬浮聚合
苯乙烯低温悬浮聚合
单体/水：1/1.4～1/1.6 分散剂:磷酸三钙 引发剂：BPO（占总引发剂的90%～80%）和过氧化叔丁基 苯甲酸酯（占总引发剂的10%～20%）复合型引发剂 分散介质：去离子水 单体纯度： ＞99.5% 聚合转化率：90%左右 产物：相对分子质量可达20×104，宜作发泡材料。
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可发性PS珠粒 预 发 泡 熟 化 成 型
成型： 条件：110~120 ℃加热10~30min 在蒸汽中颗粒再次膨胀并填满颗粒之间的间隙而形 成一体。 加热方式：热空气、热水、蒸汽（最好，水蒸汽能 助长发泡能力）； 启模前应适当冷却，以防PS泡沫进一步发泡，导致 变形； 再次熟化：2~5d
性和被吸附物质的极性。
脱水功能
强酸型阳离子交换树脂中的－SO3H基团是强极性基团，相
当于浓硫酸，有很强的吸水性；
干燥的强酸型阳离子交换树脂可用作有机溶剂的脱水剂 。
催化功能
离子交换树脂的应用
水处理
水质的软化、水的脱盐和高纯水的 制备等，如去离子水的制备
冶金工业应用
通过离子交换完成金属的分离、提纯和回收
CH＝CH2
＋
CH＝CH2
引发剂
CH＝CH2
~CH－CH2－CH－CH2~ ~CH－CH2－CH－CH2~
苯乙烯
二乙烯基苯
苯乙烯-二乙烯苯共聚物
（二）聚苯乙烯磺酸型阳离子交换树脂 将含水量小于0.4%的筛选后的苯乙烯-二乙烯苯共聚物珠粒 加入搪瓷釜中，以二氯乙烷为膨胀剂，用98%的硫酸，在 80～120℃进行磺化反应约7h后，缓慢加水稀释，并分离出 稀酸，用水洗至pH=5，然后加食盐转化，最后加碱转化， 使树脂由磺酸型转变成磺酸钠型，再水洗磺酸钠，再水洗 至中性，过滤，即为最终产品。其结构如下：
原子能工业
离子交换树脂在原子能工业上的应用包括核燃料的分离、提纯、 精制、回收
化学（化学合成、医药、制酒等）工业
普遍用于多种无机、有机化合物的分离、提纯，浓缩和回收等， 还可用作化学反应催化剂，
（一）网状结构高分子骨架——苯乙烯-二乙烯苯共聚体的合成
以苯乙烯为单体，二乙烯苯（占单体总量的2%～7%）为共聚单 体，采用低温悬浮聚合法制得网状结构的不溶不熔的苯乙烯二乙烯苯共聚物珠状球粒，选取直径为1.0～1.2mm的球粒用 于制造离子交换树脂。
制品长期户外使用变黄变脆。
二 聚苯乙烯的性能
一般性能
PS为无色透明的粒料，燃烧时发浓烟并带有松节油气味，
吹熄可拉长丝；
制品质硬似玻璃状，落地或敲打会发出类似金属的声音； 能断不能弯，断口处呈现蚌壳色银光。 PS的吸水率为0.05%，稍大于PE，但对制品的强度和尺
寸稳定性影响不大。
二 聚苯乙烯的性能
PS的耐磨性差，耐蠕变性一般。 PS的力学性能受温度的影响比较大。
5.1.3 聚苯乙烯的加工
一 聚苯乙烯的加工性能
PS属无定形树脂，无明显熔点，熔融温度范围比较宽
（120~180℃）；且热稳定性较好，分解温度在300℃以上。
PS熔体属非牛顿流体，粘度强烈地依赖剪切速率的变化，
PS的流动性十分好，是一种易于加工的塑料。
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5.1.3 聚苯乙烯的应用
电器制品：电视机、录音机及各种电器的配件、壳体及高频电 容器等。
透明制品：光学仪器、透明模型、灯罩、仪器罩壳及包装容器 等。儿童玩具、装饰板、磁带盒、家具把手、梳子 、牙刷把、笔杆及文具等。
包装材料：泡沫塑料，多用于电器、精密仪表、工艺品、玻 璃制品及陶瓷制品等包装；隔热材料等。
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向聚合釜内加入单体、水、分散剂、引发剂及内部润滑
剂（石蜡）等。升温到90℃，反应6h；然后再升温到 110℃和135℃两个阶段进行聚合，共约2～3h。釜内压力 为0.3MPa，聚合后降温到60℃，得聚苯乙烯悬浮液。
然后将此悬浮液送至中和槽，用HCl中和。后经洗涤、
可生产管材、棒材、板材、薄膜、单丝、电线、电缆、 异型材，以及中空制品等截面形状单一的制品等。
塑化
成型 定型
Hale Waihona Puke 挤出成型Extrusion Product Examples
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发泡成型
1951年，原联邦德国发明了可发性PS制造工艺； 工艺条件简单：不需笨重模具、不需高温高压条件 （铝质模具、低压蒸汽或沸水条件）； 可制造各种形状复杂的泡沫塑料制品； 用途广泛：冷藏、建筑、精密仪器、电子等工业的 绝热、隔音、防震、防潮等包装材料。
分类：
阳离子交换树脂： 强酸型： R-SO3H 中酸型： R-PO(OH)2 弱酸型：R-COOH 习惯上，一般将中酸型和弱酸型统称为弱酸型；
阴离子交换树脂： 强碱型： R3-NCl 弱碱型：R-NH2、R-NR´H 和 R-NR´´
主要功能：离子交换
可逆反应——再 生特性
（1）中和反应：
R SO3H + NaOH R SO3Na + H2O R COOH + NaOH R COONa + H2O
第五章 聚苯乙烯类塑料
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5.1 聚苯乙烯(PS) 优点 具有高度透明、电绝缘性好、易着色、加工流动性好、
刚性好、及化学腐蚀等。
缺点 性脆、冲击强度低、易出现应力开裂、耐热性差、不
耐沸水等。
改性 克服聚苯乙烯脆性大、耐热性低的缺点。共聚、共混，
如ABS、MBS、AAS、ACS、AS树脂等。
5.1.1 聚苯乙烯的制备方法 一 主要原料
离子交换树脂： 离子交换树脂是指具有离子交换基团的高分子化合物，它 具有一般聚合物所没有的新功能——离子交换功能。
结构：
带有可离子化基团的三维网状结构，一 般为直径为0.3～1.0 mm的小圆球； 树脂由三部分组成：
三维空间结构的网络骨架； 骨架上连接的可离子化的功能基团； 功能基团上吸附的可交换的离子。
2R NH3Cl + Na2SO4 (RNH3)2SO4 + 2NaCl
（3）中性盐反应： R SO3H + NaCl R SO3Na + HCl R NHOH + NaCl R NHCl + NaOH
吸附功能
无论是凝胶型或大孔型离子交换树脂，均具有很大的
比表面积——表面具有吸附能力；
吸附量的大小和吸附的选择性，主要决定于表面的极
5.1.2 聚苯乙烯的结构与性能
一 聚苯乙烯的结构
饱和烃类聚合物、属热塑性树脂
体积较 大的苯 环侧基
分子结构不对称，大分子链运动困难，PS呈
现刚性和脆性，制品易产生内应力。
PS的侧苯基在空间的排列为无规结构，导致
PS为无定型聚合物，具有很高的透明性；
主链上α氢原子活化，易于被空气中的氧氧化，
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可发性PS珠粒的成型工艺 可发性PS珠粒 预 发 泡