第一课塑料聚苯乙烯PS

三 光学性能 • 透明性好是PS最大的特点 四 热学性能 • PS耐热性差，PS导热率低，PS线膨胀系数大。 • PS的力学性能随温度提高显著下降。 五 电性能 PS具有良好的电绝缘性。 六 耐化学药品性 PS化学稳定性较好； PS长期与烃类溶剂、高级脂肪酸接触会溶胀。 PS溶于苯、甲苯、四氯化碳、氯仿等有机溶剂。 由于苯基α 氢较活泼，PS耐候性差。 侧苯基可以吸收能量，PS耐辐射性优良。
丙烯腈共聚制得。
H2 C CH
m
H2 C CH n
CN
较高的刚性、硬度和尺寸稳定性，特别是冲击强度明显提高
高度的耐化学药品稳定性
较高吸水性
五 丙烯酸酯／丙烯腈／苯乙烯共聚物(AAS)
以丙烯酸酯橡胶骨架，与丙烯腈－苯乙烯(AS)接枝共聚。 AAS与ABS相比： 由于消除了聚合物主链中易反应的双键，因此，AAS最大的 特点是耐候性、紫外线和热老化性能有了大幅度提高。
溶液聚合——主要用于配制清 漆。
PS的 主要 生产 方法
四 PS生产工艺
本体聚合
H2C
C H
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.
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。
一 链结构 • 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。 • 分子结构不对称，侧苯基具有很大的空间位阻，造成分子链
很僵硬，PS呈现刚性和脆性，制品易产生内应力，Tg～100oC。 • 主链上α 氢原子活化，易于被空气中的氧氧化，制品长期户
外使用变黄变脆。
二 聚集态结构 无规PS乙烯是完全无定形的聚合物。
1. 结构
丙烯腈——硬度、耐热性、力学强度 丁二烯——抗冲击性 苯乙烯——良好的热塑性加工性 目前的ABS：A：20～40％；B ：10～30％；S：30～60％。 最常见的比例是A:B:S=20:30:50，此时ABS树脂熔点为175oC。
2. ABS的性能特点
• ABS是无定形高分子材料、外观不透明、呈浅象牙色。 • 易于与其它材料结合；易印刷、电镀。 • ABS的阻燃性好于PS但仍属易燃高分子。 • ABS具有高强、高韧的力学特点 • ABS的耐热性（高于PS）及很好的耐寒性； • ABS电性能优良，与PS相近。 • ABS耐烃类油性提高； • ABS耐候性较差。
随着橡胶含量的增加，共混物的冲击性能增加。但共混物 的拉伸强度、弯曲强度、硬度等性能均下降，加工性能也变差。
在热力学上，PS与橡胶是不相容的。
接枝聚合
以橡胶为主链、聚苯乙烯为支链，通过自由基引发苯乙烯 单体，在橡胶主链上发生接枝聚合反应，得到高抗冲PS(HIPS)。
生产工艺有本体法、 H2
本体—悬浮法和乳液法等。 C
2.4 聚苯乙烯类树脂PS
2.4.1 PS类的定义与聚合方法
CH2 CH n
一 定义
以苯乙烯为单体均聚或与其他单体共聚而得到。
二 种类
•通用聚苯乙烯GPPS 机械强度不高、性脆、耐热性差，易燃。
•高抗冲聚苯乙烯HIPS
•发泡聚苯乙烯EPS
•间规聚苯乙烯sPS
•共聚物系列品种，丙烯腈／苯乙烯(AS)，丙烯腈／丁二烯／苯 乙烯(ABS)、丙烯睛／丙烯酸酯(AAS)、甲基丙酸甲酯／丁二烯 ／苯乙烯(MBS)等。每个品种中又有许多品级。
——混合难于均匀， 增
韧效果不显著。
将 顺 丁 橡 胶 或 丁 ——橡胶相均匀分散，大幅度
苯橡胶（含量 5~10%) 溶 于 苯 乙
提高PS的抗冲击性能，但
烯单体中共聚
使强度有所下降。
电器零件 设备罩壳 仪表零件 冰箱内衬 容器
机械共混法 在混炼设备中，将PS与橡胶进行机械混合，制备聚合物共
混物。混合设备有单双螺杆挤出机、双辊混炼机、密炼机等， 常用的是双辊混炼机。密炼机和双螺杆挤出机混合效果好、效 率高。
聚氯乙烯PVC结构和PP类似，甲基变成了氯原子，稳定性变差， 受热或辐射易分解放出HCl。PVC主链以头尾结构为主，常温下是 含少量结晶结构的无定形聚合物。
性能
sPS的密度：1.01-1.44g／cm3, 有较高的结晶度和较快的结晶速率,使之更高的耐热性、耐化学性、尺 寸稳定性及优良的电气性能等特点. sPS的长期使用130℃，短期245-250℃，优于PET、PBT、PA66.
三 ABS树脂
通用工程塑料
ABS树脂是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的三元共聚物。
ABS树脂具有较良好的耐化学试剂性，除了浓的氧化性酸 之外，对各种酸、碱、盐类都比较稳定。 （5）环境性能
ABS树脂分子链中的丁二烯部分含有双键，使它的耐候性 较差，在紫外线或热的作用下易氧化降解。
解决办法：加入酚类抗氧剂或炭黑可在一定程度上改善老 化性能。
四 苯乙烯／丙烯腈共聚物(AS或SAN) 苯乙烯系树脂中重要品种，由苯乙烯／
ACS主要采用挤出和注塑方法加工。
七 甲基丙烯酸甲酯／苯乙烯共聚物(MS) 由甲基丙烯酸甲酯(MMA)与苯乙烯共聚物。 MMA的引入，使得MA兼有PS的良好加工性、低吸湿性和PMMA
的耐候性和优良的光学性能，具有与PMMA相似的透明性。增加 了PS的韧性，力学性能优于GPPS。
八 甲基丙烯酸甲酯／丁二烯／苯乙烯共聚物(MBS) 由甲基丙烯酸甲酯，丁二烯与苯乙烯三元共聚。 引入MMA使树脂的折射率下降，与橡胶相的折射率相近，
<七> 加工性能 无定形聚合物，熔融温度范围宽，在约95℃时开始软化，在 120－180℃之间呈黏流态，300℃以上开始分解。成型温度与分 解温度相差较大； 属非牛顿流体，粘度强烈地依赖剪切速率的变化，流动性好， 易加工。
PS吸水率低，在加工前一般不需干燥；如有特殊需要时(如要
求透明性高)才干燥，温度为70~80℃，时间1.5h。
PS泡沫
质轻 低导热 抗冲击 吸水率低
建筑、运输、冷藏、 化工设备的保温、 绝热和减震材料
2.4.5 PS的改性
•PS的缺点: (1) PS的抗冲击性差 (2) PS的耐热性不好，强度随温度提高大幅度降低
<一> 高抗冲PS（HIPS） 1. 制备HIPS的两种方法：
PS 与顺丁橡胶或 丁苯橡胶（含量 10~20%)直接共混
分子链呈刚性，在加工成型时易产生内应力，导致制品出现裂
纹和应力开裂，加工中应对制品进行热处理。
比热容低，随温度的变化明显，加热和冷却固化速度都很快，
易于成型、模塑周期短。
PS成型收缩率仅为0.4%~0.7%。
聚苯乙烯的主要成型方法为注射、挤出和发泡。
注射成型是聚苯乙烯最常用的成型方法。可采用螺杆式注射机 及柱塞式注射机。
（1）力学性能 ABS具有优良的力学性能，其突出特点是抗冲击强度高、
可在极低的温度下使用，这主要是由于ABS中橡胶组分对外界冲 击能的吸收和对银纹发展的抑制。 （2）热性能
最高连续使用温度并不高（为60~80℃），有很好的耐寒 性，在-40℃时仍能表现出一定的韧性。 （3）电性能
ABS树脂具有良好的电绝缘性。 （4）耐化学药品性
提高了树脂的透明度，MBS也称为透明ABS。
MBS力学性能优良，是一种韧性良好段透明树脂。
K树脂中，苯乙烯与丁二烯通过化学键相连，两相界面具有很 高的结合力。
具有良好的力学强度、透明性，易加工。其性能与GPPS相近， 但冲击性能高于GPPS。K树脂与GPPS有良好的相容性。
使用温度范围也很宽
较高的硬度和刚性，耐热性能优良，耐蠕变性能较好，耐 环境应力开裂性优良，介电性能优良，良好的耐水性。
六 丙烯腈／氯化聚乙烯／苯乙烯共聚物(ACS) 由苯乙烯、氯化聚乙烯和丙烯腈接枝共聚。
耐候性显著提高，大大 优于ABS，也优于AAS， 暴露半年以上才老化。 ABS一个月就老化。
2.4.3 聚苯乙烯的性能
一 基本特征 PS为无色、无味的透明刚性固体、透光率高达88％～90％ PS的制品质硬似玻璃状，落地时有金属般的响声； 能断不能弯，断口处呈现蚌壳色银光； PS的密度在1.04～1.07之间； PS的尺寸稳定性好、收缩率低； PS易燃，燃烧时发浓烟并带有松节油气味，吹熄可拉长丝； PS的吸水率为0.05%，稍大于PE，但对制品的强度和尺寸稳
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 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。
2.4.2 聚苯乙烯的结构
三 PS聚合方法 工业生产中，主要采用自由基聚合反应进行。
热引发
引发剂引发
聚合方法
本体聚合——获得的PS纯净 度高，主要用来制造对电性 能要求高的制品。
悬浮聚合——获得的PS分子量 高分布窄但纯度不如本体聚合 PS，可用来制造一般日用和工 业用品、和PS泡沫塑料。
乳液聚合——主要用于涂料和 PS泡沫塑料。
思考？
1. 比较PE、PP、PVC和PS分子结构特征及聚集态特征的异同。 聚乙烯PE结构单元对称，结构规整，分子链柔顺且有一定支化。