聚苯乙烯

聚苯乙烯通用高分子材料包括塑料、橡胶、纤维等，塑料按应用分类为通用塑料、工程塑料等，通用塑料产量大、价格便宜、材料来源丰富、应用面积广，占塑料总产量大80%，其力学性能和热学性能与工程塑料比较差，主要作为非结构材料使用。聚苯乙烯是通用塑料中常用的一种，下面我们具体讨论聚苯乙烯塑料：1.聚苯乙烯基本信息和发展历程聚苯乙烯是由苯乙烯单体聚合而成的线型结构的塑料。它的商业名称简称“苯塑”，英文缩写为PS。聚苯乙烯的合成常采用块状聚合法与乳液聚合法。玻璃化温度80～90℃，非晶态密度1.04～1.06克/立方厘米，晶体密度1.11～1.12克/立方厘米，熔融温度240℃，电阻率为1020～1022欧·厘米。导热系数30℃时0.116瓦/(米·开)。通常的聚苯乙烯为非晶态无规聚合物，具有优良的绝热、绝缘和透明性，长期使用温度0～70℃，但脆，低温易开裂。此外还有全同和间同立构聚苯乙烯。全同聚合物有高度结晶性。1839年，德国人第一次从天然树脂中提取出聚苯乙烯。1930年，聚苯乙烯在德国首先工业化。产量仅次于聚乙烯和聚氯乙烯，位居第三。1934年，Dow开始在美国生产聚苯乙烯。1954年，Dow开始生产聚苯乙烯泡沫塑料。2.聚苯乙烯的结构与性能材料性能聚苯乙烯无色透明，能自由着色，相对密度也仅次于PP、PE，具有优异的电性能，特别是高频特性好，次于F-4、PPO。另外，在光稳定性方面仅次于甲基丙烯酸树脂，但抗放射线能力是所有塑料中最强的。聚苯乙烯最重要的特点是熔融时的热稳定性和流动性非常好，所以易成型加工，特别是注射成型容易，适合大量生产。成型收缩率小，成型品尺寸稳定性也好。热性能：最高工作温度为60～80℃。当加热至Tg以上，PS转变为高弹态，且保持这种状态在较宽的范围内，这就使其热成型提供方便。PS的热变形温度为70～80℃，脆化温度为-30℃，PS在高真空和330～380℃下剧烈降解。机械性能PS的分子量过高，加工困难，所以通常聚苯乙烯的分子量为5～20万。PS的机械性能，随温度升高，刚性（弹性模量、抗拉强度、冲击强度等下降，而断裂伸长率较大。PS的透明性好，透光率达88～92%，仅次于丙烯酸类聚合物，折射率为1.59～1.60。故可用作光学零件，但它受阳光作用后，易出现发黄和混浊。PS有主要缺点是性脆和耐热性低。对PS进行改性，如橡胶改性的高抗冲PS（HIPS）；MMA-丁二烯-苯乙烯（MBS）；A（丙烯腈）B（丁二烯）S，在工业上应用最广泛的是ABS塑料。优异、持久的隔热保温性：挤塑板，导热系数为0.028w/mk,具有高热阻、低线性膨胀率的特性。其导热系数远远低于其它的保温材料如：EPS板、发泡聚氨酯、保温砂浆、水泥珍珠岩等。同时由于本材料具有稳定的化学结构和物理结构，确保本材料保温性能的持久和稳定。优越的抗水、防潮性挤塑板具有紧密的闭孔结构。聚苯乙烯分子结构本身不吸水，板材的正反面又都没有缝隙，因此，吸水率极低，防潮和防渗透性能极佳。高强度抗压性：挤塑板由于发泡结构紧密相连且壁间无缝隙，所以其抗压强度极高，即使长时间水泡仍维持不变。因此用作泊车平台、机场跑道、高速公路等领域能受到良好的抗冲击性。防腐蚀、经久耐用性：一般的硬质发泡保温材料使用几年后易产生老化，随之导致吸水造成性能下降。而挤塑板因具有优异的防腐蚀、防老化性、保温性，在高水蒸汽压力下，仍能保持其优异性能，使用寿命可达到30-40年。轻质、高硬度挤塑板完全的闭孔发泡结构形成轻质，而均匀的蜂窝结构造成高硬质，但又不像聚氨酯发泡、酚醛发泡那样发脆，因此不易破损，不仅搬运、安装轻便，切割容易，用作屋顶保温时不会影响结构的承受能力。高品质环保型：挤塑板不会发生分解和霉变，不会让有害物质挥发，化学性质稳定。同时在生产过程中，利用环保型原料，不产生有害气体，没有废水产生，所形成的固体下脚料，可回收处理再利用，是高品质环保型产品。3.聚苯乙烯的悬浮聚合可发性聚苯乙烯、苯乙烯型离子交换树脂以及部分通用级和抗冲级聚苯乙烯可以采用悬浮法生产。苯乙烯悬浮聚合可在120~150度下进行。苯乙烯具有热聚合的特点，不加引发剂，在120度以下，就有较高的聚合速率。在150度聚合2h，转化率可达85%。如果加入适当的引发剂，还可以进一步提高聚合速率。高温聚合时多采用无机分散剂，如磷酸钙、碳酸镁等，聚合结束后，可在后处理工序中用酸洗去。苯乙烯在有丁烷等挥发性液体存在下进行悬浮聚合，则可制得可发性聚苯乙烯。4.抗冲击聚苯乙烯抗冲击聚苯乙烯[1]它是苯乙烯单体与橡胶接枝聚合生成的无定形聚合物，或是聚苯乙烯与橡胶（通常为聚丁二烯橡胶）的物理共混物。所生成的聚合物具有韧性，通常为白色（也有透明的品级），挤出和成型非常容易。它的韧性主要决定于橡胶组分的比率和使用量。因此，抗冲击PS的性能变化较大，一般将其分成三类：中等冲击强度级（悬臂梁冲击强度1．5kgf·cm/cm、高冲击强度级（悬臂梁冲击强度为1．5～2．4kgf·cm/cm和超高冲击强度级（悬臂梁冲击强度为2．6~5．0kgf·cm/cm）。抗冲击PS的代表性能为：弯曲强度和拉伸强度为13．8～48．3MPa（随橡胶和添加剂含量不同而不同）；伸长率10~60%；光泽度5~100%。目视透明度从极佳至较差，收缩率约为0．006，热膨胀系数与透明PS相同。抗冲击PS受γ一射线灭菌照射后性能无变化，与透明PS具有同样的耐溶剂性。抗冲击PS的熔体指数为1～10g/min，维卡软化点为215°F。具有增强性能的抗冲击级聚苯乙烯的商业化生产有广泛的市场前景。已有的一些特殊品级包括：超高光泽度级、高透明级、耐磨级、抗环境应力一开裂级（ESCR）、高模量级、低光泽级、残余单体苯乙烯含量低的品级（1500ppm5.可发性聚苯乙烯（EPS）用于制造从茶杯到家用绝缘绝热材料等。泡沫塑料的性能（如密度和抗冲击强度）取决于泡孔的大小和分布，这二个因素是由所加入的发泡剂的分散率、百分含量和挥发性来控制的，代表性的发泡剂是戊烷和异戊烷。阻燃级发泡聚苯乙烯以卤代烃作为阻燃剂，广泛用作建筑物隔音绝热层和工程上使用。可发泡剂SAN已被用于制造漂浮制品和其它耐汽油制品.6.聚苯乙烯的生产与应用加工生产第一步为预发泡或简单发泡，设定最终产品的密度。在此过程中含有发泡剂的聚合物颗粒在加热条件下软化，发泡剂挥发。其结果是每个珠粒内产生膨胀，形成许多泡孔。泡孔的数量（最终密度）由加热温度和受热时间来控制。这个过程中，珠粒必须保持分散和自由流动状态。工业化生产时，发泡过程是将可发性PS直接置于蒸汽中进行的，一般通过珠粒和蒸汽在搅拌釜中的连续混合完成反应，反应设备（象预发泡机）是以保持外界压力常压敞口的，并使已发泡的珠粒从顶端溢出。有的生产厂为了保证停留时间更均衡或是当某些可发性DPS需要比较高的温度时采用间歇釜。发泡以后珠粒要经熟化处理，使空气逐步掺入到泡孔中。第二步。首先，将熟化的预发泡珠粒放入具有特定型腔的模具中。对于小型的和复杂结构的产品，成型时要采用文氏管作用设备（如灌料枪）．借助空气流将珠粒吹至模腔中。大型的产品可依自身重力充满模腔。将充满粒料的模腔密闭并加热，珠粒受热软化，使泡孔膨胀。珠粒发泡膨胀至填满相互间的空隙，并粘结成均匀的泡沫体。此时这个泡沫体仍然是柔软的并承受泡孔内热气体的压力。从模具中取出制品之前，须使气体渗出泡孔和降低温度使制品形状稳定，这一般是采用向模具内壁喷水的方法。由于成型模具是双层壁的，因此发泡PS的成型被称为“蒸气室成型”。模具内壁尺寸即为实际制品的尺寸，模具内壁上有气孔．以使蒸汽透过泡沫体并使热气扩散出去。双层壁之间的空间形成蒸汽室，其中通入用于加热珠粒的蒸汽。对于多数制品，发泡PS的成型压力低于276kPa。模具为铝制并按制品要求铸成一定形状。发泡PS的成型由于成型压力低、成型设备成本低，因此是一种经济的生产方法。应用电器制品：PS兼有透明性和良好的绝缘性，可用于电视机、录音机及各种电器的配件、壳体及高频电容器等。透明制品：PS具有优异的透明性，可用于一般光学仪器、透明模型、灯罩、仪器罩壳及包装容器等。包装材料：主要是PS泡沫塑料，多用于电脑、精密仪表、工艺品、玻璃制品及陶瓷制品等包装，隔热材料等。其它：PS的着色性和光泽性好，可广泛用于日用品的生产，具体有儿童玩具、装饰板、磁带盒、家具把手、梳子、牙刷把、笔杆及文具等。7.废弃与环境问题由于其质量小（特别是发泡型）、残余价值低，聚苯乙烯不容易循环再生。通常聚苯乙烯不能以kerbside法进行回收。但是，工业上也对发泡聚苯乙烯的再利用进行了很大的改进，出现了很多使其密化的新方法。这种能够增加其密度的方法，通常使得密度增加15slugs/ft3(译者注：1slugs/ft3=1.94055克/立方厘米)并在干净的聚苯乙烯上形成了合适再生操作的中心。一些制造聚苯乙烯的工厂现在能够对使用后的废品发泡聚苯乙烯进行回收。比如在美国密歇根州，梅森的DartContainer工厂中就在进行对使用后聚苯乙烯以及工业聚苯乙烯的回收。未来似乎可以借由面包虫(黄粉虫之幼虫)消化道内发现的细菌达到自然分解该材料的方式。8.环境影响被丢弃的聚苯乙烯无法经由生物分解及光分解进入生物地质化学循环。由于发泡聚苯乙烯(保丽龙)其低比重以致于漂浮于水面或随风飘移，造成主观的景观破坏。根据加州海岸委员会(CaliforniaCoastalCommission)的调查，聚苯乙烯已是主要的海洋漂流物。而对误食这类塑胶海洋生物而言，会对其消化系统造成伤害。9.市场分析一、中国聚苯乙烯市场的特点1、需求旺盛，消费增长速度惊人，市场潜力大进入90年代以来，中国聚苯乙烯需求旺盛，消费量飞速增长。1999年，全国聚苯乙烯总消费量达到243万吨，比1990年增长10多倍，年均增长率达到27.6%，增长速度在五大通用合成树脂中仅次于ABS树脂，是同期世界平均增长速度的6倍多。据预测，今后中国聚苯乙烯的需求量仍将平稳增长，2005年将达到317万～330万吨，2010年将达到390万～420万吨，市场前景相当乐观。2、生产能力不足，进口依赖度大相对于旺盛的需求，中国聚苯乙烯的生产能力虽然增长很快，但仍远不能满足需求，不得不依靠大量进口。1999年，中国聚苯乙烯生产能力约在140万吨左右，其中高抗冲聚苯乙烯/通用聚苯乙烯生产能力在100万吨左右，可发性聚苯乙烯生产能力估计在40万吨以上。同时，1999年全国聚苯乙烯总产量约为94万吨，与需求相比相差甚远。为满足需求，1999年中国共进口聚苯乙烯树脂151.7万吨，也比1990年增长近10倍，进口依存度超过60%。3、外资企业是中国聚苯乙烯生产的重要力量在中国聚苯乙烯生产中，外资企业占有重要的地位。在国内最大的5家聚苯乙烯生产厂商中，有3家是外资企业，分别是镇江奇美化工有限公司（30万吨/年）、扬子巴斯夫苯乙烯有限公司（14.2万吨/年）和LG宁波甬兴化工有限公司（10万吨/年）。1999年，这3家企业聚苯乙烯的生产能力合计达到54.2万吨，其中高抗冲聚苯乙烯/通用聚苯乙烯为50万吨，占全国总生产能力的一半。今后，中国外资企业聚苯乙烯的生产能力仍将快速增长。预计到2005年，外资企业聚苯乙烯生产能力将超过140万吨，占全国总生产能力的近60%，仍将是中国聚苯乙烯生产的重要力量。4、电子/电器是中国聚苯乙烯最重要的消费领域在发达国家，聚苯乙烯的主要消费领域是包装容器，约占总消费量的一半。而在我国，聚苯乙烯的主要消费领域是电子/电器，约占聚苯乙烯消费总量的60%。1999年，中国电子/电器行业共消费聚苯乙烯树脂146万吨，占全国总消费量的60%，日用品和包装分别占24%和10%。二、现状1、中国国产产品性能和质量较差，不能满足市场的要求中国聚苯乙烯产品的质量和性能较差，除外资及合资企业产品外，国内厂商的产品多数不能满足电子行业等用户对产品性能和质量的要求，难以进入这个庞大的市场。在聚苯乙烯需求量最大的电子/电器行业中，进口产品占绝对优势，国产树脂只有少量应用，而且只能用于低档产品。国内知名电器制造商为了保证