2.4塑料聚苯乙烯PS解析课件

1、2.4.1 PS类的定义与聚合方法一 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。 2.4 聚苯乙烯类树脂PS第1页，共26页。三 PS聚合方法工业生产中，主要采用自由基聚合反应进行。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

2、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。溶液聚合主要用于配制清漆。PS的主要生产方法热引发引发剂引发第2页，共26页。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。本体聚合四 PS生产工艺 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.第3页，共26页。苯乙烯低温悬浮聚合单体/水：1/1.41/1.6分散剂:磷酸三钙引发剂：BPO（占总

3、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20104，宜作发泡材料。第4页，共26页。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。第5页，共26页。2.4.2 聚苯乙烯的结构一 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

4、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，Tg100oC。主链上氢原子活化，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。第6页，共26页。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8890PS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1.041.07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

5、制品的强度和尺寸稳定性影响不大。第7页，共26页。二 力学性能软质PVC硬质PVCPS 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。 PS的耐磨性差，耐蠕变性一般。 当温度升高，拉伸强度、弯曲强度、压缩强度和冲击强度均下降。 第8页，共26页。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

6、苯、甲苯、四氯化碳、氯仿等有机溶剂。由于苯基氢较活泼，PS耐候性差。侧苯基可以吸收能量，PS耐辐射性优良。第9页，共26页。无定形聚合物，熔融温度范围宽，在约95时开始软化，在120180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7080，时间1.5h。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

7、缩率仅为0.4%0.7%。 加工性能第10页，共26页。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。 挤出成型可采用普通的挤出机。挤出成型的产品有板材、管材、棒材、片材、薄膜等。 发泡成型可制造各种形状复杂的泡沫塑料制品；用途广泛，如冷藏、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。第11页，共26页。2.4.4 PS的应用仪表外壳汽车灯罩照明制品高频电容器高频绝缘光导纤维包装材料PS成本低PS刚性大PS透明度高PS电性能好PS易成型通用PSPS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

8、热和减震材料第12页，共26页。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 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1020%)直接共混混合难于均匀，增 韧效果不显著。将顺丁橡胶或丁苯橡胶（含量510%)溶于苯乙烯单体中共聚橡胶相均匀分散，大幅度 提高PS的抗冲击性能，但 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第13页，共26页。 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

9、和双螺杆挤出机混合效果好、效率高。 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、本体悬浮法和乳液法等。第14页，共26页。二 间规聚苯乙烯(sPS) 用茂金属催化剂，在60合成高间规度（大于98）、高结晶的sPS。熔点高达270，相当于无规PS的3倍，与尼龙66相近。 生产工艺 连续流化床工艺、连续自洁净反应釜工艺和连续搅拌槽反应釜工艺。 除了催化剂为MA

10、O金属外，都加入了三异丁基铝(TIBA)； 在原料精制、催化剂制备和聚合工段都必须采用N2气进行保护。 sPS的密度：1.01-1.44gcm3, 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. 性能第15页，共26页。三 ABS树脂 ABS树脂是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的三元共聚物。通用工程塑料丙烯腈硬度、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：2040；B ：1030；S：3060。最常见的比例是A:B:S=20:30:50，此时ABS树

11、脂熔点为175oC。 1. 结构第16页，共26页。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。2. ABS的性能特点第17页，共26页。（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6080），有很好的耐寒性，在-40时仍能表

12、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 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。 第18页，共26页。四 苯乙烯丙烯腈共聚物(AS或SAN) 苯乙烯系树脂中重要品种，由苯乙烯丙烯腈共聚制得。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

13、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。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。第19页，共26页。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。ACS是无定形聚合物，成型收缩率较小，尺寸稳定性好。ACS溶于甲苯、二氯乙烯、乙酸乙酯、丁酮。ACS有抗静电能力。不足：ACS加工性能不佳。热稳定性较

14、差，加工温度范围较窄，限制在170-220之间，加工成型温度低，极易分解，不能在加工设备中停留过长时间。为避免产生降解，应加入热稳定剂。制品表面光滑和光泽较差，外观较粗糙。ACS主要采用挤出和注塑方法加工。 CPE含有氯元素，因而又赋予了ACS优良的阻燃性。 随CPE含量的增加，ACS冲击强度增加，拉伸强度下降。第20页，共26页。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

15、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，提高了树脂的透明度，MBS也称为透明ABS。 MBS力学性能优良，是一种韧性良好的塑料。 第21页，共26页。九 K树脂 丁二烯-苯乙烯星形嵌段透明树脂。 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。 K树脂透明性非常突出，透光率可达80-90，接近GPPS，比增韧PS高。通过控制丁二烯嵌段长度和聚丁二烯结构，使橡胶相比可见光波长小，控制K树

16、脂透明性。 K树脂热变形温度低于其他苯乙烯类树脂。K树脂易溶于甲苯、甲乙酮、乙酸乙酯、氯甲烷等。应用：包装材料，大量用于食品、水果、蔬菜、肉类的包装，也可应用于医用容器、磁带盒、洗涤剂包装瓶，化妆品盒、高档服装衣架等。 第22页，共26页。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。在使用温度下，PE聚集态由大量结晶相和少量无定形结构组成。 聚丙烯PP结构简单，与聚乙烯相比，主链上多了重复侧甲基，因此有三种不同的立体构型（等规，间规，无规）。等规常温下是大量结晶和少量无定形结构共存。间规，无规结晶度下降，力

17、学性能也变差。 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。 聚苯乙烯PS主链含大量刚性的苯环，有较大的空间位阻，分子链柔性较差，是一种线性无规高分子，是完全无定形的聚合物。第23页，共26页。2. 根据PE、PP、PVC和PS微观结构特征的异同分析比较、它们性能特点上的异同。（1）拉伸强度：硬质PVCPSPPPE（硬质PVC的拉伸强度与PS相近）（2）抗冲击性能：PE和软质PVC抗冲击性能都较好，聚丙烯和聚苯乙烯冲击强度较低（3）耐热性（抗热变形能力）：PP耐热性最好，PE，PVC，P

18、S耐热性较差（4）热稳定性：PVC受热易分解，热稳定性差，其他稳定性较好 (5) 透明性：PVC，PS透明性较好，PE通常为半透明或不透明，PP为白色蜡状固体（6）绝缘性：四种塑料绝缘性都较好，PP高频绝缘性好，PVC中低频绝缘性好 （7）耐溶剂和化学药品性：PE，PP耐溶剂和化学药品性能优异；PVC与PS耐酸碱性相近，都不耐氧化性酸。PVC不耐极性溶剂，PS不耐非极性溶剂。第24页，共26页。3. ABS是什么，它的三个部分各有什么功能？ABS是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的三元共聚物。丙烯腈使聚合物耐化学腐蚀且具有一定表面强度；丁二烯使聚合物呈现橡胶状韧性；苯乙烯使聚合物显现热塑性塑料的加工特性，即好的流动性。第25页，共26页。4.（a）“ABS合金/共混物”指的是什么？（b)目前已经商业化的ABS合金主要有几种？它们的性能特点是什么？从中自选一种阐述使其具备新的性能特点的原因或机制是什么？ ABS合金/共混物指为使ABS树脂达到某一性能通过共混改性所得的塑料聚合物。 已商业化的ABS合金有ABS/PC、ABS/PA、ABS/