聚苯乙烯

聚苯乙烯是苯乙烯单体经加聚反应制得的产物，属高分子化合物。聚苯乙烯最早是由天然树脂香脂中的一种挥发性油得到的。1930年德国法本公司首先以连续本体聚合法试生产，随后，实现了工业化生产，是塑料中开发较早的品种。1982年的年产量仅次于聚乙烯和聚氯乙烯。苯乙烯主要由苯和乙烯经烃基化脱氢制取，单体既可按自由基反应历程聚合，也可按离子反应历程聚合，随反应类型、聚合方法不同，所得产物的性能、用途有很大差异。自由基聚合所得无规聚苯乙烯，耐温只有80℃；负离子配位聚合所得等规聚苯乙烯(苯基在碳链平面同侧)耐热可达240℃。本体聚合可得玻璃状透明、绝缘性能优异的硬质塑料；溶液聚合大多用于制取涂料。聚苯乙烯对酸、碱、盐、矿物油、有机酸、低级醇等具有良好的耐腐蚀性，但在丙酮、酯类、芳香烃等有机溶剂中发生软化或溶解。绝缘性好、透明、折光率高、耐水、着色性好，可制成各种色彩鲜艳的塑料制品。熔融时热稳定性和流动性非常好，易于加工，可模塑、挤塑成型。聚苯乙烯的薄膜可用作电容器的绝缘层和电器零件，泡沫塑料可作为精密仪器的包装材料，建筑上的隔音、防震材料。但聚苯乙烯性脆、耐温性差、表面硬度较低，使其应用受到限制。为此，常通过共聚或共混等方法改善其性能，扩大应用范围。聚苯乙烯中共混少量橡胶可明显改善抗冲击性能。苯乙烯与丁二烯的无规共聚物——丁苯橡胶广泛用作汽车轮胎。与丙烯腈共聚可提高制品的软化点，同时又不降低其透明度。三元共聚物 ABS是优良的工程塑料。苯乙烯与丁二烯嵌段共聚物是应用很广的热塑性弹性体。与二乙烯苯共聚可制取各种离子交换树脂的母体。聚苯乙烯上的苯环可进行各种化学反应，制得以聚苯乙烯为骨架而带有各种功能基的聚合物，以作高分子试剂或高分子催化剂。本信息由Chemicalbook的晓楠编辑。

聚苯乙烯树脂简称PS，与聚乙烯树脂、聚氯乙烯树脂一起成为使用频度最高的三大热塑性通用塑料。国际市场上聚苯乙烯树脂有三个等级： 一般用的QP、耐热用的HR与耐冲击用的HI。HR是a甲基苯乙烯聚合体。HI是丁二烯与苯乙烯的共聚合体，显著地改善了树脂的坚韧性。聚苯乙烯树脂主要用于收音机、电视机、高频电器件、玩具、家庭用具(如杯子、梳子、吊钩、刷柄、肥皂盒等)冰箱内装、涂料基料(苯乙烯改良醇酸树脂、苯乙烯改良环氧树脂)、发泡材料(苯乙烯发泡材料)等。此外，改善了耐油性、刚性与耐热性的AS树脂(丙烯腈苯乙烯树脂)、以提高耐气候性为目标的MS树脂(甲基丙烯酸酯树脂)以及改善了耐冲击性与机械强度的ABS树脂等作为其共聚合体被广泛应用。

聚苯乙烯的分子链上交替连接着侧苯基，由于侧苯基的体积较大，而使聚苯乙烯的分子链变得刚硬。因此，玻璃化温度比聚乙烯、聚丙烯都高，且刚性脆性较大，制品易产生内应力。由于侧苯基在空间的排列为无规结构，因此聚苯乙烯为无定形聚合物，具有很高的透明性。
侧苯基的存在使聚苯乙烯的化学活性要大一些，苯环所能进行的特征反应如氯化、硝化、磺化等聚苯乙烯都可以进行。此外，侧苯基可以使主链上α氢原子活化，在空气中易氧化生成过氧化物，并引起降解。因此制品长期在户外使用易变黄、变脆。但由于苯环为共轭体系，使得聚合物耐辐射性较好，在较强辐射性条件下，其性能变化较小。

图1为聚苯乙烯分子结构式。

聚苯乙烯具有无味无臭、比重小、无色透明、着色自由、加工流动性好、质硬、化学性能稳定、不吸湿等优点，但有质脆、热变形温度低(70℃)的缺点，且易出现应力开裂的现象。它能耐稀酸，但会受浓酸与卤素侵蚀，浇铸时会引起流动方向上聚合分子的配位而残留失真，可能引起强度的不均匀。在流动方向高，垂直方向低，所以有必要在成形时保持低温，加大浇涛压力，力图均匀。

①力学性能：聚苯乙烯属于一种硬而脆的材料，延伸性极小，拉伸时无屈服现象。聚苯乙烯的拉伸、弯曲等常规力学性能在通用塑料中是很高的，但其冲击强度很低。聚苯乙烯的力学性能与合成方式、相对分子质量大小、温度高低、杂质含量及测试方法有关。
②热性能：聚苯乙烯的耐热性能较差，热变形温度为70～95℃，长期使用温度为60～80℃。聚苯乙烯的热导率较低，约为0.10～0.13W/(m·K)，基本不随温度的变化而变化，是良好的绝热保温材料。聚苯乙烯泡沫是目前广泛应用的绝热材料之一。聚苯乙烯的线膨胀系数较大，与金属相差悬殊甚大，故制品不易带有金属嵌件。此外，聚苯乙烯的许多力学性能都显著受到温度的影响。

图2为温度升高对聚苯乙烯拉伸强度的影响。
③电学性能：聚苯乙烯是非极性的聚合物，使用中也很少加入填料和助剂，因此具有良好的介电性能和绝缘性，其介电性能与频率无关。由于其吸湿率很低，电性能不受环境温度的影响，但由于其表面电阻和体积电阻均较大，又不吸水，因此易产生静电，使用时需加入抗静电剂。
④化学性能：聚苯乙烯的化学稳定性比较好，可耐各种碱、一般的酸、盐、矿物油、低级醇及各种有机酸，但不耐氧化性酸(如硝酸)和氧化剂的浸蚀。聚苯乙烯还会受到许多烃类、铜类及高级脂肪酸的浸蚀，可溶于苯、甲苯、乙苯、苯乙烯、四氯化碳、氯仿、二氯甲烷以及易受酯类影响。此外，由于聚苯乙烯带有苯基，可使苯基α位置上的氢活化，因此聚苯乙烯的耐候性不好，如果长期曝光会变色变脆，其耐光性、氧化性都较差，使用时应加入抗氧剂。 聚苯乙烯的着色性能很好，对各种着色剂的亲合性较强，普通的颜料和染料都可使用。由于聚苯乙烯多用做透明制品，所以无机颜料用的较少，而聚苯乙烯成型加工温度高，可用的染料也不多，而多采用有机颜料。
对于聚苯乙烯塑料选用着色剂的主要要求是：必须满足较高的成型加工温度，具有较好的分散性。对于耐光性的要求，由于聚苯乙烯制品大部分在室内使用，一般要求不高，但对于长期户外使用的制品，要求着色剂有较高的耐光坚牢度。
聚苯乙烯加入着色剂的量一般为树脂量的0.1～0.2%以下，用量过多会影响制品的力学强度和透明度。
聚苯乙烯一般采用干混法着色，着色时多用酒精、松香油做颜料的分散剂，能较好的湿润聚苯乙烯粒料表面，有助于颜料的分散和粘附，在成型时分散剂也容易挥发，不致影响制品的性能。
聚苯乙烯还可以采用浸染法着色，即将已成型好的制品放入50～60℃下各种染料的醇溶液中，浸泡3～5min，取出后用温水洗净、晒干，这种方法避免了高温对染料色泽的破坏，但是由于工序较复杂，一般应用也不多。
聚苯乙烯也能用色母料进行着色。

聚苯乙烯包括通用型聚苯乙烯(GPPS)和可发性聚苯乙烯(EPS)。可发性聚苯乙烯是苯乙烯单体通过悬浮聚合法制得的。发泡剂选用丁烷、戊烷以及石油醚等挥发性液体。发泡剂可以在聚合过程中加入，也可以在成型时加入。EPS的发泡倍率为50～70倍。
聚苯乙烯是通用塑料中最容易加工的品种之一，成型温度与分解温度相差大，可在很宽的温度范围内加工成型。同时，它具有成本低、刚性大、透明度好、电性能不受频率的影响等特点，因此可广泛地应用在仪表外壳、汽车灯罩、照明制品、各种容器、高频电容器、高频绝缘用品、光导纤维，包装材料等。可发性聚苯乙烯由于其质量轻、热导率低、吸水性小、抗冲击性好等优点，广泛地应用于建筑、运输、冷藏、化工设备的保温、绝热和减震材料等方面。
聚苯乙烯在工业上和日用品上广泛用作包装材料。如：瓶盖头、各种容器、大容量容器、取向薄膜、食品包装材料。聚苯乙烯泡沫塑料可用作电冰箱、火车、船、建筑等的绝热材料。在电气方面更是良好的绝缘材料和绝热保温材料。

高抗冲聚苯乙烯(HIPS)是在苯乙烯单体中添加合成的丁二烯橡胶，然后聚合而成的一种改善GPPS性能上硬而脆的缺点而成的新级别。基本特性如下：
①随丁二烯含量的不同而有中、高、超高三个级别，一般丁二烯含量在3%～15%，由于弹性体的加入制得的聚合物有较高的韧性和抗冲击强度，比GPPS提高7倍以上。
②HIPS透明性丧失，变为不透明白色。
③拉伸强度、硬度、耐热光稳定性均有下降。

图3为高抗冲聚苯乙烯(HIPS)的典型性能
应当指出的是，如果使用丁二烯单体同苯乙烯进行共聚生成丁二烯-苯乙烯共聚物，则同样可改善GPPS的冲击强度，但共聚物的透明性好、无毒，耐冲击性好，易为有机溶剂和油类侵蚀。这种BS共聚物，可应用于食品包装、文具、容器、医疗器具、玩具、充气包装。可以进行注射成型、挤出成型、吹塑成型、粘接、印刷。注射成型的温度为235℃。BS树脂又叫K树脂。 无色、无臭、无味而有光泽的透明固体。 溶于芳香烃、氯代烃、脂肪族酮和酯等。 主要用于制造音像制品和光盘磁盘盒、灯具和室内装饰件、高频电绝缘零件等 主要用作火车车辆部件、汽车零部件、船舶用塑料件、电讯电器零部件及建筑材料等 用于制造硬型无纺布 用作建筑上保温及隔热材料和仪器、仪表的防振包装

由苯乙烯经本体法或悬浮法聚合而成。