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。