聚苯乙烯(Polystyrene,简称PS)是苯乙烯单体经自由基聚合制得的一种热塑性树脂,是我国和世界上用量最大的“五大通用塑料”品种之一,是仅次于聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯的第四大品种。聚苯乙烯具有质硬、透明、刚性、电绝缘性、低吸湿性和优良的加工性能,可用于制造家用电器等硬质塑料品,也可用于制造泡沫塑料制品和薄膜,用途广泛。
聚苯乙烯(PS)的分子结构与性能的关系
一般我们所说的聚苯乙烯是指通用级聚苯乙烯(GPPS、俗称透苯),为无色透明硬质塑料,通用级聚苯乙烯树脂属无定形高分子聚合物,聚苯乙烯大分子链的侧基为苯环,大体积侧基为苯环的无规排列决定了聚苯乙烯的物理化学性质,如透明度高(仅次于PMMA)、刚度大、玻璃化温度高、性脆等。
实际中,聚苯乙烯主要分为通用级聚苯乙烯(GPPS、俗称透苯)、抗冲击级聚苯乙烯(HIPS、俗称改苯)和发泡级聚苯乙烯(EPS)。当然还有一种为间规聚苯乙烯为间同结构,采用茂金属催化剂生产,是近年来发展的聚苯乙烯新品种,性能好,属于工程塑料。
高抗冲聚苯乙烯为苯乙烯和丁二烯的共聚物,丁二烯为分散相,提高了材料的冲击强度,但产品不透明。
可发性聚苯乙烯为在普通聚苯乙烯中浸渍低沸点的物理发泡剂制成,加工过程中受热发泡,专用于制作泡沫塑料产品。
聚苯乙烯(PS)的加工成型
聚苯乙烯(PS)可采用多种成型加工方法制成各种制品,主要有注塑成型、挤出成型、吸塑成型和发泡成型。PS可以在普通的挤出机上加工,薄膜、片材和型材的挤出成型是PS加工成型用得最多的方法,挤出的制品有管材、棒材、片材、薄膜、纤维等。注塑成型是仅次于挤塑的用得最多的加工成型方法。具体的注塑工艺条件为:成型温度 180~260 ℃,注射压力 30~ 150MPa,模温低于 70 ℃。但对于阻燃级HIPS,其加工温度必须低于240℃,以防止添加剂产生降解反应。用GPPS为原料,发泡剂分为化学发泡剂和物理发泡剂两种。采用一步法挤出,直接将发泡剂与PS混合好或在挤出熔融段将物理发泡剂注入PS熔体内,挤出发泡、冷却即可。用GPPS制成泡沫塑料具有泡孔细腻、强度高等优点。高发泡材料的主要产品为吸塑包装材料如快餐饭盒、美术装饰板和发泡网,低发泡材料则有仿木型材、片材、板材等。
聚苯乙烯(PS)的改性
聚苯乙烯(PS)具有质地坚硬、刚性大、电绝缘性优良、流动性好、加工温度宽、易成型、易着色、印刷性好、透明度高等一系列优点,但同时也存在脆性较大、耐环境应力开裂性性差、耐热性差、易老化黄变等缺点而有时也不能满足实际使用的要求,因此对聚苯乙烯进行改性一直是聚苯乙烯产品开发应用的关键。改性的目的当然是为了改善其缺点、降低成本、拓宽其应用领域、提高其技术含量而增加附加值、赋予其新功能、新用途而获得具有卓越和独特功能的新型高分子材料、废弃再生利用等等。
聚苯乙烯(PS)的应用
关于聚苯乙烯的应用,家用电器是莪国聚苯乙烯最大的消费领域,今后我国聚苯乙烯的消费结构不会发生大的变化,仍以注塑方法所生产的家用电器部件为主(我国电视机、电冰箱和录音机等产量居世界首位)。此外,PS在电子/电器、办公用品、玩具等方面的需求也会有较快的增长。
聚苯乙烯也大量用于日用品中,如碗、碟、水杯、一次性餐盒,均属于快速消耗品,但由于聚苯乙烯一次性消耗品带来的“白色污染”问题,PS在该方面的用量会逐步萎缩,进而为生物降解塑料带来生机。
PS泡沫材料除了大量用于一次性餐盒,广泛应用于包装材料、建筑板材等,是仅次于家电的第二大应用领域。尽管一次性PS泡沫餐盒的用量在萎缩,但在建材方面的用量会有所上升。
聚苯乙烯因其透明性高的特性,可应用于透明板材、热缩缩包装膜、双向拉伸PS片材及用于盛放糖果的包装储存容器等方面。
此外,在生化医疗等领域,PS也大显身手,如细胞培养微孔板、比色皿、生化样品杯等等。近年来,特种产品成为PS产品开发的重点。如新开发的HIPS产品在某些应用领域可与工程树脂竞争,有的比现用的产品质量要高得多,仪器仪表和消费电器是其不断增长的市场之一,包括小型仪表、冰箱内壁和内部零件、电视机外壳、空调部件、商业机器以及录音录相磁带盒。特殊级别的HIPS树脂在许多领域已取代了价高的工程塑料,具有超高抗冲击强度和耐高温的改性品种甚至已可用作汽车内饰部件。