聚苯乙烯

聚 苯 学院名称：专业班级：学生姓名：学生学号：指导教师：乙 烯 工 业 设 计

化学与材料科学学院 高分子材料与工程 0902 朴思洋 0912030215 李海英 1

内容摘要：

主要介绍了聚苯乙烯的合成、结构、性能和合成工艺，而且还说明了聚苯乙烯的应用十分广泛，在很多领域都有着优越性，并提出了聚苯乙烯的发泡成型，同时聚苯乙烯的发展前景非常好。

关键词：聚苯乙烯，悬浮聚合，加工成型 前言：

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。

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目录

1. 聚苯乙烯的定义和合成 .................................. 1 1.1 聚苯乙烯的定义 .................................... 1 1.2 聚苯乙烯的合成 .................................... 1 2. 聚苯乙烯的结构与性能 .................................. 2 2.1聚苯乙烯的结构 ..................................... 2 2.2聚苯乙烯的性能 ..................................... 2 2.2.1 基本特征 ..................................... 2 2.2.2 力学性能 ..................................... 3 2.2.3 热性能 ....................................... 3 2.2.4 电性能 ....................................... 3 2.2.5 耐化学药品性 ................................. 4 3. 聚苯乙烯的生产工艺 .................................... 4 3.1 聚合机理 .......................................... 4 3.2 聚合方法 .......................................... 4 3.3 高温聚合优点 ...................................... 6 3.4 加工成型方法 ...................................... 6 4. 聚苯乙烯的应用 ........................................ 7 4.1 应用广泛 .......................................... 7 4.2 发泡成型 .......................................... 7 5. 展望 .................................................. 8 主要参考文献 ............................................. 9

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1.聚苯乙烯的定义和合成

1.1 聚苯乙烯的定义

聚苯乙烯树脂是由苯乙烯单体通过自由基聚合而成的聚合物，英文名称为Polystyrene，简称PS。其分子结构式为：

它是饱和烃类聚合物属热塑性树脂

注意：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

1.2 聚苯乙烯的合成

• 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。

各种生产方法制得的PS在性能上略有不同。我国PS的工业化生产主

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要采用悬浮聚合和本体聚合，其中以悬浮法为主。

2.聚苯乙烯的结构与性能

2.1聚苯乙烯的结构

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，有较大的位阻效应，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。侧苯基具有很大的空间位阻，造成PS分子链很僵硬，Tg在80℃。 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a 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。但由于苯环为共扼体系，使得聚合物耐辐射性较好，在较强辐射的条件下，其性能变化较小。

2.2聚苯乙烯的性能 2.2.1 基本特征

聚苯乙烯为无色、无味的透明刚性固体，透光率可达88%～90%，

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制品质硬，落地时会有金属般的响声。聚苯乙烯的密度在1.04～1.07 之间，尺寸稳定性好，收缩率低。聚苯乙烯容易燃烧，点燃后离开火源会继续燃烧，并伴有浓烟。

2.2.2 力学性能

聚苯乙烯属于一种硬而脆的材料，无延伸性，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。

2.2.3 热性能

聚苯乙烯的耐热性能较差，热变形温度约为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，为（6～8 )X10-5K-1，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。

2.2.4 电性能

聚苯乙烯是非极性的聚合物，使用中也很少加人填料和助剂，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，电性能不受环境湿度的影响，但由于其表面电阻和体积电

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阻均较大，又不吸水，因此易产生静电，使用时需加人抗静电剂。

2.2.5 耐化学药品性

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，但不耐氧化酸，如和氧化剂的侵蚀。聚苯乙烯还会受到许多烃类、酮类及高级脂肪酸的侵蚀，可溶于苯、甲苯、乙苯、苯乙烯、四氯化碳、氯仿、二氯甲烷以及醋类当中。此外，由于聚苯乙烯带有苯基，可使苯基a 位置上的氢活化，因此聚苯乙烯的耐气候性不好，如果长期暴露在日光下会变色变脆，其耐光性、氧化性都较差，使用时应加人抗氧剂。但聚苯乙烯具有较优的耐辐射性。

3. 聚苯乙烯的生产工艺

3.1 聚合机理

离子型聚合（包括配位离子型） 自由基型聚合

3.2聚合方法

四种均可，应用较多的是：本体聚合，悬浮聚合。 a.苯乙烯的本体聚合 1.单体：纯度＞99.5% 2.引发剂：热引发

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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

随着苯乙烯本体聚合工艺的不断改造，还出现了五釜串联、三釜一管串联、一立一卧串联等生产工艺。 b.苯乙烯悬浮聚合 1.苯乙烯 低温 悬浮聚合 2.苯乙烯 高温 悬浮聚合 (1)苯乙烯低温悬浮聚合 单体/水：1/1.4～1/1.6 分散剂:磷酸三钙

引发剂：过氧化苯甲酰（占总引发剂的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20×104，宜作发泡聚苯乙烯材料。 （2）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 苯乙烯高温悬浮聚合

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3.3 高温聚合优点

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。

3.4 加工成型方法

聚苯乙烯是一种无定形的聚合物，没有明显的熔点，从开始熔融流动到分解的温度范围很宽，约在120～180℃ 之间，且热稳定性较好，因此，成型加工可在很宽的范围内进行。聚苯乙烯由于其成型温度范围宽且流动性、热稳定性好，所以可以用多种方法加工成型，如注射、挤出、发泡、吹塑、热成型等。

(1) 由于聚苯乙烯的吸湿率很低，约为0.01%～0.2 % ，因此加工前一般不需要干燥，如果需要制成透明度高的制品时，才需干燥。 (2) 聚苯乙烯在成型过程中，分子链易取向，但在制品冷却定型时，取向的分子链尚未松弛完成，因此易使制品产生内应力．因此，加工时除了选择合适的工艺条件及合理的模具结构外，还应对制品进行热处理，热处理的条件一般为60～80℃ 下处理1～2h 。聚苯乙烯的成型收缩率较低，一般为0.2%～0.7% ，有利于成型尺寸精度较高及尺寸稳定的制品。

(3) 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．成型

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时，根据制品的形状和壁厚不同，可在较宽的范围内调整熔体温度，一般温度范围为180～220℃ 。

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。成型温度范围为150～200℃ 。

4. 聚苯乙烯的应用

4.1应用广泛

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。

4.2发泡成型

聚苯乙烯还可通过发泡成型来制备包装材料及绝热保温材料。聚苯乙烯的泡沫制品也是其树脂的主要用途。其发泡方法主要有两种。

第一种方法是首先把聚苯乙烯树脂制备成含有发泡剂的珠粒，称为可发性聚苯乙烯（EPS）。这种产品主要为厚板、包装箱等。

第二种方法是直接将发泡剂（如偶氮化合物、碳酸铵等）及其他

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助剂与聚苯乙烯混合均匀，然后通过挤出发泡、冷却定型即可。其主要产品为片材、仿木型材等。

5. 展望

2005年，在我国宏观经济向好、国民经济快速发展、国内需求旺盛，特别是房地产和汽车行业的快速增长等因素的推动下，我国聚苯乙烯(PS)工业继续保持着快速增长的势头，改建、扩建、新建项目纷纷上马，国内PS生产装置能力不断扩大，装置规模日趋结构合理化，工艺技术水平不断提高，产品产量不断增加，行业整体实力进一步加强。

从长远来看，聚苯乙烯作为应用密集型的产业，能源及原材料价格、规划中新建和在建的项目、氯碱工业和石化工业结合发展力差，企业厂点多布局分散、环保安全压力、产品应用市场开发力度不够等诸多因素仍将是影响我国聚苯乙烯工业长期发展的关键因素。产品能够目前来看我国聚苯乙烯工业已形成各方争夺市场的竞争局面，所以对于聚苯乙烯行业和企业而言，保持面对新的形式，清醒的头脑、采取有效的措施、积极的应对未来行业带来的挑战。

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主要参考文献

1. 张玮.一步法生产发泡聚苯乙烯。现代塑料加工应用，2000，11（4）：14-16.

2. 潘祖仁,高分子化学.化学工业,2010,1

3. 王志英,悬浮共聚粒径大小及分布的研究.天津化工,2002,2:12. 4. 部分内容摘自“”，作者不祥

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