聚苯乙烯(Polystyrene,簡稱PS)是苯乙烯單體經自由基聚合制得的一種熱塑性樹脂,是我國和世界上用量最大的“五大通用塑料”品種之一,是僅次于聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯的第四大品種。聚苯乙烯具有質硬、透明、剛性、電絕緣性、低吸濕性和優良的加工性能,可用于制造家用電器等硬質塑料品,也可用于制造泡沫塑料制品和薄膜,用途廣泛。
聚苯乙烯(PS)的分子結構與性能的關系
一般我們所說的聚苯乙烯是指通用級聚苯乙烯(GPPS、俗稱透苯),為無色透明硬質塑料,通用級聚苯乙烯樹脂屬無定形高分子聚合物,聚苯乙烯大分子鏈的側基為苯環,大體積側基為苯環的無規排列決定了聚苯乙烯的物理化學性質,如透明度高(僅次于PMMA)、剛度大、玻璃化溫度高、性脆等。
實際中,聚苯乙烯主要分為通用級聚苯乙烯(GPPS、俗稱透苯)、抗沖擊級聚苯乙烯(HIPS、俗稱改苯)和發泡級聚苯乙烯(EPS)。當然還有一種為間規聚苯乙烯為間同結構,采用茂金屬催化劑生產,是近年來發展的聚苯乙烯新品種,性能好,屬于工程塑料。
高抗沖聚苯乙烯為苯乙烯和丁二烯的共聚物,丁二烯為分散相,提高了材料的沖擊強度,但產品不透明。
可發性聚苯乙烯為在普通聚苯乙烯中浸漬低沸點的物理發泡劑制成,加工過程中受熱發泡,專用于制作泡沫塑料產品。
聚苯乙烯(PS)的加工成型
聚苯乙烯(PS)可采用多種成型加工方法制成各種制品,主要有注塑成型、擠出成型、吸塑成型和發泡成型。PS可以在普通的擠出機上加工,薄膜、片材和型材的擠出成型是PS加工成型用得最多的方法,擠出的制品有管材、棒材、片材、薄膜、纖維等。注塑成型是僅次于擠塑的用得最多的加工成型方法。具體的注塑工藝條件為:成型溫度 180~260 ℃,注射壓力 30~ 150MPa,模溫低于 70 ℃。但對于阻燃級HIPS,其加工溫度必須低于240℃,以防止添加劑產生降解反應。用GPPS為原料,發泡劑分為化學發泡劑和物理發泡劑兩種。采用一步法擠出,直接將發泡劑與PS混合好或在擠出熔融段將物理發泡劑注入PS熔體內,擠出發泡、冷卻即可。用GPPS制成泡沫塑料具有泡孔細膩、強度高等優點。高發泡材料的主要產品為吸塑包裝材料如快餐飯盒、美術裝飾板和發泡網,低發泡材料則有仿木型材、片材、板材等。
聚苯乙烯(PS)的改性
聚苯乙烯(PS)具有質地堅硬、剛性大、電絕緣性優良、流動性好、加工溫度寬、易成型、易著色、印刷性好、透明度高等一系列優點,但同時也存在脆性較大、耐環境應力開裂性性差、耐熱性差、易老化黃變等缺點而有時也不能滿足實際使用的要求,因此對聚苯乙烯進行改性一直是聚苯乙烯產品開發應用的關鍵。改性的目的當然是為了改善其缺點、降低成本、拓寬其應用領域、提高其技術含量而增加附加值、賦予其新功能、新用途而獲得具有卓越和獨特功能的新型高分子材料、廢棄再生利用等等。
聚苯乙烯(PS)的應用
關于聚苯乙烯的應用,家用電器是莪國聚苯乙烯最大的消費領域,今后我國聚苯乙烯的消費結構不會發生大的變化,仍以注塑方法所生產的家用電器部件為主(我國電視機、電冰箱和錄音機等產量居世界首位)。此外,PS在電子/電器、辦公用品、玩具等方面的需求也會有較快的增長。
聚苯乙烯也大量用于日用品中,如碗、碟、水杯、一次性餐盒,均屬于快速消耗品,但由于聚苯乙烯一次性消耗品帶來的“白色污染”問題,PS在該方面的用量會逐步萎縮,進而為生物降解塑料帶來生機。
PS泡沫材料除了大量用于一次性餐盒,廣泛應用于包裝材料、建筑板材等,是僅次于家電的第二大應用領域。盡管一次性PS泡沫餐盒的用量在萎縮,但在建材方面的用量會有所上升。
聚苯乙烯因其透明性高的特性,可應用于透明板材、熱縮縮包裝膜、雙向拉伸PS片材及用于盛放糖果的包裝儲存容器等方面。
此外,在生化醫療等領域,PS也大顯身手,如細胞培養微孔板、比色皿、生化樣品杯等等。近年來,特種產品成為PS產品開發的重點。如新開發的HIPS產品在某些應用領域可與工程樹脂競爭,有的比現用的產品質量要高得多,儀器儀表和消費電器是其不斷增長的市場之一,包括小型儀表、冰箱內壁和內部零件、電視機外殼、空調部件、商業機器以及錄音錄相磁帶盒。特殊級別的HIPS樹脂在許多領域已取代了價高的工程塑料,具有超高抗沖擊強度和耐高溫的改性品種甚至已可用作汽車內飾部件。