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聚苯乙烯


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

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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 聚苯乙烯的定义和合成
1.1 聚苯乙烯的定义 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 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 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, 如硝酸和氧化剂的侵蚀。 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 聚苯乙烯的
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 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 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“百度文库”,作者不祥

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