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聚苯乙烯

2021-10-14 23:37动植物百科 人已围观

简介[拼音]:jubenyixi [外文]:polystyrene 简称PS,苯乙烯的均聚物。苯乙烯还能与众多的单体生成共聚物。共聚物通常以其单体名称间加“-”相连命名,例如丙烯腈-苯乙烯树脂(AS)。苯乙烯...

公式 符号  简称PS,苯乙烯的均聚物。苯乙烯还能与众多的单体生成共聚物。共聚物通常以其单体名称间加“-”相连命名,例如丙烯腈-苯乙烯树脂(AS)。苯乙烯的均聚物和共聚物通称苯乙烯树脂,都是热塑性树脂。

沿革

聚苯乙烯于1839年由天然树脂香脂中的一种挥发性油制得。1930年,德国法本公司首先以连续(流动)本体聚合法试生产,1935年正式工业化,装置年产能力大约300t。第二次世界大战后,聚苯乙烯的生产在产量、品种、装置能力和技术水平上均取得了较大的发展。到1981年末,全世界已拥有苯乙烯树脂工厂 112座,装置142套,年总生产能力9.8Mt,仅次于聚乙烯和聚氯乙烯,居通用塑料第三位。美国(最大生产国)在1985年初运行装置能力3.231Mt。中国 1958年开始生产聚苯乙烯,1985年总生产能力达50kt。

生产方法

苯乙烯极易在热作用下形成自由基,进行自由基聚合,或在自由基引发剂、离子型催化剂存在下聚合生成聚苯乙烯。工业上的主要生产方法有本体聚合、悬浮聚合和乳液聚合。均聚物的生产主要是本体法和悬浮法,共聚物则多采用悬浮法和乳液法。近年来,产量较大的共聚产品已开始采用本体法生产,离子聚合技术也用于生产个别新品种树脂。

(1)本体聚合法 有连续(流动)式和间歇式两类,共同的核心技术是排除反应热。连续本体聚合一般不加引发剂,在热作用下聚合。现代工业采用三种连续聚合流程。巴斯夫公司的本体聚合流程(图1a)

图

由一个热压釜(作预聚釜)和一个塔式反应器组成,热压釜中的转化率约达50%,塔式反应器中装有列管或盘管冷却器,并可从塔顶蒸出一些苯乙烯以控制塔内聚合温度。物料在塔内的停留时间为 3~4h,出口产物含97%~98%聚苯乙烯。陶氏化学公司溶剂聚合流程(图1b),以乙苯作溶剂,降低反应混合物的粘度、提高传热效率,虽也采用逐步升温聚合,但热压釜和塔式反应器的温度和停留时间,以及出口产物的聚苯乙烯含量均低于巴斯夫公司法。联合碳化物公司的本体聚合流程(图1c)由三个热压釜和一个塔式反应器组成,也采取逐步升温方法聚合,利用三个热压釜的容积和传热面不同,使各釜每小时的聚合速率分别控制在2%、4%和7.5%。在进入塔式反应器之前,使反应混合物流经热交换器中一狭窄的环形通道,加热至175℃。塔式反应器允许一部分苯乙烯蒸出,以调节反应温度,同时用真空度调节每个热压釜的聚合温度。装置的生产能力较高,一条生产线的年生产能力已达60kt。

间歇式本体聚合的基本工艺是30~40年代形成的。采用间歇聚合的设备年生产能力一般都在几千吨以下。其特点是产品中单体含量少,易于控制,设备投资低,但劳动强度大,操作费用高。

(2)悬浮聚合法 聚合时采用纯氮加压,水与苯乙烯之比为1~3:1,以钙、钡、镁的磷酸盐和烷基苯磺碘酸盐或其他水溶性聚合物为悬浮剂和保护胶体,兼用一种以上的有机过氧化物作引发剂。一般约在90℃开始聚合,110~115℃下聚合完全。苯乙烯聚合热较低,可采用比氯乙烯聚合釜(100~200m3)更大的容积。生产中应控制最大聚合速率与平均速率之比为2~3.5,并防止在聚合物的浓度为30%~70%时发生凝聚。

(3)乳液聚合法 一般用于生产苯乙烯共聚物和高分子量的均聚物,有间歇式和连续式两种工艺,工业上大多采用后者。

聚合物类型

苯乙烯的聚合物分均聚物和共聚物。

苯乙烯均聚物

主要品种有通用聚苯乙烯(即PS)和可发性聚苯乙烯(即EPS)。后者主要由苯乙烯中加入发泡剂(如戊烷)进行加压悬浮聚合制得。PS通常为无定形结构,密度1.04~1.065g/cm3,无色透明、高光泽、刚性、无毒无臭,具有优异的电绝缘性、高频介电性和耐电弧性,是电气性能特别优异的几种高分子材料之一。但性脆,易发生应力开裂,耐热性低,耐光性差,不耐烃、酮、酯等化学品。PS是流动性很好的热塑性树脂,常用注射成型生产制品,也可适应挤出和吹塑成型,常用于工业装饰、照明指示和电子器件,也是制造一次性餐具、玩具等的廉价材料。EPS主要用于制作防震包装和绝热用的硬质泡沫塑料。

苯乙烯共聚物

为了提高聚苯乙烯的抗冲击强度,降低脆性,开发了许多共聚品种。主要有:

(1)抗冲聚苯乙烯 简称IPS,由橡胶微粒分散在聚苯乙烯连续相中,形成橡胶改性聚苯乙烯。其抗冲性能与橡胶含量(5%~30%)和掺入橡胶的方法有关,可分为中抗冲、高抗冲和超高抗冲型。1942年,由德国法本公司首先投产。IPS 的生产方法有接枝共聚法和机械混炼法。工业上主要采用连续本体和本体-悬浮两种接枝共聚工艺。IPS具有PS的大多数优点,如刚性、易染色、易成型,且抗冲强度和耐应力开裂性显著提高,但抗张强度和透明性有所下降,适于制作包装材料、容器和家具等。

(2)AS树脂 丙烯腈和苯乙烯的共聚物(又称 SAN或PSAN)。丙烯腈的含量一般为20%~35%,该组成范围内的共聚产物透明,耐溶剂性优良,抗弯、抗冲、抗张强度和耐应力开裂性均明显提高。AS树脂可由本体、悬浮或乳液法生产,适于注射、挤出或吹塑成型法制成各种电器产品外壳、设备手柄、透明罩和家具等,但主要是作生产ABS树脂的掺混料。

(3)ABS树脂 由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯组成的共聚物。1946年,美国橡胶公司首创了混炼制造法。1954年,美国博格-华纳公司的马邦化学品部开发了化学接枝法。在苯乙烯树脂中,ABS是发展最快的品种,产量约占苯乙烯树脂的1/4,是一种用途广、消费量大的工程塑料。

ABS实际上是共聚物和均聚物的共混体,由弹性微粒分散相和刚性连续相构成。它的性能同其组成和相态结构有关,一般含丙烯腈20%~30%、丁二烯6%~35%、苯乙烯45%~70%。因其组分、组成比和相态结构不同而呈现不同特性,成为一种多型号的树脂,有通用、中抗冲、高抗冲、高强度、高光泽、高耐热、耐寒、阻燃、透明、电镀等。 ABS 主要采用乳液、本体和悬浮共聚工艺生产(图2)。

图2

ABS外观微黄、不透明,具有良好的综合性能,抗冲击强度、耐应力开裂性、耐热性和耐低温性均比PS有显著提高,但热变形温度不高,不耐紫外光老化,不透明。适于用注射、挤出、吹塑、热成型等方法生产制品或型材。ABS用途十分广泛,主要用于制作各种工业和家用电器外壳、内筒和部件,汽车和飞机的仪表部件与装饰器材,以及文化办公用品等。

(4)EPSAN树脂 丙烯腈、苯乙烯在乙烯-丙烯-二烯烃共聚橡胶上接枝共聚而成的热塑性树脂。1970年,美国共聚物橡胶化学公司首先报道这种商品,其生产方法为溶液聚合。EPSAN树脂的热稳定性和耐氧化性比ABS树脂优异,宜用于制作建筑装饰件等户外器材,也可用于制作容器和各种工业产品的壳体。

(5)AAS树脂 丙烯腈、丙烯酸丁酯和苯乙烯组成的共聚物,可由该三元单体直接进行乳液聚合或由丙烯酸丁酯与AS树脂进行接枝聚合而制得,其中丙烯酸丁酯含量约占 30%。1968年由巴登苯胺纯碱公司投产。AAS具有通用ABS树脂的综合性能,而耐候性特别优异(比ABS的使用寿命长8~10倍),宜作室外器材、电器外壳、汽车壳体及内部构件、安全盔和路标等。

(6)ACS树脂  将丙烯腈和苯乙烯接枝到氯化聚乙烯(见聚乙烯)的共聚物,一般含丙烯腈20%、氯化聚乙烯 30%、苯乙烯50%。可由氯化聚乙烯与SAN树脂共混炼(140℃),或由单体与氯化聚乙烯进行溶液或悬浮聚合制得。1972年,由日本昭和电工公司投产。ACS树脂的耐候性、阻燃性和耐酸碱腐蚀性均优于ABS,适于作户外器材、机电产品外壳和容器等。

(7)MBS树脂 甲基丙烯酸甲酯、丁二烯与苯乙烯的接枝共聚物,其中约含丁二烯30%、苯乙烯45%,可由乳液或本体聚合法生产。1964年,意大利马朱克利赛璐珞公司投产。MBS树脂的突出特点是透明,耐紫外光老化。可用注射、模压、挤出和吹塑等方法成型为户外器材、透明罩壳、电器和机械产品外壳和零件。

参考书目
  1. R.H.Boundy and R.F.Boyer,Styrene,Its Polymers,Copolymers and Derivatives, Reinhold Pub. Corp.,NewYork,1952.
参考文章
  • 用废聚苯乙烯泡沫塑料改性制备水性防水涂料废水治理
  • 接触氧化工艺处理聚苯乙烯生产废水废水治理

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