文档介绍：第六章、聚苯乙烯类塑料
主讲教师:刘仿军
§ 聚苯乙烯
§ 制备方法
一、单体制备
1、实验室制法:将苯甲醛与醋酸酐及醋酸钠一起加热而制得肉桂酸(苯基丙烯酸) (图1)。肉桂酸常压干馏而得单体苯乙烯(图2)。
2、工业制法:先制取乙苯,再由乙苯脱氢得到苯乙烯单体(图3)。
图1
图2
图3
二、聚合
本体聚合的优点是产物纯度高、透明性好,产品介电、电绝缘性优良;缺点是散热困难,由于温度分布不均和局部过热,使产物分子量分散性大,影响到材料的力学性能。
将单体、引发剂、悬浮剂加入装有水为分散介质的反应釜中,引发剂采用过氧化物,悬浮剂采用聚乙烯醇或碳酸镁。~1 mm的小滴粒分散在水中,可以大大减少散热问题。悬浮剂的作用是使小滴粒表面形成保护膜,防止彼此粘在一起。
在溶液中进行聚合,由于体系粘度小,进行搅拌比本体聚合时容易,实施过程中机械设备上的困难较少,散热也较容易。
乳液聚合由于增长链自由基处于隔离状态,使自由基寿命较长,因此聚合反应速率高、聚合物分子量高、分散性小,使其力学性能、耐热性均较优,但由于体系辅助成分多,乳化剂、分子量调节剂等很难清除干净,以致产物纯度比悬浮聚合还要差,后处理也复杂,成本高于悬浮聚合。
§ 结构与性能
聚苯乙烯分子链结构式如上图所示,可以看作是聚
乙烯分子链上交替地连接着侧苯基。
1、结构
侧苯基的存在使聚苯乙烯具有如下结构特点:
(1)使分子链变刚变硬。
(2)存在空间异构现象。
(3)耐化学性较PE、PP等要差。
(4)在空气中易氧,并引起降解。
(5)耐溶剂性差。
(6)有优异的介电、电绝缘性能。
(7)耐辐射性较高。
2、性能
PS为无色透明粒料,燃烧时发浓烟并带有松节油气味,吹熄可拉长丝;制品质硬似玻璃状,落地或敲打会发出类似金属的声音;能断不能弯,断口处呈现蚌壳色银光。%,稍大于PE,但对制品强度和尺寸稳定性影响不大。
(1)光学性能
(2)力学性能
(3)热性能
(4)电性能
(5)耐化学试剂及耐溶剂性
一、工艺特性
(1)吸湿率很小,
(2)适宜成型的温度范围宽。
(3)制品性能与工艺参数,特别是与成型温度及成型压力有明显关系。
(4)收缩率及其变化范围都较小。
(5)容易产生内应力。
二、加工工艺
(1)注塑成型
(2)挤出成型
(3)发泡成型
(4)吹塑成型
(5)热成型
§ 聚苯乙烯的加工
§ 聚苯乙烯的应用
聚苯乙烯因价廉易得、透明、加工性能好、绝缘性优、易印刷着色,故用途广泛。PS主要应用在以下各方面:
(1)制备装饰、照明制品、仪器仪表壳罩、仪表板、汽车灯罩等。
(2)一般电绝缘用品、高频电容器、高频绝缘用品及传输器件,光导纤维。
(3)绝热保温材料,冷藏冷冻装置绝热层、建筑用绝热构件;
(4)防震、抗冲击的泡沫包装垫层。
(5)日用杂品、玩具、一次性餐具、透明模型等。
§ 改性聚苯乙烯
PS的缺点是韧性差,耐热性低,耐化学试剂耐溶剂性欠佳。通常采用如下方法进行改性:
(1)利用高分子量聚合物;
(2)采用增塑剂;
(3)掺合填充剂,例如玻璃纤维;
(4)使聚合物分子高度取向;
(5)共聚合;
(6)利用橡胶类添加剂。
§ 抗冲击性聚苯乙烯(HIPS)
一、制备方法
用丁苯橡胶或顺丁橡胶对PS改性增韧,可以采用以下两种方法:
将丁苯橡胶(或顺丁橡胶)与聚苯乙烯混合(聚苯乙烯与丁苯橡胶配比为80~85:15~20),将混合后的料在双辊辊压机、捏和机或挤出机中共混。两相混溶性有一定限度。共混体中聚苯乙烯相与橡胶相之间的分散不均匀,故所得共混物韧性比聚苯乙烯不会大幅度提高,仅有一定改善。
接枝共聚法是将丁苯或顺丁橡胶粉碎为碎粒后溶解到苯乙烯单体中,用过氧化物引发进行共聚。共聚反应的实施可以采用一步法或二步法。
接枝共聚的抗冲击聚苯乙烯具有如下的示意性结构通式。
二、结构与性能
用上述接枝方法获得的共聚物,是主链由丁二烯、苯乙烯两种单体相嵌形成的嵌段共聚物,但又含有苯乙烯短侧支链。
用丁苯橡胶或顺丁橡胶增韧效果最好的原因是:它们与聚苯乙烯具有最适宜的混溶性。
影响增韧效果的因索还有:
(1)橡胶用量。
(2)橡胶粒径大小。
(3)橡胶应具有适当的凝胶含量和溶胀指数。
三、加工与应用
抗冲击性聚苯乙烯的加工性能良好,其流动性虽比聚苯乙烯有所减小,但优于丙烯酸塑料和绝大部分热塑性工程塑料,与ABS成型性能相近,可以进行注塑、挤出、热成型、旋塑、吹塑、泡沫成型等。
注塑成型温度约在150~200℃,模具温度可在室温或略高于室温,注射压力为70