聚苯乙烯简介
聚苯乙烯 (Polystyrene, 缩写为PS) 是五大通用合成树脂之一, 主要包括GPPS (通用聚苯乙烯) 、EPS (可发泡聚苯乙烯) 、XPS (挤出发泡聚苯乙烯) 、HIPS (抗冲击性聚苯乙烯) 、PSX (交联聚苯乙烯) 、SAN (苯乙烯-丙烯腈共聚物) 和ABS (丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)， 其产量仅次于PE (聚乙烯) 、PVC (聚氯乙烯) 和PP (聚丙烯) , 位居第四。1925年德国I.G.Farben工业公司开始从事苯乙烯的工业生产开发, 1930年实现工业化生产。1958年中国开始了PS树脂的工业生产。
聚苯乙烯的制备
PS是由苯乙烯聚合而成, 按聚合工艺可分为本体聚合、悬浮聚合、乳液聚合和等规聚合等, 尤以本体聚合和悬浮聚合最为普遍。
悬浮聚合法是制备聚苯乙烯一种传统的方法，最早始于 1909 年。反应体系一般由单体、分散剂、水和油溶性引发剂组成，合成的聚苯乙烯微球的粒径在几微米到几百微米之间。制备的原理：单体在机械搅拌作用下被打碎成小液滴；分散剂一方面降低了溶液的表面张力，使液滴更易分散，另一方面起到了稳定的作用，使小液滴能够悬浮在水中：引发剂是油溶性的，可以轻松的溶入单体中并进行反应生成聚苯乙烯。这种方法的优势就是工艺简单且成本低廉，适用大批量的生产。但该方法的缺点是液滴的尺寸取决于搅拌速度和作用力，很难控制，为此制备出的微球大小不均一，单分散性差。
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乳液聚合法是最常用的制备方式之一。用乳液聚合法可以获得粒径较均一、单分散性较好、 粒径在几十到几百纳米之间的微球。反应体系由疏水性的单体、水溶性的引发剂、乳化剂和水组成。制备原理：以水作为分散介质，引发剂生成的自由基从水相进入到单体溶胀胶束，与其中的单体反应生成核，疏水性的单体从液滴经过水相扩散，过程中与自由基与单体生成的核发生聚合，核不断生长最后成为微球析出，直至单体扩散结束、液滴消失，但是微球内部的单体会继续聚合，直至反应结束。这种方法的优点便是反应速度快，一般1h之内反应就会结束，且得到的聚苯乙烯粒径较均一、单分散性好；缺点就是粒径太小，使用范围受限，乳化剂也会粘附在微球表面，难以去除，影响聚苯乙烯微球的性能。
聚苯乙烯的改性
由于其硬而脆、耐冲击性能差以及较低的断裂伸长率，影响了它在工业上的广泛应用, 因而需对其进行改性研究。
PS的主要改性方法不外乎化学方法和物理方法。化学法是指通过化学方法改变PS分子链上的原子或原子团的种类和结构及组合方法的改性, 如:通过嵌段共聚、接枝共聚、交联、增容等反应实现, 或者引入新的官能团而形成特定功能的高分子材料。物理改性则是在PS树脂加工过程中进行的改性, 一般不发生化学反应, 主要通过物理共混工艺。其常用方法主要有填充、增强、共混改性等。物理法因其简单方便、适应性强, 故而在改性领域普遍采用。
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PS改性发展的建议: (1) 通用塑料工程化, “以塑代木”、以塑代钢”成为PS改性材料应用领域的新趋势; (2) 工程塑料高性能化、低成本化、多功能化, 通过改性或合金化使通用工程塑料获得特种工程塑料所具备的更加优越、独特的性能; (3) 科研成果工程化、产业化, 加强产、学、研、用相结合, 推进科研成果的工程化、产业化进程是提升我国PS改性塑料和工程塑料化竞争力的有效途径; (4) 加强改性生产企业、制品与树脂生产厂商的合作, 组建改性技术战略联盟, 实现资源共享。
聚苯乙烯的应用
PS是世界上应用最广泛的通用塑料之一, 具有良好的尺寸稳定性和电绝缘性能以及优良的透明性, 透明度仅次于PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯) 。在色谱分离、酶固定化和生物传感器等方面发挥重要作用。
参考文献
[1]过证核,潘凌政,李玲,刘媛媛.聚苯乙烯复合微球的制备及应用进展[J].塑料工业,2022,50(S1):10-17.
[2]王腾. 聚苯乙烯的制备及其性能研究[D].西安石油大学,2017.
[3]陈琦. 改性聚苯乙烯复合材料的制备与研究[D].上海应用技术大学,2021.DOI:10.27801/d.cnki.gshyy.2021.000313.
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