什么是聚苯乙烯？以及其主要性能特点

2021/5/12 16:26:07

聚苯乙烯概述

聚苯乙烯（PS）是一种由称为苯乙烯的单体制成的合成芳香烃聚合物。聚苯乙烯可以是固体或泡沫的。通用聚苯乙烯透明、坚硬且易碎、熔点相对较低。聚苯乙烯是使用广泛的塑料之一。聚苯乙烯可以是天然透明的，但可以用着色剂上色。用途包括保护性包装(例如包装花生和用于储存光碟的盒子，容器）、盖子、瓶子、托盘、杯子、一次性餐具和制作模型、XPS挤塑板（用于保温隔热材料），您还可以通过浏览另一篇文章《XPS挤塑板的制造工艺及产品特点》，了解XPS挤塑板相关知识。

作为热塑性聚合物，聚苯乙烯在室温下呈固态（玻璃态），但如果加热到其玻璃化转变温度约100°C以上，则流动。冷却后又变硬。此温度特性可用于挤出（如聚苯乙烯泡沫塑料），也可用于成型和真空成型，因为它可以浇铸到具有精细细节的模具中。

结构

在化学术语中，聚苯乙烯是一种长链碳氢化合物，其中交替的碳中心连接到苯基（苯的衍生物）。聚苯乙烯的化学式为（C8H8）n；它含有碳和氢的化学元素。

这种材料的性能是由聚合物链间的短程范德华吸引所决定的。由于分子由数千个原子组成，分子间的累积吸引力很大。当加热（或快速变形，由于粘弹性和隔热性能的结合）时，链可以具有更高的确认度并彼此滑动。这种分子间的弱点（相对于碳氢主链的高分子内强度）赋予了灵活性和弹性。系统在高于其玻璃化转变温度时容易变形的能力允许聚苯乙烯（和一般的热塑性聚合物）在加热时容易软化和模塑。挤塑聚苯乙烯的强度与非合金铝相当，但弹性更大，密度更低（聚苯乙烯为1.05 g/cm3，铝为2.70 g/cm3）。

生产

聚苯乙烯是当苯乙烯单体相互连接（聚合）时产生的加成聚合物。在聚合反应中，乙烯基的碳-碳π键断裂，形成新的碳-碳σ键，该碳-碳σ键连接到链上的另一种苯乙烯单体的碳上。由于制备中仅使用一种单体，因此它是均聚物。新形成的σ键比断裂的π键强，因此难以使聚苯乙烯解聚。大约数千个单体通常包含聚苯乙烯链，分子量为100,000-400,000 g / mol。

 

结构图

骨架的每个碳都具有四面体的几何形状，并且那些带有苯基（苯环）的碳是立体异构的。如果将主链放置为平坦的细长之字形链，则每个苯基相对于链的平面都会向前或向后倾斜。

连续苯基的相对立体化学关系决定了立构规整度，这影响了材料的各种物理性能。

立构规整度

在聚苯乙烯中，立构规整度描述了苯基在聚合物链中均匀排列（排列在一侧）的程度。规整度对塑料的性能有很大的影响。标准聚苯乙烯是无规的。所有苯基都在同一侧的非对映异构体称为全同立构聚苯乙烯，它不是商业生产的。

聚苯乙烯的立构规整度图片

无规聚苯乙烯

聚苯乙烯的商业上重要的形式是无规立构的，其中苯基随机地分布在聚合物链的两侧。这种随机定位可防止链以足够的规则性排列以实现任何结晶度。该塑料的玻璃化转变温度Tg为〜90°C。自由基引发聚合反应。

间规聚苯乙烯

齐格勒-纳塔聚合反应可产生有序的间规聚苯乙烯，其苯基位于烃骨架的交替侧面。这种形式是高度结晶的，其Tm（熔点）为270°C（518°F）。

降解

聚苯乙烯具有相对的化学惰性。虽然它是防水的，并且能抵抗许多酸和碱的分解，但是它很容易受到许多有机溶剂（例如，当它暴露在丙酮中时会很快溶解）、氯化溶剂和芳香烃溶剂的侵蚀。由于它的弹性和惰性，它被用于制造许多商业物品。像其他有机化合物一样，聚苯乙烯燃烧产生二氧化碳和水蒸气，以及其他热降解副产物。聚苯乙烯是一种芳香烃，通常燃烧不完全，如烟灰火焰所示。

将聚苯乙烯解聚成单体苯乙烯的过程称为热解。这涉及到使用高热和高压来分解每个苯乙烯化合物之间的化学键。热解通常上升到430°C.这样做的高能源成本使商业回收聚苯乙烯回到苯乙烯单体困难。