什么是聚苯乙烯？以及其主要性能特點

2021/5/12 16:26:07

聚苯乙烯概述

聚苯乙烯（PS）是一種由稱為苯乙烯的單體制成的合成芳香烴聚合物。聚苯乙烯可以是固體或泡沫的。通用聚苯乙烯透明、堅硬且易碎、熔點相對較低。聚苯乙烯是使用廣泛的塑料之一。聚苯乙烯可以是天然透明的，但可以用著色劑上色。用途包括保護性包裝(例如包裝花生和用于儲存光碟的盒子，容器）、蓋子、瓶子、托盤、杯子、一次性餐具和制作模型、XPS擠塑板（用于保溫隔熱材料），您還可以通過瀏覽另一篇文章《XPS擠塑板的制造工藝及產品特點》，了解XPS擠塑板相關知識。

作為熱塑性聚合物，聚苯乙烯在室溫下呈固態（玻璃態），但如果加熱到其玻璃化轉變溫度約100°C以上，則流動。冷卻后又變硬。此溫度特性可用于擠出（如聚苯乙烯泡沫塑料），也可用于成型和真空成型，因為它可以澆鑄到具有精細細節的模具中。

結構

在化學術語中，聚苯乙烯是一種長鏈碳氫化合物，其中交替的碳中心連接到苯基（苯的衍生物）。聚苯乙烯的化學式為（C8H8）n；它含有碳和氫的化學元素。

這種材料的性能是由聚合物鏈間的短程范德華吸引所決定的。由于分子由數千個原子組成，分子間的累積吸引力很大。當加熱（或快速變形，由于粘彈性和隔熱性能的結合）時，鏈可以具有更高的確認度并彼此滑動。這種分子間的弱點（相對于碳氫主鏈的高分子內強度）賦予了靈活性和彈性。系統在高于其玻璃化轉變溫度時容易變形的能力允許聚苯乙烯（和一般的熱塑性聚合物）在加熱時容易軟化和模塑。擠塑聚苯乙烯的強度與非合金鋁相當，但彈性更大，密度更低（聚苯乙烯為1.05 g/cm3，鋁為2.70 g/cm3）。

生產

聚苯乙烯是當苯乙烯單體相互連接（聚合）時產生的加成聚合物。在聚合反應中，乙烯基的碳-碳π鍵斷裂，形成新的碳-碳σ鍵，該碳-碳σ鍵連接到鏈上的另一種苯乙烯單體的碳上。由于制備中僅使用一種單體，因此它是均聚物。新形成的σ鍵比斷裂的π鍵強，因此難以使聚苯乙烯解聚。大約數千個單體通常包含聚苯乙烯鏈，分子量為100,000-400,000 g / mol。

 

結構圖

骨架的每個碳都具有四面體的幾何形狀，并且那些帶有苯基（苯環）的碳是立體異構的。如果將主鏈放置為平坦的細長之字形鏈，則每個苯基相對于鏈的平面都會向前或向后傾斜。

連續苯基的相對立體化學關系決定了立構規整度，這影響了材料的各種物理性能。

立構規整度

在聚苯乙烯中，立構規整度描述了苯基在聚合物鏈中均勻排列（排列在一側）的程度。規整度對塑料的性能有很大的影響。標準聚苯乙烯是無規的。所有苯基都在同一側的非對映異構體稱為全同立構聚苯乙烯，它不是商業生產的。

聚苯乙烯的立構規整度圖片

無規聚苯乙烯

聚苯乙烯的商業上重要的形式是無規立構的，其中苯基隨機地分布在聚合物鏈的兩側。這種隨機定位可防止鏈以足夠的規則性排列以實現任何結晶度。該塑料的玻璃化轉變溫度Tg為〜90°C。自由基引發聚合反應。

間規聚苯乙烯

齊格勒-納塔聚合反應可產生有序的間規聚苯乙烯，其苯基位于烴骨架的交替側面。這種形式是高度結晶的，其Tm（熔點）為270°C（518°F）。

降解

聚苯乙烯具有相對的化學惰性。雖然它是防水的，并且能抵抗許多酸和堿的分解，但是它很容易受到許多有機溶劑（例如，當它暴露在丙酮中時會很快溶解）、氯化溶劑和芳香烴溶劑的侵蝕。由于它的彈性和惰性，它被用于制造許多商業物品。像其他有機化合物一樣，聚苯乙烯燃燒產生二氧化碳和水蒸氣，以及其他熱降解副產物。聚苯乙烯是一種芳香烴，通常燃燒不完全，如煙灰火焰所示。

將聚苯乙烯解聚成單體苯乙烯的過程稱為熱解。這涉及到使用高熱和高壓來分解每個苯乙烯化合物之間的化學鍵。熱解通常上升到430°C.這樣做的高能源成本使商業回收聚苯乙烯回到苯乙烯單體困難。