什么是聚苯乙烯？以及其主要性能特點(diǎn)
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(jiān)硬且易碎、熔點(diǎn)相對(duì)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(hù)性包裝(例如包裝花生和用于儲(chǔ)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(chǎn)品特點(diǎn)》，了解XPS擠塑板相關(guān)知識(shí)。
作為熱塑性聚合物，聚苯乙烯在室溫下呈固態(tài)（玻璃態(tài)），但如果加熱到其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度約100°C以上，則流動(dòng)。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?yàn)樗梢詽茶T到具有精細(xì)細(xì)節(jié)的模具中。
結(jié)構(gòu)
在化學(xué)術(shù)語(yǔ)中，聚苯乙烯是一種長(zhǎng)鏈碳?xì)浠衔�，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(xué)式為（C8H8）n；它含有碳和氫的化學(xué)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(shù)千個(gè)原子組成，分子間的累積吸引力很大。當(dāng)加熱（或快速變形，由于粘彈性和隔熱性能的結(jié)合）時(shí)，鏈可以具有更高的確認(rèn)度并彼此滑動(dòng)。這種分子間的弱點(diǎn)（相對(duì)于碳?xì)渲麈湹母叻肿觾?nèi)強(qiáng)度）賦予了靈活性和彈性。系統(tǒng)在高于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)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(shí)容易軟化和模塑。擠塑聚苯乙烯的強(qiáng)度與非合金鋁相當(dāng)，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(chǎn)
聚苯乙烯是當(dāng)苯乙烯單體相互連接（聚合）時(shí)產(chǎn)生的加成聚合物。在聚合反應(yīng)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(qiáng)，因此難以使聚苯乙烯解聚。大約數(shù)千個(gè)單體通常包含聚苯乙烯鏈，分子量為100,000-400,000 g / mol。
結(jié)構(gòu)圖
骨架的每個(gè)碳都具有四面體的幾何形狀，并且那些帶有苯基（苯環(huán)）的碳是立體異構(gòu)的。如果將主鏈放置為平坦的細(xì)長(zhǎng)之字形鏈，則每個(gè)苯基相對(duì)于鏈的平面都會(huì)向前或向后傾斜。
連續(xù)苯基的相對(duì)立體化學(xué)關(guān)系決定了立構(gòu)規(guī)整度，這影響了材料的各種物理性能。
立構(gòu)規(guī)整度
在聚苯乙烯中，立構(gòu)規(guī)整度描述了苯基在聚合物鏈中均勻排列（排列在一側(cè)）的程度。規(guī)整度對(duì)塑料的性能有很大的影響。標(biāo)準(zhǔn)聚苯乙烯是無(wú)規(guī)的。所有苯基都在同一側(cè)的非對(duì)映異構(gòu)體稱為全同立構(gòu)聚苯乙烯，它不是商業(yè)生產(chǎn)的。
聚苯乙烯的立構(gòu)規(guī)整度圖片
無(wú)規(guī)聚苯乙烯
聚苯乙烯的商業(yè)上重要的形式是無(wú)規(guī)立構(gòu)的，其中苯基隨機(jī)地分布在聚合物鏈的兩側(cè)。這種隨機(jī)定位可防止鏈以足夠的規(guī)則性排列以實(shí)現(xiàn)任何結(jié)晶度。該塑料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg為〜90°C。自由基引發(fā)聚合反應(yīng)。
間規(guī)聚苯乙烯
齊格勒-納塔聚合反應(yīng)可產(chǎn)生有序的間規(guī)聚苯乙烯，其苯基位于烴骨架的交替?zhèn)让�。這種形式是高度結(jié)晶的，其Tm（熔點(diǎn)）為270°C（518°F）。
降解
聚苯乙烯具有相對(duì)的化學(xué)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(jī)溶劑（例如，當(dāng)它暴露在丙酮中時(shí)會(huì)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(yè)物品。像其他有機(jī)化合物一樣，聚苯乙烯燃燒產(chǎn)生二氧化碳和水蒸氣，以及其他熱降解副產(chǎn)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(gè)苯乙烯化合物之間的化學(xué)鍵。熱解通常上升到430°C.這樣做的高能源成本使商業(yè)回收聚苯乙烯回到苯乙烯單體困難。