聚苯乙烯

聚苯乙烯分子
聚苯乙烯分子
聚苯乙烯是指由苯乙烯单体经自由基缩聚反应合成的聚合物,英文名称为Polystyrene,日文名称巍≥リスチロール,简称PS。它是一种无色透明的热塑性塑料,具有高于摄氏100度的玻璃转化温度,因此经常被用来制作各种需要承受开水的温度的一次性容器,以及一次性泡沫饭盒等。

 基本资料

  名称:聚苯乙烯 
  结构简式:-[-CH—CH2-]-n   |   C6H5
   
       密度:1050 kg/m³
  电导率:(σ) 10-16 S/m 
  导热率:0。08 
  杨氏模量:(E) 3000-3600 MPa 
  拉伸强度:(σt) 46–60 MPa 
  伸长长度:3–4% 
  夏比冲击试验:2–5 kJ/m²
  玻璃转化温度:80-100°C 
  熔点:240°C 
  热膨胀系数:(α) 8 * 10-5/K 
  热容:(c) 1。3 kJ/(kg·K)
  吸水率:(ASTM) 0。03–0。1 
  降解:±2000年

材料简介

  聚苯乙烯是指由苯乙烯单体经自由基缩聚反应合成的聚合物,英文名称为Polystyrene,日文名称巍≥リスチロール,简称PS。玻璃化温度80~90℃,非晶态密度1。04~1。06克/立方厘米,晶体密度1。11~1。12克/立方厘米,熔融温度240℃,电阻率为1020~1022欧·厘米。导热系数30℃时0。116瓦/(米·开)。通常的聚苯乙烯为非晶态无规聚合物,具有优良的绝热、绝缘和透明性,长期使用温度0~70℃,但脆,低温易开裂。此外还有全同和间同立构聚苯乙烯。全同聚合物有高度结晶性。
   聚苯乙烯(PS)包括普通聚苯乙烯,发泡聚苯乙烯(EPS),高抗冲聚苯乙烯(HIPS)及间规聚苯乙烯(SPS)。普通聚苯乙烯树脂为无毒,无臭,无色的透明颗粒,似玻璃状脆性材料,其制品具有极高的透明度,透光率可达90%以上,电绝缘性能好,易着色,加工流动性好,刚性好及耐化学腐蚀性好等。普通聚苯乙烯的不足之处在于性脆,冲击强度低,易出现应力开裂,耐热性差及不耐沸水等。
聚苯乙烯
聚苯乙烯
    普通聚苯乙烯树脂属无定形高分子聚合物,聚苯乙烯大分子链的侧基为苯环,大体积侧基为苯环的无规排列决定了聚苯乙烯的物理化学性质,如透明度高。刚度大。玻璃化温度高,性脆等。可发性聚苯乙烯为在普通聚苯乙烯中浸渍低沸点的物理发泡剂制成,加工过程中受热发泡,专用于制作泡沫塑料产品。高抗冲聚苯乙烯为苯乙烯和丁二烯的共聚物,丁二烯为分散相,提高了材料的冲击强度,但产品不透明。间规聚苯乙烯为间同结构,采用茂金属催化剂生产,是近年来发展的聚苯乙烯新品种,性能好,属于工程塑料。
   发展历程:
   1839年,德国人第一次从天然树脂中提取出聚苯乙烯。
   1930年,BASF开始在德国商业化生产聚苯乙烯。
   1934年,Dow开始在美国生产聚苯乙烯。
   1954年,Dow开始生产聚苯乙烯泡沫塑料。

材料性能

·特点

  PS一般为头尾结构,主链为饱和碳链,侧基为共轭苯环,使分子结构不规整,增大了分子的刚性,使PS成为非结晶性的线型
聚苯乙烯材料性能
聚苯乙烯材料性能
聚合物。由于苯环存在,PS具有较高的Tg(80~82℃),所以在室温下是透明而坚硬的,由于分子链的刚性,易引起应力开裂。
   聚苯乙烯无色透明,能自由着色,相对密度也仅次于PP、PE,具有优异的电性能,特别是高频特性好,次于F-4、PPO。另外,在光稳定性方面仅次于甲基丙烯酸树脂,但抗放射线能力是所有塑料中最强的。聚苯乙烯最重要的特点是熔融时的热稳定性和流动性非常好,所以易成型加工,特别是注射成型容易,适合大量生产。成型收缩率小,成型品尺寸稳定性也好。
   热性能:最高工作温度为60~80℃。当加热至Tg以上,PS转变为高弹态,且保持这种状态在较宽的范围内,这就使其热成型提供方便。PS的热变形温度为70~80℃,脆化温度为-30℃,PS在高真空和330~380℃下剧烈降解。

·机械性能

  PS的分子量过高,加工困难,所以通常聚苯乙烯的分子量为5~20万。PS的机械性能,随温度升高,刚性(弹性模量、抗拉强度、冲击强度等下降,而断裂伸长率较大。PS的透明性好,透光率达88~92%,仅次于丙烯酸类聚合物,折射率为1。59~1。60。故可用作光学零件,但它受阳光作用后,易出现发黄和混浊。PS有主要缺点是性脆和耐热性低。对PS进行改性,如橡胶改性的高抗冲PS(HIPS);MMA-丁二烯-苯乙烯(MBS);A(丙烯腈)B(丁二烯)S ,在工业上应用最广泛的是ABS塑料。 优异、持久的隔热保温性:挤塑板,导热系数为0。028w/mk,具有高热阻、低线性膨胀率的特性。其导热系数远远低于其它 的保温材料如:EPS板、发泡聚氨酯、保温砂浆、水泥珍珠岩等。同时由于本材料具有稳定的化学结构和物理结构,确保本材料保温性能的持久和稳定。

·优越的抗水、防潮性

  挤塑板具有紧密的闭孔结构。聚苯乙烯分子结构本身不吸水,板材的正反面又都没有缝隙,因此,吸水率极低,防潮和防渗透性能极佳。 高强度抗压性:挤塑板由于发泡结构紧密相连且壁间无缝隙,所以其抗压强度极高,即使长时间水泡仍维持不变。因此用作泊车平台、机场跑道、高速公路等领域能受到良好的抗冲击性。
   防腐蚀、经久耐用性:一般的硬质发泡保温材料使用几年后易产生老化,随之导致吸水造成性能下降。而挤塑板因具有优异的防腐蚀、防老化性、保温性,在高水蒸汽压力下,仍能保持其优异性能,使用寿命可达到30-40年。

·轻质、高硬度

  挤塑板完全的闭孔发泡结构形成轻质,而均匀的蜂窝结构造成高硬质,但又不像聚氨酯发泡、酚醛发泡那样发脆,因此不易破损,不仅搬运、安装轻便,切割容易,用作屋顶保温时不会影响结构的承受能力。 高品质环保型:挤塑板不会发生分解和霉变,不会有有害物质挥发,化学性质稳定。同时在生产过程中,利用环保型原料,不产生有害气体,没有废水产生,所形成的固体下脚料,可回收处理再利用,是高品质环保型产品。

生产与应用

  聚苯乙烯的经常被用来制作泡沫塑料制品。聚苯乙烯还可以和其他橡胶类型高分子材料共聚生成各种不同力学性能的产品。日常生活中常见的应用有各种一次性塑料餐具,透明CD盒等等。发泡聚苯乙烯(保丽龙)于建筑材料使用上,自2003年广泛使用于中空楼板隔音隔热材。
   耐冲击性聚苯乙烯(HIPS)
   耐冲击性聚苯乙烯是通过在聚苯乙烯中添加聚丁基橡胶颗粒的办法生产的一种抗冲击的聚苯乙烯产品。这种聚苯乙烯产品会添加微米级橡胶颗粒并通过枝接的办法把聚苯乙烯和橡胶颗粒连接在一起。当受到冲击时,裂纹扩展的尖端应力会被相对柔软的橡胶颗粒释放掉。因此裂纹的扩展受到阻碍,抗冲击性得到了提高。
   苯乙烯丙烯腈(SAN)
   SAN是Styrene Acrylonitrile的缩写。苯乙烯丙烯腈是苯乙烯丙烯腈的共聚物,是一种无色透明,具有较高的机械强度的聚丙烯基工程塑料。SAN的化学稳定性要比聚苯乙烯好。SAN类产品的透明度和抗紫外性能不如聚甲基丙烯酸甲酯类产品但是价格相对便宜。
   丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)
   ABS是Acrylonitrile butadiene styrene的缩写。这种塑料是丙烯腈,丁二烯和苯乙烯的共聚物。具有高强度,低重量的特点。是常用的一种工程塑料之一。
   SBS橡胶   SBS橡胶是一种聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)结构的三段嵌段共聚物。这种材料同时具有聚苯乙烯和聚丁二烯的特点,是一种耐用的热塑性橡胶。SBS橡胶经常被用来制造轮胎。

废弃与环境问题

  由于其质量小(特别是发泡型)、残余价值低,聚苯乙烯不容易循环再生。通常聚苯乙烯不能以kerbside法进行回收。但是,工业上也对发泡聚苯乙烯的再利用进行了很大的改进,出现了很多使其密化的新方法。这种能够增加其密度的方法,通常使得密度增加15slugs/ft3(译者注:1slugs/ft3=1。94055克/立方厘米)并在干净的聚苯乙烯上形成了合适再生操作的中心。一些制造聚苯乙烯的工厂现在能够对使用后的废品发泡聚苯乙烯进行回收。比如在美国密歇根州,梅森的Dart Container 工厂中就在进行对使用后聚苯乙烯以及工业聚苯乙烯的回收。
  未来似乎可以借由面包虫(黄粉虫之幼虫)消化道内发现的细菌达到自然分解该材料的方式。

环境影响

  被丢弃的聚苯乙烯无法经由生物分解及光分解进入生物地质化学循环。由于发泡聚苯乙烯(保丽龙)其低比重以致于漂浮于水面或随风飘移,造成主观的景观破坏。根据加州海岸委员会(California Coastal Commission)的调查,聚苯乙烯已是主要的海洋漂流物。而对误食这类塑胶海洋生物而言,会对其消化系统造成伤害。

加工生产

  第一步为预发泡或简单发泡,设定最终产品的密度。在此过程中含有发泡剂的聚合物颗粒在加热条件下软化,发泡剂挥发。其结果是每个珠粒内产生膨胀,形成许多泡孔。泡孔的数量(最终密度)由加热温度和受热时间来控制。这个过程中,珠粒必须保持分散和自由流动状态。
   工业化生产时,发泡过程是将可发性 PS直接置于蒸汽中进行的,一般通过珠粒和蒸汽在搅拌釜中的连续混合完成反应,反
聚苯乙烯加工品
聚苯乙烯加工品
应设备(象预发泡机)是以保持外界压力常压敞口的,并使已发泡的珠粒从顶端溢出。有的生产厂为了保证停留时间更均衡或是当某些可发性DPS需要比较高的温度时采用间歇釜。发泡以后珠粒要经熟化处理,使空气逐步掺入到泡孔中。
   第二步。首先,将熟化的预发泡珠粒放入具有特定型腔的模具中。对于小型的和复杂结构的产品,成型时要采用文氏管作用设备(如灌料枪)。借助空气流将珠粒吹至模腔中。大型的产品可依自身重力充满模腔。将充满粒料的模腔密闭并加热,珠粒受热软化,使泡孔膨胀。珠粒发泡膨胀至填满相互间的空隙,并粘结成均匀的泡沫体。此时这个泡沫体仍然是柔软的并承受泡孔内热气体的压力。从模具中取出制品之前,须使气体渗出泡孔和降低温度使制品形状稳定,这一般是采用向模具内壁喷水的方法。
   由于成型模具是双层壁的,因此发泡PS的成型被称为“蒸气室成型”。模具内壁尺寸即为实际制品的尺寸,模具内壁上有气孔。以使蒸汽透过泡沫体并使热气扩散出去。双层壁之间的空间形成蒸汽室,其中通入用于加热珠粒的蒸汽。对于多数制品,发泡PS的成型压力低于276kPa。模具为铝制并按制品要求铸成一定形状。发泡PS的成型由于成型压力低、成型设备成本低,因此是一种经济的生产方法。

市场分析

·一、中国聚苯乙烯市场的特点

  1、需求旺盛,消费增长速度惊人,市场潜力大进入90年代以来,中国聚  聚苯乙烯加工品
苯乙烯需求旺盛,消费量飞速增长。1999年,全国聚苯乙烯总消费量达到243万吨,比1990年增长10多倍,年均增长率达到27。6%,增长速度在五大通用合成树脂中仅次于ABS树脂,是同期世界平均增长速度的6倍多。据预测,今后中国聚苯乙烯的需求量仍将平稳增长,2005年将达到317万~330万吨,2010年将达到390万~420万吨,市场前景相当乐观。
   2、生产能力不足,进口依赖度大相对于旺盛的需求,中国聚苯乙烯的生产能力虽然增长很快,但仍远不能满足需求,不得不依靠大量进口。1999年,中国聚苯乙烯生产能力约在140万吨左右,其中高抗冲聚苯乙烯/通用聚苯乙烯生产能力在100万吨左右,可发性聚苯乙烯生产能力估计在40万吨以上。同时,1999年全国聚苯乙烯总产量约为94万吨,与需求相比相差甚远。为满足需求,1999年中国共进口聚苯乙烯树脂151。7万吨,也比1990年增长近10倍,进口依存度超过60%。
   3、外资企业是中国聚苯乙烯生产的重要力量在中国聚苯乙烯生产中,外资企业占有重要的地位。在国内最大的5家聚苯乙烯生产厂商中,有3家是外资企业,分别是镇江奇美化工有限公司(30万吨/年)、扬子巴斯夫苯乙烯有限公司(14。2万吨/年)和LG宁波甬兴化工有限公司(10万吨/年)。1999年,这3家企业聚苯乙烯的生产能力合计达到54。2万吨,其中高抗冲聚苯乙烯/通用聚苯乙烯为50万吨,占全国总生产能力的一半。今后,中国外资企业聚苯乙烯的生产能力仍将快速增长。预计到2005年,外资企业聚苯乙烯生产能力将超过140万吨,占全国总生产能力的近60%,仍将是中国聚苯乙烯生产的重要力量。
   4、电子/电器是中国聚苯乙烯最重要的消费领域在发达国家,聚苯乙烯的主要消费领域是包装容器,约占总消费量的一半。而在我国,聚苯乙烯的主要消费领域是电子/电器,约占聚苯乙烯消费总量的60%。1999年,中国电子/电器行业共消费聚苯乙烯树脂146万吨,占全国总消费量的60%,日用品和包装分别占24%和10%。

·二、现状

  1、中国国产产品性能和质量较差,不能满足市场的要求中国聚苯乙烯产品的质量和性能较差,除外资及合资企业产品外,国内厂商的产品多数不能满足电子行业等用户对产品性能和质量的要求,难以进入这个庞大的市场。在聚苯乙烯需求量最大的电子/电器行业中,进口产品占绝对优势,国产树脂只有少量应用,而且只能用于低档产品。国内知名电器制造商为了保证其产品质量,全部使用进口原料或外资合资企业的产品,连用于防震外包装的发泡聚苯乙烯也通常使用进口产品或合资企业的产品。   
  2、装置规模偏小,缺乏竞争力目前国内有聚苯乙烯生产厂近40家,大部分能力在3万吨/年以下,还有不少规模在1万吨/年左右的小型装置。能力达到10万吨/年的生产厂仅有5家。小装置不但产品质量不能和先进的大型生产装置相比,而且生产成本也较高,在市场竞争中处于劣势。
   3、原料供应不足,装置开工率低与聚苯乙烯生产的高速发展不相适应的是,其原料苯乙烯生产发展相对较慢,聚苯乙烯装置的原料来源受到限制,开工率受到影响。1999年,中国苯乙烯生产能力为84。6万吨/年,产量60。2万吨,即使全部用于生产聚苯乙烯也仅能满足国内聚苯乙烯生产需要的43%。原料供应的不足是造成装置开工率较低的主要原因之一。1999年,中国聚苯乙烯产量约94万吨,装置的平均开工率仅为67%,生产能力大量闲置,进一步增加了中国对进口聚苯乙烯的依赖程度。

·三、对中国聚苯乙烯工业的发展建议

  1、大力发展原料苯乙烯的生产,彻底解决聚苯乙烯原料缺乏的问题原料不足制约了聚苯乙烯生产的发展,因此解决原料问题是发展聚苯乙烯生产的关键之一。根据预测,到2005年,国内聚苯乙烯生产能力将达到220万吨,2010年将达到300万吨,对苯乙烯的需求量非常大,而规划的苯乙烯生产能力仍不能满足需要。聚苯乙烯对苯乙烯的庞大需求给石油和石化两大集团公司提供了发展苯乙烯生产的良机,两大集团公司是国内重要的苯乙烯生产商,尽力扩大苯乙烯的生产能力既可以为国内聚苯乙烯的生产提供充足的原料,又能趁机占领市场,取得较好的经济效益
     2、抓住时机,积极占领国内市场由于国家近年来严厉打击走私,规范进口,出于降低成本的考虑,国内一些原来使用进口原料的用户开始寻找能够代替进口产品的国内供应商,这给国内聚苯乙烯生产企业带来了极好的机会。国内聚苯乙烯生产企业应该抓住机遇,努力提高产品性能和质量,力争在最大范围内替代进口产品。总之,只要采取适当措施,国内聚苯乙烯生产完全能够得到良好的发展。采取轻易放弃的态度是不可取的。

发展现状

  世界聚苯乙烯(PS)的生产能力因近20年来亚洲地区生产能力的迅速增长而屡创新高,到上个世纪末年生产能力已经超过1300万吨/年,同期世界聚苯乙烯的消费量只有1000万吨/年左右,只占生产能力的约77%。除去各种因素的影响,全球聚苯乙烯装置的开工率均没有超过80%。
聚苯乙烯(泡沫板)
聚苯乙烯(泡沫板)
   进入2000年以来,世界聚苯乙烯的消费增长变慢,消费量仅比1999年增长了1。4%,增长率为近年来的新低。特别是受到亚洲金融危机的影响,产量减少最多的国家和地区也集中在亚洲地域。2003年世界聚苯乙烯的总生产能力为1426万吨/年,产量为1080。1万吨/年,其中北美地区的生产能力为325。2万吨/年,约占世界聚苯乙烯总生产能力的22。8%;产量为251。3万吨/年,约占世界总产量的23。3%;南美地区的生产能力为66。6万吨/年,约占世界总生产能力的4。8%;产量为40。1万吨/年,约占世界总产量的3。7%;西欧地区的生产能力为295。4万吨/年,约占世界总生产能力的20。7%;产量为262。7万吨/年,约占世界总产量的24。3%;东北亚地区的生产能力为489。2万吨/年,约占世界总生产能力的34。3%;产量为373。8万吨/年,约占世界总产量的34。6%;东南亚地区的生产能力为97。3万吨/年,约占世界总生产能力的6。8%;产量为71。5万吨/年,约占世界总产量的6。6%;其他地区的生产能力为152。5万吨/年,约占世界总生产能力的10。7%;产量为80。7万吨/年,约占世界总产量的7。5%。
   2003年世界聚苯乙烯的总消费量为1088。9万吨,其中北美地区的消费量为250。5万吨/年,约占世界聚苯乙烯总消费量的 23。0%;南美地区的消费量为44。5万吨/年,约占世界总消费量的4。1%;西欧地区的消费量为226。9万吨/年,约占总消费量的20。8%;东北亚地区的消费量为409。2万吨/年,约占消费量的37。6%;东南亚地区的消费量为49。8万吨/年,约占总消费量的4。6%;其他地区的消费量为108。0万吨/年,约占总消费量的9。9%。由此可见,北美、南美地区聚苯乙烯的产销基本平衡,西欧地区略有剩余,而东北亚地区仍需要靠进口来弥补不足。
   世界聚苯乙烯主要用于生产包装容器、日用品及电器/电子3大行业。世界各地聚苯乙烯的消费结构不尽相同。北美约9%用于电器/电子行业,57%用于包装容器,34%用于其他方面;西欧约15%用于电器/电子行业,48%用于包装容器,37%用于其他方面;东北亚约49%用于电器/电子行业,20%用于包装容器,31%用于其他方面;中国约63%用于电器/电子行业,7%用于包装容器,30%用于其他方面。

现存问题

  随着终端应用领域的不断创新,聚苯乙烯(PS)主要下游产品正逐渐被所取代,未来或许将会销声匿迹。这促使一些地区性的生产商完全退出该业务,PS产业正逐渐被扼杀。
   中国台湾地区的一位树脂生产商认为:“市场缺少需要大量使用PS的新领域,因此PS的需求将逐步下滑,而这并不单单是由全球经济危机所致。”
   在新款游戏机、手机和MP3播放器生产中,已大量使用聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚甲基丙
聚苯乙烯夹芯板系列
聚苯乙烯夹芯板系列
烯酸甲酯来取代PS。PS目前的应用仅限于低端产品,如食品包装、玩具、衣架、容器和某些消费性电子产品。然而即使在这些领域,PS仍可能逐渐被更廉价的原料如聚丙烯所取代。
   作为PS的一个重要市场,中国自2003年以来需求已呈现连续下滑局面,2003年需求曾超过260万吨,而去年则下降至230万吨。日本PS市场需求也大幅下挫,特别是在电子和工业应用领域的需求更是如此。近年来日本主要PS客户的生产基地正在逐步转向海外,这导致了日本国内PS需求已经不可能恢复。
   日本原有的4家PS生产商综合产能为110万吨/年,约占其国内市场70%的份额。由三井化学和住友化学合资的公司——日本聚苯乙烯公司最近宣布将于今年9月退出PS业务,届时日本国内只剩下3家从事PS业务的公司。三井化学和住友化学表示,公司已经决定退出PS业务,因为该业务正处于非常困难的境地,从中长期考虑都不可能获得稳定的收入。一位生产商表示,今年日本PS需求预计将下降6。5%~7。0%,降至70万吨左右,日本聚苯乙烯公司的退出将使供求形势更加趋于平衡。
   与此同时,三菱化学也将从它与旭化成化学品公司、出光兴产公司的合资公司——聚苯乙烯日本公司退出。该公司产能约为44。5万吨/年,在日本4个生产商中居首位。尽管需求疲软,大日本油墨和化学品公司(DIC)以及由新日本制铁,Denka和大赛璐合资的东洋苯乙烯公司仍将继续生产PS。
   此外,放弃PS业务的公司还有德国化工巨头巴斯夫,早在2007年7月它就宣布出售各种苯乙烯装置,包括PS装置。出光公司PS马来西亚公司也在2008年9月停止了其3万吨/年通用聚苯乙烯的生产。陶氏化学公司在今年4月已无限期地关闭其位于中国东部地区的12万吨/年PS装置。

合成材料

  

·展开收起

·塑料

 聚乙烯;聚氯乙烯;聚苯乙烯;聚乙烯醇;聚丙烯;聚丙烯酸;聚丁烯;聚异丁烯;聚砜;聚甲醛;聚酰胺;聚碳酸酯;聚乳酸;聚四氟乙烯;聚对苯二甲酸乙二酯;环氧树脂;酚醛树脂;聚氨酯 

·合成橡胶

 顺丁橡胶丁苯橡胶丁腈橡胶氯丁橡胶 

·合成纤维

 丙纶;涤纶;锦纶;腈纶;氨纶;维尼纶;耐纶;达克纶;克夫纶