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GPPS 通用級(jí)聚苯乙烯
時(shí)間：2024-06-05 21:42
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結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)
GPPS分子鏈結(jié)構(gòu)式可以看作是聚乙烯分子鏈上交替地連接著側(cè)苯基。側(cè)苯基的存在使GPPS具有如下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：首先使GPPS分子鏈變剛變硬，這是因?yàn)楸交w積較大，有較大的位阻效應(yīng)，使分子鏈旋轉(zhuǎn)困難。分子鏈變剛變硬的結(jié)果，這使GPPS的玻璃化溫度比之聚乙烯、聚丙烯都大大提高，玻璃化溫度約在90～100℃之間。其次與側(cè)苯基連接的主鏈骨架碳原子是不對(duì)稱(chēng)碳原子，故使GPPS分子鏈存在空間異構(gòu)現(xiàn)象。由于工業(yè)化生產(chǎn)的GPPS是無(wú)定形聚合物，人們長(zhǎng)期認(rèn)為GPPS只存在無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)，事實(shí)上可以有等規(guī)、間規(guī)結(jié)構(gòu)。等規(guī)GPPS已經(jīng)制備出來(lái)，聚合物也因此成為可結(jié)晶結(jié)構(gòu)，但由于熔點(diǎn)高，流動(dòng)也困難，難以加工，其性能也很脆，目前尚未在實(shí)際中得到應(yīng)用。一般工業(yè)化生產(chǎn)的GPPS以無(wú)規(guī)異構(gòu)體為主，含有少量的間規(guī)異構(gòu)體，且由于采用自由基聚合，分子鏈中仍會(huì)產(chǎn)生少量支鏈。以無(wú)規(guī)異構(gòu)體為主和存在少量支鏈?zhǔn)鞘构I(yè)化GPPS只能以無(wú)定形存在的基本因素。另外側(cè)苯基的存在使GPPS比聚乙烯、聚丙烯化學(xué)上都要活潑些，苯環(huán)所能進(jìn)行的特征性反應(yīng)如氯化、加氫、硝化、磺化等，GPPS都可以進(jìn)行。因此，GPPS的耐化學(xué)性不及聚乙烯、聚丙烯等化學(xué)上比較隋性的聚合物。側(cè)苯基不會(huì)使GPPS產(chǎn)生明顯的極性，故具有優(yōu)異的介電、電絕緣性能。由于苯環(huán)是共軛體系，使GPPS耐輻射性較高，因?yàn)楸江h(huán)可使吸收的輻射能在苯環(huán)上均勻分配。
性能
GPPS是無(wú)色無(wú)臭無(wú)味的透明性剛硬固體，制品擲地時(shí)有金屬般響鳴。GPPS透光率不低于88%，霧度約3%，折射率較大，在1.59～1.60之間，具有特殊光亮性，但儲(chǔ)存時(shí)易泛黃。泛黃的原因之一是單體純度不夠，特別是含有微量硫元素時(shí)；二是聚合物在空氣中緩慢老化引起發(fā)黃。GPPS較輕，密度在1.04～1.065之間。GPPS易燃燒，燃著后離開(kāi)火焰可持續(xù)燃燒，火焰呈橙黃，伴有濃煙。GPPS在熱塑性塑料中是典型的硬而脆塑料，拉伸、彎曲等常規(guī)力學(xué)性能皆高于聚烯烴，但韌性卻明顯低于聚烯烴，拉伸時(shí)無(wú)屈服現(xiàn)象。GPPS分子鏈雖是剛性鏈，但由于是無(wú)定形結(jié)構(gòu)，超過(guò)玻璃化溫度即開(kāi)始軟化，軟化點(diǎn)僅95℃左右，許多力學(xué)性能都受到溫度升高的明顯影響。GPPS高連續(xù)使用溫度僅60-80℃，其具體數(shù)值與承載大小有關(guān)，這是因?yàn)榉肿渔溁旧蠠o(wú)極性，分子鏈間作用力小，在熱作用下容易滑移。GPPS熱變形溫度在70-98℃之間，與材料配方及熱處理有關(guān)。對(duì)GPPS進(jìn)行退火處理，不僅可提高力學(xué)強(qiáng)度，也可提高熱變形溫度。GPPS是非極性聚合物，具有頗為優(yōu)異的介電、電絕緣性能，幾項(xiàng)主要的電性能指標(biāo)都具有較優(yōu)數(shù)值，如介電常數(shù)約為2. 45-2.65。GPPS可耐硫酸、磷酸、硼酸及10%-36%的鹽酸等無(wú)機(jī)酸以及濃度小于25%的乙酸、10%-90%的甲酸等有機(jī)酸的浸蝕，也可耐許多堿和鹽的腐蝕，但不耐氧化酸，例如硝酸和氧化劑的腐蝕。
制備
GPPS是以苯乙烯為單體經(jīng)過(guò)自由基聚合或離子型聚合制得的。生產(chǎn)方法有本體聚合法、溶液聚合法、懸浮聚合法和乳液聚合法等。目前工業(yè)化生產(chǎn)所采用的主要是懸浮聚合法和本體聚合法。
本體聚合法
將苯乙烯單體送入預(yù)聚釜中,再加入少量添加劑和引發(fā)劑，于95～115℃下加熱攪拌進(jìn)行預(yù)聚合,待轉(zhuǎn)化率達(dá)到20%～35%之后,再送入帶有攪拌器的塔式反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行連續(xù)聚合反應(yīng)。聚合溫度逐段提高到170℃左右,以達(dá)到完全轉(zhuǎn)化。少量未反應(yīng)的苯乙烯從塔頂放出,并可回收再用。聚合物連續(xù)從塔底出料,經(jīng)擠出造粒即得成品,包裝后出廠。
懸浮聚合法
以苯乙烯為單體,水為介質(zhì),以明膠或淀粉、聚乙烯醇、羥乙基纖維素等保護(hù)膠或碳酸鎂、硅酸鎂、磷酸鈣等不溶性無(wú)機(jī)鹽等為分散劑,順丁烯二酸酐-苯乙烯共聚物鈉鹽為助分散劑,以過(guò)氧化苯甲酰為引發(fā)劑,在85℃左右進(jìn)行引發(fā)聚合。也可不用引發(fā)劑,在高壓聚合釜中于100℃以上的高溫下進(jìn)行高溫聚合。聚合物經(jīng)洗滌、分離、干燥即得無(wú)色透明的細(xì)珠狀樹(shù)脂。
加工成型
GPPS是熱塑性塑料中容易成型加工的品種之一，不僅可適用多種成型工藝，也具有許多良好的工藝特點(diǎn)。GPPS可以采用注塑、擠出、熱成型、旋轉(zhuǎn)模塑、吹塑、發(fā)泡等多種成型工藝，其中注塑、擠出、發(fā)泡是常采用的工藝方法。GPPS吸濕率很小，在0.02%-0.3%，成型加工前一般皆不需要專(zhuān)門(mén)的干燥工序。GPPS是無(wú)定形聚合物，無(wú)明顯熔點(diǎn)，從開(kāi)始熔融流動(dòng)至開(kāi)始明顯分解的溫度范圍寬，適宜成型的溫度范圍亦寬。GPPS收縮率及其變化范圍都較小，一般在0.2%-0.8%之間，有利于成型出尺寸精度較高和尺寸較穩(wěn)定的制品。GPPS制品容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，這是因?yàn)樵诔尚蜁r(shí)的剪切力作用下，分子鏈易取向，但在制品冷卻階段，取向的分子鏈尚未得到松弛，熔體就已冷卻到玻璃化溫度之下，使取向凍結(jié)。注塑成型是GPPS重要的成型方法，可根據(jù)制品形狀和壁厚不同，在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)熔體溫度。注塑成型可在螺桿式注塑機(jī)，亦可在柱塞式注塑機(jī)上進(jìn)行。采用螺桿式注塑機(jī)時(shí)，適宜的熔體溫度是在190-230℃范圍。GPPS可擠出成型板材、棒材和薄膜。擠出成型一般采用螺槽深度漸變的漸變型螺桿，螺桿長(zhǎng)徑比在17～24范圍，壓縮比在2-4范圍，料筒溫度約為150-200℃。GPPS可采用發(fā)泡成型制備絕熱保溫制品和緩沖包裝材料。將GPPS樹(shù)脂先制備成含有發(fā)泡劑的顆粒形式，稱(chēng)為可發(fā)性聚苯乙烯。這種可發(fā)性顆?？梢苑胖玫饺魏涡螤畹某尚凸ぞ咧?，無(wú)需加壓僅需加熱就可發(fā)泡成為要求的制品。
應(yīng)用
GPPS由于價(jià)廉易得、透明、加工性能好、絕緣性?xún)?yōu)、易印刷與著色，用途廣泛。GPS注塑成型制品表面光澤度高，具有良好的尺寸穩(wěn)定性，產(chǎn)品精致美觀，廣泛用于工業(yè)和日常生活中。例如汽車(chē)燈罩、儀器表面、化學(xué)儀器零件、光學(xué)儀器零件、電信零件、珠寶盒、香水瓶、牙刷、肥皂盒、果盤(pán)等。擠出成型用GPS的相對(duì)分子質(zhì)量偏高，這樣便于制品的擠出定型，擠出制品有薄膜、管材、容器、板、片等，用于化工、包裝、裝潢等方面。GPPS還可用于電氣、儀表外殼、玩具、燈具、家用電器、文具、化妝品容器、室內(nèi)外裝飾品、果盤(pán)、光學(xué)零件（如三棱鏡、透鏡）透鏡窗鏡和模塑、車(chē)燈、電訊配件、電頻電容器薄膜、高頻絕緣材料、電視機(jī)等集裝箱、波導(dǎo)管，化工容器等。懸浮聚合樹(shù)脂可制成不同密度的泡沫塑料，用作絕熱、隔音、防震、漂浮、包裝材料，軟木代用品，預(yù)發(fā)泡體可作水過(guò)濾介質(zhì)及制備輕質(zhì)混凝土，低發(fā)泡塑料可制成合成木材做家具等。高耐熱GPPS樹(shù)脂具有高透明、高強(qiáng)度以及高耐熱的優(yōu)良性能，主要用于熱飲品容器以及一些對(duì)耐熱有特殊要的場(chǎng)所，如溫度較高的加熱水壺、加熱電管殼等。
環(huán)境與回收
GPPS價(jià)格低廉，常被做成各種日用品，如方便袋等。由于GPPS很難降解，在回收制度尚未完善的情況下，易造成環(huán)境污染，也就是常說(shuō)的“白色污染”。如今，人們?cè)絹?lái)越重視環(huán)境保護(hù)問(wèn)題，因此使用這類(lèi)制品時(shí)，應(yīng)分類(lèi)回收，聚苯乙烯的回收符號(hào)為6。
