影响聚苯乙烯树脂性能的因素分析

[摘 要]文中阐述了聚苯乙烯树脂的发展历史及生产工艺方法，着重介绍了聚苯乙烯树脂的影响因素，阐述了反应温度、反应液位及引发剂等对聚苯乙烯树脂性能的影响，并对聚苯乙烯市场前景做了简要的预测。

[关键词]PS GPPS HIPS 引发剂 产品性能

中图分类号：Q946.86 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）46-0155-02

聚苯乙烯（PS）树脂是通用树脂中的重要一员，聚苯乙烯是一种应用广泛性仅次于聚烯烃和PVC的热塑性材料。由于它们的独特性能，苯乙烯聚合物被列在商用和特殊用途聚合物之间。苯乙烯是带有共轭体系的烯类单体，π电子流动性大，易诱导极化。工业制备主要采用自由基聚合的方法。通常，自由基聚合的实施有本体聚合、悬浮聚合、乳液聚合和溶液聚合四种方式。聚苯乙烯树脂的大规模工业生产主要采用本体聚合和悬浮聚合两种方式。

早在1938年Dow化学公司就开始了聚苯乙烯树脂的商品生产。逐渐研发出高冲击聚苯乙烯（HIPS）、丙烯腈-苯乙烯共聚物（AS）和丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物（ABS）等树脂。聚苯乙烯是指苯乙烯单体在一定条件下，经热引发或引发剂引发，聚合生成的苯乙烯聚合物，是一种具有无色透明、质坚、性脆、似玻璃状的非晶形塑料。可广泛应用于食品包装、CD盒、绝缘板、商业机器设备、家电、消费性产品等许多日常生活领域中苯乙烯的聚合历程一般有三种： 即自由基聚合、阴离子聚合、阳离子聚合。聚苯乙烯树脂是一种通用的热塑性高分子材料，用它制得的塑料制品透明性好，有光泽，有一定耐热性，且电性能优良。

目前，在我国聚苯乙烯树脂和ABS树脂是近15年来需求增长速度最快的两大合成树脂，具有广阔的市场空间。我国聚苯乙烯工业存在除了装置规模偏小和原料供应不足的问题外，产品质量和性能较差，不得不依靠大量进口，因此急需研发高品质的聚苯乙烯树脂。未来几年，中国聚苯乙烯需求量还会以一定增长，2005年需求320吨，2010年将达到400万吨。

1 影响聚苯乙烯产品性能的主要因素

聚苯乙烯产品的主要性能取决于产品的分子量、助剂的加入量及分子量的分布等因素。

1.1 分子量大小

分子量的大小是影响产品性能的最主要的因素之一，分子量增大，表现为树脂的熔体流动速率变小，产品的流动性和加工性能差，但冲击强度增强。工业生产中，为了快速调节聚苯乙烯的分子量，保证聚苯乙烯树脂分子量的稳定，通常用熔体流动速率（MFI）来衡量聚苯乙烯的分子量，树脂的MFI与分子量之间成反比关系。不同的聚苯乙烯树脂产品牌号熔体流动速率MFI有所不同，普通的聚苯乙烯分子量一般在10-50万（粘均）相应的熔体流动速率MFI为2.5-30g/10min。

1.1.1 反应温度

反应温度是影响聚合物分子量和聚合反应速度的重要因素。在苯乙烯聚合过程中，随着反应温度的升高产生的自由基数目增多，分子运动速度加快，活性增大。不易形成大分子长链，生产的聚合物分子量减小，产品的MI上升。（如图1）

1.1.2 反应液位对分子量大小的影响

反应液位的高低意味着反应物料在聚合釜中停留时间的长短。恒温度、压力下，适当提高反应液位，物料停留时间延长（ 即反应时间增长），转化率提高，产生支链的可能性变大，生产的聚合物分子量增大，产品的MI降低。

1.1.3 助剂的加入量

1）引发剂的加入量

使用引发剂生产聚苯乙烯树脂，能在较低的温度下引发聚合反应，在不影响反应产率的情况下，可以减少低分子量的聚合物产生，从而提高聚合物的分子量和降低分子量分布，提高产品转化率。但使用引发剂的一个限制因素是反应器的撤热能力。如果加入的引发剂量过多，容易因撤热不及时而发生爆聚反应，加入的引发剂量过低又不能达到所要求聚合物分子量。

引发剂引发聚合反应速率方程式：

Up=Kp（Ki/Kt）1/2CmC11/2

引发剂引发链增长动力学方程式：

Up ― 聚合反应速率

Kp ― 链增长反应速率常数

Ki ― 链引发反应速率常数

Kt ― 链终止反应速率常数（如图2）

2）矿物油的加入量

矿物油作为一种增塑剂被应用在高抗冲级聚苯乙烯（HIPS）和通用级聚苯乙烯（GPPS）产品中，其作用是在工艺过程中改善聚合物的流动特性（即：熔融指数），这一点在成型应用过程中是特别重要的，在成型机中聚合物必须快速流动，并充满复杂模型，在产品中矿物油的含量其产品牌号不同含量也不尽相同。但是，在聚合物中矿物油的加入量过多，将会降低产品的冲击强度和维卡软化点。熔融指数将升高。（如图3）

1.2 溶剂的加入量

生产聚苯乙烯树脂过程中，通常使用乙苯作为溶剂（链转移剂、稀释剂）。在许多生产中，乙苯在原料中所占的比例比较小，用于控制反应器中粘度，从而使反应过程进行。并且使得聚合物的输送过程比较容易，在聚合过程中，乙苯用于控制反应条件，降低反应速度，同时，对聚合物起到稀释作用，从而降低了聚合物的粘度。（如图4）

1.3 分子量分布的控制

生产聚苯乙烯产品时使用引发剂，可以使单体在较低的温度下进行聚合反应，由于反应温度低，自由基链转移倾向小，可使分子量升高，分子量分布变窄。对于引发反应来说，温度升高，产生的自由基数量多，自由基的浓度愈高，双基终止的概率愈大，因而产品的平均分子量愈低，熔体流动速率增大，分子量分布变宽。

2、结 论

（1）通过调整聚苯乙烯树脂的分子量是改善聚苯乙烯产品性能的关键。

（2）控制适宜助剂（引发剂、溶剂）加入量，提高反应转化率，提高产品产量和质量。

（3）聚苯乙烯树脂的分子量分布变窄，可以改变聚苯乙烯树脂的脆性，提高冲击强度。

参考文献

[1] D.B.普里迪（美国）. 北京：化学工业出版社.2004.

[2] 黄锐.塑料工程手册[M].北京：机械工业出版社.2000， 252.

[3] 张德义.合成树脂服务指南[M].北京：中国石化出版社，1997.