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聚苯乙烯
熱塑性塑料
基本信息
| 中文名 | 聚苯乙烯 |
| 危險性符號 | R41 |
| 別名 | ポリスチレン |
| 化學式 | (C8H8)n |
| 熔點 | 212℃ |
展開
發(fā)展歷程
物化性質
聚苯乙烯玻璃化溫度80～105℃，非晶態(tài)密度1.04～1.06克/立方厘米，晶體密度1.11～1.12克/立方厘米，熔融溫度240℃，電阻率為1020～1022歐·厘米。導熱系數(shù)30℃時0.116瓦/(米·開)。通常的聚苯乙烯為非晶態(tài)無規(guī)聚合物，具有優(yōu)良的絕熱、絕緣和透明性，長期使用溫度0～70℃，但脆，低溫易開裂。此外還有全同和間同以及無規(guī)立構聚苯乙烯。全同聚合物有高度結晶性，間同聚合物有部分結晶性。
聚苯乙烯
分類
聚苯乙烯（PS）包括普通聚苯乙烯，發(fā)泡聚苯乙烯（EPS)，高抗沖聚苯乙烯（HIPS）及間規(guī)聚苯乙烯（SPS）。普通聚苯乙烯樹脂為無毒，無臭，無色的透明顆粒，似玻璃狀脆性材料，其制品具有極高的透明度，透光率可達90%以上，電絕緣性能好，易著色，加工流動性好，剛性好及耐化學腐蝕性好等。普通聚苯乙烯的不足之處在于性脆，沖擊強度低，易出現(xiàn)應力開裂，耐熱性差及不耐沸水等。
屬性
普通聚苯乙烯樹脂屬無定形高分子聚合物，聚苯乙烯大分子鏈的側基為苯環(huán)，大體積側基為苯環(huán)的無規(guī)排列決定了聚苯乙烯的物理化學性質，如透明度高。剛度大。玻璃化溫度高，性脆等。可發(fā)性聚苯乙烯為在普通聚苯乙烯中浸漬低沸點的物理發(fā)泡劑制成，加工過程中受熱發(fā)泡，專用于制作泡沫塑料產(chǎn)品。高抗沖聚苯乙烯為苯乙烯和丁二烯的共聚物，丁二烯為分散相，提高了材料的沖擊強度，但產(chǎn)品不透明。間規(guī)聚苯乙烯為間同結構，采用茂金屬催化劑生產(chǎn)，發(fā)展的聚苯乙烯新品種，性能好，屬于工程塑料。
特點
聚苯乙烯材料性能
力學性能
聚苯乙烯分子及其聚集態(tài)結構決定其為剛硬的脆性材料，在應力作用下表現(xiàn)為脆性斷裂。
電性能
聚苯乙烯具有良好的電性能，體積電阻率和表面電阻率分別高達10^16～10^18Ω·cm和10^15～10^18Ω。介電損耗角正切值極低，并且不受頻率和環(huán)境溫度、濕度變化的影響，是優(yōu)異電絕緣材料。
生產(chǎn)應用
可發(fā)性加工
第一步為預發(fā)泡或簡單發(fā)泡，設定最終產(chǎn)品的密度。在此過程中含有發(fā)泡劑的聚合物顆粒在加熱條件下軟化，發(fā)泡劑揮發(fā)。其結果是每個珠粒內產(chǎn)生膨脹，形成許多泡孔。泡孔的數(shù)量（最終密度）由加熱溫度和受熱時間來控制。這個過程中，珠粒必須保持分散和自由流動狀態(tài)。
工業(yè)化生產(chǎn)時，發(fā)泡過程是將可發(fā)性PS直接置于蒸汽中進行的，一般通過珠粒和蒸汽在攪拌釜中的連續(xù)混合完成反應，反應設備（象預發(fā)泡機）是以保持外界壓力常壓敞口的，并使已發(fā)泡的珠粒從頂端溢出。有的生產(chǎn)廠為了保證停留時間更均衡或是當某些可發(fā)性DPS需要比較高的溫度時采用間歇釜。發(fā)泡以后珠粒要經(jīng)熟化處理，使空氣逐步摻入到泡孔中。
第二步。首先，將熟化的預發(fā)泡珠粒放入具有特定型腔的模具中。對于小型的和復雜結構的產(chǎn)品，成型時要采用文氏管作用設備（如灌料槍）．借助空氣流將珠粒吹至模腔中。大型的產(chǎn)品可依自身重力充滿模腔。將充滿粒料的模腔密閉并加熱，珠粒受熱軟化，使泡孔膨脹。珠粒發(fā)泡膨脹至填滿相互間的空隙，并粘結成均勻的泡沫體。此時這個泡沫體仍然是柔軟的并承受泡孔內熱氣體的壓力。從模具中取出制品之前，須使氣體滲出泡孔和降低溫度使制品形狀穩(wěn)定，這一般是采用向模具內壁噴水的方法。
由于成型模具是雙層壁的，因此發(fā)泡PS的成型被稱為“蒸氣室成型”。模具內壁尺寸即為實際制品的尺寸，模具內壁上有氣孔．以使蒸汽透過泡沫體并使熱氣擴散出去。雙層壁之間的空間形成蒸汽室，其中通入用于加熱珠粒的蒸汽。對于多數(shù)制品，發(fā)泡PS的成型壓力低于276kPa。模具為鋁制并按制品要求鑄成一定形狀。發(fā)泡PS的成型由于成型壓力低、成型設備成本低，因此是一種經(jīng)濟的生產(chǎn)方法。
應用
聚苯乙烯的經(jīng)常被用來制作泡沫塑料制品。聚苯乙烯還可以和其他橡膠類型高分子材料共聚生成各種不同力學性能的產(chǎn)品。日常生活中常見的應用有各種一次性塑料餐具，透明CD盒等等。發(fā)泡聚苯乙烯(保麗龍)于建筑材料使用上，自2003年廣泛使用于中空樓板隔音隔熱材。
耐沖擊性聚苯乙烯（HIPS）
耐沖擊性聚苯乙烯是通過在聚苯乙烯中添加聚丁基橡膠顆粒的辦法生產(chǎn)的一種抗沖擊的聚苯乙烯產(chǎn)品。這種聚苯乙烯產(chǎn)品會添加微米級橡膠顆粒并通過枝接的辦法把聚苯乙烯和橡膠顆粒連接在一起。當受到?jīng)_擊時，裂紋擴展的尖端應力會被相對柔軟的橡膠顆粒釋放掉。因此裂紋的擴展受到阻礙，抗沖擊性得到了提高。
苯乙烯丙烯腈（SAN）
SAN是Styrene Acrylonitrile的縮寫。苯乙烯丙烯腈是苯乙烯丙烯腈的共聚物，是一種無色透明，具有較高的機械強度的聚丙烯基工程塑料。SAN的化學穩(wěn)定性要比聚苯乙烯好。SAN類產(chǎn)品的透明度和抗紫外性能不如聚甲基丙烯酸甲酯類產(chǎn)品但是價格相對便宜。
ABS是Acrylonitrile butadiene styrene的縮寫。這種塑料是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的共聚物。具有高強度，低重量的特點。是常用的一種工程塑料之一。
用途
環(huán)境問題
由于其質量?。ㄌ貏e是發(fā)泡型）、殘余價值低，聚苯乙烯不容易循環(huán)再生。通常聚苯乙烯不能以kerbside法進行回收。但是，工業(yè)上也對發(fā)泡聚苯乙烯的再利用進行了很大的改進，出現(xiàn)了很多使其密化的新方法。這種能夠增加其密度的方法，通常使得密度增加15slugs/ft3(譯者注：1slugs/ft3=1.94055克/立方厘米)并在干凈的聚苯乙烯上形成了合適再生操作的中心。密歇根州，梅森的Dart Container 工廠中就在進行對使用后聚苯乙烯以及工業(yè)聚苯乙烯的回收。
環(huán)境影響
被丟棄的聚苯乙烯無法經(jīng)由生物分解及光分解進入生物地質化學循環(huán)。由于發(fā)泡聚苯乙烯(保麗龍)其低比重以致于漂浮于水面或隨風飄移，造成主觀的景觀破壞。根據(jù)加州海岸委員會(California Coastal Commission)的調查，聚苯乙烯已是主要的海洋漂流物。而對誤食這類塑膠海洋生物而言，會對其消化系統(tǒng)造成傷害。
市場分析
國內市場特點
聚苯乙烯加工品
2、生產(chǎn)能力不足，進口依賴度大，國內需求旺盛。中國聚苯乙烯的生產(chǎn)能力雖然增長很快，但仍遠不能滿足需求，不得不依靠大量進口。1999年，中國聚苯乙烯生產(chǎn)能力約在140萬噸左右，其中高抗沖聚苯乙烯/通用聚苯乙烯生產(chǎn)能力在100萬噸左右，可發(fā)性聚苯乙烯生產(chǎn)能力估計在40萬噸以上。同時，1999年全國聚苯乙烯總產(chǎn)量約為94萬噸，與需求相比相差甚遠。為滿足需求，1999年中國共進口聚苯乙烯樹脂151.7萬噸，也比1990年增長近10倍，進口依存度超過60%。
3、外資企業(yè)是中國聚苯乙烯生產(chǎn)的重要力量。在中國聚苯乙烯生產(chǎn)中，外資企業(yè)占有重要的地位。在國內最大的5家聚苯乙烯生產(chǎn)廠商中，有3家是外資企業(yè)，分別是鎮(zhèn)江奇美化工有限公司（30萬噸/年）、揚子巴斯夫苯乙烯有限公司（14.2萬噸/年）和LG寧波甬興化工有限公司（10萬噸/年）。1999年，這3家企業(yè)聚苯乙烯的生產(chǎn)能力合計達到54.2萬噸，其中高抗沖聚苯乙烯/通用聚苯乙烯為50萬噸，占全國總生產(chǎn)能力的一半。今后，中國外資企業(yè)聚苯乙烯的生產(chǎn)能力仍將快速增長。預計到2005年，外資企業(yè)聚苯乙烯生產(chǎn)能力將超過140萬噸，占全國總生產(chǎn)能力的近60%，仍將是中國聚苯乙烯生產(chǎn)的重要力量。
4、電子/電器是中國聚苯乙烯最重要的消費領域。在發(fā)達國家，聚苯乙烯的主要消費領域是包裝容器，約占總消費量的一半。而在我國，聚苯乙烯的主要消費領域是電子/電器，約占聚苯乙烯消費總量的60%。1999年，中國電子/電器行業(yè)共消費聚苯乙烯樹脂146萬噸，占全國總消費量的60%，日用品和包裝分別占24%和10%。
國內現(xiàn)狀
1、中國國產(chǎn)產(chǎn)品性能和質量較差。不能滿足市場的要求中國聚苯乙烯產(chǎn)品的質量和性能較差，除外資及合資企業(yè)產(chǎn)品外，國內廠商的產(chǎn)品多數(shù)不能滿足電子行業(yè)等用戶對產(chǎn)品性能和質量的要求，難以進入這個龐大的市場。在聚苯乙烯需求量最大的電子/電器行業(yè)中，進口產(chǎn)品占絕對優(yōu)勢，國產(chǎn)樹脂只有少量應用，而且只能用于低檔產(chǎn)品。國內知名電器制造商為了保證其產(chǎn)品質量，全部使用進口原料或外資合資企業(yè)的產(chǎn)品，連用于防震外包裝的發(fā)泡聚苯乙烯也通常使用進口產(chǎn)品或合資企業(yè)的產(chǎn)品。
2、裝置規(guī)模偏小，缺乏競爭力。目前國內有聚苯乙烯生產(chǎn)廠近40家，大部分能力在3萬噸/年以下，還有不少規(guī)模在1萬噸/年左右的小型裝置。能力達到10萬噸/年的生產(chǎn)廠僅有5家。小裝置不但產(chǎn)品質量不能和先進的大型生產(chǎn)裝置相比，而且生產(chǎn)成本也較高，在市場競爭中處于劣勢。
發(fā)展建議
1、大力發(fā)展原料苯乙烯的生產(chǎn)，徹底解決聚苯乙烯原料缺乏的問題。原料不足制約了聚苯乙烯生產(chǎn)的發(fā)展，因此解決原料問題是發(fā)展聚苯乙烯生產(chǎn)的關鍵之一。根據(jù)預測，到2005年，國內聚苯乙烯生產(chǎn)能力將達到220萬噸，2010年將達到300萬噸，對苯乙烯的需求量非常大，而規(guī)劃的苯乙烯生產(chǎn)能力仍不能滿足需要。聚苯乙烯對苯乙烯的龐大需求給石油和石化兩大集團公司提供了發(fā)展苯乙烯生產(chǎn)的良機，兩大集團公司是國內重要的苯乙烯生產(chǎn)商，盡力擴大苯乙烯的生產(chǎn)能力既可以為國內聚苯乙烯的生產(chǎn)提供充足的原料，又能趁機占領市場，取得較好的經(jīng)濟效益。2、抓住時機，積極占領國內市場。國家近年來嚴厲打擊走私，規(guī)范進口，出于降低成本的考慮，國內一些原來使用進口原料的用戶開始尋找能夠代替進口產(chǎn)品的國內供應商，這給國內聚苯乙烯生產(chǎn)企業(yè)帶來了極好的機會。國內聚苯乙烯生產(chǎn)企業(yè)應該抓住機遇，努力提高產(chǎn)品性能和質量，力爭在最大范圍內替代進口產(chǎn)品?？傊?，只要采取適當措施，國內聚苯乙烯生產(chǎn)完全能夠得到良好的發(fā)展。采取輕易放棄的態(tài)度是不可取的。
材料類型
抗沖擊型
抗沖擊聚苯乙烯，它是苯乙烯單體與橡膠接枝聚合生成的無定形聚合物，或是聚苯乙烯與橡膠（通常為聚丁二烯橡膠）的物理共混物。所生成的聚合物具有韌性，通常為白色（也有透明的品級），擠出和成型非常容易。它的韌性主要決定于橡膠組分的比率和使用量。抗沖擊PS的代表性能為：彎曲強度和拉伸強度為13.8～48.3MPa（隨橡膠和添加劑含量不同而不同）；伸長率10~60%；光澤度5~100%。目視透明度從極佳至較差，收縮率約為0.006，熱膨脹系數(shù)與透明PS相同?？箾_擊PS受γ一射線滅菌照射后性能無變化，與透明PS具有同樣的耐溶劑性?？箾_擊PS的熔體指數(shù)為1～10g/min，維卡軟化點為215°F。具有增強性能的抗沖擊級聚苯乙烯的商業(yè)化生產(chǎn)有廣泛的市場前景。已有的一些特殊品級包括：超高光澤度級、高透明級、耐磨級、抗環(huán)境應力一開裂級（ESCR）、高模量級、低光澤級、殘余單體苯乙烯含量低的品級。
抗沖擊聚苯乙烯突出的特性是易加工、尺寸穩(wěn)定性優(yōu)異、沖擊強度高并且有較高剛性。對于HIPS只是在耐熱性。氧滲透性、紫外光穩(wěn)定性和耐油品性方面有一定限度?；瘜W和性能抗沖擊聚苯乙烯是通過將聚了二烯橡膠在聚合反應之前溶于苯乙烯單體而制得的。雖然可以用懸浮聚合法制HIPS，但目前工業(yè)上生產(chǎn)HIPS采用的主要是本體聚合法。在本體聚合過程中，苯乙烯單體/橡膠/添加劑的混合體通過一系列反應器，轉化率達70～90%。聚合反應中需加熱或加入引發(fā)劑使反應完成，然后在真空中加熱從樹脂中除去揮發(fā)性殘留單體，再造粒出售。
抗沖擊聚苯乙烯性能檢測根據(jù)其相對的抗沖擊強度分為幾級：
中等抗沖擊品級的缺口懸臂梁抗沖擊強度一般為0.6—1./i；
高抗沖擊品級的抗沖擊度為1.5—2.5ftlb/in；
極高抗沖擊級的抗沖擊強度為>2./in
有的HIPS品級其抗沖擊強度值高達6./in，但這種樹脂通常用于共混樹脂中以提高低強度品級樹脂的抗沖擊強蔗。
標準HIPS的其它重要性能檢測注意事項如下：彎曲強度13.8～55.1MPa；拉伸強度13.8—41.4MPa；斷裂伸長率為15—75%；密度1.035—1.04 g/ml；維卡軟化點185—220°F。
共聚物
它們的韌度非常好。主要品種有：苯乙烯一丙烯腈共聚物（SAN）、苯乙烯一馬來酸酐共聚物（SMA）、苯乙烯一丁二烯一苯乙烯共聚物（SBS）、苯乙烯和丙烯酸酯共聚物，以及以它們?yōu)榛牡母男泽w。SAN的熱變形溫度比透明PS高，其耐溶劑性也有改進，具有優(yōu)異的抗?jié)B透性。橡膠改性的SAN有丙烯睛一丁二烯一苯乙烯共聚物（ABS）和丙烯睛．苯乙烯一丙烯酸酯共聚物（ASA）等樹脂。S－MA的熱變形溫度比透明體PS更高，可達40°F，它有優(yōu)良的透明性和光澤度。SMA可用橡膠改性或采用玻璃纖維增強。SBS和SBS的各種改性體可作為改善抗沖擊性、柔性和流動性的組分用于生產(chǎn)具有粘性和抗彎曲的產(chǎn)品如膠泥、鞋底、瀝青氈等，SBS還用于生產(chǎn)透明抗沖擊PS。苯乙烯可與丙烯酸酯彈性體共聚生成具有優(yōu)良物理性能的透明級抗沖擊PS。
發(fā)展現(xiàn)狀
世界聚苯乙烯（PS）的生產(chǎn)能力因近20年來亞洲地區(qū)生產(chǎn)能力的迅速增長而屢創(chuàng)新高，到上個世紀末年生產(chǎn)能力已經(jīng)超過1300萬噸/年，同期世界聚苯乙烯的消費量只有1000萬噸/年左右，只占生產(chǎn)能力的約77%。除去各種因素的影響，全球聚苯乙烯裝置的開工率均沒有超過80%。
進入2000年以來，世界聚苯乙烯的消費增長變慢，消費量僅比1999年增長了1.4%，增長率為近年來的新低。特別是受到亞洲金融危機的影響，產(chǎn)量減少最多的國家和地區(qū)也集中在亞洲地域。2003年世界聚苯乙烯的總生產(chǎn)能力為1426萬噸/年，產(chǎn)量為1080.1萬噸/年，其中北美地區(qū)的生產(chǎn)能力為325.2萬噸/年，約占世界聚苯乙烯總生產(chǎn)能力的22.8%；產(chǎn)量為251.3萬噸/年，約占世界總產(chǎn)量的23.3%；南美地區(qū)的生產(chǎn)能力為66.6萬噸/年，約占世界總生產(chǎn)能力的4.8%；產(chǎn)量為40.1萬噸/年，約占世界總產(chǎn)量的3.7%；西歐地區(qū)的生產(chǎn)能力為295.4萬噸/年，約占世界總生產(chǎn)能力的20.7%；產(chǎn)量為262.7萬噸/年，約占世界總產(chǎn)量的24.3%；東北亞地區(qū)的生產(chǎn)能力為489.2萬噸/年，約占世界總生產(chǎn)能力的34.3%；產(chǎn)量為373.8萬噸/年，約占世界總產(chǎn)量的34.6%；東南亞地區(qū)的生產(chǎn)能力為97.3萬噸/年，約占世界總生產(chǎn)能力的6.8%；產(chǎn)量為71.5萬噸/年，約占世界總產(chǎn)量的6.6%；其他地區(qū)的生產(chǎn)能力為152.5萬噸/年，約占世界總生產(chǎn)能力的10.7%；產(chǎn)量為80.7萬噸/年，約占世界總產(chǎn)量的7.5%。
2003年世界聚苯乙烯的總消費量為1088.9萬噸，其中北美地區(qū)的消費量為250.5萬噸/年，約占世界聚苯乙烯總消費量的23.0%；南美地區(qū)的消費量為44.5萬噸/年，約占世界總消費量的4.1%；西歐地區(qū)的消費量為226.9萬噸/年，約占總消費量的20.8%；東北亞地區(qū)的消費量為409.2萬噸/年，約占消費量的37.6%；東南亞地區(qū)的消費量為49.8萬噸/年，約占總消費量的4.6%；其他地區(qū)的消費量為108.0萬噸/年，約占總消費量的9.9%。由此可見，北美、南美地區(qū)聚苯乙烯的產(chǎn)銷基本平衡，西歐地區(qū)略有剩余，而東北亞地區(qū)仍需要靠進口來彌補不足。
世界聚苯乙烯主要用于生產(chǎn)包裝容器、日用品及電器/電子3大行業(yè)。世界各地聚苯乙烯的消費結構不盡相同。北美約9%用于電器/電子行業(yè)，57%用于包裝容器，34%用于其他方面；西歐約15%用于電器/電子行業(yè)，48%用于包裝容器，37%用于其他方面；東北亞約49%用于電器/電子行業(yè)，20%用于包裝容器，31%用于其他方面；中國約63%用于電器/電子行業(yè)，7%用于包裝容器，30%用于其他方面。
現(xiàn)存問題
隨著終端應用領域的不斷創(chuàng)新，聚苯乙烯(PS)主要下游產(chǎn)品正逐漸被所取代，未來或許將會銷聲匿跡。這促使一些地區(qū)性的生產(chǎn)商完全退出該業(yè)務，PS產(chǎn)業(yè)正逐漸被扼殺。
在新款游戲機、手機和MP3播放器生產(chǎn)中，已大量使用聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯來取代PS。PS的應用僅限于低端產(chǎn)品，如食品包裝、玩具、衣架、容器和某些消費性電子產(chǎn)品。然而即使在這些領域，PS仍可能逐漸被更廉價的原料如聚丙烯所取代。
作為PS的一個重要市場，中國自2003年以來需求已呈現(xiàn)連續(xù)下滑局面，2003年需求曾超過260萬噸，而去年則下降至230萬噸。日本PS市場需求也大幅下挫，特別是在電子和工業(yè)應用領域的需求更是如此。日本主要PS客戶的生產(chǎn)基地正在逐步轉向海外，這導致了日本國內PS需求已經(jīng)不可能恢復。
日本原有的4家PS生產(chǎn)商綜合產(chǎn)能為110萬噸/年，約占其國內市場70%的份額。由三井化學和住友化學合資的公司——日本聚苯乙烯公司最近宣布將于今年9月退出PS業(yè)務，屆時日本國內只剩下3家從事PS業(yè)務的公司。三井化學和住友化學表示，公司已經(jīng)決定退出PS業(yè)務，因為該業(yè)務正處于非常困難的境地，從中長期考慮都不可能獲得穩(wěn)定的收入。一位生產(chǎn)商表示，今年日本PS需求預計將下降6.5%～7.0%，降至70萬噸左右，日本聚苯乙烯公司的退出將使供求形勢更加趨于平衡。
與此同時，三菱化學也將從它與旭化成化學品公司、出光興產(chǎn)公司的合資公司——聚苯乙烯日本公司退出。該公司產(chǎn)能約為44.5萬噸/年，在日本4個生產(chǎn)商中居首位。盡管需求疲軟，大日本油墨和化學品公司(DIC)以及由新日本制鐵，Denka和大賽璐合資的東洋苯乙烯公司仍將繼續(xù)生產(chǎn)PS。
此外，放棄PS業(yè)務的公司還有德國化工巨頭巴斯夫，早在2007年7月它就宣布出售各種苯乙烯裝置，包括PS裝置。出光公司PS馬來西亞公司也在2008年9月停止了其3萬噸/年通用聚苯乙烯的生產(chǎn)。陶氏化學公司在今年4月已無限期地關閉其位于中國東部地區(qū)的12萬噸/年PS裝置。
限塑令
2020年3月，《海南省禁止生產(chǎn)銷售使用一次性不可降解塑料制品名錄（第一批）》發(fā)布，聚苯乙烯將于2020年12月1日被禁止生產(chǎn)、銷售和使用。
參考資料
[1]
海南省發(fā)布第一批禁塑名錄，將于12月1日禁止生產(chǎn)銷售使用[引用日期2020-03-24]
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可以透過所有可見光的塑料——聚苯乙烯
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