高抗冲聚苯乙烯

编辑:可惜网互动百科 时间:2020-01-23 02:55:53
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高抗冲聚苯乙烯,也就是常说的HIPS,是由弹性体改性聚苯乙烯制成的热塑性材料。由橡胶相和连续的聚苯乙烯相构成的两相体系,已发展为世界上重要的聚合物商品,这种通用产品在冲击性能和加工性能方面有很宽的范围,使其具有广泛的应用,如用于汽车、器械、电动产品、家具、家庭用具、电信、电子、计算机、一次性用品、医药、包装和娱乐市场。[1] 
中文名
高抗冲聚苯乙烯
英文名
High impact polystyrene
别    称
HIPS
水溶性
耐油、耐水,溶于苯、甲苯、醋酸乙酯、二氯乙烷等有机溶剂。
密    度
相对密度1.04-1.06 g/ml
外    观
白色不透明珠状或颗粒

高抗冲聚苯乙烯简介

聚苯乙烯是最古老的工业化生产的热塑性聚合物之一。是一种具有广泛用途的非常通用的产品。这种明亮、纯净的非结晶塑料的优点为易加工、有刚性、尺寸稳定和透明。但是聚苯乙烯的低抗冲击强度限制了它的应用。
高抗冲聚苯乙烯,是将少量聚丁二烯接技到聚苯乙烯基体上。具有“海岛结构”,基体是塑料,分散相是橡胶。具有诸多的特性:
1.耐冲击聚苯乙烯为热可塑性树脂;
2.无臭、无味、硬质材料、成形后尺寸安定性良好;
3.有优秀的高介电性绝缘性;
4.为非品质低吸水性材料;
5.其光泽性良好易于涂装。[2] 

高抗冲聚苯乙烯性能

HIPS具有通用聚苯乙烯(GPPS)的尺寸稳定性,而且具有更好的冲击强度和刚性。与结晶性材料相比,其缺点主要是耐高温性差、阻隔氧气性差、相对低的紫外线稳定性和较低的耐化学品性。[3] 
HIPS相对密度为1.04~1.06,热变形温度70~84℃。HIPS的拉伸强度约为15~30MPa,伸长率为35~60%。随温度的降低、应变速率的增加而增加,有点像橡胶增韧体系。HIPS的性质有点像黏弹性固体,当暴露在恒定拉伸应力下会产生蠕变。蠕变随分子量的升高而降低,并通常随橡胶含量的升高而增加。HIPS的蠕变行为强烈依赖于平均分子量(Mw)。弯曲强度为29.4~50 MPa,冲击强度0.09~0.16N/M,维卡软化点84~100℃,熔体指数为2~9g/10min。HIPS部件的耐热性依赖于它们的形状、生产条件、热源类型和加热持续时间,也受HIPS级别的影响。
当暴露在水、碱和稀的无机酸中时,HIPS的性质不受影响。它可被有些有机溶剂溶胀,被另外一些溶解,这是由连续相和溶剂相之间的溶解参数的差异决定的。当暴露在氯代烃和芳香烃中时,HIPS特别容易被破坏。[3] 

高抗冲聚苯乙烯化学性质

HIPS是两相聚合物体系,它的性质依赖于如下一些因素:
1.连续相的分子量和分子量分布。
2.使用弹性体的类型。
3.弹性体相体积比。
4.弹性体粒径和粒径分布。
5.弹性颗粒结构。
6.接枝聚合物的交联密度。
7.添加剂浓度。

高抗冲聚苯乙烯弹性体

工业上所用弹性体的相对分子质量为1.8×105一2.6×105g/mol,并有长支链以抑制冷流。文献中介绍了很多弹性体体系,但最普遍使用的橡胶是中等反式聚丁二烯和高反式聚丁二烯。高反式聚丁二烯有相对高的耐热性,这可使HIPS配方以低温韧性为代价得到一些优良性质。
尽管把橡胶加入GPPS中的配方是有效的,但还是优选将弹性体接枝到连续相中。工业化聚合工艺生产的聚合物体系不仅含有弹性体,而且在橡胶区域附有短聚苯乙烯侧链的接枝物。这些接枝物将分散的弹性体颗粒固定在连续的聚苯乙烯相之中,使相容性更好、冲击强度更高。
当外力作用在HIPS上时,橡胶颗粒表现出应力松弛。要取得好的效果,弹性颗粒必须被有效地限制在基体内并有一定的弹性,这意味着所使用的橡胶一定可以接技和交联。通过微观结构可将这两种性能控制到一定限度,这些要求决定了现在主要使用中等反式橡胶,有时也用高反式橡胶;这些橡胶可用有机锂引发剂或与Ziegler催化剂合用来生产。
高反式聚丁二烯具有相对高的耐热性,这使HIPS在加工时有优势。另一方向,这种聚丁二烯由于其有规立构结构,在约0℃时结晶,因此用这种方法生产的聚苯乙烯的低温韧性有所降低。
除了纯的聚丁二烯橡胶,也可用苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物,这样可生产粒径小于lmm的产品,其具有高光泽和高刚性。但和聚丁二烯含量相似的体系相比,它的韧性要低一些。另外的橡胶体系也已成功应用在工业上。用苯乙烯嵌段共聚物制得的HIPS产品的颗粒尺寸小,并有好的光泽性。由苯乙烯-丁二烯嵌段橡胶和/或乙丙橡胶(EPDM)组成的共混橡胶体系,可与聚丁二烯共混,产品的橡胶粒径分布具有双峰特征,并具有高光泽和高抗冲。嵌段橡胶产生典型的肢囊小颗粒,EPDM与嵌段橡胶不相容,作为分散橡胶相形成大的颗粒。由于EPDM具有较高的不饱和度,需加入更高浓度的过氧化物交联剂(二叔丁基过氧化物)以稳定橡胶颗粒,并提高接枝度。
另一个可替代的橡胶体系是径向不对称聚合物(ARPS)。ARPS有四个等长的聚丁二烯臂,其中一个聚丁二烯臂上附有聚苯乙烯链段。由ARPS聚丁二烯共混制备的HIPS产品产生具有不同形态和粒径分布的两个分离橡胶相。ARPS产生胶囊结构,聚丁二烯产生正常的被多层结构包覆的胞状结构.所制成的产品兼有高光泽和高抗冲特性。[3] 

高抗冲聚苯乙烯生产方法

HIPS用两种基本的工艺生产:间歇工艺和连续工艺。预聚合,如相转移完全的聚合相,在两种工艺中是相同的。预聚完成后,在间歇工艺中以悬浮形式继续进行聚合,在连续工艺中以溶液形式进行聚合。因此间歇工艺也叫本体悬浮工艺,连续工艺也叫溶液工艺。连续工艺是早期生产标准聚苯乙烯I.G. Farben工艺的改进,Dow化学公司用它生产需要含有橡胶的苯乙烯溶液,现在已进行了一系列的改进。[4] 

高抗冲聚苯乙烯抗冲击原因

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。

高抗冲聚苯乙烯用途

由于制造方便、成本低,HIPS在许多用具和工业上广泛使用。主要的工业和市场包括包装、一次性用品、用具和消费电器、玩具和娱乐用品、建筑产品和装饰品。HIPS最大的单项应用是包装,尤其是在食品行业中的包装,全世界的消费超过30%。热性能和耐环境应力开裂性经过特别改善级HIPS,在应用方面如制冷已开始取代工程树脂,在大型热成型杯子中取代纤维。[3] 
参考资料
  • 1.    HIPS塑料优点  .环球塑化网[引用日期2016-03-28]
  • 2.    季一辉.高抗冲聚苯乙烯结构及性能研究.中国化工贸易[J].2013(8)
  • 3.    [澳]谢尔斯等编,高明智等译.现代苯乙烯系聚合物:化学工业出版社,2004
  • 4.    高文彬.高抗冲聚苯乙烯改性的发展趋势.辽宁化工[J].2004(12)
词条标签:
中国化工学会 高分子材料 聚合物 化工产品