聚苯乙烯工艺设计学生学号：学生姓名：专业班级：指导老师：完成日期：摘要：可发性聚苯乙烯（Expandable PolyStyrene，简称EPS）通称聚苯乙烯和苯乙烯系共聚物，是一种树脂与物理性发泡剂和其它添加剂的混合物。

可发性PS可被加工成低密度（0．7—10．0ib ／ft3）的泡沫塑料剂品。

最常见的可发性聚苯乙烯是含有作为发泡剂的戊烷的透明PS粒料。

关键词：可发性聚苯乙烯，悬浮聚合，影响因素一.聚苯乙烯的定义和合成1.1 .定义聚苯乙烯树脂是由苯乙烯单体通过自由基聚合而成的聚合物，英文名称为Polystyrene，简称PS。

其分子结构式为：它是饱和烃类聚合物属热塑性树脂注意：化学性质非常活泼，单体在贮存、运输过程中，需要加入少量的间苯二酚或叔丁基间苯二酚等阻聚剂以防止自聚1.2. 合成•本体聚合——获得的PS纯净度高，主要用来制造对电性能要求高的制品。

•悬浮聚合——获得的PS分子量高分布窄但纯度不如本体聚合PS，可用来制造一般日用和工业用品、和PS泡沫塑料。

乳液聚合——主要用于涂料和PS泡沫塑料。

溶液聚合——主要用于配制清漆。

各种生产方法制得的PS在性能上略有不同。

我国PS的工业化生产主要采用悬浮聚合和本体聚合，其中以悬浮法为主。

1.3.聚苯乙烯的结构聚苯乙烯的分子链上交替连接着侧苯基。

由于侧苯基的体积较大，有较大的位阻效应，而使聚苯乙烯的分子链变得刚硬，因此，玻璃化温度比聚乙烯、聚丙烯都高，且刚性脆性较大，制品易产生内应力。

由于侧苯基在空间的排列为无规结构，因此聚苯乙烯为无定形聚合物，具有很高的透明性。

侧苯基具有很大的空间位阻，造成PS分子链很僵硬，Tg在80℃。

侧苯基的存在使聚苯乙烯的化学活性要大一些，苯环所能进行的特征反应如氯化、硝化、磺化等聚苯乙烯都可以进行。

此外，侧苯基可以使主链上a 氢原子活化，在空气中易氧化生成过氧化物，并引起降解，因此制品长期在户外使用易变黄、变脆。

但由于苯环为共扼体系，使得聚合物耐辐射性较好，在较强辐射的条件下，其性能变化较小。

1.4.聚苯乙烯的性能1.4.1 基本特征聚苯乙烯为无色、无味的透明刚性固体，透光率可达88%～90%，制品质硬，落地时会有金属般的响声。

聚苯乙烯的密度在1.04～1.07 之间，尺寸稳定性好，收缩率低。

聚苯乙烯容易燃烧，点燃后离开火源会继续燃烧，并伴有浓烟。

1.4.2 力学性能聚苯乙烯属于一种硬而脆的材料，无延伸性，拉伸时无屈服现象。

聚苯乙烯的拉伸、弯曲等常规力学性能在通用塑料中是很高的，但其冲击强度很低。

聚苯乙烯的力学性能与合成方式、相对分子质量大小、温度高低、杂质含量及测试方法有关。

1.4.3 热性能聚苯乙烯的耐热性能较差，热变形温度约为70～95℃，长期使用温度为60～80℃。

聚苯乙烯的热导率较低，约为0.10～0.13W/ ( m·K ) ，基本不随温度的变化而变化，是良好的绝热保温材料。

聚苯乙烯泡沫是目前广泛应用的绝热材料之一。

聚苯乙烯的线膨胀系数较大，为（6～8 )X10-5K-1，与金属相差悬殊甚大，故制品不易带有金属嵌件。

此外，聚苯乙烯的许多力学性能都显著受到温度的影响。

1.4.4 电性能聚苯乙烯是非极性的聚合物，使用中也很少加人填料和助剂，因此具有良好的介电性能和绝缘性，其介电性能与频率无关。

由于其吸湿率很低，电性能不受环境湿度的影响，但由于其表面电阻和体积电阻均较大，又不吸水，因此易产生静电，使用时需加人抗静电剂。

1.4.5 耐化学药品性聚苯乙烯的化学稳定性比较好，可耐各种碱、一般的酸、盐、矿物油、低级醇及各种有机酸，但不耐氧化酸，如硝酸和氧化剂的侵蚀。

聚苯乙烯还会受到许多烃类、酮类及高级脂肪酸的侵蚀，可溶于苯、甲苯、乙苯、苯乙烯、四氯化碳、氯仿、二氯甲烷以及醋类当中。

此外，由于聚苯乙烯带有苯基，可使苯基a 位置上的氢活化，因此聚苯乙烯的耐气候性不好，如果长期暴露在日光下会变色变脆，其耐光性、氧化性都较差，使用时应加人抗氧剂。

但聚苯乙烯具有较优的耐辐射性。

1.4.6 加工性聚苯乙烯是一种无定形的聚合物，没有明显的熔点，从开始熔融流动到分解的温度范围很宽，约在120～180℃之间，且热稳定性较好，因此，成型加工可在很宽的范围内进行。

聚苯乙烯由于其成型温度范围宽且流动性、热稳定性好，所以可以用多种方法加工成型，如注射、挤出、发泡、吹塑、热成型等。

(1) 由于聚苯乙烯的吸湿率很低，约为0.01%～0.2 % ，因此加工前一般不需要干燥，如果需要制成透明度高的制品时，才需干燥。

(2) 聚苯乙烯在成型过程中，分子链易取向，但在制品冷却定型时，取向的分子链尚未松弛完成，因此易使制品产生内应力．因此，加工时除了选择合适的工艺条件及合理的模具结构外，还应对制品进行热处理，热处理的条件一般为60～80℃下处理1～2h 。

聚苯乙烯的成型收缩率较低，一般为0.2%～0.7% ，有利于成型尺寸精度较高及尺寸稳定的制品。

(3) 聚苯乙烯的主要成型方法为注射、挤出和发泡。

注射成型是聚苯乙烯最常用的成型方法。

可采用螺杆式注射机及柱塞式注射机．成型时，根据制品的形状和壁厚不同，可在较宽的范围内调整熔体温度，一般温度范围为180～220℃。

挤出成型可采用普通的挤出机。

挤出成型的产品有板材、管材、棒材、片材、薄膜等。

成型温度范围为150～200℃。

2.1 聚苯乙烯的应用聚苯乙烯是通用塑料中最容易加工的品种之一，成型温度与分解温度相差大，可在很宽的温度范围内加工成型。

同时，它具有成本低、刚性大、透明度好、电性能不受频率的影响等特点，因此可广泛地应用在仪表外壳、汽车灯罩、照明制品、各种容器、高频电容器、高频绝缘用品、光导纤维，包装材料等。

可发性聚苯乙烯由于其质量轻、热导率低、吸水性小、抗冲击性好等优点，广泛地应用于建筑、运输、冷藏、化工设备的保温、绝热和减震材料等方面。

聚苯乙烯还可通过发泡成型来制备包装材料及绝热保温材料。

聚苯乙烯的泡沫制品也是其树脂的主要用途。

其发泡方法主要有两种。

第一种方法是首先把聚苯乙烯树脂制备成含有发泡剂的珠粒，称为可发性聚苯乙烯（EPS）。

这种产品主要为厚板、包装箱等。

第二种方法是直接将发泡剂（如偶氮化合物、碳酸铵等）及其他助剂与聚苯乙烯混合均匀，然后通过挤出发泡、冷却定型即可。

其主要产品为片材、仿木型材等。

3.1 聚苯乙烯生产工艺3.1.1 聚合机理离子型聚合（包括配位离子型）自由基型聚合3.2.1 聚合方法四种均可，应用较多的是：本体聚合，悬浮聚合。

a.苯乙烯的本体聚合1.单体：纯度＞99.5%2.引发剂：热引发3.反应器：塔式、釜式、槽式和管式等，一般采用：两个或更多反应器串联4.工艺：预聚→聚合→后处理随着苯乙烯本体聚合工艺的不断改造，还出现了五釜串联、三釜一管串联、一立一卧串联等生产工艺。

b.苯乙烯悬浮聚合1.苯乙烯低温悬浮聚合2.苯乙烯高温悬浮聚合(1)苯乙烯低温悬浮聚合单体/水：1/1.4～1/1.6分散剂:磷酸三钙引发剂：过氧化苯甲酰（占总引发剂的90%～80%）和过氧化叔丁基苯甲酸酯（占总引发剂的10%～20%）复合型引发剂。

分散介质：去离子水单体纯度：＞99.5%聚合转化率：90%左右产物：相对分子质量可达20×104，宜作发泡聚苯乙烯材料。

（2）苯乙烯高温悬浮聚合主分散剂：MgCO3（可在釜用Na2CO3与MgSO4制备）助分散剂：苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物苯乙烯高温悬浮聚合3.2.2 高温聚合优点1.可不用引发剂，反应速度快，产品质量高。

2.用无机悬浮剂，聚合产品外表面无表面膜，易于洗涤、分离。

3.配方来源丰富，成本低。

4.粘附物少，使釜运转周期加快。

4.1 苯乙烯类树脂的种类苯乙烯类树脂按结构可划分成20多类，主要有通用级聚苯乙烯（GPPS）、发泡级聚苯乙烯（EPS）、高抗冲聚苯乙烯（HIPS）等。

EPS采用自由基悬浮聚合，引发剂BPO，分散剂羟乙基纤维素，85～90O C下反应。

产物用低沸点烃类发泡剂浸渍制成可发性珠粒。

当其受热至90～110O C时，体积可增大5～50倍，成为泡沫塑料。

5.1 可发性聚苯乙烯（EPS）工艺路线可发性聚苯乙烯（EPS）首先是由德国BASF公司于1949年发明的一种可制成塑料泡沫的材料。

这种材料最先由瑞典政府进行大规模商品化生产救生圈。

由于EPS具有热传导率低，吸水性小，电绝缘性能好，隔音，防潮，防震及成型工艺简单等优良特性，因而在建筑，船泊，汽车，火车，冷藏等行业广泛作为隔热防烟材料和抗震材料，同时也被广泛用作包装材料。

国外对EPS的研究已卓有成效地从实验室走向了工业化，产品质量已达相当水平，但国内的EPS产品质量却始终存在一定的缺陷。

5.2 为何选悬浮聚合法悬浮聚合具有产品纯度高，成本低，聚合热容易除去，无回收问题，随分子量增大体系粘度变化小，温度易控制，以及颗粒大小可以控制在较小的幅度范围内等优点。

此法是以水为分散介质或连续相，而单体液滴和聚合物颗粒为分散相，通过搅拌，单体在水中形成悬浮油珠，加入的引发剂在反应温度下分解出初级自由基从而引发苯乙烯的聚合反应。

开始生成的聚苯乙烯溶解在苯乙烯单体液滴中，使液滴的粘度增大。

当溶解了聚合物的，粘度增大了的小液滴相互碰撞时，很容易粘并成大液滴，而在搅拌剪切力的作用下，大液滴又会分解成小液滴。

这样就形成了一个大液滴和小液滴的平衡态，在适宜温度下反应6-8小时后加入发泡剂浸渍一段时间便可制得EPSEPS悬浮聚合一般可分为“一步浸渍法”（一步法）和“二步浸渍法’（二步法）两种。

5.2.1 一步法a.技术原理一步法是一种将苯乙烯单体，引发剂，分散剂，水，发泡剂和其他助剂一起加入反应釜内，聚合出含发泡剂的树脂颗粒，经洗涤，离心分离和干燥而制得EPS珠粒产品的方法。

徐红岩开发出了一种以磷酸三钙（TCP）为分散剂，戊烷为发泡剂，过氧化苯甲酰（BPO）和过氧化苯甲酸叔丁酯（t-BP）为引发剂的一步法生产EPS的工艺。

以磷酸三钙为分散剂的一步法工艺粘釜物少，且比原二步法工艺省时。

5.2.2 工艺流程5.2.3二步法b.技术原理二步法工艺是将苯乙烯，PS，软水以及分散剂溶解，混合，经计量槽加入聚合釜内，加入引发剂和部分助剂，在适宜的条件下进行聚合生成PS粒料并干燥至含２％～３％的水分。

然后将拟进行浸渍的PS粒料，在不断搅拌的条件下，用旋风加料器或人工送至含一定分散剂和发泡剂（如戊烷）的釜中，在适当的温度和压力下浸渍２～３小时，以获得EPS。

从上面可以看出，二步法生产EPS珠粒很早就被利用，但其工序复杂，原材料消耗大等缺陷，从而不易实现其工业化，也就制约了它的进一步发展。

一步法、二步法生产EPS比较项目一步法二步法EPS成品质粒径分布较宽，不均粒径分布较窄，原材料规格序号 原材料名称 代号 控制项目名称及指标用途 1 苯乙烯 ST 外观:无色透明液杂机械杂质无游离水份纯度：≥99.6%聚合物:≤50ppmTBC:≤50ppm反应单体 2过氧化 BPO 外观:白色结晶粉沫 低温量 匀粒子均匀 工艺条件工艺要求严格，能耗少，流程短能耗较大，流程长，工艺要求相对较低，易操作 技术经济 一次性投资较高，生产自动化程度高，易集中控制，人工操作少一次性投入较低 ，自动化程度低，人工操作较多 生产灵活性 因发泡剂易挥发，故仓储时间短 市场适应性差，设备利用率差 中间产品PS 可作为产品出售，也可生产其他品种，市场适应性强苯甲酰纯度：干基≥98%(m/m)水份: ≤25-305活性氧量(干基)% ≥6.50引发剂3 过氧化苯甲酸叔丁酯Cp-O2引发剂“C”含量：≥95%叔丁基过氧化氢含量(TBHP)≤1%铁含量：≤5ppm比重d4 25:1.035-1.045折光指数n25:1.495-1.50高温引发剂4 羟基磷酸钙HAP 分散剂5 十二烷基苯磺酸钠SDBS试剂级助分散剂6 磷酸氢二钠DSP7 涂层剂外观:细白粉未,无团块粒径:200目通过95%以上8 戊烷C50 C4: ≤4%正.异戊烷含量94%C6: ≤2%发泡剂环烷烃: ≤0.1%苯:0.1%9 过氧化二异丙苯DCP 外观:无色或白色结晶粉末 纯度：≥96% 总挥发物%≥0.4 交联剂 高温引发剂 10 六溴环十二烷HBC D 水份及挥发份%≤2.0 阻燃剂 11 成核剂SN 密度g/cm3 :0.93 粘度cps :450 12过硫酸钾 KPS稳定 5.3 影响因素5.3.1 水质EPS 悬浮聚合时，水质对体系影响很大。