sPS

摘要苯乙烯聚合可得到无规聚苯乙烯(aPS)、全同立构聚苯乙烯(iPS)和间规聚苯乙烯(sPS)。其中iPS和sPS均为结晶性的PS。普通聚苯乙烯(GPPS)采用自由基聚合得到的是aPS,不能结晶,耐热性能较差,软化温度为80 ℃。 iPS采用齐格勒-纳塔催化剂在低温下(-55~-65...

sPS

苯乙烯聚合可得到无规聚苯乙烯(aPS)、全同立构聚苯乙烯(iPS)和间规聚苯乙烯(sPS)。其中iPS和sPS均为结晶性的PS。普通聚苯乙烯(GPPS)采用自由基聚合得到的是aPS,不能结晶,耐热性能较差,软化温度为80 ℃。

iPS采用齐格勒-纳塔催化剂在低温下(-55~-65 ℃)合成,虽然熔点很高(240℃),但由于结晶度不高、结晶速度慢,因而难以工业化生产和应用。用茂金属催化剂,在60 ℃合成高间规度、高结晶的sPS,间规度大于98%时,熔点高达270℃,比通常的iPS高40 ℃,相当于无规PS的3倍,与尼龙66相近。

目前,国外大公司以及一些研究机构已对此材料进行了广泛的应用研究,日本出光石化公司和Dow化学公司已分别推出了XAREC和Quesra系列产品,有普通、耐冲击、阻燃、增强型等。

sPS结构

sPS是由两种旋光异构体交替构成的空间立构规整聚合物,分子链中,苯环在分子主链两侧交替有序排列。这种规则构型,使得sPS具有较强的结晶能力,所以sPS比无规PS有着更高的耐热性、耐化学药品、尺寸稳定性及优良的电气性能等。

sPS性能

①sPS结晶性能。

sPS具有较强的结晶能力,结晶速率比iPS高两个数量级,结晶度约为50%,熔点高达270 ℃。由于较高的结晶度和较快的结晶速率,sPS比aPS具有更高的耐热性、耐化学性、尺寸稳定性及优良的电气性能等。sPS步入工程塑料的行列。

sPS的结晶具有非常复杂的同质多晶现象。结晶过程中,可通过热、力、溶剂等因素来控制sPS形成何种晶型;可通过热和应变导致的结晶过程,控制形成具有平面锯齿形构象的α和β晶型;可通过溶剂的作用,控制形成具有螺旋形构象的δ和γ晶型。晶型α为六方晶型,晶胞尺寸为a=2.63nm, β晶型为斜方晶系,晶型尺寸为a=0.881nm, b=2.882nm;δ和γ晶型为单斜晶系。

②sPS物理力学性能。

sPS的密度范围在1.01~1.44g/cm3,是工程塑料中密度最低的品种。与其他工程塑料相比,sPS的低密度有利于制品的轻量化和低成本化,使其在某些成本很高的应用领域中具有很强的竞争力。

③sPS增韧和增强。

sPS的脆性大,需要进行增韧和增强改性。增强材料有玻璃纤维、矿物填料和高强纤维。改进后的sPS密度低,韧性、耐热性和电性能良好,吸水率低。为了进一步提高sPS的耐化学药品性和耐热性,降低吸水率和尺寸稳定性,可通过sPS与其他树脂(如PS、ABS、SAN、PA)的共混进行改性。

④sPS耐化学药品性。

sPS的耐水解性明显优于聚酯和尼龙树脂,与聚苯硫醚相当。sPS对各种酸、碱以及与汽车相关的高温油、防冻液和融雪剂等具有优异的耐久性。对一些有机溶剂和洗涤剂的耐久性差。

⑤sPS耐热性。

sPS与aPS的玻璃化温度(Tg)基本相同,但由于立体构型不同,sPS维卡软化点远远高于aPS,热变形温度也高于aPS。sPS的长期耐热温度是130 ℃,短期耐热温度为245~250 ℃,优于PET、PBT, PA66,处于目前使用的各种耐热性树脂的中间位置,能够满足电子电器领域的软熔焊接部件高耐热性的要求。

⑥sPS电性能。

sPS的介电常数值与aPS基本相同。sPS的介电常数的损耗因子低于PBT、PET、PA66、PPS和PC,在工程塑料中仅次于氟树脂。sPS的绝缘击穿强度高于PBT、PET、PA66、PA46、PPS,耐漏电性在400 V以上。

⑦sPS电镀特性。

sPS可进行电镀。对薄壁sPS制品的电镀,仍可获得足够的强度,在电镀面上可直接焊接。

sPS加工

sPS呈剪切变稀的流变性,可利用现有的成型设备和模具进行注塑、挤出等成型加工。制品的翘度、变形较小,尺寸稳定性优异。在PBT、PET、PA、PPS等所有工程塑料的应用领域,都可以使用sPS。

sPS生产工艺

sPS生产工艺有三种:连续流化床工艺、连续自洁净反应釜工艺和连续搅拌槽反应釜工艺。这三种生产工艺在原料预处理和产品精制上基本相同,只是在反应釜上各有其特点。这三种生产工艺除了催化剂为茂金属外,都加入三异丁基铝(TIBA),在原料精制、催化剂制备和聚合工段都必须采用氮气进行保护。聚合过程中,反应体系的黏度随转化率的增加而急剧上升,一般转化率超过10%时会形成固液相混合物,进一步反应将在固液两相中进行。

sPS应用领域

sPS的主要用途有三种:

(a)电子电器元件。可用作微波炉旋转盘的转动环、转动支架、滤波器外壳、电热壶的泵元件、吸尘器马达的鼓风导管、绝缘子、垃圾处理机的内部部件、电饭煲内底线圈底座、PCI端子、SLOTI、AGP端子、PGA端子、D-SUB端子、USB端子、IEE1394端子、CPU端子、游戏机端子、移动电话机的电池固定架和开关、线圈密封制品、电源和接合器用的变压器线圈架、BS和CS广播的调谐器和测量仪器的端子、移动电话机内部天线和高速公路自动收费系统。

(b)汽车零部件。可用作汽车排气阀螺线管、速度传感器、控制器、刮水器、空调元件、点火器元件、通风罩、保险杠、插接件等。

(c)包装和薄膜。可用作食品包装容器、工业用膜、包装膜、相纸用薄膜、磁带、电绝缘膜等。

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