聚苯乙烯（热塑性塑料）
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更新时间：2023-05-23
聚苯乙烯
热塑性塑料
基本信息
| 中文名 | 聚苯乙烯 |
| 危险性符号 | R41 |
| 别名 | ポリスチレン |
| 化学式 | (C8H8)n |
| 熔点 | 212℃ |
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发展历程
物化性质
分类
属性
特点
力学性能
聚苯乙烯分子及其聚集态结构决定其为刚硬的脆性材料，在应力作用下表现为脆性断裂。
电性能
生产应用
可发性加工
第一步为预发泡或简单发泡，设定最终产品的密度。在此过程中含有发泡剂的聚合物颗粒在加热条件下软化，发泡剂挥发。其结果是每个珠粒内产生膨胀，形成许多泡孔。泡孔的数量（最终密度）由加热温度和受热时间来控制。这个过程中，珠粒必须保持分散和自由流动状态。
工业化生产时，发泡过程是将可发性PS直接置于蒸汽中进行的，一般通过珠粒和蒸汽在搅拌釜中的连续混合完成反应，反应设备（象预发泡机）是以保持外界压力常压敞口的，并使已发泡的珠粒从顶端溢出。有的生产厂为了保证停留时间更均衡或是当某些可发性DPS需要比较高的温度时采用间歇釜。发泡以后珠粒要经熟化处理，使空气逐步掺入到泡孔中。
第二步。首先，将熟化的预发泡珠粒放入具有特定型腔的模具中。对于小型的和复杂结构的产品，成型时要采用文氏管作用设备（如灌料枪）．借助空气流将珠粒吹至模腔中。大型的产品可依自身重力充满模腔。将充满粒料的模腔密闭并加热，珠粒受热软化，使泡孔膨胀。珠粒发泡膨胀至填满相互间的空隙，并粘结成均匀的泡沫体。此时这个泡沫体仍然是柔软的并承受泡孔内热气体的压力。从模具中取出制品之前，须使气体渗出泡孔和降低温度使制品形状稳定，这一般是采用向模具内壁喷水的方法。
由于成型模具是双层壁的，因此发泡PS的成型被称为“蒸气室成型”。模具内壁尺寸即为实际制品的尺寸，模具内壁上有气孔．以使蒸汽透过泡沫体并使热气扩散出去。双层壁之间的空间形成蒸汽室，其中通入用于加热珠粒的蒸汽。对于多数制品，发泡PS的成型压力低于276kPa。模具为铝制并按制品要求铸成一定形状。发泡PS的成型由于成型压力低、成型设备成本低，因此是一种经济的生产方法。
应用
聚苯乙烯的经常被用来制作泡沫塑料制品。聚苯乙烯还可以和其他橡胶类型高分子材料共聚生成各种不同力学性能的产品。日常生活中常见的应用有各种一次性塑料餐具，透明CD盒等等。发泡聚苯乙烯(保丽龙)于建筑材料使用上，自2003年广泛使用于中空楼板隔音隔热材。
耐冲击性聚苯乙烯（HIPS）
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。
苯乙烯丙烯腈（SAN）
SAN是Styrene Acrylonitrile的缩写。苯乙烯丙烯腈是苯乙烯丙烯腈的共聚物，是一种无色透明，具有较高的机械强度的聚丙烯基工程塑料。SAN的化学稳定性要比聚苯乙烯好。SAN类产品的透明度和抗紫外性能不如聚甲基丙烯酸甲酯类产品但是价格相对便宜。
ABS是Acrylonitrile butadiene styrene的缩写。这种塑料是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的共聚物。具有高强度，低重量的特点。是常用的一种工程塑料之一。
用途
环境问题
由于其质量小（特别是发泡型）、残余价值低，聚苯乙烯不容易循环再生。通常聚苯乙烯不能以kerbside法进行回收。但是，工业上也对发泡聚苯乙烯的再利用进行了很大的改进，出现了很多使其密化的新方法。这种能够增加其密度的方法，通常使得密度增加15slugs/ft3(译者注：1slugs/ft3=1.94055克/立方厘米)并在干净的聚苯乙烯上形成了合适再生操作的中心。密歇根州，梅森的Dart Container 工厂中就在进行对使用后聚苯乙烯以及工业聚苯乙烯的回收。
环境影响
被丢弃的聚苯乙烯无法经由生物分解及光分解进入生物地质化学循环。由于发泡聚苯乙烯(保丽龙)其低比重以致于漂浮于水面或随风飘移，造成主观的景观破坏。根据加州海岸委员会(California Coastal Commission)的调查，聚苯乙烯已是主要的海洋漂流物。而对误食这类塑胶海洋生物而言，会对其消化系统造成伤害。
市场分析
国内市场特点
聚苯乙烯加工品
2、生产能力不足，进口依赖度大，国内需求旺盛。中国聚苯乙烯的生产能力虽然增长很快，但仍远不能满足需求，不得不依靠大量进口。1999年，中国聚苯乙烯生产能力约在140万吨左右，其中高抗冲聚苯乙烯/通用聚苯乙烯生产能力在100万吨左右，可发性聚苯乙烯生产能力估计在40万吨以上。同时，1999年全国聚苯乙烯总产量约为94万吨，与需求相比相差甚远。为满足需求，1999年中国共进口聚苯乙烯树脂151.7万吨，也比1990年增长近10倍，进口依存度超过60%。
3、外资企业是中国聚苯乙烯生产的重要力量。在中国聚苯乙烯生产中，外资企业占有重要的地位。在国内最大的5家聚苯乙烯生产厂商中，有3家是外资企业，分别是镇江奇美化工有限公司（30万吨/年）、扬子巴斯夫苯乙烯有限公司（14.2万吨/年）和LG宁波甬兴化工有限公司（10万吨/年）。1999年，这3家企业聚苯乙烯的生产能力合计达到54.2万吨，其中高抗冲聚苯乙烯/通用聚苯乙烯为50万吨，占全国总生产能力的一半。今后，中国外资企业聚苯乙烯的生产能力仍将快速增长。预计到2005年，外资企业聚苯乙烯生产能力将超过140万吨，占全国总生产能力的近60%，仍将是中国聚苯乙烯生产的重要力量。
4、电子/电器是中国聚苯乙烯最重要的消费领域。在发达国家，聚苯乙烯的主要消费领域是包装容器，约占总消费量的一半。而在我国，聚苯乙烯的主要消费领域是电子/电器，约占聚苯乙烯消费总量的60%。1999年，中国电子/电器行业共消费聚苯乙烯树脂146万吨，占全国总消费量的60%，日用品和包装分别占24%和10%。
国内现状
1、中国国产产品性能和质量较差。不能满足市场的要求中国聚苯乙烯产品的质量和性能较差，除外资及合资企业产品外，国内厂商的产品多数不能满足电子行业等用户对产品性能和质量的要求，难以进入这个庞大的市场。在聚苯乙烯需求量最大的电子/电器行业中，进口产品占绝对优势，国产树脂只有少量应用，而且只能用于低档产品。国内知名电器制造商为了保证其产品质量，全部使用进口原料或外资合资企业的产品，连用于防震外包装的发泡聚苯乙烯也通常使用进口产品或合资企业的产品。
2、装置规模偏小，缺乏竞争力。目前国内有聚苯乙烯生产厂近40家，大部分能力在3万吨/年以下，还有不少规模在1万吨/年左右的小型装置。能力达到10万吨/年的生产厂仅有5家。小装置不但产品质量不能和先进的大型生产装置相比，而且生产成本也较高，在市场竞争中处于劣势。
发展建议
1、大力发展原料苯乙烯的生产，彻底解决聚苯乙烯原料缺乏的问题。原料不足制约了聚苯乙烯生产的发展，因此解决原料问题是发展聚苯乙烯生产的关键之一。根据预测，到2005年，国内聚苯乙烯生产能力将达到220万吨，2010年将达到300万吨，对苯乙烯的需求量非常大，而规划的苯乙烯生产能力仍不能满足需要。聚苯乙烯对苯乙烯的庞大需求给石油和石化两大集团公司提供了发展苯乙烯生产的良机，两大集团公司是国内重要的苯乙烯生产商，尽力扩大苯乙烯的生产能力既可以为国内聚苯乙烯的生产提供充足的原料，又能趁机占领市场，取得较好的经济效益。2、抓住时机，积极占领国内市场。国家近年来严厉打击走私，规范进口，出于降低成本的考虑，国内一些原来使用进口原料的用户开始寻找能够代替进口产品的国内供应商，这给国内聚苯乙烯生产企业带来了极好的机会。国内聚苯乙烯生产企业应该抓住机遇，努力提高产品性能和质量，力争在最大范围内替代进口产品。总之，只要采取适当措施，国内聚苯乙烯生产完全能够得到良好的发展。采取轻易放弃的态度是不可取的。
材料类型
抗冲击型
抗冲击聚苯乙烯，它是苯乙烯单体与橡胶接枝聚合生成的无定形聚合物，或是聚苯乙烯与橡胶（通常为聚丁二烯橡胶）的物理共混物。所生成的聚合物具有韧性，通常为白色（也有透明的品级），挤出和成型非常容易。它的韧性主要决定于橡胶组分的比率和使用量。抗冲击PS的代表性能为：弯曲强度和拉伸强度为13.8～48.3MPa（随橡胶和添加剂含量不同而不同）；伸长率10~60%；光泽度5~100%。目视透明度从极佳至较差，收缩率约为0.006，热膨胀系数与透明PS相同。抗冲击PS受γ一射线灭菌照射后性能无变化，与透明PS具有同样的耐溶剂性。抗冲击PS的熔体指数为1～10g/min，维卡软化点为215°F。具有增强性能的抗冲击级聚苯乙烯的商业化生产有广泛的市场前景。已有的一些特殊品级包括：超高光泽度级、高透明级、耐磨级、抗环境应力一开裂级（ESCR）、高模量级、低光泽级、残余单体苯乙烯含量低的品级。
抗冲击聚苯乙烯突出的特性是易加工、尺寸稳定性优异、冲击强度高并且有较高刚性。对于HIPS只是在耐热性。氧渗透性、紫外光稳定性和耐油品性方面有一定限度。化学和性能抗冲击聚苯乙烯是通过将聚了二烯橡胶在聚合反应之前溶于苯乙烯单体而制得的。虽然可以用悬浮聚合法制HIPS，但目前工业上生产HIPS采用的主要是本体聚合法。在本体聚合过程中，苯乙烯单体/橡胶/添加剂的混合体通过一系列反应器，转化率达70～90%。聚合反应中需加热或加入引发剂使反应完成，然后在真空中加热从树脂中除去挥发性残留单体，再造粒出售。
抗冲击聚苯乙烯性能检测根据其相对的抗冲击强度分为几级：
中等抗冲击品级的缺口悬臂梁抗冲击强度一般为0.6—1./i；
高抗冲击品级的抗冲击度为1.5—2.5ftlb/in；
极高抗冲击级的抗冲击强度为>2./in
有的HIPS品级其抗冲击强度值高达6./in，但这种树脂通常用于共混树脂中以提高低强度品级树脂的抗冲击强蔗。
标准HIPS的其它重要性能检测注意事项如下：弯曲强度13.8～55.1MPa；拉伸强度13.8—41.4MPa；断裂伸长率为15—75%；密度1.035—1.04 g/ml；维卡软化点185—220°F。
共聚物
它们的韧度非常好。主要品种有：苯乙烯一丙烯腈共聚物（SAN）、苯乙烯一马来酸酐共聚物（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，以及以它们为基材的改性体。SAN的热变形温度比透明PS高，其耐溶剂性也有改进，具有优异的抗渗透性。橡胶改性的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）等树脂。S－MA的热变形温度比透明体PS更高，可达40°F，它有优良的透明性和光泽度。SMA可用橡胶改性或采用玻璃纤维增强。SBS和SBS的各种改性体可作为改善抗冲击性、柔性和流动性的组分用于生产具有粘性和抗弯曲的产品如胶泥、鞋底、沥青毡等，SBS还用于生产透明抗冲击PS。苯乙烯可与丙烯酸酯弹性体共聚生成具有优良物理性能的透明级抗冲击PS。
发展现状
世界聚苯乙烯（PS）的生产能力因近20年来亚洲地区生产能力的迅速增长而屡创新高，到上个世纪末年生产能力已经超过1300万吨/年，同期世界聚苯乙烯的消费量只有1000万吨/年左右，只占生产能力的约77%。除去各种因素的影响，全球聚苯乙烯装置的开工率均没有超过80%。
进入2000年以来，世界聚苯乙烯的消费增长变慢，消费量仅比1999年增长了1.4%，增长率为近年来的新低。特别是受到亚洲金融危机的影响，产量减少最多的国家和地区也集中在亚洲地域。2003年世界聚苯乙烯的总生产能力为1426万吨/年，产量为1080.1万吨/年，其中北美地区的生产能力为325.2万吨/年，约占世界聚苯乙烯总生产能力的22.8%；产量为251.3万吨/年，约占世界总产量的23.3%；南美地区的生产能力为66.6万吨/年，约占世界总生产能力的4.8%；产量为40.1万吨/年，约占世界总产量的3.7%；西欧地区的生产能力为295.4万吨/年，约占世界总生产能力的20.7%；产量为262.7万吨/年，约占世界总产量的24.3%；东北亚地区的生产能力为489.2万吨/年，约占世界总生产能力的34.3%；产量为373.8万吨/年，约占世界总产量的34.6%；东南亚地区的生产能力为97.3万吨/年，约占世界总生产能力的6.8%；产量为71.5万吨/年，约占世界总产量的6.6%；其他地区的生产能力为152.5万吨/年，约占世界总生产能力的10.7%；产量为80.7万吨/年，约占世界总产量的7.5%。
2003年世界聚苯乙烯的总消费量为1088.9万吨，其中北美地区的消费量为250.5万吨/年，约占世界聚苯乙烯总消费量的23.0%；南美地区的消费量为44.5万吨/年，约占世界总消费量的4.1%；西欧地区的消费量为226.9万吨/年，约占总消费量的20.8%；东北亚地区的消费量为409.2万吨/年，约占消费量的37.6%；东南亚地区的消费量为49.8万吨/年，约占总消费量的4.6%；其他地区的消费量为108.0万吨/年，约占总消费量的9.9%。由此可见，北美、南美地区聚苯乙烯的产销基本平衡，西欧地区略有剩余，而东北亚地区仍需要靠进口来弥补不足。
世界聚苯乙烯主要用于生产包装容器、日用品及电器/电子3大行业。世界各地聚苯乙烯的消费结构不尽相同。北美约9%用于电器/电子行业，57%用于包装容器，34%用于其他方面；西欧约15%用于电器/电子行业，48%用于包装容器，37%用于其他方面；东北亚约49%用于电器/电子行业，20%用于包装容器，31%用于其他方面；中国约63%用于电器/电子行业，7%用于包装容器，30%用于其他方面。
现存问题
随着终端应用领域的不断创新，聚苯乙烯(PS)主要下游产品正逐渐被所取代，未来或许将会销声匿迹。这促使一些地区性的生产商完全退出该业务，PS产业正逐渐被扼杀。
在新款游戏机、手机和MP3播放器生产中，已大量使用聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯来取代PS。PS的应用仅限于低端产品，如食品包装、玩具、衣架、容器和某些消费性电子产品。然而即使在这些领域，PS仍可能逐渐被更廉价的原料如聚丙烯所取代。
作为PS的一个重要市场，中国自2003年以来需求已呈现连续下滑局面，2003年需求曾超过260万吨，而去年则下降至230万吨。日本PS市场需求也大幅下挫，特别是在电子和工业应用领域的需求更是如此。日本主要PS客户的生产基地正在逐步转向海外，这导致了日本国内PS需求已经不可能恢复。
日本原有的4家PS生产商综合产能为110万吨/年，约占其国内市场70%的份额。由三井化学和住友化学合资的公司——日本聚苯乙烯公司最近宣布将于今年9月退出PS业务，届时日本国内只剩下3家从事PS业务的公司。三井化学和住友化学表示，公司已经决定退出PS业务，因为该业务正处于非常困难的境地，从中长期考虑都不可能获得稳定的收入。一位生产商表示，今年日本PS需求预计将下降6.5%～7.0%，降至70万吨左右，日本聚苯乙烯公司的退出将使供求形势更加趋于平衡。
与此同时，三菱化学也将从它与旭化成化学品公司、出光兴产公司的合资公司——聚苯乙烯日本公司退出。该公司产能约为44.5万吨/年，在日本4个生产商中居首位。尽管需求疲软，大日本油墨和化学品公司(DIC)以及由新日本制铁，Denka和大赛璐合资的东洋苯乙烯公司仍将继续生产PS。
此外，放弃PS业务的公司还有德国化工巨头巴斯夫，早在2007年7月它就宣布出售各种苯乙烯装置，包括PS装置。出光公司PS马来西亚公司也在2008年9月停止了其3万吨/年通用聚苯乙烯的生产。陶氏化学公司在今年4月已无限期地关闭其位于中国东部地区的12万吨/年PS装置。
限塑令
2020年3月，《海南省禁止生产销售使用一次性不可降解塑料制品名录（第一批）》发布，聚苯乙烯将于2020年12月1日被禁止生产、销售和使用。
参考资料
[1]
海南省发布第一批禁塑名录，将于12月1日禁止生产销售使用[引用日期2020-03-24]
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可以透过所有可见光的塑料——聚苯乙烯
