聚苯乙烯, 乳名: 苯乙烯, 后通过自由基聚合, 成为聚苯乙烯. 其性, 透明, 绝缘, 好色(易染色);低吸湿, 价格还便宜. 因此, 常常被卖到电子, 汽车, 包装, 建筑, 仪表, 家电, 玩具和日用品等行业中做苦力.
正所谓, 便宜没好货, 好货不便宜. 便宜的聚苯乙烯的缺点也挺多, 比如说, 受不得打(脆性大), 身子弱, 受不得环境变化(耐环境应力差), 胃寒, 更是喝不了各种饮料(耐溶剂性差). 因此, 常常需要通过吃药养生(改性)来治疗这些毛病. 比较常见三大手段是: 共混改性, 共聚改性以及无机纳米粒子改性.
一, 共混改性
共混改性: 就是把两种或两种以上的聚合物材料, 无机材料及助剂, 经过机械搅拌, 最后获得力学均匀, 热性能, 光性能得到改善的材料.
共混特点: 共混改性方法投资小, 生产周期短, 因而成为PS改性的热点, 不仅是聚合物改性的重要手段, 也是开发新材料的重要途径.
PS/PE
聚乙烯(PE)具有优良的柔性和抗冲击性能, 因而有利于提高PS的韧性. 但PS和PE是两种不相容的高聚物, 共混改性时, 需加入适当的相容剂. PS与PE共混有两种手段可以实现, 即反应性共混和非反应性共混.
在反应性共混的研究中, 将增强PS(RPS), 羟基化PE(CPE), PE和PS同时加入双螺杆挤出机中熔融共混挤出得到共混改性PS.
注: PE相对分子量增大不影响共混物的拉伸强度, 同时还可提高共混物的抗冲击强度.
PS/PP
聚丙烯(PP)拉伸强度和表面硬度均高于PS, 耐热性能也较好, 因而将其与PS共混可提高PS的热性能.
但PP与PS不相容, 故需加入增容剂. 常用表面处理后的硅填充PS/PP体系能增加聚合物界面间的粘合力, 提高PS/PP体系的拉伸强度. 马来酸酐官能化聚丙烯(RPS-MPP)对PS/PP也有较好的反应增容效果.
PS/PC
聚碳酸酯(PC)性能优异, 抗蠕变性能好, 可见光透过率可达90%以上, 与PS折光率相近, 且可与PS共混, 使PS的热稳定性, 强度和韧性都有所提高.
部分相容的PS/PC受外力作用时, 因其相界面应力分布均匀连续, 故冲击和拉伸外力使共混物产生银纹和剪切带, 从而提高了PS/PC共混物的力学性能.
二, 共聚改性
共聚是对PS进行改性的重要方法之一, 通过单体苯乙烯与第二单体共聚的方法引入柔性基团, 从而达到既保持PS原有优良性能, 又提高韧性, 改善加工性能的目的. 主要有嵌段共聚和接枝共聚两种方法.
1, 嵌段共聚
PS与其他聚烯烃的共混相容性较低, 但两者共聚则可得到兼具刚性和韧性的产物. 第二单体一般为α-烯烃. 用茂金属催化剂催化苯乙烯与第二单体共聚, 既保持了PS的刚性, 又增强了其柔性.
2, 接枝共聚
用茂金属催化剂通过接枝共聚合成了苯乙烯与其含硼衍生物的共聚物, 并对产物的硼基团进行了氧化和氢氧化.
通过原子转移自由基聚合反应, 合成了一系列PS接枝共聚物, 实现了聚苯乙烯的功能, 且可以通过控制溴化程度与加入单体量来控制接枝密度和接枝链的长度.
通过原位链转移反应, 在合适的反应条件和催化体系中, 合成了末端含极性基团的PS接枝共聚物, 可以实现PS的功能化.
三, 无机纳米粒子改性
无机纳米粒子由于具有独特的表面效应, 体积效应, 量子尺寸效应等特性, 其性能与一般的粉体和块状材料有显著的区别. 将无机纳米材料与PS在一定工艺条件下复合, 可大幅度提高聚合物材料的强度, 韧性, 耐热性能, 耐摩擦性能等. PS/无机纳米粒子复合材料的制备方法较多, 主要有以下几种.
1, 熔融共混法
将改性纳米粒子加入熔融树脂中, 共混后成型即得共混产物. 因为纳米粒子容易发生团聚, 粒子在体系中难以均匀分散, 因此该方法的关键是在共混前要对纳米粒子进行表面处理.
采用机械共混法制备了PS/纳米粒子复合材料, 能显著改善复合材料的拉伸强度和缺口冲击强度, 提高热流动性.
2, 溶液共混法
溶液共混法: 把基体树脂溶于适当的溶剂中, 加入纳米粒子, 充分搅拌使纳米粒子分散混合均匀后, 除去溶剂得到共混产物. 将酸氧化处理的多壁碳纳米管MWNTs浸润于四氢呋喃溶液中, 然后将PS溶于该溶液, 超声波处理3 h, 制得PS/多壁碳纳米管复合导电材料, 该共混方法可提高材料的储能模量和导电性能.
3, 原位聚合法
原位聚合法: 指将经过表面处理的纳米粒子加入到单体中, 混合均匀, 然后在适当条件下引发单体聚合, 从而制得PS/纳米复合材料. 利用原位法制备了PS/蛭石纳米复合材料, 相对PS, 复合产物的分解温度得到明显提高.
PS的改性目前已有很多方法, 但改性产品的综合性能, 改性机理, 都有待于进一步提高. 因为, 改性产品的抗冲击性能, 耐热性能, 耐化学性能与加工性能也需要满足更高的要求, 以实现PS改性产品更广泛的应用.