聚苯乙烯

聚苯乙烯和其他塑料不同，早在15世紀後半期開始，它的天然產品叫做“香脂”的針葉樹的樹脂就已為人們所利用。然而從化學角度來研究它是在1836年以後的事，由德國的西蒙（Simon）將香脂樹脂進行蒸餾後分離出苯乙烯單體，並命名為“Styrene”（苯乙烯）。

西蒙在1839年進行苯乙烯聚合反應而得到聚苯乙烯，他當時認為這是一種基於氧化作用後的產物。1845年布萊思（Blyth）和霍夫曼（Hoffman）否定了這種氧化説，認為是一種固體的苯乙烯，從而命名為“Metastylene”（聚苯乙烯）。

1869年法國的貝爾瑟洛特（Berthelot）發現由苯與乙烯可以合成苯乙烯。其後，1920年德國的斯托丁傑（Staudinger），進行了苯乙烯的聚合及對聚合物的裂解試驗，從而提出聚苯乙烯是由苯乙烯單體互相連結在一起形成的線形聚合物，並利用它作為證實高分子概念的一個證據，確立了高分子學説。

聚苯乙烯的工業化，是基於它能作為一種玻璃狀透明絕緣材料而引起興趣的，但合成原料苯乙烯的工業化比較困難。另一方面，1933年在德國進行着的合成橡膠的研究中，由丁二烯一苯乙烯共聚以製備丁苯橡膠獲得成功，作為戰略物資受到重視，從而很快的促進了苯乙烯的工業化。1934年由乙基苯脱氫合成苯乙烯成功，在一年後的1935年，聚苯乙烯工業化也告成功。 ^[4] 

聚苯乙烯可以在引發劑或催化劑存在下按自由基機理或離子型機理進行聚合。工業化生產的聚苯乙烯是用引發劑按自由基機理進行聚合的。聚合的實施可以是本體聚合、懸浮聚合、溶液聚合或乳液聚合。 ^[3] 

隨着人民生活品質的提高，對聚苯乙烯產品的消費檔次不斷提升，聚苯乙烯的市場需求有所增長。2016年，中國聚苯乙烯產量為220.78萬噸，2017年為243.13萬噸，2018年為256.24萬噸，中國聚苯乙烯產能呈現穩定的態勢，2018年聚苯乙烯行業年產能為339萬噸。 ^[3] 

密度：1.05 g/cm³

電導率：10-16 S/m

導熱係數：0.08 W/(m·K)

楊氏模量：3000-3600 MPa

拉伸強度： 46–60 MPa

伸長長度：3-4%

夏比衝擊試驗：2–5 kJ/m²

玻璃轉化温度：80-100℃

（玻璃化轉變温度：無規立構聚苯乙烯為100℃（或105℃），全同立構聚苯乙烯為100℃ ^[1]  ）

熱膨脹係數：8×10^-5/K

熱容：1.3 kJ/(kg·K)

吸水率：0.03–0.1

降解：280℃

聚苯乙烯玻璃化温度80～105℃，非晶態密度1.04～1.06g/cm³，晶體密度1.11～1.12g/cm³，熔融温度240℃，電阻率為10^20～10^22 Ω·cm。導熱係數30℃時0.116瓦/(米·開)。通常的聚苯乙烯為非晶態無規聚合物，具有優良的絕熱、絕緣和透明性，長期使用温度0～70℃，但脆，低温易開裂。此外還有全同和間同以及無規立構聚苯乙烯。全同聚合物有高度結晶性，間同聚合物有部分結晶性。

大鼠注射最小致死劑量（TD_L0）：200mg/kg。

急性中毒表現：毒性與聚合物中未聚合的單體即苯乙烯的量有關，主要對呼吸道有較強刺激作用。 ^[5] 

皮膚接觸：脱去污染的衣着，用流動清水沖洗。

眼睛接觸：提起眼臉，用流動清水或生理鹽水沖洗。就醫。

吸入：脱離現場至空氣新鮮處。如呼吸困難，給輸氧。就醫。

食入：飲足量温水，催吐。就醫。 ^[5] 

隔離泄漏污染區，限制出入。切斷火源。建議應急處理人員戴防塵面具（全面罩），穿防毒服。用潔淨的鏟子收集於乾燥、潔淨、有蓋的容器中，轉移至安全場所。

大量泄漏：收集回收或運至廢物處理場所處置。 ^[5] 

消防人員須佩戴防毒面具、穿全身消防服，在上風向滅火。

滅火劑：霧狀水、泡沫、乾粉、二氧化碳、沙土。 ^[5] 

聚苯乙烯（PS）包括普通聚苯乙烯，發泡聚苯乙烯（EPS），高抗衝聚苯乙烯（HIPS）及間規聚苯乙烯（SPS）。普通聚苯乙烯樹脂為無毒，無臭，無色的透明顆粒，似玻璃狀脆性材料，其製品具有極高的透明度，透光率可達90%以上，電絕緣性能好，易着色，加工流動性好，剛性好及耐化學腐蝕性好等。普通聚苯乙烯的不足之處在於性脆，衝擊強度低，易出現應力開裂，耐熱性差及不耐沸水等。

普通聚苯乙烯樹脂屬無定形高分子聚合物，聚苯乙烯大分子鏈的側基為苯環，大體積側基為苯環的無規排列決定了聚苯乙烯的物理化學性質，如透明度高、剛度大、玻璃化温度高、性脆等。可發性聚苯乙烯為在普通聚苯乙烯中浸漬低沸點的物理發泡劑製成，加工過程中受熱發泡，專用於製作泡沫塑料產品。高抗衝聚苯乙烯為苯乙烯和丁二烯的共聚物，丁二烯為分散相，提高了材料的衝擊強度，但產品不透明。間規聚苯乙烯為間同結構，採用茂金屬催化劑生產，發展的聚苯乙烯新品種，性能好，屬於工程塑料。

PS一般為頭尾結構，主鏈為飽和碳鏈，側基為共軛苯環，使分子結構不規整，增大了分子的剛性，使PS成為非結晶性的線型聚合物。由於苯環存在，PS具有較高的Tg（80～105℃），所以在室温下是透明而堅硬的，由於分子鏈的剛性，易引起應力開裂。

聚苯乙烯無色透明，能自由着色，相對密度也僅次於PP、PE，具有優異的電性能，特別是高頻特性好，次於F-4、PPO。另外，在光穩定性方面僅次於甲基丙烯酸樹脂，但抗放射線能力是所有塑料中最強的。聚苯乙烯最重要的特點是熔融時的熱穩定性和流動性非常好，所以易成型加工，特別是注射成型容易，適合大量生產。成型收縮率小，成型品尺寸穩定性也好。

聚苯乙烯分子及其聚集態結構決定其為剛硬的脆性材料，在應力作用下表現為脆性斷裂。

聚苯乙烯的特性温度為：脆化温度-30℃左右、玻璃化温度80～105℃、熔融温度為140～180℃、分解温度300℃以上。由於聚苯乙烯的力學性能隨温度的升高明顯下降、耐熱性較差，因而連續使用温度為60℃左右，最高不宜超過80℃。導熱率低，為0.04～0.15W/(m·K)，幾乎不受温度而變化，因而具有良好的隔熱性。

聚苯乙烯具有良好的電性能，體積電阻率和表面電阻率分別高達10¹⁶～10¹⁸Ω·cm和10¹⁵～10¹⁸Ω。介電損耗角正切值極低，並且不受頻率和環境温度、濕度變化的影響，是優異絕緣材料。

聚苯乙烯具有優良的光學性能，透光率達88%～92%、折射率為1.59～1.60，可以透過所有波長的可見光，透明性材料在塑料中僅次於有機玻璃等丙烯酸類聚合物。但因聚苯乙稀耐候性較差，長期使用或存放時受陽光、灰塵作用，會出現渾濁、發黃等現象，因而用聚苯乙烯製作光學部件等高透明製品時需考慮加入適當品種和用量的防老劑。

耐腐蝕較好，耐溶劑性、耐氧化較差。

聚苯乙烯耐各種鹼、鹽及水溶液，對低級醇類和某些酸類（如硫酸、磷酸、硼酸、質量分數為10%～30%的鹽酸、質量分數為1%～25%的醋酸、質量分數為1%～90%的甲酸）也是穩定的，但是濃硝酸和其他氧化劑能使之破壞。

聚苯乙烯能溶於許多與其溶度參數相近的溶劑中，如丙酮、四氯乙烷、苯乙烯、苯、氯仿、二甲苯、甲苯、四氯化碳、甲乙酮、酯類等，不溶於礦物油、脂肪烴、乙醚、苯酚等，但能被它們溶脹。許多非溶劑物質，如高級醇類和油類，可使聚苯乙烯產生應力開裂或溶脹。

聚苯乙烯在熱、氧及大氣條件下易發生老化現象，造成大分子鏈的斷裂和顯色，當體系中含有微量單體、硫化物等雜質時更易老化，因此，聚苯乙烯製品在長期使用中會變黃髮脆。

第一步為預發泡或簡單發泡，設定最終產品的密度。在此過程中含有發泡劑的聚合物顆粒在加熱條件下軟化，發泡劑揮發。其結果是每個珠粒內產生膨脹，形成許多泡孔。泡孔的數量（最終密度）由加熱温度和受熱時間來控制。這個過程中，珠粒必須保持分散和自由流動狀態。

工業化生產時，發泡過程是將可發性PS直接置於蒸汽中進行的，一般通過珠粒和蒸汽在攪拌釜中的連續混合完成反應，反應設備（象預發泡機）是以保持外界壓力常壓敞口的，並使已發泡的珠粒從頂端溢出。有的生產廠為了保證停留時間更均衡或是當某些可發性DPS需要比較高的温度時採用間歇釜。發泡以後珠粒要經熟化處理，使空氣逐步摻入到泡孔中。

第二步。首先，將熟化的預發泡珠粒放入具有特定型腔的模具中。對於小型的和複雜結構的產品，成型時要採用文氏管作用設備（如灌料槍）。藉助空氣流將珠粒吹至模腔中。大型的產品可依自身重力充滿模腔。將充滿粒料的模腔密閉並加熱，珠粒受熱軟化，使泡孔膨脹。珠粒發泡膨脹至填滿相互間的空隙，並粘結成均勻的泡沫體。此時這個泡沫體仍然是柔軟的並承受泡孔內熱氣體的壓力。從模具中取出製品之前，須使氣體滲出泡孔和降低温度使製品形狀穩定，這一般是採用向模具內壁噴水的方法。

由於成型模具是雙層壁的，因此發泡PS的成型被稱為“蒸氣室成型”。模具內壁尺寸即為實際製品的尺寸，模具內壁上有氣孔．以使蒸汽透過泡沫體並使熱氣擴散出去。雙層壁之間的空間形成蒸汽室，其中通入用於加熱珠粒的蒸汽。對於多數製品，發泡PS的成型壓力低於276kPa。模具為鋁製並按製品要求鑄成一定形狀。發泡PS的成型由於成型壓力低、成型設備成本低，因此是一種經濟的生產方法。

聚苯乙烯的經常被用來製作泡沫塑料製品。聚苯乙烯還可以和其他橡膠類型高分子材料共聚生成各種不同力學性能的產品。日常生活中常見的應用有各種一次性塑料餐具，透明CD盒等等。發泡聚苯乙烯於建築材料使用上，自2003年廣泛使用於中空樓板隔音隔熱材。

高抗衝聚苯乙烯（HIPS）

高抗衝聚苯乙烯是通過在聚苯乙烯中添加聚丁基橡膠顆粒的辦法生產的一種抗衝擊的聚苯乙烯產品。這種聚苯乙烯產品會添加微米級橡膠顆粒並通過枝接的辦法把聚苯乙烯和橡膠顆粒連接在一起。當受到衝擊時，裂紋擴展的尖端應力會被相對柔軟的橡膠顆粒釋放掉。因此裂紋的擴展受到阻礙，抗衝擊性得到了提高。

苯乙烯-丙烯腈共聚物（SAN）

SAN是Styrene Acrylonitrile的縮寫，是苯乙烯和丙烯腈的共聚物，是一種無色透明，具有較高的機械強度的聚丙烯基工程塑料。SAN的化學穩定性要比聚苯乙烯好。SAN類產品的透明度和抗紫外性能不如聚甲基丙烯酸甲酯類產品但是價格相對便宜。

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）

ABS是Acrylonitrile butadiene styrene的縮寫，是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的共聚物。具有高強度，低重量的特點，是常用的一種工程塑料之一。

SBS橡膠是一種聚（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯）結構的三段嵌段共聚物。這種材料同時具有聚苯乙烯和聚丁二烯的特點，是一種耐用的熱塑性橡膠。SBS橡膠經常被用來製造輪胎。

聚苯乙烯易加工成型，並具有透明、廉價、剛性、絕緣、印刷性好等優點。可廣泛用於輕工市場，日用裝璜，照明指示和包裝等方面。在電氣方面更是良好的絕緣材料和隔熱保温材料，可以製作各種儀表外殼、燈罩、光學化學儀器零件、透明薄膜、電容器介質層等。

可用於粉類和乳液類化妝品。用於粉餅有很好的壓縮性,可改善粉的黏附性能。賦予皮膚光澤和潤滑感,是代替滑石粉和二氧化硅的高級填充劑。

由於其質量小（特別是發泡型）、殘餘價值低，聚苯乙烯不容易循環再生。通常聚苯乙烯不能以kerbside法進行回收。但是，工業上也對發泡聚苯乙烯的再利用進行了很大的改進，出現了很多使其密化的新方法。這種能夠增加其密度的方法，通常使得密度增加15slugs/ft³（譯者注：1slugs/ft³=1.94055g/cm³）並在乾淨的聚苯乙烯上形成了合適再生操作的中心。

塑料：

聚乙烯；聚氯乙烯；聚苯乙烯；聚乙烯醇；聚丙烯；聚丙烯酸；聚丁烯；聚異丁烯；聚碸；聚甲醛；聚酰胺；聚碳酸酯；聚乳酸；聚四氟乙烯；聚對苯二甲酸乙二酯；環氧樹脂；酚醛樹脂；聚氨酯

合成橡膠：

順丁橡膠；丁苯橡膠；丁腈橡膠；氯丁橡膠

合成纖維：

丙綸；滌綸；錦綸；腈綸；氨綸；維尼綸；耐綸；達克綸；剋夫綸

抗衝擊聚苯乙烯它是苯乙烯單體與橡膠接枝聚合生成的無定形聚合物，或是聚苯乙烯與橡膠（通常為聚丁二烯橡膠）的物理共混物。所生成的聚合物具有韌性，通常為白色（也有透明的品級），擠出和成型非常容易。它的韌性主要決定於橡膠組分的比率和使用量。抗衝擊PS的代表性能為：彎曲強度和拉伸強度為13.8～48.3MPa（隨橡膠和添加劑含量不同而不同）；伸長率 10~60%；光澤度 5~100%。目視透明度從極佳至較差，收縮率約為0.006，熱膨脹係數與透明PS相同。抗衝擊PS受γ-射線滅菌照射後性能無變化，與透明PS具有同樣的耐溶劑性。抗衝擊PS的熔體指數為1～10g/min，維卡軟化點為215°F。具有增強性能的抗衝擊級聚苯乙烯的商業化生產有廣泛的市場前景。已有的一些特殊品級包括：超高光澤度級、高透明級、耐磨級、抗環境應力-開裂級（ESCR）、高模量級、低光澤級、殘餘單體苯乙烯含量低的品級。

抗衝擊聚苯乙烯突出的特性是易加工、尺寸穩定性優異、衝擊強度高並且有較高剛性。對於HIPS只是在耐熱性。氧滲透性、紫外光穩定性和耐油品性方面有一定限度。化學和性能抗衝擊聚苯乙烯是通過將聚了二烯橡膠在聚合反應之前溶於苯乙烯單體而製得的。雖然可以用懸浮聚合法制HIPS，但目前工業上生產HIPS採用的主要是本體聚合法。在本體聚合過程中，苯乙烯單體/橡膠/添加劑的混合體通過一系列反應器，轉化率達70～90%。聚合反應中需加熱或加入引發劑使反應完成，然後在真空中加熱從樹脂中除去揮發性殘留單體，再造粒出售。

聚苯乙烯技術的不斷髮展使生產廠可以生產與標準級PS相比具有更突出性能的品級。聚苯乙烯的許多性能是不能兼而得之的，如欲提高抗衝擊強度，就不得不犧牲光澤度等。目前出現的一些新型樹脂，它們具有ABS的光澤度，同時也有很高的韌性。有些品級如在包裝食品時，可耐各種油脂和用於致冷機時能耐氯氟烴（CFC）發泡劑的也已開發出來。阻燃級（UL V-0和 UL 5-V），抗衝擊聚苯乙烯已有生產並廣泛用於電視機殼、商用機器和電器製品。這些樹脂的加工操作比許多阻燃工程樹脂更為容易，價格也更低。

用於製造從茶杯到家用絕緣絕熱材料等。泡沫塑料的性能（如密度和抗衝擊強度）取決於泡孔的大小和分佈，這二個因素是由所加入的發泡劑的分散率、百分含量和揮發性來控制的，代表性的發泡劑是戊烷和異戊烷。阻燃級發泡聚苯乙烯以鹵代烴作為阻燃劑，廣泛用作建築物隔音絕熱層和工程上使用。可發泡劑SAN已被用於製造漂浮製品和其它耐汽油製品。

它們的韌度非常好。主要品種有：苯乙烯-丙烯腈共聚物（SAN）、苯乙烯-馬來酸酐共聚物（SMA）、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（SBS）、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物以及以它們為基材的改性體。SAN的熱變形温度比透明PS高，其耐溶劑性也有改進，具有優異的抗滲透性。橡膠改性的SAN有丙烯睛-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）和丙烯睛-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物（ASA）等樹脂。S-MA的熱變形温度比透明體PS更高，可達40°F，它有優良的透明性和光澤度。SMA可用橡膠改性或採用玻璃纖維增強。SBS和SBS的各種改性體可作為改善抗衝擊性、柔性和流動性的組分用於生產具有粘性和抗彎曲的產品如膠泥、鞋底、瀝青氈等，SBS還用於生產透明抗衝擊PS。苯乙烯可與丙烯酸酯彈性體共聚生成具有優良物理性能的透明級抗衝擊PS。