聚苯乙烯(PS塑料)是当今世界应用广泛的热塑性塑料。由于它具有良好的耐水性、成型性、透明性、刚性和价格低等优点,被广泛应用于包装、保温、防水、隔热、减震、装潢、餐饮等领域,渗透国民经济的各领域。据统计,近十年来,我国PS年均消费增速达10%以上。随着电子仪表、家用电器工业迅速发展,估计其用量会越来越大。
但PS也存在较大的缺点:质硬性脆,易应力开裂,尤其是冲击强度低,是破脆性材料,低温下韧性差,随着温度降低迅速变硬变脆,受冲击极易脆裂。由于冲击强度是PS性能的一个软肋,大大限制了它的应用。因此,通过对配方、试剂的研究和改性,提升PS的冲击性能,以使其性能适应加工和使用要求,便一直以来成为一些对市场具有洞察力,不断求新的塑料企业追求的目标。
通过共混方式将其他聚合物与PS混合,对PS进行改性,可大大提升其冲击性,从而扩大其应用领域。共混的方式有两种:物理共混,如机械共混;化学共混,如溶液接枝和互穿聚合物网络。
目前,使用普遍的是对PS进行化学改性,其中使用最多的改性方法便是用丁苯橡胶、聚丁二烯橡胶以接枝共聚共混法对其进行化学共混改性,从而获得冲击性能较好的改性PS。此法使橡胶成分和PS成分能均匀混合,界面结合好,分散相胶粒能帮助分散和吸收冲击能量,因而可以显着提高PS的韧性,同时其模量和拉伸强度也降低不多,耐热性变化不大。橡胶中更多的是选用聚丁二烯橡胶中的低顺胶,因低顺胶乙烯基含量较高,易于调整控制改性PS中橡胶颗粒的大小,有较高的交联能力,因此具有极好的抗蠕变性,且色泽好,杂质低,无异味,质量均,因而更适宜改性PS反应过程。
近年来,一种被简称为IPN的,可得到更大冲击强度的PS改性方法问世,得到了市场广泛欢迎,这就是形成互穿聚合物网络结构的改性PS。它是将两种聚合物各自交联相互穿插,使两种聚合物结合在一起,所制得产品分子混合的紧密度比简单共混水平更高。这种交联聚合物网络互相贯穿,机械缠结,交联聚合物之间为非共价键联结。
其特点是两个组分均为连续相,相与相之间互相贯穿,紧密混合,相互尺寸均为数十纳米。这种结构可充分发挥两组分各自优点并协同作用。据悉,其冲击强度约五倍于接枝共聚型改性PS。以往,PS的许多性能是不能兼而得之的,如欲提高冲击强度,就不得不牺牲光泽度等,但是这种方法使PS既具有优良的光泽度,同时也可有很高的韧性。
用这种方法制得的PS,加工范围很宽,因此成为最容易热成型的树脂之一。它具有优异的热稳定性和剪切稳定性,能与更多的回收料混用,而不降低产品性能,在热成型加工中的回收料使用量可高达60%。它的冲击强度、伸长率、耐低温性能、耐化学品性能等明显好于一般的PS,且易加工,光泽度高,价格较低,因此应用非常广泛,不仅在家用电器、办公用具、汽车及客车内饰件、商用机器、电器制品、仪器仪表、玩具和娱乐用品、体育器材、箱包、建筑装潢等方面大显身手,还在向更广泛领域扩展,每年需求增长幅度达8%~10%,而较低的价格使其占尽风光。
互穿聚合物网络结构的改性可大大提高PS的冲击强度,具有非常大的优势,因此国内企业应将提高PS冲击强度作为塑料改性的重点之一,以市场为导向,采用先进的改性方法,大力调整产品结构,生产出适应市场需要、附加值更高、应用更广泛的高性能塑料制品。