高抗冲聚苯乙烯

化学物质

高抗冲聚苯乙烯，也就是常说的HIPS，是由弹性体改性聚苯乙烯制成的热塑性材料。由橡胶相和连续的聚苯乙烯相构成的两相体系，已发展为世界上重要的聚合物商品，这种通用产品在冲击性能和加工性能方面有很宽的范围，使其具有广泛的应用，如用于汽车、器械、电动产品、家具、家庭用具、电信、电子、计算机、一次性用品、医药、包装和娱乐市场。

简介

聚苯乙烯是最古老的工业化生产的热塑性聚合物之一，具有广泛用途的非常通用的产品。这种明亮、纯净的非结晶塑料的优点为易加工、有刚性、尺寸稳定和透明，但是低抗冲击强度限制了它的应用。

高抗冲聚苯乙烯，是将少量聚丁二烯接枝到聚苯乙烯基体上。具有“海岛结构”，基体是塑料，分散相是橡胶。具有诸多的特性：

1.耐冲击聚苯乙烯为热可塑性树脂；

2.无臭、无味、硬质材料、成形后尺寸安定性良好；

3.有优秀的高介电性绝缘性；

4.为非品质低吸水性材料；

5.其光泽性良好易于涂装。

生产方法

HIPS有两种基本的工艺生产：间歇工艺和连续工艺。两种工艺一般都先采用预聚合。预聚完成后，在间歇工艺中以悬浮形式继续进行聚合，在连续工艺中以溶液形式进行聚合。因此间歇工艺也叫本体悬浮工艺，连续工艺也叫溶液工艺。

HIPS用弹性体

常用的弹性体主要有两种，一种是低顺式聚丁二烯橡胶，另一种是高顺式聚丁二烯橡胶。

低顺式聚丁二烯（LCBR）是以碱金属、烷基锂或其他负离子聚合引发剂引发丁二烯聚合得到的，聚丁二烯的顺式结构含量通常在40%左右。LCBR的反式结构含量一般在50%左右，1,2结构含量一般在10%左右，三种结构呈无规分布。LCBR的分子量分布窄，呈泊松（Poisson）分布，支化度低，具有优异的耐寒性和低温挠曲性，具有色泽好、透明、质量均匀的优点。LCBR是HIPS抗冲击改性用橡胶的首选胶种。这主要是因为LCBR具有以下特点：（1）LCBR链节结构中含有8-20%的乙烯基。与顺式-1.4结构和反式-1.4结构的内双键相比，具有较高的交联能力，易于产生接枝或交联，而且其烯丙基上的叔碳、仲碳原子也易产生接枝反应。LCBR的乙烯基结构的反应活性是反式-1.4结构的2倍，是顺式-1.4结构的4倍。用其生产ABS和HIPS时，可不加或少用引发剂或直接采取热引发方式。（2）LCBR的凝胶含量极低，通常小于0.01%。（3）LCBR不含过渡金属，故而具有较好的耐老化能力。（4）LCBR生胶易切割不粘刀，其苯乙烯中的溶解性能好。

高顺式聚丁二烯橡胶可以采用镍系催化剂或钴系催化剂。镍系聚丁二烯橡胶是指在以金属镍的化合物为主催化剂的催化剂作用下所获得的聚丁二烯。通常主催化剂为羧酸镍盐，如环烷酸镍、辛酸镍和苯甲酸镍等；助催化剂为有机金属化合物，其作用是使镍的价态降低并烷基化，常用的有三乙基铝、三丁基铝、三异丁基铝和二乙基锌等；第三组分为含卤素的化合物，作用在于提供卤素或电负性基团，常用的有氟化氢、三氟化硼乙醚络合物和三氟化硼丁醚络合物等。我国工业上采用的催化体系是环烷酸镍/三异丁基铝/三氟化硼乙醚络合物。镍系催化剂属于配位聚合机理，其定向性较强，制备出的聚丁二烯橡胶中顺式-1,4-构型含量高达96%，远高于锂系低顺式聚丁二烯橡胶（LCBR），其1,2-构型含量仅为1%左右，远低于LCBR。顺式-1,4-聚丁二烯等同周期较长，为0.86nm，分子中碳碳单键较易旋转，尤其是双键旁的单键在双键的影向下更容易内旋转，链的柔性较好，在一般状态下，分子呈卷曲状态，回弹性好；而反式-1,4-聚丁二烯、全同1,2-聚丁二烯和间同1,2-聚丁二烯的等同周期较短，分别是0.49nm，0.65nm和0.514nm，分子链的柔性差，易结晶，弹性小，因而高顺式镍系聚丁二烯橡胶具有优异的弹性。顺式-1,4-聚丁二烯在拉伸过程中能取向诱导结晶，这还赋予镍系顺丁橡胶高强度的特征。因此，采用高顺式聚丁二烯橡胶用于HIPS生产，可使HIPS获得更好的韧性和强度。

钴系催化剂是指以钴的氯化物、氧化物、有机酸盐和吡啶络合物等任何可溶和不可溶的钴化合物为主催化剂的一类催化体系。同镍系催化剂一样，钴系催化剂也属于配位聚合机理，定向性较强，当其用于丁二烯聚合，在以卤化烷基铝为助催化剂时，通常可得到顺式-1,4-构型含量为96-98%，1,2-构型含量为1-2%的高顺式聚丁二烯。此外，通常还加入水、有机过氧化物、卤素、醇和有机卤化物等作为第三组分活化剂，以提高催化剂的活性。工业上采用的催化体系为辛酸钴/一氯二烷基铝/水三元体系。同镍系聚丁二烯橡胶一样，钴系聚丁二烯橡胶中较高含量的顺式-1,4-构型将赋予其优异的弹性和高强度，进而为HIPS提供更强的韧性和强度。钴系聚丁二烯基本不含有凝胶，其支化度通常在0.8左右，明显高于镍系、钛系和稀土聚丁二烯。这点特点使得钴系聚丁二烯橡胶在苯乙烯中具有较好的溶解性，因而钴系聚丁二烯适合作用生产HIPS用胶。

性能

HIPS具有通用聚苯乙烯（GPPS）的尺寸稳定性，而且具有更好的冲击强度和刚性。

HIPS相对密度为1.04~1.06，热变形温度70~84℃。HIPS的拉伸强度约为15~30MPa，伸长率为35~60%。随温度的降低、应变速率的增加而增加，有点像橡胶增韧体系。HIPS的性质有点像黏弹性固体，当暴露在恒定拉伸应力下会产生蠕变。蠕变随分子量的升高而降低，并通常随橡胶含量的升高而增加。HIPS的蠕变行为强烈依赖于平均分子量(Mw)。弯曲强度为29.4~50 MPa，冲击强度0.09~0.16N/M，维卡软化点84~100℃，熔体指数为2~9g/10min。HIPS部件的耐热性依赖于它们的形状、生产条件、热源类型和加热持续时间，也受HIPS级别的影响。

当暴露在水、碱和稀的无机酸中时，HIPS的性质不受影响。它可被有些有机溶剂溶胀，被另外一些溶解，这是由连续相和溶剂相之间的溶解参数的差异决定的。当暴露在氯代烃和芳香烃中时，HIPS特别容易被破坏。

抗冲击原因

耐冲击性聚苯乙烯是通过在聚苯乙烯中添加聚丁二烯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。

用途

由于制造方便、成本低，HIPS在许多用具和工业上广泛使用。主要的工业和市场包括包装、一次性用品、用具和消费电器、玩具和娱乐用品、建筑产品和装饰品。HIPS最大的单项应用是包装，尤其是在食品行业中的包装，全世界的消费超过30%。

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