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【轉自石化科普知識】第十六講 我們生活的好幫手——聚苯乙烯一家
發布時間:2018年06月11日   發布部門:區委辦   瀏覽次數:5352

  提到聚苯乙烯,大部分人可能都不熟悉。但說到一次性飯盒、塑料袋、包裝箱用白色塑料,大家肯定都見過和接觸過,它們就是由聚苯乙烯制造的。想想吧,日常生活中,沒有聚苯乙烯制造的塑料在運輸過程中充當減震緩沖的作用,我們用的瓷器、電器、玻璃等能從遙遠的工廠完好無損地送到我們的手里嗎?沒有一次性飯盒,上班一族的外賣會變得多么的混亂?這些用聚苯乙烯制造的生活用品,便利了我們的日常工作,減輕了我們工作的運輸和攜帶負擔,提高了我們的工作效率。
  說到不好的地方,就是大家常說的白色污染。大部分的白色污染都是一次性飯盒或者泡沫等材料,因為質量較輕又不易被分解,因而漂浮在水面,形成污染。這些污染對生活環境造成很大的干擾和不便。可是,我們用聚苯乙烯制造這些日常用品最終為什么會流入到環境中破壞了生態?其實還是我們人類自己的問題,如果大家都養成良好的生活習慣,這些東西用完后,分類回收處理,沒有隨手亂丟亂扔,這些東西又怎會破壞環境呢?
  聚苯乙烯(英語polystyrene,簡稱PS)是一種無色透明的熱塑性塑料,在日常生活中具有廣泛的應用(如圖16-1)。電氣、儀表外殼、玩具、燈具、家用電器、文具、化妝品容器、室內外裝飾品、果盤、光學零件(如三棱鏡、透鏡)透鏡窗鏡和模塑、車燈、電訊配件、電頻電容器薄膜、高頻絕緣材料,以及一次性飯盒和泡面的盒子都是用的聚苯乙烯,它在我們的日常生活的方方面面都扮演了重要的角色,是現代社會中不可或缺的重要材料(圖16-1)。


圖16-1 聚苯乙烯在現代工業中的應用

  純凈的聚苯乙烯化學穩定性比較差,在95C時就會釋放出苯乙烯;耐強酸強堿腐蝕,卻又可以被多種有機溶劑溶解,如:丙酮、乙酸乙酯,不抗油脂,可以通過與不同的染料混合形成各種顏色的聚苯乙烯。聚苯乙烯由于其苯環的支鏈使其受到紫外光照射后易變色。
  聚苯乙烯工業的發展是一個比較緩慢的過程,人類第一次得到聚苯乙烯,是在1839年,一個叫Eduard Simon的德國科學家,從天然樹脂中提取出來的,但足足過了近一百年,直到1930年,第二次世界大戰之前,巴斯夫(BASF)在德國才開始商業化生產聚苯乙烯。之后,聚苯乙烯的工業開始了迅速的發展;1934年,道( Dow)在美國建立了聚苯乙烯的生產線,1954年,Dow開始生產聚苯乙烯泡沫塑料;中國的聚苯乙烯工業發展起步較晚,20世紀60年代初開始引進國外的生產技術,直到20世紀末才開始迅速發展,根據中國產業信息網發布的研究報告,2010年,中國累計生產155萬噸聚苯乙烯,而實際進口369萬噸,進口量超過自主生產的兩倍。
  聚苯乙烯主要是通過在一定條件下使苯乙烯發生聚合反應得到,聚合反應如圖16-2所示:


圖16-2 聚苯乙烯的分子結構及聚苯乙烯分子的3D圖

  普通聚苯乙烯樹脂有很多優異的特點。它為無毒、無臭、無色的透明顆粒,是一種脆性材料,像玻璃珠一樣,其制品透明度非常高,透光率可達90%以上,而且不導電,容易摻雜各種染料,易加工,剛性好及抗腐蝕等。其缺點在于沖擊強度低,易出現應力開裂,耐熱性差及不耐沸水等。這是因為普通聚苯乙烯樹脂屬無定形高分子聚合物,苯環作為其側基,導致了其內部分子的無規則排列,這樣的微觀結構,決定了聚苯乙烯的物理化學性質。為了克服聚苯乙烯的這些缺點,人們對聚苯乙烯進行了再開發,并發展了新的工藝。


圖16-3 EPS在路基工程中的應用

  比較常見的是發泡聚苯乙烯(俗稱保麗龍,EPS)(如圖16-3),在聚苯乙烯中加入發泡劑,這樣在加熱時,發泡劑會軟化并產生氣體,使聚苯乙烯變成一種硬質閉孔結構的泡沫塑料。這種均勻而封閉的空腔結構使EPS具有吸水性小、介電性能優良、質量輕及力學強度較高等特點。EPS是一種輕型高分子材料。具吸音、隔音、隔熱等效果,近來在建筑上使用的中空樓板(新工法)就是EPS。此外,為了增加其使用的安全性,在材料中加入鹵代烴作為阻燃劑,形成阻燃級發泡聚苯乙烯,廣泛用于建筑物隔音絕熱層和工程上。
  經過改良成EPS的聚苯乙烯在生活和生產中得到了廣泛的應用。EPS被制造成各種外包裝用于儀器的包裝及新鮮食品的運輸;在工程上,挪威道路研究所為了抑制橋梁與橋頭路堤間不均勻沉降的問題,在1971年首次應用EPS代替普通填料,成功地解決了這一問題,這使得EPS以新型工程材料的面貌出現在世界各國工程界,并受到人們的青睞,廣泛應用到各類土木工程中,有效地解決了軟基過度沉降,路堤與橋臺連接處的差異沉降,建筑物的防潮、保溫及水利設施的保溫防凍、防滲等工程問題。近年來EPS在我國也受到相當的重視,并且逐步得到了一定發展和較為廣泛的應用。


圖16-4 改性聚苯乙烯的應用

  此外,科學家們還發展出了具有高抗沖性能的高抗沖聚苯乙烯( HIPS),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沖擊的聚苯乙烯產品(如圖16-4),在家電產品外殼,電器用品、儀器儀表配件、冰箱內襯、板材、電視機、收錄機、電話機殼體、文教用品、玩具、包裝容器、日用品、家具、餐具、托盤、結構泡沫制品等方面都有廣泛的應用。
  化學穩定性好而又透明度高的苯乙烯一丙烯腈(SAN),是一種無色透明的聚丙烯基工程塑料,具有較高的機械強度,廣泛應用于電氣(插座、殼體等),日用商品(廚房器械、冰箱裝置、電視機底座、卡帶盒等),汽車工業(車頭燈盒、反光境、儀表盤等),家庭用品(餐具、食品刀具等),化妝品包裝等方面。
  具有高強度低重量的優秀的工程塑料丙烯腈一丁二烯一苯乙烯(ABS),是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的共聚物。ABS樹脂在很多領域都有應用,其中最大的應用領域是汽車、電子電器和建材。汽車儀表板、車身外板、內裝飾板、方向盤、隔音板、門鎖、保險杠、通風管等很多汽車部件都有使用ABS樹脂。電器方面則廣泛應用于電冰箱、電視機、洗衣機、空調器、計算機、復印機等電子電器中。建材方面,有ABS管材、ABS衛生潔具、ABS裝飾板等。此外ABS在包裝、家具、體育和娛樂用品、機械和儀表工業中也有很重要的應用。
  具有耐磨損的熱塑性橡膠SBS橡膠,是一種三段嵌段共聚物,其分子結構是聚(苯乙烯一丁二烯一苯乙烯),這種材料同時具有聚苯乙烯和聚丁二烯的特點,因此具有一般橡膠不可比擬的優點,常常被用來制造輪胎等耐磨的橡膠器件。SBS主要用于橡膠制品、樹脂改性劑、黏合劑和瀝青改性劑這四大應用領域。
  聚苯乙烯的結構決定了它一旦被隨意丟棄,就很難經由生物分解及光分解進入生物地質化學循環,而發泡聚苯乙烯(保麗龍)由于其低密度,會使其漂浮于水面或者隨風飄移,造成主觀的景觀破壞和河道表面堵塞。根據美國加州海岸委員會的調查,聚苯乙烯已是主要的海洋漂流物,并會對海洋生物造成傷害,因為聚苯乙烯會被海洋生物誤食(如圖16-5)。


圖16-5 大量的白色污染

  因此養成良好的使用和回收習慣,是對環境保護重要的方式,也是對資源的再利用的重要方式。
  塑膠分類標志中,PS代碼是6(以順時鐘方向循環箭頭構成三角形號碼標志),塑料本體底部或包裝上須列明,以便消費者及回收商能分類妥當,如圖16-6所示。


圖16-6 以聚苯乙烯為原料的一次性杯蓋

  聚苯乙烯,特別是發泡型由于其質量小、殘余價值低,采用常規的循環再生辦法比較困難。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。可對使用后的聚苯乙烯進行回收。此外,近期的研究發現面包蟲可以分解聚苯乙烯,未來似乎可以借助這樣的方式達到自然分解該材料的目的。
  聚苯乙烯如今已經成為了人們日常生活中不可或缺的重要物質,未來聚苯乙烯將朝著功能化、多元化的方向發展,但國內聚苯乙烯工藝還比較滯后,民眾的日常習慣還有待提高,盡管如此,聚苯乙烯工業的發展,對人類社會的影響是顯而易見的,也是無法取代的,在發展的過程中,培養民眾意識,提高對聚苯乙烯的回收利用,才是符合可持續發展的科學方法。

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