苯乙烯聚合方式的比较研究

　　摘要：工业上聚苯乙烯的生产主要采用两种生产工艺：本体法及悬浮法。本文通过苯乙烯聚合生产工艺的介绍，在实验的基础上，采用不同的方法，得到了不同的结论，工业生产中应根据需要综合考虑采取更为经济合理的聚合方法进行生产。

　　关键词：聚苯乙烯;聚合;试验

　　1工业上生产聚苯乙烯的方法

　　1.1本体法

　　本体法是最主要的生产方法，目前世界上85%以上的聚苯乙烯（PS）和抗冲聚苯乙烯（IPS）是采用连续本体法工艺生产的。连续本体法生产装置一般有一条或几条生产线，生产能力为20～160kt/a。通过改进反应器设计、相对分子质量和橡胶粒径控制和脱挥技术，可以使本体法工艺生产线的规模更大、效率更高。目前已有单线能力90～138kt/a的大型本体法生产装置投入工业运转，但一般来说单反应器能力30～50kt/a。

　　1.2悬浮法

　　悬浮法是第二种聚苯乙烯基本生产工艺，悬浮法工艺的装置规模一般小于本体法工艺，间歇操作、牌号切换时清洗时间很短。对于某些高耐热和高相对分子质量牌号的产品只能用间歇悬浮聚合工艺生产，但在相同的生产能力下采用连续本体法的工厂固定资产投资及生产成本比悬浮法低，因此对于大多数PS牌号来说用本体法生产更为经济。目前悬浮法一般已经被本体法代替，主要用于生产可发性聚苯乙烯（EPS）。

　　2聚苯乙烯的合成工艺原理

　　2.1乳液聚合

　　乳液聚合是指单体在乳化剂的作用下，分散在介质中加入水溶性引发剂，在机械搅拌或振荡情况下进行非均相聚合的反应过程。它不同于溶液聚合，又不同于悬浮聚合，它是在乳液的胶束中进行的聚合反应，产品为具有胶体溶液特征的聚合物胶乳。

　　乳液聚合体系主要包括：单体、分散介质（水）、乳化剂、引发剂，还有调节剂、pH缓冲剂及电解质等其他辅助试剂。

　　2.2悬浮聚合

　　悬浮聚合实质上是借助于较强烈的机械搅拌和悬浮剂的作用，通常是将不溶于水的单体（苯乙烯）分散在介质水中，利用机械搅拌，将单体打散成直径为0.01～5mm的小液滴的形式进行本体聚合。在每个小液滴内，单体的聚合过程和机理与本体聚合相似。

　　在苯乙烯悬浮聚合过程中，引发剂和分散剂的用量、温度与搅拌速度、单体和水的比例对珠体的粒度分布影响显著，若控制不当，易引起粒料的粘结，甚至粘结成块，影响单体聚合。

　　3聚苯乙烯合成工艺流程

　　3.1苯乙烯乳液聚合

　　（1）实验仪器：XY系列精密电子天平、SHZ-D（Ⅲ）循环水式真空泵、101-2AB型电热鼓风干燥箱、DW-1型增力无极恒速搅拌器、DF-101B型集热式恒温加热磁力搅拌器

　　（2）分析纯试剂：苯乙烯、过硫酸钾、十二烷基磺酸钠、乙醇

　　（3）合成步骤

　　在装有温度计、搅拌器、水冷凝管的250mL三瓶中加入50mL去离子水（或蒸馏水）、0.60g乳化剂。开始搅拌并水浴加热，当乳化剂溶解后，瓶内温度达80℃左右时，用移液管准确加入10mLK2S2O8溶液及10mL苯乙烯单体，迅速升温至88～90℃，并维持此温度1.5h，而后停止反应。

　　将乳液倒入150mL烧杯中，加入NaCl5.00g，迅速搅拌使乳液破乳。用布氏漏斗抽滤，抽滤后的聚合物用热水（80℃左右）洗涤。最后把产物放于50～60℃烘箱中干燥，称重、计算转化率并测定相对分子质量。

　　3.2苯乙烯悬浮聚合

　　（1）实验仪器：XY系列精密电子天平、SHZ-D（Ⅲ）循环水式真空泵、101-2AB型电热鼓风干燥箱、DW-1型增力无极恒速搅拌器、DF-101B型集热式恒温加热磁力搅拌器

　　（2）分析纯试剂：苯乙烯、过氧化二苯甲酰、聚乙烯醇

　　（3）合成步骤

　　在装有温度计、搅拌器，回流冷凝管的250ml三口烧瓶中，加入100ml蒸馏水、0.07g聚乙烯醇。在20min内升温到85～90oC，使聚乙烯醇溶解;再将温度降至60～70oC，待水面上泡沫消失，把溶有0.7g引发剂过氧化苯甲酰（BPO）的苯乙烯单体的混合物加入到溶有分散剂的水相中。