聚苯乙烯改性研究进展

汪晓鹏， 贺建梅， 李文磊

(甘肃省皮革塑料研究所， 甘肃 兰州 730046)

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聚苯乙烯改性研究进展

汪晓鹏， 贺建梅， 李文磊

(甘肃省皮革塑料研究所， 甘肃 兰州 730046)

叙述了聚苯乙烯(PS)的物理方法、化学方法、其他方法改性的研究进展。其中，物理改性技术包括填充改性、共混改性和增强增韧改性；化学改性技术包括共聚改性、接枝改性和交联改性；其他改性包括纳米、发泡、阻燃、废旧回收改性等。阐述了PS改性的目的和作用及发展建议。

PS改性； 研究； 目的； 作用

0 前言

聚苯乙烯(Polystyrene,缩写为PS)是五大通用合成树脂之一,主要包括GPPS(通用聚苯乙烯)、EPS(可发泡聚苯乙烯)、XPS(挤出发泡聚苯乙烯)、HIPS(抗冲击性聚苯乙烯)、PSX(交联聚苯乙烯)、SAN(苯乙烯-丙烯腈共聚物)和ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)，其产量仅次于PE(聚乙烯)、PVC(聚氯乙烯)和PP(聚丙烯)，位居第四。1925年德国I.G.Farben工业公司开始从事苯乙烯的工业生产开发,1930年实现工业化生产[1]。1958年中国开始了PS树脂的工业生产[2]。预计2018年全球PS需求量达1 370万t,年均(2013-2018年)增长2.0个百分点。

PS改性塑料是以初级形态PS树脂为主要成分，以改善树脂在力学、流变、燃烧、电、热、光、磁等某一方面或某几个方面性能的添加剂或其他树脂等为辅助成分，通过填充、增韧、增强、共混、反应接枝、阻燃、纳米复合、功能化、热塑性弹性体技术、合金化等技术手段，得到具有均一外观和特定功能的材料。

PS是由苯乙烯聚合而成，按聚合工艺可分为本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合、乳液聚合和等规聚合等，尤以本体聚合和悬浮聚合最为普遍。PS是世界上应用最广泛的通用塑料之一，具有良好的尺寸稳定性和电绝缘性能以及优良的透明性，透明度仅次于 PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。因此，在汽车和工程工业、家用电器等领域获得了广泛应用。但由于其硬而脆、耐冲击性能差以及较低的断裂伸长率(2%)，影响了它在工业上的广泛应用，因而，需对其进行改性研究。PS的改性始于20世纪60年初美国的DOW化学公司对HIPS的研发。针对GPPS韧性低和缺口敏感的缺点，国内外进行了大量的物理、化学和其他改性研究工作，以期提高PS的高冲击强度，改进光泽和透明性，赋予其更好的性能，扩大应用领域。

1 物理改性

物理改性主要是PO/PS、PE/PS的共混，以及PS与PC、ABS、PMMA、PPO、PVC、PA、K树脂、反应型PS合金的共混，还有其他共混体系等[3]。

李怀栋等[4]采用在材料熔融挤出共混过程中提高双螺杆挤出机螺杆转速的方法，研究了较高螺杆转速条件下双螺杆挤出机的机械剪切应力和弹性体的种类、形状、用量等因素对ABS/PS共混材料力学性能和加工流动性能的影响。结果表明，双螺杆挤出机的高剪切应力可促进分散相颗粒的分散和界面结合力的增强，实现共混材料力学性能和熔体流动速率的改善。丁腈橡胶(NBR)粉末对ABS/PS共混材料具有增容增韧作用，挤出共混物温度为220 ℃，螺杆转速为 720 r/min，NBR粉末质量分数为10%时，ABS/PS共混材料的缺口冲击强度为16.4 kJ/m2,比改性前约提高1.6倍，达到ABS树脂冲击韧性的指标，并保持了良好的加工流动性。

李驰宇[5]介绍了美国Nova化工公司研制的UPES树脂，新型UPES树脂是PE和PS的混合物，可作为LDPE(低密度聚乙烯)、HDPE(高密度聚乙烯)和PP的加工助剂。其作用主是扩大聚烯烃的加工范围并直接改善某些聚烯烃的性能。

张宇等[6]制备了PP/PS共混物和反应性单体苯乙烯(St)、丙烯酸(AA)及其混合单体改性PP/PS共混物,用扫描电子显微镜(SEM)、偏光显微镜(POM)和动态黏弹谱仪(DMA)研究了反应性单体改性PP/PS共混物的相形态与动态力学行为。结果表明，反应性单体St具有增容作用,促进PS在PP中的分散,使分散相PS的粒子尺寸减小。反应性单体AA具有明显的异相成核作用,使PP的球晶尺寸降低。St改性共混物的增容作用比AA改性共混物明显,而AA改性共混物的异相成核作用比St改性的大。

陈功等[7]通过MAH(顺丁烯二酸酐)对PS改性来增加PS与PA6的相容性，然后将MAH-g-PS与PA6按不同比例共混。结果表明，当添加MAH-g-PS质量分数为0.5%时，PA6/MAH-g-PS复合材料冲击强度分别从468 kJ/m2提升到700 kJ/m2。此外，其复合材料的阻燃性能和燃烧性能皆有明显改善。

汪根林等[8]概述了PVC和PS的共混改性研究的最新进展,主要是在该体系中加入增容剂进行改性。希望将增容-交联协同技术用于该体系的共混改性。利用增容-交联协同技术对大品种通用塑料的共混物，如：PVC/PE、PS/PE等进行改性研究并取得了良好的效果。这一技术对于PVC/PS共混物的改性也正在进行研究。

代新英等[9]综述了国内外采用接枝共聚物、嵌段共聚物以及反应性共混提高PS/PE相容性的研究方法，并提出应继续开发PS/PO(聚烯烃)合金的途径,并将其转化为工业产品。

韩永生等[10]以丙三醇和乙二醇为复配增塑剂,对PVA(聚乙烯醇)进行改性,实现PVA的熔融加工,再采用熔融共混技术制备PS/改性PVA共混片材,改善了PS片材的力学性能,并使PS片材具有吸湿功能。结果表明，PS和PVA质量比为6∶4时,共混片材力学性能达到最佳,吸湿效果良好,并具有保湿能力。

康光宇等[11]介绍了间规聚苯乙烯(sPS)的特点,论述了间规聚苯乙烯共混改性的研究进展。详细介绍了sPS和聚苯醚共混、sPS和弹性体共混以及sPS和聚酰胺、聚酯等高聚物的共混改性,并展望了sPS的应用前景。

姚海军等[12]主要介绍了PS的改性方法及其在各领域的应用研究进展，指出共混改性依然是PS目前主要的改性方法，并且强调了随着研究工作的深入，纳米材料改性等新的方法也将有大的突破，必然伴随着PS应用领域的不断发展。

2 化学改性

郑俊良等[13]分别采用2种组成相近而相对分子质量不同的苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯共聚物(SEBS)以及两者的混合物对HDPE/sPS共混物进行增容改性。通过扫描电子显微镜(SEM)及拉伸实验考察了增容剂的相对分子质量及含量对HDPE/sPS共混物形态结构及力学性能的影响。结果表明，两种增容剂都能降低sPS分散相尺寸，使两相界面的黏合力增强。相对较低的相对分子质量的SEBS(K1652)能显著提高两相界面黏结性，进而能有效提高共混物的拉伸强度，而较高的相对分子质量的SEBS(K1651)能显著改善共混物的韧性。一定比例混合的共聚物作为增容剂在改善共混物性能方面具有协同效应，可以同时提高共混物拉伸强度和断裂伸长率，混合增容剂效果优于单一增容剂。HDPE/sPS共混物中加入质量分数为4%的K1652和质量分数为2%的K1651，共混物的综合力学性能最优。

时刻等[14]介绍了目前国内外PS增韧改性的研究现状,分别对弹性体及非弹性体的增韧机理、影响增韧效果的因素和最近取得的成果作了概述。非弹性体增韧拓展了PS增韧改性研究的新领域,纳米粒子增韧开辟了PS增韧改性研究的新方向。

李建成等[15]综述了橡胶增韧PS系列树脂的原理及相关的增韧理论(微裂纹理论、剪切屈服理论、剪切带-银纹理论、空穴化理论和逾渗理论)，阐述了各个理论的基本观点，分析了不同增韧理论的优缺点。详尽概述了橡胶增韧HIPS和ABS性能影响因素为：增韧体系、增韧橡胶的种类及结构、增韧橡胶用量、橡胶粒径、橡胶粒子接枝度，并重点介绍了采用低顺式聚丁二烯橡胶(LCBR)和线性丁苯嵌段共聚物(LBS)增韧体系的优点。此外，还简要介绍了PS系列树脂专用增韧橡胶LCBS和LBS的特征和性能。通过对PS系列树脂增韧改性的深入研究，为扩大其应用领域和生产发展提供理论基础。

时伟等[16]分别以弹性体SBS、POE和EVA为增韧剂，对阻燃高抗冲聚苯乙烯(HIPS)进行增韧改性，研究了增韧剂的引入对阻燃HIPS力学性能、阻燃性能和热稳定性的影响，同时采用扫描电子显微镜(SEM)分析了各弹性体在HIPS基体中的分散性以及它们与基体间的界面黏结性。结果表明，以SBS为增韧剂时，所得阻燃HIPS/弹性体复合材料的冲击性能、弯曲性能、阻燃性能、热稳定性、增韧剂在HIPS基体中的分散性及其与HIPS基体间的界面黏结性均优于以POE或EVA为增韧剂的复合材料，但是该阻燃HIPS/SBS复合材料的拉伸性能相对较差。

张金龙等[17]综述了三元乙丙橡胶(EPDM)、天然橡胶(NR)、丁苯橡胶(SBR)、乙丙橡胶(EPR)等改性聚苯乙烯,并讨论了橡胶改性对聚苯乙烯力学性能的影响和改性机理。

蒋世俊等[18]利用不同配比的SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)/EP(环氧树脂)共混体系改性了PS。结果表明，当SBS的加入量为15份，EP加入量为3份，DDM(4,4′二氨基二苯基甲烷)为EP份数的25%时，能使PS的综合性能最佳。此时，改性PS的冲击强度由1.61 kJ/m2提高到5.15 kJ/m2，冲击强度提高了320个百分点；拉伸强度由44.94 MPa变为46.64 MPa,略有上升。

由40%～70%(质量分数，下同)的预干燥木粉与25%～55%的PS基材，加入5%的各类助剂(稳定剂、润滑剂、偶联剂、阻燃剂、抗紫外线剂、杀菌剂、粘接剂、加工助剂等)形成木塑复合材料。当木粉添加量为20%时，拉伸强度为22.5 MPa(纯PS 27.5 MPa)，断裂伸长率为5.8%(纯PS为60%)，拉伸模量为4.0 GPa(纯PS为2.5 GPa),弯曲模量为3.2 GPa(纯PS为2.1 GPa)，冲击强度为40.5 J/m(纯PS为171 J/m)，HDT(1.8 MPa)为75 ℃(纯PS为79 ℃)[19]。

3 其他改性

3.1 刚性粒子增改性

刚性增韧粒子可分为RIF(无机刚性粒子)、ROF(有机刚性粒子)两类，其中无机刚性粒子有CaCO3、BaSO4、滑石粉、云母等；有机刚性粒子有PMMA、PS、MMA/St共聚物及SAN等。

苏超等[20]采用聚磷酸铵(APP)、膨胀石墨(EG)、CaCO3对PS进行阻燃改性，得到一种膨胀体积较大、结构稳定、阻隔性较好的PS/APP/EG/CaCO3复合材料阻燃炭层。通过极限氧指数(LOI)测量、UL 94等级判别等方式，测定了该复合材料的阻燃性能；利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及傅里叶变换红外光谱分析(FTIR)等表征方法，对其化学结构、表面微观形貌等进行分析，探索PS/APP/EG/CaCO3复合材料阻燃炭层的形成机理。结果表明，阻燃炭层的形成是由于CaCO3与APP在高温下形成黏状钙盐，黏结EG形成的膨胀物质所致，钙盐在保证其膨胀倍率的基础上加强了炭层结构的稳定性，使该复合材料的阻燃性能得以提升。

郝岑等[21]对潍坊某地的膨润土(MMT)原料进行提纯、用碳酸钠作为钠化剂进行钠化改型及有机改性，将之与PS复合制备出PS/OMMT纳米复合材料。重点研究了不同浓度的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)改性剂对MMT层间距的影响以及OMMT用量对复合材料力学性能的影响。结果表明，加入的CTAB浓度为40%时改性效果最好，得到的OMMT的层间距更大，可达到2.38 nm。在PS中加入OMMT以后，随着加入OMMT量的增多，材料的拉伸强度和断裂强度分别提高了3 MPa和2 MPa，在OMMT用量为5%时，均达到10 MPa，此时所得PS/OMMT纳米复合材料的高温热分解率达到6%，阻燃性能最好。OMMT的加入使纳米复合材料水平燃烧速度下降至9 mm/min，氧指数增加了3%，耐高温性能和阻燃性能增强。

刘向峰等[22]把层状硅酸盐，如：蒙脱土(MMT)，引入到PS基体中,用原位聚合法制备PS/有机MMT复合材料。研究表明,PS/OMMT复合材料的热释放速率、生烟速率和质量损失速率均有所降低,OMMT表现出较好的阻燃性和抑烟性。含硅阻燃剂与其他阻燃剂共同使用可达到很好的协同阻燃效果。

李文斐等[23]为制备接枝聚乙烯与SiO2的复合材料，赋予其新的特殊性能，首先，通过预辐照和悬浮接枝技术制备了低密度聚乙烯接枝聚苯乙烯(LDPE-g-PS)，通过表面接枝制备了PS改性纳米SiO2(PS@nano-SiO2)；然后，将LDPE-g-PS与PS@nano-SiO2熔融共混，制备了PS@Nano-SiO2/LDPE-g-PS复合材料；最后，利用FTIR、SEM、DSC和电子拉力机等对材料的结构及性能进行了研究。结果表明，PS已经分别接枝到LDPE和Nano-SiO2上，在PS@nano-SiO2/LDPE-g-PS复合材料中，SiO2在LDPE-g-PS内达到纳米级分散，并形成独特状网络结构。质量分数为2%PS@nano-SiO2/LDPE-g-PS复合材料的冲击强度比LDPE-g-PS提高了99.3%。与LDPE-g-SiO2相比，PS@nano-SiO2/LDPE-g-PS结晶温度升高，击穿场强比LDPE高1.4倍。所得结论表明，PS@nano-SiO2/LDPE-g-PS性能较好。

尤飞等[24]运用“一步熔融共混法”制备了同时包含十溴二苯乙烷(SAYTEX8010)/氧化锑(Sb2O3)和蒙脱土(MMT)/十六烷基三甲基溴化铵[C16H33(CH3)3BrN](不同质量比)阻燃体系的系列HIPS复合材料,通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、UL 94垂直燃烧测试和锥形量热计等测试手段对其结构形貌和燃烧性能进行了表征,探讨了两种阻燃体系间的协效性及蒙脱土改性比率对协效度的影响。结果表明,在十溴二苯乙烷(DBPE)存在时,可以制备层离型阻燃HIPS/MMT纳米复合材料,其中两种阻燃体系具有优异的阻燃协效性,其协效度取决于复合材料中各组分的复合比率,特别是MMT及CTAB的改性比率。研究发现,其他组分含量一定时(DBPE和氧化锑质量比保持10∶4),MMT和CTAB改性比率为4∶2时，复合材料具有相对最佳阻燃性。DBPE体系和改性蒙脱土体系具有相对最优阻燃协效度。

杨明山[25]对HIPS进行低温超韧改性。其配方为：HIPS(466F)100份，SBS(YH-792)40份，碳酸钙(1～10 μm)5份，抗氧剂0.5份，EBS(乙撑双硬质酰胺)0.5份。结果显示：拉伸强度为22 MPa,断裂伸长率为90%，弯曲强度为950 MPa，维卡软化点为98 ℃，常温(23 ℃)冲击强度为42.1 kJ/m2、低温(-40 ℃)冲击强度为25.3 kJ/m2。若将配方中的SBS换成SEBS，冲击强度还会提高23个百分点。

3.2 纳米、发泡、阻燃等改性

各种EPS、XPS泡沫板材是目前市场上用量最大的建筑外墙有机建筑保温材料。按照国家标准GB 8624—2012和公通字[2009]46号文规定的要求，有机保温材料难以达到无机材料的A级燃烧性能，因此，必须对其进行阻燃改性，使之达到B1、B2级的阻燃性能，方能满足国家标准和规定及使用。

王盼等[26]采用1,3-双(2-噁唑啉)苯(MPBO)含有两个噁唑啉基团的线性扩链剂，用双螺杆挤出机将废旧高冲聚苯乙烯(rHIPS)与MPBO熔融共混制备扩链改性HIPS，通过傅里叶变换红外光谱、力学性能、熔体流动速率、凝胶渗透色谱、扫描电子显微镜等测试方法，研究了MPBO对rHIPS结构与性能的影响。结果表明，rHIPS与MPBO发生了开环反应，MPBO能提高rHIPS的相对分子质量，改善了力学性能。当MPBO用量为1.3份时，缺口冲击强度从2.66 kJ/m2提高到4.83 kJ/m2；当MPBO含量为1.5份时，拉伸强度从25.4 MPa提高到27.8 MPa，断裂伸长率从26.66%提高到61.20%；随着MPBO的增加，熔融指数(MI)先减小后增加，PB分散相和PS基体相相界面黏接力增加，分散相粒径变小，分布更加均匀。

张宇等[27]制备了苯乙烯(St)、St与丙烯酸(AA)混合物、丙烯酸接枝聚丙烯(PP-g-AA)改性PP/PS共混物以及AA,St改性PP(原位形成PP/PS共混物)，用差示扫描量热仪(DSC)研究了3种改性方法对共混物中PP结晶与熔融行为的影响。结果表明,PS对PP的结晶与熔融温度影响不大,PP-g-AA则提高共混物中PP的结晶温度。St以及St与AA混合单体对PP/PS中PP结晶温度影响不大,但AA改性提高PP/PS中PP结晶温度。St加入PP导致PP结晶温度下降,St与AA混合单体原位聚合则提高了PP的结晶温度。改性对共混物中PP的熔融温度影响不大,但是熔融峰形与结晶温度高低有关。红外光谱证实St与AA混合单体改性PP中有PP-g-AA形成,但改性共混物中没有PP-g-AA形成。

殷先泽等[28]采用细乳液聚合制备了以偶联剂改性纳米二氧化硅粒子(SiO2)为核,交联PS为壳的SiO2@PS复合纳米粒子(SCCSN)。采用透射电子显微镜(TEM)、动态光散射(DLS)法考察了SCCSN的粒子形貌特征，发现SCCSN呈球形，粒径约为90 nm，均匀分散；采用热失重(TG)、调制式差示扫描量热(MDSC)与动态力学分析(DMA)研究了SCCSN的结构特征，发现PS包覆率随交联剂含量增加而升高，且玻璃化转变温度(Tg)显著升高。交联壳层不仅能够将聚合物锚固在SiO2表面，屏蔽SiO2粒子与基体PS间相互作用，而且阻止PS壳层与基体PS分子链间的缠结。MDSC结果显示，SiO2与SCCSN填充可降低复合物Tg。动态流变结果表明，填充PS熔体非线性流变行为与PS分子链解缠结有关，SiO2与SCCSN均不影响填充熔体非线性流变机理。SCCSN的SiO2核对PS的增强效应略优于SiO2，且增强效应与壳层交联度有关。

宋立新等[29]采用乳液聚合方法合成了核壳质量比为50∶50(聚丁二烯/聚苯乙烯，PB/PS)、粒径分别为120 nm和350 nm的PB-g-PS接枝共聚物，而后将PB-g-PS弹性体与HIPS同时作为改性剂增韧聚苯醚(PPO)/PS共混物，考察了基体组成(PPO/PS)和橡胶粒子尺寸对HIPS/PPO/PS/PB-g-PS共混物的力学性能及形态结构的影响。结果表明，随着基体中PPO含量的增加，共混物的冲击强度和拉伸屈服强度显著提高。HIPS中Salami结构橡胶粒子和亚微米尺寸橡胶粒子在PPO/PS基体中分散状态较好，协同增强了共混物的韧性。随着PB-g-PS橡胶粒子尺寸的增加，共混物的冲击强度逐渐增加而拉伸屈服强度无明显变化，同时共混物的冲击断裂方式逐渐由脆性断裂向韧性断裂发生转变。

王路明[30]采用硬脂酸对Mg(OH)2施行湿法有机化表面改性，将改性后的Mg(OH)2加入到聚苯乙烯中混炼制备无机阻燃型PS-Mg(OH)2复合功能材料。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、热分析(TG-DSC)和扫描电子显微镜(SEM)等测试手段对Mg(OH)2的表面改性机理进行综合分析，通过SEM以及氧指数(OI)、拉伸强度等测试，对PS-Mg(OH)2复合材料的复合效果及性能进行分析。结果表明，硬脂酸对Mg(OH)2的表面改性本质上是一个化学吸附过程，改性后的Mg(OH)2颗粒与PS基体的相容性得到显著改善，复合材料的氧指数(OI)明显提高。当Mg(OH)2添加量为PS质量的40%～60%时，OI达到25%，且材料的力学性能变化不大。

郑秀婷等[31]研究微胶囊红磷(MRP)和聚苯醚(PPO)复合阻燃剂对HIPS材料力学性能的影响,并用抗冲击改性剂SBS及SEBS对HIPS/MRP/PPO无卤阻燃材料的抗冲击性能和阻燃性能进行优化。结果表明，MRP和PPO的加入均会使HIPS体系的冲击性能下降,抗冲击改性剂SBS及SEBS的加入改善了无卤阻燃HIPS的悬臂梁冲击强度,且对材料的阻燃性没有影响,制得增韧改性后的无卤阻燃HIPS材料具有优异的阻燃和力学等综合性能。

无卤阻燃改性HIPS配方[32]：HIPS树脂100份，阻燃剂ATH50份，MH10份，包覆红磷3份，偶联剂KR-212 0.5份，增韧剂SEBS5份，润滑剂HSt0.5份。先将阻燃剂用偶联剂进行表面处理，之后与HIPS树脂共混均匀，搅拌5 min，双螺杆挤出机挤出造粒，干燥，试样测试。结果表明：氧指数(OI)为27%～29%，燃烧性能等级达到UL 94-V0级，拉伸强度为38～42 MPa，弯曲强度为50～60 MPa,缺口冲击强度(23 ℃)为45～55 J/m，热变形温度(1.82 MPa)为100～110 ℃。

崔文广等[33]选用钛酸酯偶联剂对高性能纳米氢氧化铝(ATH)进行表面改性,以改善其在HIPS中的分散性。利用透射电子显微镜(TEM)和傅立叶红外光谱仪(FTIR)表征了高性能纳米氢氧化铝的改性效果,研究了改性条件对高性能纳米ATH/HIPS复合材料性能的影响。结果表明,在偶联剂质量分数为1.5%、改性时间为20 min、改性温度为85 ℃的条件下,高性能纳米ATH/HIPS复合材料的综合性能较好。改性后高性能纳米ATH的分散性得以有效的改善,其表面确实包覆了偶联剂分子。

贾志永等[34]采用优质煤系高岭土煅烧制备的纳米莫来石(nano-mullite)对PS进行改性,通过机械共混的方法制备了PS/nano-mullite复合材料。探讨了复合材料中纳米莫来石的含量对改性PS的力学性能、耐热性能以及热流动性的影响。结果表明,适量的纳米莫来石加入后,复合材料的拉伸强度/缺口冲击强度、维卡软化点温度和热流动性能均有较大的提高。

于守武等[35]综述了无机纳米粒子在改性聚苯乙烯过程中的作用机理、改性方法,无机纳米粒子/PS复合材料的制备方法及性能,并对其发展方向作了评述。

马洪霞等[36]综述了近几年HIPS在阻燃方面的研究,从广泛应用的含卤素阻燃剂系列到有机磷系列、聚苯醚系列、无机物系列阻燃剂,最后到新发展的纳米级蒙脱土的阻燃改性。分析了各种改性方法的优缺点和阻燃机理,并对阻燃剂的发展方向作了一些简要预测。

张存位等[37]综述了阻燃PS的研究现状和发展方向。总结分析了卤系阻燃体系、磷系阻燃体系、膨胀型阻燃体系、硅系阻燃体系、金属氢氧化物阻燃体系等对PS的阻燃研究现状，叙述了本体阻燃PS和添加型阻燃PS的阻燃改性方法，如：共聚、共混和通过悬浮聚合法制备阻燃PS以及其优势和不足。通过科学合理的阻燃改性方法，研发新型、高效的阻燃体系是今后PS阻燃改性研究的重点和发展方向。

周亮[38]综述了近年来聚苯乙烯/多壁碳纳米管复合材料的阻燃研究进展,详细介绍了其热解性能(包括热解温度和玻璃化转变温度)以及燃烧性能(包括热释放速率、质量损失速率和成炭性),并对相关机理进行了深入的探讨,分析了多壁碳纳米管含量、长径比、杂质及表面改性处理对相应复合材料的热稳定性及阻燃性能的影响。

黄朋科等[39]将大分子溴系阻燃剂(FR-122P)与溴化环氧树脂 (2200HM)组成的复合阻燃剂应用于PS复合材料和发泡PS中，研究了复合阻燃剂的配比和含量对 PS 复合材料阻燃性能以及复合阻燃剂含量对发泡 PS 泡孔结构和阻燃性能的影响，采用热失重分析、扫描电子显微镜观察、极限氧指数 (LOI) 测试、垂直燃烧 (UL 94) 和水平燃烧试验等手段进行了表征。结果表明，当 FR-122P 与 2200HM 质量比为 4∶1、总添加量为 25% 时，PS 复合材料的LOI可达 25.8%，并可通过 UL 94-V0 等级；当复合阻燃剂的添加量为 40% 时，可得到泡孔尺寸较小、泡孔密度较大、膨胀倍率较高的发泡 PS 复合材料，且其可通过泡沫水平燃烧的 HF-2 等级。大分子溴系阻燃剂与溴化环氧树脂的复合阻燃剂对 PS 和发泡 PS 复合材料具有较好的阻燃效果。

将纳米改性氢氧化铝(nano-CGATH)和包覆红磷(RPM)用于HIPS的无卤阻燃，在质量比为HIPS/nano-CGATH/RPM=68/20/12 时，体系的垂直燃烧性能达到UL 94-V0 级别，且加入少量SBS能够在不影响体系阻燃性能的同时改善其力学性能。最近，四川大学的研究表明：当采用三嗪环结构的大分子作为成炭剂(CA)与聚磷酸铵(APP)复配成膨胀阻燃剂(IFR)阻燃PS时，当 CA/APP的质量比为1∶3 、总添加量的质量分数为30 % 时，阻燃PS的LOI值高达 32.5%，垂直燃烧通过UL 94-V0 级，最大热释放速率(PHRR)、总热释放(THR)、最大烟生成速率(PSPR)和总烟生成量(TSP)的降低幅度分别高达 93%、84%、97% 和 98%，但膨胀阻燃 PS 的拉伸强度和弯曲强度比纯PS降低 20%～30%，由于PS本身的脆性，阻燃 PS的缺口冲击强度反而提高了7%；当采用次磷酸铝(AP)作为阻燃剂时，质量分数为25 % AP可使阻燃材料达到 UL 94-V0 级，LOI 值提高到 25.6%，但拉伸强度和弯曲强度均下降了30个百分点左右，缺口冲击强度下降14个百分点[40]。

3.3 废旧泡沫PS回收改性

废旧发泡PS的回收利用方法主要有：脱泡熔融挤出回收粒料、复合再利用、热分(裂)解回收和油化技术、利用废旧泡沫制成涂料、直接利用废PS泡沫。

将废弃PS泡沫塑料或发泡一次性餐具盒粉碎成小块，填充于水泥或添加黏结剂中，可制备水泥隔板、轻质屋顶隔板、轻质混凝土等各类建筑材料[41]。此方法可实现对“白色污染”之一的废弃PS泡沫塑料的再生利用。

李志杰等[42]介绍了废旧PS泡沫塑料的回收概况、来源与分类、回收工艺和方法、回收技术瓶颈，重点讨论了熔融造粒法回收和改性废旧PS泡沫塑料的工艺与进展、不同造粒回收工艺适合的原料种类、资源化利用的方向等，并对不同回收工艺的聚苯乙烯粒子性能进行了比较。

郑刚等[43]详细综述了废旧聚苯乙烯(WPS)资源化综合回收利用中化学改性的最新进展和应用前景,包括在WPS分子链侧基苯环上进行亲电取代引入功能性官能团(如：卤化、磺化、硝化、氯甲基化、酰基化等)和在WPS分子链苄基位上与乙烯类活性单体(如：丙烯酸及其酯类、顺酐、醋酸乙烯酯、丙烯腈、丙烯醇等)进行自由基共聚合引入功能性官能团。改性后的WPS可制成胶黏剂、表面活性剂、絮凝剂、减水剂、涂料、阻燃剂等产品。

刘运学等[44]以丙烯酸(AA)和丙烯酸丁酯(BA)为共聚单体，采用溶液接枝法对废PS进行接枝改性制得 PS接枝共聚物，然后以PS接枝共聚物的乳液为基料制备改性PS防水涂料。研究了引发剂用量、单体用量、反应温度和反应时间对PS接枝共聚物接枝率的影响，以及填料和增塑剂的用量对改性PS防水涂料性能影响。结果表明，PS接枝共聚物的最佳合成工艺是：PS用量为30 g，溶剂用量为60 mL，引发剂用量为2.2 g，单体用量为20 g，反应温度为85 ℃，反应时间为2.5 h。向改性PS乳液中添加质量分数为10%的填料和4%的增塑剂制得的防水涂料性能最佳：耐水时间为25 h，耐盐时间为27 h，表干时间为18 min，冲击强度达0.5 kJ/m2。

林志鹏[45]介绍了废旧聚苯乙烯(泡沫)塑料应用较广泛的资源化技术,包括建材利用、再生利用、改性再利用、焚烧和热解,并介绍了各项技术的最新进展。

4 结语

PS的主要改性方法不外乎化学方法和物理方法。化学法是指通过化学方法改变PS分子链上的原子或原子团的种类和结构及组合方法的改性，如：通过嵌段共聚、接枝共聚、交联、增容等反应实现，或者引入新的官能团而形成特定功能的高分子材料。物理改性则是在PS树脂加工过程中进行的改性，一般不发生化学反应，主要通过物理共混工艺。其常用方法主要有填充、增强、共混改性等。物理法因其简单方便、适应性强，故而在改性领域普遍采用。当然，也包括各种其他改性方法。在改性过程中，或者采用物理方法，或者采用化学方法，或者采用物理、化学方法相结合，或者采用物理、化学方法及其他方法并用，为达改性之目而“多管齐下”。

PS改性之目的：(1) 降低PS制品的成本，提高企业经济效益；(2) 拓宽PS的应用领域，实现“以塑代木”、“以塑代钢”的目标；(3) 提高技术含量，增加PS制品的高附加值；(4) 赋予PS产品新功能、新用途，获得具有卓越和独特功能的新型高分子材料；(5) 提高熔体流动性，改善加工性能；(6) 保护环境，治理“白色污染”，为废弃PS再生利用开辟新的途径。

PS改性发展的建议：(1) 通用塑料工程化，“以塑代木”、以塑代钢”成为PS改性材料应用领域的新趋势；(2) 工程塑料高性能化、低成本化、多功能化，通过改性或合金化使通用工程塑料获得特种工程塑料所具备的更加优越、独特的性能；(3) 科研成果工程化、产业化，加强产、学、研、用相结合，推进科研成果的工程化、产业化进程是提升我国PS改性塑料和工程塑料化竞争力的有效途径；(4) 加强改性生产企业、制品与树脂生产厂商的合作，组建改性技术战略联盟，实现资源共享。

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Progress in Research of Polystyrene Modification

WANGXiao-peng，HEJian-mei，LIWen-lei

(Gansu Province Institute of Plastic Leather， Lanzhou 730046, Gansu， China)

The article describes the modification of PS physical method, chemical method and other methods.Among them, the physical modification technologies include filling modification, blending modification and enhanced toughening modification. Chemical modification including copolymerization modification, graft modification and crosslinking modification. Other modification including nano, foaming, flame retardant, modified waste recycling, etc. The purpose, function and development suggestion of PS modification are expounded.

PS modification； research； purpose； role

汪晓鹏(1965—)，男，本科，高级工程师，主要从事高分子材料改性研究。

TQ 325.2

A

1009-5993(2017)02-0050-08

2017-04-14)