高抗冲聚苯乙烯HIPS的蜂窝状结构及其形成机理

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高抗冲聚苯乙烯HIPS的蜂窝状结构及其形成机理

化学先生 / 2019-09-27

HIPS的形态结构为蜂窝状结构。蜂窝状结构的分散相不是单一组分，而是在分散相内还包含着由连续相成分构成的小颗粒，因此其形态类似蜂窝(香肠或细胞)结构。大都分接枝共聚物都具有这种相态结构。

接枝共聚HIPS中连续相为PS,微区由聚丁二烯橡胶构成细胞壁，PS构成细胞质(包容物)，接枝共聚聚物PB-g-PS分布于两相的界面。HZPS的体系中含橡胶仅6%，但橡胶相微区的体积分数却高达22% ，少量橡胶发挥着较大橡相体积分数的作用，大大强化了橡胶的增韧效果。同时由于橡胶相中包藏着PS，使分散相的模量比纯橡胶模量明品提高，这样得到的HIPS模量不会因橡胶的引人而降低过多。因此，组成和含量都相同的接枝共聚物比机械共混物的改性效果好。

HIPS为什么会形成这种特殊的相态结构呢?下面从聚合反成历程来分析这种特殊结构形成的机理。

我们借助于苯乙烯-聚丁二烯聚苯乙烯三元体系相图(见图8-17) 来考察聚合过程的相态变化。

该体系起始的组成是6%的PB溶解于St单体形成的溶液(相图中的M点)。整个聚合过程是St单体转为PS的过程，PB的含量不变，所以总组成应循相图中的MS线变化。当有2%左右的St聚合成PS时，总组成达到双节线(N点)时，体系开始分相。至P点，体系的两相分别为P＇和P"，P＇相是PB与St组成的溶液，P"是PS与St组成的溶液。由杠杆原理可知，此时橡胶溶液相P＇的体积分数大于P",因而此时PB溶液仍处于连续相，PS溶液为分散相。随着聚合反应的进行，两相组成分别循箭头指向沿双节线而变化，单体的浓度逐渐降低，每相的聚合物浓度都在增大，而且PS/St相的体积也在不断增大。当达到Q点，两相的体积分数接近相等(这时St的转化率约为9%一12%)，此时，PS 溶液相可从分散相转变为连续相，面PB溶液则由连续相转变为分散相，即体系发生相反转。这以后连续相和分散相中的St含量仍相当高，当然将继续进行聚合反应。因此，分散相中仍会不断生成PS，由于体系的黏度愈来愈高，并且聚合过程形成的接枝共聚物集中于橡胶相粒子的表面，给分散相中的PS向连续相迁移造成了困难。随着橡胶相中的PS含量逐渐增大，当包容的PS超过了均相的浓度极限时，分散相中的PS便进而发生相分离，最终形成PS被橡胶网络分制的蜂窝状结构。

需要着重指出的是，聚合过程必须具有足够的剪切作用，假如在无搅拌作用的静止条件下进行反应，那么直至苯乙媚全部转化为PS,上述的相反转现象也不可能发生。因为橡胶相的黏度高，再加上反应后期橡胶分子间发生交联反应，原来处于连续相的橡胶分子尽管质量和体积都低于PS，没有足够的外力作用，橡胶仍将处于连续相，只是这时的橡胶变成了连续的网膜，将PS/St 溶液分制成许多小区城，这种橡胶网络处于连续相的体系是一种海绵状物，难以加工，无实用价值。

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