苯乙烯:性质、加工和应用
苯乙烯这个名字起源于1839年，当时一位名叫埃德蒙·西蒙的德国化学家蒸馏了一种在某些树上发现的药用香脂。蒸馏后的液体被转化为一种名为苯乙烯醇的果冻产品，后来被聚合成一种名为亚甲基醇的固体形式。1851年，法国化学家M.贝特洛介绍了用苯和乙烯催化脱氢生产苯乙烯的方法，苯和乙烯都是石油的副产品。1930年晚些时候，美国陶氏化学公司和德国IG Farben公司开发了粗苯乙烯的全面生产[1]。
作为一种天然的液体物质，苯乙烯是一种重要的组成部分，用于制造各种显著强，灵活，轻重量的产品。也被称为ethynylbenzene，vinylbenzene,或乙苯，苯乙烯单体是聚苯乙烯和其他公认共聚物的前体。苯乙烯的生产及其各种应用的制造是全球经济的重要组成部分，并通过提供改进的能源、成本和性能高效的产品，为生活质量做出贡献[2]。
在这里你将了解到:
- 苯乙烯的性质
- 苯乙烯的生产过程
- 应用包括聚苯乙烯和其他共聚物
- 未来在绿色苯乙烯产品
苯乙烯的性质
苯乙烯是一种有机碳氢化合物，存在于环境中，是一种无色液体，容易蒸发，有甜味。
以下是有机化合物[1][3]最相关的性质:
分子式 |
C6H5CH = CH2 |
经验公式(希尔法) |
C8H8 |
分子量 |
104.15克/摩尔 |
密度 |
0.909克/厘米3.在20°C |
颜色 |
无色 |
气味 |
花香或甜味 |
熔点 |
-30.6°C(-231°F) |
怕冷一点 |
145°C(293°F) |
蒸汽压 |
5毫米汞柱 |
粘度 |
0.762 centi poise @ 68°F(20°C) |
溶解度 |
0.24 g / L |
折射率 |
1.5469 |
化学品安全 |
易燃、刺激性、危害健康 |
苯乙烯生产工艺
大约90%的苯乙烯生产使用乙苯(EB-)基技术[4]。制造过程从使用氯化铝或其他催化剂(即沸石催化剂)催化烷基化EB开始。然后EB在高温蒸汽存在下在铁铬氧化物或氧化锌催化剂上脱氢成苯乙烯，使用多床绝热或管式等温反应器[5]。
苯乙烯的液态产量大约达到1500万公吨以上，主要是由其多种应用的需求决定的。西欧和东欧以及北美的苯乙烯年生产能力领先[4]。
苯乙烯的应用
这种重要的材料主要用于生产聚苯乙烯，一个广为人知的热塑性塑料具有高可成形性的聚合物。据估计，生产的苯乙烯中有50%以上用于制造聚苯乙烯。从其余的，大约20%用于弹性体，热固性树脂，和聚合物分散体，约15%用于丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)和苯乙烯-丙烯腈(SAN)共聚物，10%用于膨胀聚苯乙烯(EPS)，其余用于生产各种共聚物和特种工程材料[4]。
苯乙烯和苯乙烯基产品存在于我们每天使用的多种基本产品中。下面的例子是苯乙烯副产品的一些最常见的应用。
产品 |
应用程序 |
使用实例 |
坚固坚固的聚苯乙烯 |
食品容器 CD盒 电器 信封的窗户 墙砖 镜头 瓶盖 电气部分 |
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发泡聚苯乙烯(EPS)或挤压聚苯乙烯(XPS) |
食品服务和包装产品 建筑隔离 电器绝缘 保护性包装 冲浪板 浮选设备 |
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合成橡胶被称为丁苯橡胶(SBR) |
汽车轮胎(提高燃油效率) 公共汽车和飞机轮胎 |
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塑料(某人) |
冰箱的衬垫 医疗设备 小型家用电器 行李 |
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乳胶(SBL) |
纸张涂料 浴室地毯 |
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坚硬、坚韧、耐热的工程塑料，称为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯-共聚物 |
电器 管件 汽车零部件 3 d打印技术 |
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热塑性树脂称为苯乙烯-马来酸酐共聚物 |
汽车零部件 小家电 食品容器 光纤 |
聚苯乙烯和其他共聚物
聚苯乙烯是一种透明的热塑性塑料，由苯乙烯聚合而成，广泛用于生产各种泡沫、薄膜和薄片。它是多种商品塑料中最受认可的塑料之一。聚苯乙烯的一些优点包括良好的耐电性和防潮性，光学清晰度，耐稀释酸和碱的化学性，以及高成形性。然而，聚苯乙烯也有一些局限性，如对碳氢化合物溶剂的化学敏感性，耐氧和紫外线性差，脆性，温度上限[5]低。聚苯乙烯的局限性可以通过与其他组分共聚来克服。
这种热塑性塑料最常见的应用是膨胀聚苯乙烯(EPS)或泡沫聚苯乙烯，它是通过在5%至10%的气体发泡剂[6]的存在下加热比例为90%至95%的聚苯乙烯而形成的。EPS的主要优点是低密度和减震潜力。
苯乙烯共聚物的其他常见应用是苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)和丙烯腈丁二烯(ABS)。SBR是一种由苯乙烯和丁二烯共聚而成的合成橡胶。SBR的一些重要优点包括优异的耐磨性、抗裂性和良好的老化特性。SBR最公认的局限性是不使用填料加固的低强度、低回弹性、低撕裂强度和低粘性(对触摸的粘性)[7]。ABS是由苯乙烯和丙烯腈在聚丁二烯存在下融合而成。ABS非常坚固耐用，提供高耐冲击具有良好的电绝缘性能，良好的可焊性，良好的耐磨性和抗应变性，高尺寸稳定性，表面尺寸和亮度提供光泽性能。ABS最明显的局限性是暴露在高温下是易燃的，并且会被阳光[8]损坏。
未来在绿色苯乙烯产品
在过去的几十年里，一些研究机构一直致力于不同的现代化进程，以降低生产成本和环境影响。其中一些工艺包括通过使用甲苯或甲醇等新催化剂来减少苯乙烯化合物的数量，使用更少的自然资源，如水或能源，以及通过使用重量减轻和包装效率来提高产品交付的市场。从长远来看，各种现代化进程的测试和开发将继续进行。
来源
[1]大英百科全书，苯乙烯，化合物，https://www.britannica.com/science/styrene(2020年1月28日访问)
[2] SIRC苯乙烯信息与研究中心，“什么是苯乙烯?””,www.styrene.org(2020年1月28日访问)
[3]美国国家医学图书馆，国家生物技术信息中心，PubChem，“化合物摘要:苯乙烯”，https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/styrene(2020年1月28日访问)
[4]麦基恩l.w.，塑料和弹性体的疲劳和摩擦学性能, 2nd编著，伯灵顿，马萨诸塞州，美国，爱思唯尔，2010
[5]聚合物性能数据库，聚苯乙烯(GPPS、HIPS、EPS、SBR、SBS、ABS)，https://polymerdatabase.com/polymer%20classes/Polystyrene%20type.html(2020年1月28日访问)
[6] Wünsch, j.r.，聚甾烯的合成、生产及应用，第10卷，英国什罗普郡，2000年
[7]大英百科全书，“丁苯橡胶”，https://www.britannica.com/science/styrene-butadiene-rubber(2020年1月28日访问)
[8] Gausepohl, H.和niee ßner N.，聚苯乙烯和苯乙烯共聚物，《材料百科全书:科学与技术》，2001年，[在线]。https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/styrene-acrylonitrile-copolymer
[9] SIRC苯乙烯信息与研究中心，“你所知道的苯乙烯:苯乙烯概述”，https://youknowstyrene.org/the-styrene-you-know/styrene-overview/(2020年1月28日访问)