特种工程塑料PPS：3种主要合成方法、产业现状和发展前景
本文来源 | 新材料研习社
特种工程塑料亦称高性能聚合物，一般均为根据特殊用途需求而研制，与通用工程塑料相比具有独特、优异的物理性能，长期使用温度在150℃以上。
特种工程塑料包括聚苯硫醚（PPS），聚醚醚酮（PEEK），聚砜（PSF），聚酰亚胺（PI），聚芳酯（PAR），液晶聚合物（LCP）。
因特种工程塑料的难燃性，高热稳定性，机械强度高，电性能优良，已广泛应用于电子、汽车、航空航天、精密器械，5G通信等高新技术行业。特种工程塑料在智能服装，智能医疗等领域也具有广大的应用潜能。
PPS树脂介绍
聚苯硫醚是一种重要的半结晶性的热塑性树脂。PPS 分子主链由苯环和硫原子交替连接形成，没有侧链，因此具有较好的链对称性和规整性，从而使其具有较好的结晶能力。主链上刚性结构的苯环，使得其分子链比较刚性，玻璃化转变温度在85℃左右，蠕变量较低，弹性模量高。
PPS分子结构中含有高度稳定的化学键，形成一个具有热稳定性的晶体点阵，使其对热降解和化学反应均具有很高的分子稳定性，PPS的热变形温度一般大于260℃，可在180~220℃温度范围使用。
此外PPS的电性能十分突出，与其它工程材料相比，其介电常数与介电耗损角成切值都比较低，并且在较大的频率、温度及温度范围内变化不大；此外还具有高刚性、尺寸稳定性、加工性能好等特点。由于刚性较高，需要通过添加填料或者共聚改性等方式提高韧性或抗冲击强度。
PPS树脂合成方法
聚苯硫醚有很多种合成方法，如：Phillips法，硫磺溶液法，氧化聚合法，对卤代苯硫酚熔融或溶液缩聚法，硫化氢法等等。以下介绍主要的三种方法：
Phillips法(硫化钠法)：
该方法是世界上工业化生产PPS最早的方法，也是目前最主要的工业化生产方法之一。是使用基本等摩尔比的对二氯苯和无水硫化钠，在极性有机溶剂中，通过氮气保护下在170-350℃，压力为6.87MPa下进行聚合，通过缩合反应生成线性聚苯硫醚的溶液缩聚法。常用的极性有机溶液包括酰胺类，内酰胺类和砜类化合物等。
该方法工艺路线短，产率高，产品质量稳定。
硫磺法：
由四川大学陈永荣教授团队研发。将对二氯苯和硫磺在六甲基磷酰三胺或N-甲基吡咯烷酮中于175-250℃温度范围内，在常压下发生缩聚反应生成PPS。反应为两步进行，先是硫磺在极性有机溶剂中于还原剂及助剂反应被还原为S2-，之后S2-与对二氯苯进行常压聚合。
该方法避免了硫化钠在储存中存在的氧化，吸潮等问题，同时省去了硫化钠法的脱水步骤，缩短了生产周期，降低能耗。硫磺法也是目前最主要的工业化生产方法之一。
氧化聚合法：
由早稻田大学E.Tsuchida和K.Yamamoto提出，被称为划时代的制造方法。采用二苯基二硫化物，以氧气为氧化剂，路易斯酸为催化剂，常温常压条件下反应制得PPS。
该方法产率接近100%，反应条件温和，产品为完全得线性直链结构。但是制备的PPS分子量不够高，产物结构还存在少量双硫键，还不能进行工业化生产。
产业现状发展前景
目前PPS的生产公司主要分布在中国、日本、美国、德国等国家。而日本和美国的PPS总产能占全球的60%以上。
日本的Toray东丽公司，Kureha吴羽化学公司，DIC公司和美国的Phillips菲利浦公司在研发PPS技术方面有四十年以上的经验，PPS产品种类丰富，生产规模庞大，产品质量高。
2020年，中国对PPS的需求量为6.35万吨，占全球一半左右，并且需求量逐年递增。但是2020年国内PPS产量为5.89万吨，不能满足庞大需求，而且国内很多PPS产品依赖进口。主要原因是国产PPS质量也略低于日本和美国产的PPS，并且对于某些PPS产品，国内大部分企业无法生产，很多工艺技术仍是处于探索中。
因此我国还需要加强对PPS产品种类的研发，实现PPS的差异化生产，同时需要找出最优的生产工艺。
我国PPS生产企业可以对东丽公司，菲利浦公司的相关专利进行分析和比较，找出与其生产工艺上的差距，并进行设备和工艺路线的改进与优化，以降低我国企业的生产成本、提高产品性能、开发出高性能和专用性的新产品，提高自身的市场竞争力。
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