废聚苯乙烯泡沫塑料研制防水涂料

中图分类号：X788文献标识码：A文章编号:1004-2911(2009)03-0274-05聚苯乙烯树脂是一种热塑性的高分子材料，玻璃化温度为104℃.由其制备的泡沫塑料具有质轻、价廉、缓冲性好、吸湿性及卫生等特点[1-4].广泛地应用于包装、防水、隔热、减震、餐饮业等领域.聚苯乙烯泡沫塑料都是一次使用，由于份量轻、体积大，又具有耐老化、不易腐烂、也不易被微生物降解等特点，用后的废料越积越多，因而造成了严重的环境污染.如何处理和利用这些聚苯乙烯废料，化害为利，变废为宝，成为当今世界各国共同关注的问题.因此开发聚苯乙烯废料的应用研究，具有十分重要的经济效益和社会效应.本文以聚苯乙烯为基料，选择合适的溶剂、助剂及填料，同时对配方进行选择和优化，并对所合成的防水涂料质量进行了测试.

   1·实验

   1.1实验仪器与试剂

   （1）仪器：PHS-3C精密pH计（上海精密科学仪器有限公司）；QFD型电动漆膜附着力试验仪（天津市中亚材料试验机厂）；QCJ漆膜冲击器（天津市中亚材料试验机厂）；QGE-A型直线式漆膜干燥时间测定仪（天津市中亚材料试验机厂）；KGZ-1B型便携式光泽度仪（天津市中亚材料试验机厂）.

   （2）试剂：二甲苯、丙酮、CaCO3、ZnO（AR.）、OP-10、乙酸乙酯、十二烷基苯磺酸钠、DBP、邻苯二甲酸二丁酯（AR.）、TiO2（AR.）

   1.2实验方法

   将回收的废旧聚苯乙烯泡沫塑料经机械除尘，除杂物和水洗干燥，并破碎至体积约为1㎝3备用.在室温条件下将一定量的预处理的废旧聚苯乙烯泡沫塑料加入到配置好的混合溶剂中，搅拌使之充分溶解.在形成均匀体系时，加入适量的乳化剂和改性剂，加热搅拌后，温度控制在65~70℃,乳化1~2h，加入填料，再快速搅拌1h，降至室温，出料，即得粘稠状的液体涂料.工艺流程见图1.

图1涂料制备的工艺流程

  2·实验结果与讨论

   2.1溶剂的选择

   利用废弃聚苯乙烯研制多功能涂料，溶剂的选用不仅决定了涂料的成本，还决定了其毒性的高低及其性能.

   2.1.1混合溶剂配比的选择对于溶解聚苯乙烯泡沫塑料，单一溶剂难以满足要求，因而需要寻找混合溶剂.根据相似相溶的原则，只有接近聚苯乙烯泡沫塑料的溶解度参数，相似性才较好[5].苯和三氯甲烷的溶解度参数最接近PS，但由于二者的毒性大，沸点低易挥发，不宜采用.酮、醇、酯类的极性大而聚苯乙烯是一种无定型的线性非极性分子，也不宜单独使用.甲苯、二甲苯溶解参数不仅接近PS，而且沸点高，毒性小，相对较好，但单独使用也得不到预期的效果.因此本实验选择乙酸乙酯、二甲苯、丙酮为混合溶剂，在室温为20℃的条件下，取总溶剂30mL，测定不同配比对10g废聚苯乙烯的溶解情况得表1.

表1混合溶剂体积比对溶剂溶解能力的影响

   根据溶剂的溶解能力,涂料外观及毒性大小,决定选用第9组即二甲苯、乙酸乙酯、丙酮的体积比为3:2:1的混合溶剂.

   2.1.2混合溶剂对涂料性能的影响按2.1.1所述配比溶解涂料,仅改变混合溶剂的用量,反应温度为75℃,结果见表2.

表2混合溶剂的量对涂料性能的影响

   由表2可看出,随溶剂用量的增加,涂料干燥时间延长,粘度、稳定性变化不大,而耐水时间先增加后缩短.

 2.2乳化剂的选择

   2.2.1乳化剂种类的选择乳状液是

   一种(或几种)液体以液珠形式分散在另一与其不相混溶的液体中的液—液分散体系.液珠平均大小及其分布是乳状液的重要性质,液滴越小,分布愈均匀,乳状液越稳定.利用复配乳化剂降低油水界面张力,通过高速搅拌来达到良好的乳化效果目的.通过乳化改性可以降低溶剂用量,同时避免施工过程中溶剂的挥发对人体的危害,以达到环保的效果.乳化剂的种类直接影响乳化液的稳定性.非离子型乳化剂能赋予乳液较好的化学稳定性，阴离子型乳化剂能赋予乳液较好的机械稳定性[6].因此选用非离子型和阴离子型乳化剂组成的复合体系，可提高乳液的稳定性，在同等实验条件下，笔者考查了多种阴离子和非离子表面活性剂及其复配对乳化效果和乳液稳定性的影响.列出几种典型的实验效果，见表3.

表3乳化剂种类对乳液的影响

   根据大量实验，选择十二烷基苯磺酸钠和OP-10作为本研究的乳化剂.

   2.2.2乳化剂用量的确定用十二烷基苯磺酸钠（ABS-Na）和OP-10作为乳化剂，以二甲苯、乙酸乙酯、丙酮（体积比为3:2:1）的混合溶液作溶剂，乳化温度为70℃作条件，考查乳化剂用量对乳液的影响，结果见表4.

表4乳化剂用量对乳液的影响

   由实验结果可以看出，乳化剂的用量确定为11.2%左右为宜.

   2.2.3乳液pH值

   pH值对乳液的稳定性有重要的影响.当pH值在7-9时乳液的稳定性较好，pH值过高或过低，都会使乳液的稳定性降低.这是因为乳液为双电子层结构.当H+或OH-浓度过大时，中和了体系的负离子或正离子，使双电子层消失，从而使乳液不稳定[7].pH值对乳液稳定性影响见表5.

表5PH值对乳液稳定性的影响

  2.2.4乳化温度的确定在逆转乳化方法中，转相温度是极为重要的，温度低于转相点温度，乳化后颗粒较大且不均匀，乳液稳定性差.相反，若温度过高则转相后，由于布朗运动使小颗粒之间发生聚集，从而形成大颗粒，也影响乳液的稳定性.

   将10gPS泡沫溶入30mL混合溶剂中，溶解后加入增塑剂1.52g，乳化剂0.8g，水9.4g，在20℃-80℃的不同温度下进行试验，测试所得涂料表干时间和耐水性，结果如表6所示.

表6乳化温度对涂料性能的影响

   从表中可以看出，随着反应温度的升高，涂料耐水时间就变长，但反应温度为60℃-70℃时，耐水性**.反应温度再升高，耐水性反而变差，说明反应温度过高或过低对防水涂料的耐水性都不利.另外在60℃-70℃时，涂料表面干燥时间相对稍长一些，综合考虑，选择反应温度为65℃-75℃.

   2.3增塑剂用量对涂料性能的影响

   增塑剂可以改变涂膜的韧性，它能降低玻璃化温度，使高弹性在较低温度下出现，改变涂膜的附着力、柔韧性等.用于聚苯乙烯的增塑剂有邻苯二甲酸酯类、双萜烯、环氧大豆油、环氧大豆油酸辛酯、柴油芳烃增塑剂、烷基苯磺酸酯等.由于邻苯二甲酸丁酯具有性能较全面，不但增塑效果好，而且用量少，与树脂相溶性好，价格便宜等优点，本文选用了邻苯二甲酸二丁酯（DBP）为聚苯乙烯的增塑剂，分别加入不同量的增塑剂进行试验，其涂料的表干时间和耐水性结果如表7.

表7 增塑剂用量对涂料性能的影响

   从表中可以看出，随着增塑剂用量的增大，涂料耐水时间先增大后减小.当增塑剂用量为1.8g时，耐水时间最长，说明增塑剂的用量对防水涂料的性能有影响.

  2.4填料

   聚苯乙烯分子中没有亲水基团，吸水率低，因而其涂层具有良好的防水性能，但其耐热性差，加入填料不仅可以降低涂料的成本，还可以提高涂料的性能，增加涂料的稳定性和耐磨性.本实验用的填料有轻质的碳酸钙、钛白粉及氧化锌.

   2.5正交实验及其结果

   以上实验结果表明，溶剂、乳化剂、增塑剂的用量都影响涂料的性能，选用L9（34）正交表来安排实验，因素水平见表8.以涂料干燥时间、粘度、耐水时间作为实验指标，结果如表9.

表8水平因素

表9主要原料用量的正交试验结果

   由以上正交实验结果可知，**实验条件为A2B2C3D1，即8g泡沫塑料加入35ml混合溶剂，1.5g邻苯二甲酸二丁酯，1.2g乳化剂OP-10和0.3g十二烷基苯磺酸钠.

   3·产品配方及性能

   3.1产品配方

   详细产品配方如表10所列（以溶解100g聚苯乙烯泡沫塑料计）.

   3.2产品性能指标

   产品性能指标如表11所列.

   4·结论

   用二甲苯、乙酸乙酯、丙酮组成的混合溶解废聚苯乙烯泡沫塑料，其**配方是二甲苯、乙酸乙酯、丙酮的比例为3︰2︰1（体积比）.通过对涂料其改性剂的选择和优化，得出制备涂料的**配方是A2B2C3D1.

   按此配方和条件制得的涂料是一种性能良好的乳液涂料.在常温下，防水防腐性能好，粘附力大，抗冲击力强且涂膜光亮，废聚苯乙烯泡沫塑料可作为防水涂料用.此外，这些涂料以废聚苯乙烯泡沫塑料为原料，生产成本低廉，制备工艺简单，原料易得，易于工业化，是废聚苯乙烯泡沫塑料回收利用的有效途径，能变废为宝，节约能源，消除白色污染具有广阔的应用前景.

   参考文献：

   [1]马振荣,张裕卿.废聚苯乙烯泡沫塑料的资源化再利用[J].化学工业与工程,2005,22(4):319-321.

   [2]施跃坚,赵剑羽.利用废旧PSF泡沫塑料制备防水堵漏材料的研究[J].云南化工,2002,28(2):35-36.

   [3]包亦望,苏盛彪,陈志城.废塑料再利用技术与绿色建材[J].中国建材科技,2001,(1):37-41.

   [4]周继承.废旧聚苯乙烯泡沫塑料的回收利用[J].化学世界,1995(2):42-45.

   [5]杨莹琴,王辉.废聚苯乙烯泡沫塑料(PSF)制备胶粘剂中溶剂的选择[J].信阳农业高等专科学校学报,2004,14(4):14-15.

   [6]赵元藩,刘玲,余秀媛.废旧聚苯乙烯树脂(PSF)的乳化及应用[J].云南化工,1997(4):51-52.

   [7]张桂兰,金恩斯.利用废旧泡沫塑料制取涂料[J].新疆石油学院学报,2003,15(4):61-64.