在能源和資源嚴重短缺的今天,廢泡沫塑料作為寶貴的再生資源,其回收利用問題不僅僅是一個社會問題,還是一個急待解決的經濟問題。最初各國采用填埋和焚燒的方法進行處理,然而由此又導致了耕地減少,水源污染及大量廢氣排放等一系列問題。經過一段時間的探索,目前從日、美、德等發達國家的情況來看,熔融再生法和轉化為化學品或燃料油的化學回收方法已逐漸成為廢塑料再生資源化的總方向。筆者針對主要用于包裝材料的發泡聚苯乙烯(ＰＳ),用鄰苯二甲酸丁酯對聚苯乙烯進行接校改性后,制成性能良好的水乳型建材過程進行了實驗研究,介紹了涂料的配方、工藝流程和涂料的性能。
1 實驗部分
1.1 儀器和試劑
儀器:機械攪拌機,水池,粉碎機,水浴,涂—4粘度計,瓦楞紙箱板,疏松脫脂棉球,秒表,ｐＨ試紙。試劑(以下試劑均為分析純):苯,二甲苯,鄰苯二甲酸丁酯,丙二醇,六偏磷酸鈉,ＣＭＣ(纖維素鈉)滑石粉,鈦白粉,ＯＰ-10,輕質碳酸鈣,十二烷基苯磺酸鈉,ＺｎＯ。
1.2工藝流程圖及步驟
1.2.1 工藝流程如下圖(圖1):
1.2.2 實驗步驟
(1)預處理預處理、洗滌、晾干、粉碎統稱為預處理過程。將清洗后的聚苯乙烯放到熱堿水中浸泡一段時間,然后進行攪拌是指相互碰撞和摩擦,以除去污垢。取出聚苯乙烯放入清水池中進行攪拌清洗。過清水3～4次為佳。然后將清洗好的聚苯乙烯烘干或曬干。最后用粉碎機粉碎,顆粒直徑為2ｃｍ左右,將粉碎好的泡沫塑料放好備用。
(2)溶解與改性反應按一定比例量取苯、二甲苯配制成混合溶劑。在室溫條件下,將一定量的預處理后的廢聚苯乙烯泡沫塑料加入到配制好的混合溶劑中,邊加邊攪拌使之充分溶解。待完全溶解后,加入適量的增塑劑鄰苯二甲酸丁酯,用水浴加熱并不斷攪拌。在75～80℃的溫度下滴加增塑劑,1～1.5ｈ內滴完后繼續反應0.5ｈ,得出組份一。
(3)組分二的制取按一定比例稱取六偏磷酸鈉、ＣＭＣ、滑石粉、鈦白粉、輕質碳酸鈣、十二烷基苯磺酸鈉、ＺｎＯ,然后混合均勻,加入一定量的水、ＯＰ-10、丙二醇,攪拌使之分散均勻,得組分二。
(4)混合得產品在乳液釜中攪拌條件下,將組分一慢慢加入到組分二中,充分混合,用25%的氨水調ＰＨ值到7～9,乳化一定時間制得乳液涂料。
1.3 實驗結果及分析
1.3.1 改性反應時間如表1所示,當反應時間達到2.5小時后,鄰苯二甲酸二丁酯的改性反應到達極端,增塑性能極強而涂膜性能差。因此,2小時為最佳選擇。
1.3.2 乳液的ｐＨ值
ｐＨ值對乳液的穩定性有重要的影響,結果見表2。當ｐＨ值在7～9時乳液的穩定性較好,ｐＨ值過高或過低,都會使乳液的穩定性降低,這是因為乳液為雙電層結構,當Ｈ+或ＯＨ濃度過大時,中和了體系的負離子或正離子,使雙電層消失,從而使乳液不穩定。
1.3.3 增塑劑的用量的涂料性能的影響
每次將泡沫塑料12ｇ溶于35ｍｌ的混合溶劑中,溶解后加入增塑劑進行改性反應得組分一。水45ｍｌ,乳化劑1.8ｇ,ＺｎＯ0.7ｇ,滑石粉、鈦白粉、輕質碳酸鈣各12ｇ,六偏磷酸鈉0.3ｇ,使用25%的氨水調ＰＨ值在7～9得組分二。將組分一和組分二充分混合得涂料。所得結果如表3所示。
從表3可以看出,隨增塑劑用量的不同性質差異不大,當5ｍｌ時遮蓋率最小。
1.3.4 混合溶劑的量對涂料性能的影響 按1.3.3所述配比制備涂料,僅改變混合溶劑的用量,反應溫度為75℃,結果如表4所示。
由表4可看出,隨著溶劑用量的增加,涂料干燥時間延長,粘度、穩定性變化不大,而25ｍｌ時遮蓋率最小。
1.3.5 水的用量對涂料性能的影響 按上述配比制備的涂料,僅改變水的用量,結果如表5所示。
由表5可以看出,隨著水的用量增大,干燥時間增大,粘度減小,當35ｍｌ時雖遮蓋率最小,但不穩定,50ｍｌ時同樣不穩定,因此45ｍｌ為最佳選擇。
1.3.6 乳化劑的用量對涂料性能的影響:按上述配比制備的涂料,僅改變乳化劑的用量,所得涂料性能的變化如表6所示。
從表6可得,乳化劑用量為1.4ｇ時遮蓋率最小,但粘度極大不利于施工,因此最佳選擇為乳化劑用量1.8ｇ。
1.3.7 正交實驗以上實驗結果表明,溶劑、增塑劑、乳化劑及水的用量都影響涂料的性能。選用Ｌ9(34)正交表來安排實驗,因素水平見表7。以涂料干燥時間、粘度、遮蓋率作為實驗指標,實驗結果如表8所示。其綜合評價結果見表9。 由以上正交實驗結果及綜合評價結論,得出實驗結果趨勢圖(圖2)。
由上趨勢圖可知,最佳選擇為Ａ2Ｂ2Ｃ2Ｄ3。根據正交實驗結果及極差分析和趨勢圖可知:①影響涂料性能的主要因素為Ａ、Ｂ,即溶劑及增塑劑的用量。②最佳實驗條件為Ａ2Ｂ2Ｃ2Ｄ3,即10ｇ泡沫塑料加入25ｍｌ混合溶劑,5ｍｌ鄰苯二甲酸丁酯,0.9ｇ乳化劑ＯＰ-10和0.9ｇ十二烷基苯磺酸鈉,46ｍｌ水及上述各助劑。
1 4 涂料配方(表10)
3 經濟效益
利用廢聚苯乙烯制備乳液涂料,原料成本在800元/噸左右,生產總成本約1050/噸左右,產品售價1600元/噸左右,具有很好的經濟效益。
4 結論
①制備涂料的最佳方案為Ａ2Ｂ2Ｃ2Ｄ3,按此配方和條件制得的涂料是一種性能良好的乳液涂料。該涂料具有良好的附著力,耐水性,各種性能指標均達到ＧＢ9755-88要求。
②該涂料生產工藝簡單,用水調節粘度施工方便。生產1ｋｇ涂料所需各種藥劑費約為0.80元,與同類產品相比,成本大大降低。
③本實驗通過處理回收廢聚苯乙烯塑料,達到了環保的目的,同時又有較好的經濟效益,是處理廢聚苯乙烯塑料的有效途徑。
