废旧聚苯乙烯泡沫塑料制备胶粘剂的研究
    

  摘要:利用废旧聚苯乙烯泡沫塑料制备胶粘剂,讨论了低毒混合溶剂的配制和改性剂的选择等工艺条件。所制得的胶粘剂质优价廉。

  关键词:泡沫塑料,聚苯乙烯,胶粘剂

  塑料因具有许多优异的性能,而被广泛应用于各领域。由于其制造和加工所耗能量一般低于其它常用材料,因此发展很快,到20世纪80年代其体积总产量就已超过金属材料。聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)具有良好的耐水性、耐化学药品性、电绝缘性、抗震性、隔热性以及生产技术成熟、成本低廉等特点,可用于制造仪器外壳、隔热保温材料及用于防震包装和一次性餐盒等,其使用量正在逐年增长。我国仅用于电视机包装的EPS每年废弃量就达1.5万t。

  由于废旧EPS不易腐烂,也不易被微生物降解,且密度低、体积大,对其收集和处理都存在一定的困难,因此对环境的污染也日益突出。另外,这种对EPS的一次性使用,也是一种资源的极大浪费。

  由于进入环境的废塑料数量大、种类多,其处理方法各有不同,如焚烧处理法、堆积掩埋法、光生物分解法、裂解回收法等。如何有效合理地利用废旧EPS资源是一个急需解决的问题。若将其焚毁,必须建造特殊的高效焚烧炉,产生的有毒气体还会造成严重的大气污染;若埋入土中,必须先进行粉碎,不仅费工费时,而且造成资源的浪费;若将其净化、粉碎、挤出造粒做再生塑料,或密闭加热裂解回收苯乙烯单体,设备投资很大,所得产品性能较差,经济效益不高。20世纪70年代初,日本、美国已开始进行废旧EPS的工业化处理,但当时仅以消除废料污染为目的,采用了焚烧深埋、光解或生物降解等处理方法。

  目前我国废塑料的回收利用率仅为10%,远远低于工业发达国家。如何对废旧EPS回收再利用,变废为宝,减少污染,是近年来人们一直关注和探讨研究的重要课题。笔者利用废旧EPS制备胶粘剂,该胶粘剂可用于木材、纸制品、玻璃制品和日用塑料制品等,具有粘接强度高、干燥快、透明、耐水、耐酸碱、成本低且使用方便等特点。

  1实验部分

  1.1主要原材料

  乙酸乙酯:工业品,临沂瑞兴化工有限公司;

  三氯甲烷:工业品,北京京洲化工厂;

  氧化锌:化学纯,辽宁海泰科技发展有限公司。

  1.2仪器、设备

  恒温水浴:BH8101型,杭州保恒恒温技术有限公司;

  电动搅拌机:SG3041型,上海硕光电子科技有限公司。
 

  1.3胶粘剂的制备

  (1)废旧EPS的处理

  废旧EPS表面不同程度粘附有油污及杂质,必须加以清洗。其方法为:将废旧EPS在热碱水中浸泡一定时间,然后机械搅拌5~8min,使之相互碰撞和摩擦以达到去污的目的。取出放入清水池中搅拌清洗5min,清洗两次,最后将其烘干或晾干。

  (2)胶粘剂的制备

  将经过处理的废旧EPS磨成碎片,称重;将一定量的乙酸乙酯、甲苯和三氯甲烷混合均匀;然后将废旧EPS碎片加入到混合液中,40~50℃水浴加热。充分搅拌后加入一定量的增粘剂及氧化锌,即可制得胶粘剂。整个反应约持续1h。

  1.4性能测试

  在两个聚苯乙烯(PS)试样的表面涂上0.01mm厚的胶粘剂,室温放置3min后将两个试样粘结在一起并夹紧,室温放置10h得到粘结试样,然后利用试验机测试粘结试样的剪切强度。

  2结果与讨论

  2.1溶剂的选择

  利用废旧EPS溶于有机溶剂制成PS胶粘剂的关键是要选择好适合的溶剂。溶剂的选择首先应遵循相似相溶的原理,即极性溶剂溶解极性溶质,非极性溶剂溶解非极性溶质;另外还要考虑溶解度参数和溶剂的沸点高低,并尽可能地使用复合溶剂,以调整胶粘剂的固化速度。废旧EPS溶解于芳烃氯代烃、羧酸酯、酮等大部分有机溶剂中[7]。废旧EPS所用溶剂的确定主要从以下几个方面考虑:首先,溶剂要对EPS及改性剂有良好的溶解能力,对添料有良好的分散性能;其次,溶剂最好能够改善胶粘剂的性能;第三,所用的溶剂要低毒、价廉、易得安全。

  两种材料的溶解度参数越相近,则溶解效果越好。表1列出常见溶剂和EPS的溶解度参数。乙酸乙酯是快干溶剂,也是工业上使用的低毒性溶剂;甲苯也属低毒类溶剂;氯仿有毒,为可疑致癌物,具有刺激性。由表1可以看出,乙酸乙酯与EPS的溶解度参数一致,溶解效果最好,甲苯次之。

  

表1、表2、表3

 

  表1、常见溶剂和EPS的溶解度参数

  表2、乙酸乙酯/甲苯混合溶剂对EPS的溶解能力

  表3、乙酸乙酯/甲苯/氯仿混合溶剂对EPS的溶解能力

  由表2可以看出,当乙酸乙酯与甲苯的体积比为52∶48时,所组成的混合溶剂的溶解能力最大。由表3可以看出,氯仿能够提高乙酸乙酯与甲苯混合溶剂的溶解能力,但氯仿的用量增加到一定程度后,混合溶剂的溶解能力的增幅趋缓。同时考虑到氯仿毒性较大,所以选择乙酸乙酯、甲苯与氯仿的体积比为52∶48∶3。

  2.2增粘剂的选择

  增粘剂可以使原来不粘或难粘的材料之间的粘接强度提高,并且能够提高胶粘剂的耐老化性能及韧性等。PS是一种无定形的线性非极性物质,其分子中含有苯环,刚性大而柔性小,它与极性物质之间的粘接力很弱,用它直接制得的胶粘剂强度不够而且胶层又硬又脆。通过加入能增大PS的极性及柔性且与PS相容性良好的物质做增粘剂,可以改善PS的粘结性能。

  由于松香、酚醛树脂等与PS在结构上有相似之处,相容性好,且二者均有一定极性,柔顺性亦比PS大,故可选用松香、酚醛树脂作为增粘剂。程秀莲等发现松香、酚醛树脂对胶粘剂性能(剪切强度)的影响相似。笔者从环保的角度考虑,采用柔顺性比PS高,且耐热、耐水、耐候等性能较好的松香作为增粘剂。利用不同用量松香改性的胶粘剂对PS试样进行粘接,测试试样的剪切性能,结果见表4。

  

表4 松香用量对试样强度的影响

 

  表4 松香用量对试样剪切强度的影响

  从表4可以看出,剪切强度随松香用量的增加而呈现先增大后降低趋势,当松香的质量分数为3%时,剪切强度达到最大,为7.5MPa。

  2.3填料的选择

  在胶粘剂中加入填料可以降低成本、减小热膨胀系数和收缩率,从而增加热导率、耐热性和力学性能等。笔者选用的填料为氧化锌。根据对胶粘剂流动性要求的不同,可在5%以内适当添加。

  3PS胶粘剂的应用情况

  利用EPS制得的PS胶粘剂适用于硬表面间的粘接,可以粘结纸张、木材、建材、塑料及其它多孔性物质等,尤其适用于塑料水管的粘接。当用于水管粘接时,其抗水压能力优于市售其它品牌的胶粘剂。另外,它还可作为基料制备EPS防水涂料。该回收EPS的方法具有生产灵活、经济实用、生产设备简单、投资少等优点,具有明显的社会效益、经济效益和环境效益。

  4结论

  (1)采用乙酸乙酯/甲苯/三氯甲烷混合溶剂作为EPS的溶剂,当乙酸乙酯、甲苯与氯仿的体积比为52∶48∶3时,混合溶剂的溶解性能最佳。

  (2)利用松香作为PS胶粘剂的增粘剂,其质量分数为3%时,剪切强度达到最大,为7.5MPa。

  (3)选用氧化锌作为PS胶粘剂的填料,可根据对胶粘剂流动性要求的不同,在5%以内适当添加。

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    收录时间:2015年10月27日 02:44:59 来源:中国胶粘剂网 作者:匿名
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