在能源和資源嚴(yán)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(wèn)題不僅僅是一個(gè)社會(huì)問(wèn)題,還是一個(gè)急待解決的經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。最初各國(guó)采用填埋和焚燒的方法進(jìn)行處理,然而由此又導(dǎo)致了耕地減少,水源污染及大量廢氣排放等一系列問(wèn)題。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的探索,目前從日、美、德等發(fā)達(dá)國(guó)家的情況來(lái)看,熔融再生法和轉(zhuǎn)化為化學(xué)品或燃料油的化學(xué)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(duì)主要用于包裝材料的發(fā)泡聚苯乙烯(ＰＳ),用鄰苯二甲酸丁酯對(duì)聚苯乙烯進(jìn)行接校改性后,制成性能良好的水乳型建材過(guò)程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,介紹了涂料的配方、工藝流程和涂料的性能。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 儀器和試劑
儀器:機(jī)械攪拌機(jī),水池,粉碎機(jī),水浴,涂—4粘度計(jì),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(zhì)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(shí)驗(yàn)步驟
(1)預(yù)處理預(yù)處理、洗滌、晾干、粉碎統(tǒng)稱為預(yù)處理過(guò)程。將清洗后的聚苯乙烯放到熱堿水中浸泡一段時(shí)間,然后進(jìn)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(jìn)行攪拌清洗。過(guò)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(jī)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(yīng)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(yù)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(nèi)滴完后繼續(xù)反應(yīng)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(zhì)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(chǎn)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(diào)ＰＨ值到7～9,乳化一定時(shí)間制得乳液涂料。
1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
1.3.1 改性反應(yīng)時(shí)間如表1所示,當(dāng)反應(yīng)時(shí)間達(dá)到2.5小時(shí)后,鄰苯二甲酸二丁酯的改性反應(yīng)到達(dá)極端,增塑性能極強(qiáng)而涂膜性能差。因此,2小時(shí)為最佳選擇。
1.3.2 乳液的ｐＨ值
ｐＨ值對(duì)乳液的穩(wěn)定性有重要的影響,結(jié)果見表2。當(dāng)ｐＨ值在7～9時(shí)乳液的穩(wěn)定性較好,ｐＨ值過(guò)高或過(guò)低,都會(huì)使乳液的穩(wěn)定性降低,這是因?yàn)槿橐簽殡p電層結(jié)構(gòu),當(dāng)Ｈ+或ＯＨ濃度過(guò)大時(shí),中和了體系的負(fù)離子或正離子,使雙電層消失,從而使乳液不穩(wěn)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(jìn)行改性反應(yīng)得組分一。水45ｍｌ,乳化劑1.8ｇ,ＺｎＯ0.7ｇ,滑石粉、鈦白粉、輕質(zhì)碳酸鈣各12ｇ,六偏磷酸鈉0.3ｇ,使用25%的氨水調(diào)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(jié)果如表3所示。
從表3可以看出,隨增塑劑用量的不同性質(zhì)差異不大,當(dāng)5ｍｌ時(shí)遮蓋率最小。
1.3.4 混合溶劑的量對(duì)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(yīng)溫度為75℃,結(jié)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(shí)間延長(zhǎng),粘度、穩(wěn)定性變化不大,而25ｍｌ時(shí)遮蓋率最小。
1.3.5 水的用量對(duì)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(jié)果如表5所示。
由表5可以看出,隨著水的用量增大,干燥時(shí)間增大,粘度減小,當(dāng)35ｍｌ時(shí)雖遮蓋率最小,但不穩(wěn)定,50ｍｌ時(shí)同樣不穩(wěn)定,因此45ｍｌ為最佳選擇。
1.3.6 乳化劑的用量對(duì)涂料性能的影響:按上述配比制備的涂料,僅改變?nèi)榛瘎┑挠昧?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(shí)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(shí)驗(yàn)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)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(lái)安排實(shí)驗(yàn),因素水平見表7。以涂料干燥時(shí)間、粘度、遮蓋率作為實(shí)驗(yàn)指標(biāo),實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表8所示。其綜合評(píng)價(jià)結(jié)果見表9?！∮梢陨险粚?shí)驗(yàn)結(jié)果及綜合評(píng)價(jià)結(jié)論,得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果趨勢(shì)圖(圖2)。
由上趨勢(shì)圖可知,最佳選擇為Ａ2Ｂ2Ｃ2Ｄ3。根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及極差分析和趨勢(shì)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(shí)驗(yàn)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(jīng)濟(jì)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(chǎn)總成本約1050/噸左右,產(chǎn)品售價(jià)1600元/噸左右,具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。
4 結(jié)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(biāo)均達(dá)到ＧＢ9755-88要求。
②該涂料生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,用水調(diào)節(jié)粘度施工方便。生產(chǎn)1ｋｇ涂料所需各種藥劑費(fèi)約為0.80元,與同類產(chǎn)品相比,成本大大降低。
③本實(shí)驗(yàn)通過(guò)處理回收廢聚苯乙烯塑料,達(dá)到了環(huán)保的目的,同時(shí)又有較好的經(jīng)濟(jì)效益,是處理廢聚苯乙烯塑料的有效途徑。
