聚苯乙烯泡沫塑料(ＥＰＳ)是当今世界上应用最广泛的塑料之一,被大量应用于包装、保温、装潢、餐饮业等领域,同时也是消失模铸造法模型的主要材料。据统计,1996年我国聚苯乙烯泡沫塑料制品已达到6.2×105ｔ,且每年的消费量增长迅速。聚苯乙烯泡沫塑料大部分都是一次性使用。由于苯乙烯废弃后既不能腐烂转化,又不能自行降解而消失,所以对环境的污染日益严重,形成所谓的“白色污染”。回收再利用技术能有效地缓解或彻底解决废弃聚苯乙烯泡沫塑料所致的环境污染,同时有益于防止资源枯竭,保证经济的持续发展。目前我国废塑料的回收利用率仅为10%,远远低于发达国家,因此,探讨废聚苯乙烯泡沫塑料的处理方法是科研工作者的热门课题。
目前人们研究重点主要在利用废聚苯乙烯泡沫塑料热降解回收苯乙烯单体、制取涂料、制作轻质保温防水建筑材料及胶粘剂等。本文介绍一种用废聚苯乙烯泡沫塑料制作的胶粘剂,主要讨论其成分配比以及改性剂、增塑剂对粘接强度的影响规律。
1 溶剂成分及溶质溶剂比的确定
利用废聚苯乙烯泡沫塑料制备胶合剂的一般过程是选择适当的溶剂来溶解聚苯乙烯泡沫塑料,然后加入一定量的改性剂,进行改性共聚反应,再加入其它助剂(如增塑剂,填料等)搅拌混合即可。使用的溶剂多数是高聚物的有机溶剂,除了使用单一溶剂外,经常使用混合溶剂,混合溶剂对高聚物的溶解能力比使用单一溶剂好。溶剂的选择要求其对溶质溶解性能好、经济、无毒、挥发适当等。
胶粘剂的主要性能指标是胶液的粘合强度。按照ＧＢ1742 79,在ＳＷＹ型液压式万能强度试验机上测试剪切强度,每种胶液测试5次,取测试平均值作为剪切强度。具体步骤是用厚度为5ｍｍ的铝合金板制备8字形剪切试样,每个剪切试样由两个分体试样在工作面处用胶粘剂搭接粘接而成,搭接面积为10ｍｍ×5ｍｍ,分体试样工作面的截面为5ｍｍ×5ｍｍ。分体试样清洗干燥后,在搭接面上涂胶,组合成剪切试样,用压块压在搭接面上,室温晾干30ｍｉｎ后,移入80℃烘箱中保温30ｍｉｎ,再升温至150℃后保温60ｍｉｎ,降至室温后取出,去压后24ｈ测试强度。
根据有关文献资料,确定复合溶剂由甲苯、丙酮和乙酸乙酯组成。改性剂选择邻苯二甲酸二丁酯。当甲苯∶丙酮∶乙酸乙酯的体积比在3∶8∶3或4∶6∶4,溶质(ｇ)∶溶剂(ｍＬ)比在0.25～0.35时,粘接剂强度较高。不同溶质、溶剂成分及胶液强度见表1。
由实验结果可见,当溶剂成分为甲苯∶丙酮∶乙酸乙酯的体积比在4∶6∶4,溶质(ｇ)∶溶剂(ｍＬ)比在0.357时,粘结剂强度较高。
2 改性剂对胶液强度的影响
聚苯乙烯是一种无定型的线性非极性物质,其偶极矩为0.5,介电常数2～3。它的分子中含有苯环,刚性大而柔性小,它在极性物质表面上粘接力很弱,用它直接制得的胶粘剂强度不够而且胶层又硬又脆,因此需要对其进行改性处理,在苯乙烯链节上引入极性和柔性基团,以增加柔顺性,提高粘接强度,这样才能得到粘结力和附着力都很好的胶粘剂。选择邻苯二甲酸二丁酯为改性剂,改变改性剂与溶剂的体积比,研究改性剂对胶液强度的影响,实验结果见表2。可见,添加改性剂量很少时,胶液强度很低,随改性剂加入量增多,胶液强度提高,并在改性剂加入量ｖ为7%时,强度达到最高。此后再增加改性剂的含量,强度出现下降。因此改性剂的最佳加入量为占溶剂ｖ的7%。
3 增塑剂对胶液强度的影响
增塑是向高聚物中加入高沸点、低挥发性、化学性质稳定、与高聚物混溶性好的小分子,从而改变高聚物的力学性能及行为。相对于高聚物的高粘度(一般高达1013泊),小分子增塑剂粘度仅为10-12泊,因此加入不同量的增塑剂,就可显著改变胶液的粘度和强度。实验选用甘油为增塑剂。表3是不同体积含量甘油对胶液强度的影响。
可见,当增塑剂ｖ含量低于7%时,随增塑剂加入量增加,胶液强度下降,并在增塑剂ｖ含量为7%时达到最低,仅为不加增塑剂时的20%;此后,随增塑剂加入量增加,胶液强度提高,并在增塑剂体积含量为15%时达到3.02ＭＰａ。同时在实验中注意到,胶液中加入增塑剂后,胶液粘度下降,加入量越多,粘度越低。由此可见,通过加入增塑剂甘油可以达到调整胶液强度和粘度的目的。
4 胶粘剂的成分及制备工艺
根据以上分析,可得出利用废ＥＰＳ制取的胶粘剂的配比,见表4。
首先将甲苯、丙酮和乙酸乙酯按配比加入胶罐内并搅拌。然后不断加入经洗净、晾干并粉碎后的废聚苯乙烯,并不断搅拌。等聚苯乙烯完全熔解后,加入邻苯二甲酸二丁酯并不断搅拌。最后根据粘度要求和强度要求,再加入适量的甘油并搅拌均匀即可。制得的胶粘剂强度最高可达到4.81ＭＰａ,并可根据情况调节。胶粘剂可用于消失模铸造法模型的粘接,也可用于其它领域。
5 结论
(1)溶剂配比为甲苯∶丙酮∶乙酸乙酯的体积比为4∶6∶4,废ＥＰＳ(ｇ)与溶剂(ｍＬ)比在0.357时,胶粘剂粘结强度较高。
(2)用作改性剂的邻苯二甲酸二丁酯可提高胶液强度,在其加入量占溶剂体积7%时效果最好。
(3)胶液中加入增塑剂甘油后,胶液粘度下降,强度降低。可通过加入甘油调整胶液的强度和粘度。 |
