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用废聚苯乙烯泡沫塑料改性制备水性防水涂料

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用 废聚苯乙烯泡沫塑料改性制备 水性防水涂料
魏庆莉,刘念,丁彩凤,孙道兴,张书圣
(青岛科技大学化学与分子工程学院,266042)

1 前 言
聚苯乙烯(PS)是一种无定型的线型聚合物,PS产品有普通聚苯乙烯塑料和聚苯乙烯泡沫塑料(PSF)之分,后者具有隔热、隔音、防震、防水、耐酸碱等特性,兼具质轻美观等优点,是世界上应用最广泛的塑料之一,并且多为一次性使用,用后即成为废品。随着我国城市化进程的加快,城市垃圾的产生量急剧上升。我国目前仅电视机用PSF包装材料每年废弃量就达1.5万t以上,而用于一次性快餐饭盒的PSF废弃量就更为惊人。由于PS 的密度小(0.02~0.04g/cm3),因此,废弃以后所占的空间体积很大,且易燃烧,存在安全隐患问题;另外PS 发泡塑料的化学性质比较稳定,具有抗腐蚀,耐老化等特点,在自然界中不易老化腐烂,难于自然降解和被微生物降解,不为自然环境所亲和,而且废PS 本身带有各种有毒化学物质。填埋和焚烧是人们处理废弃PS常用的两种方法。然而这两种方法会造成资源浪费和严重的环境问题,由此产生的大量“白色垃圾”已成为当今环境保护的一大难题。若通过再生利用技术不仅可以消除其对环境的污染,而且还可以使它变废为宝。如可以利用废塑料和粉煤灰制做建筑用瓦、利用废聚苯乙烯泡沫塑料制做隔热保温材料、利用废泡沫塑料制做防水涂料等。本文就是选择合适的改性剂,以废PS发泡塑料为主的改性树脂乳液制备防水涂料。
 
2 实验部分
2.1 原料及仪器
原料:乙酸乙酯、乙酸丁酯(工业级), 邻苯二甲酸二辛酯(化学纯), N-羟甲基丙烯酰胺(化学纯,上海化学试剂公司), 丙烯酸(AA)、丙烯酸羟乙酯(工业级)、丙烯酸丁酯(BA,化学纯,北京东方化工厂), 十二烷基苯磺酸钠(DBS,化学纯,莱阳化工实验厂),OP-10非离子表面活性剂(乳化剂,工业级),MS-1 阳离子表面活性(乳化剂,工业级),N- 甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷(KH - 570,工业级 )。
仪器:JJ-1 型 电动搅拌机(常州国华电器有限公司),N D J - 1 型旋转粘度计(上海天平仪器厂),QHQ 型涂膜铅笔划痕硬度仪(天津市森日达科技商贸有限公司 ),QFZ-II 型漆膜附着力测试仪(天津市科联材料试验厂)。
2.2 乳液防水涂料的制备
将废聚苯乙烯泡沫塑料用水洗净、晾干、粉碎,按一定比例加入到混合溶剂(无水乙醇、甲苯、汽油、乙酸乙酯)中,边加边搅拌,使其完全溶解,待成粘稠状后,再加入一定量的增塑剂邻苯二甲酸二辛酯,充分搅拌制成油相液。将该油相液倒入装有电动搅拌器、回流冷凝管的500mL 四口烧瓶中(置于有控温装置的水浴中),在一定温度下(40℃)恒温充分溶解1h后 ,升温至55℃加入一定量(3.3%)的乳化剂 DBS、OP-10 或MS-1,快速搅拌均匀,然后在激烈搅拌下慢慢加入一定量的水得到乳白色水包油(O/W)型乳状初级防水涂料。

2.2.1 改性工艺
将上述乳液初级防水涂料温度升至(70~75)℃,分别滴加有机硅单体硅烷偶联剂(KH-570)1%~2%和丙烯酸(AA) 3 %、丙烯酸羟乙酯4%、N-羟甲基丙烯酰胺4%,(1~1.5)h滴完,然后保温(1~2)h,降温至40℃出料,得到成品涂料。
2.2.2 涂料技术性能
(1)耐水性的测试
取(0.3~0.4)g的涂料均匀涂在(6×4)cm的玻璃片上,晾干后再在50℃烘箱中烘2h,将玻璃片边缘用蜡封住放入水中,开始每10min 观察一次,1h 后每30min 观察一次,三次之后每1h观察一次,最后每天观察一次,详细记录观察结果,判断其耐水性能。
(2)粘度的测试
根据GB1723-79 采用NDJ-1 型旋转粘度计测试防水涂料乳液的粘度。
(3)吸水率的测试
取下玻璃片上已涂好的干燥涂膜,称重,浸入蒸馏水中72h,取出后用滤纸吸干膜表面,称重,计算吸水率。
吸水率= 所吸水的重量/ 干燥涂膜重量× 100%
(4)涂膜硬度的测试
根据GB6739-86 采用QHQ- 型涂膜铅笔划痕硬度仪测试干燥的膜片硬度。
 
3 结果与讨论
3.1 乳化温度对涂料性能的影响
乳化是一个需要外界向体系输送能量的过程,而保持一定的乳化反应温度是决定乳液稳定性的一个重要因素。反应温度过高,由于分子热运动的过分加剧,而引起“破乳”现象。
按2.2的合成工艺,每次将6.9g PS泡沫溶入10g混合溶剂中,溶解后加入增塑剂1.72g、乳化剂1.0g、水7.6g,在(20~80)℃的不同温度下分别进行试验,制备防水涂料,并对涂料表干时间和耐水性进行测试,结果如表1 所示。
乳化温度对涂料性能的影响
从表1 可以看出,随着反应温度的升高,涂料耐水时间延长,当反应温度为(50~55)℃时,耐水性最好;反应温度再升高,耐水性反而更差,说明反应温度过低或过高对防水涂料的耐水性都不利;另外,在(50~55)℃时,涂料表面干燥时间相对稍长一些,但综合考虑,选择反应温度为(50~55)℃。
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