废聚苯乙烯泡沫塑料胶粘剂研究.docx
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1、毕业设计(论文)题 目:废聚苯乙烯泡沫塑料胶粘剂研究摘 要聚苯乙烯泡沫塑有闭孔结构,吸水性小,有优良的抗水性;密度小,一般为0.0150.03;机械强度好,缓冲性能优异;加工性好,易于模塑成型;着色性好,温度适应性强,抗放射性优异等优点,被广泛地应用于包装、保温、防水、隔热、减震等领域。但大都是一次性使用,废弃在自然界中既不能腐烂转化,又不能自行降解而消失,这样既浪费了宝贵的不可再生资源,又造成了严重的环境污染。本论文就是以保护环境,变废为宝为目的,研究了以废聚苯乙烯泡沫塑料为主要原材料,经改性剂改性后制备成两种低毒性、低成本、性能好的胶粘剂。其中一种是以环氧树脂及甲苯二异氰酸酯作为改性剂的溶
2、剂型多功能胶粘剂,可用于金属、陶瓷、玻璃、木材等的粘接;另外一种是以丙烯酸丁脂和醋酸乙烯脂的混合单体作为改性剂的接枝共聚乳液型胶粘剂。关键词:废聚苯乙烯泡沫塑料;改性剂;胶粘剂AbstractA closed-cell polystyrene foam structure, water absorption is small, has excellent water resistance; density, usually 0.015 to 0.03; mechanical strength, cushioning performance; processing, and easy moldi
3、ng; coloring is good, temperature adaptability, excellent resistance to radiation, etc., are widely used in packaging, insulation, waterproofing, heat insulation, shock absorption and other fields. But mostly one-time use and disposal in nature can neither decay into, and not self-degrade and disapp
4、ear, this is a waste of valuable non-renewable resources, but also caused serious environmental pollution. This paper is to protect the environment, turning waste into wealth for the purpose of study in order to waste polystyrene foam as the main raw materials, modified by the modifier prepared two
5、kinds of low toxicity, low cost, good performance adhesive. One is based on epoxy resin and toluene diisocyanate as a modifier of the solvent-based multi-functional adhesive, can be used for metals, ceramics, glass, wood adhesive; another is based on acrylic resin and vinyl resin D monomer as a modi
6、fier mixture of graft copolymer emulsion adhesiveKey words : waste polystyrene foam; Modifier; Adhesive目 录摘 要1Abstract21 引言411 国内外现状412 聚苯乙烯泡沫塑料的回收利用413 聚苯乙烯泡沫改性胶粘剂的进展62 PS改性胶粘剂的研制821 溶剂型PS改性胶粘剂的研制8211 仪器及药品8212 实验原理8213 胶粘剂的配制9214 胶粘剂各项指标的测试方法922 乳液型PS改性胶粘剂的研制9221 仪器及药品9222 水剂PS改性胶的制备93 结果与讨论1031 溶
7、剂型PS改性胶粘剂的结果与讨论10311 所制得PS改性胶粘剂的各项技术性能见表110312 溶剂的选择10313 溶剂比的选择11314 改性剂甲苯二异氰酸酯用量对胶粘剂剪切强度的影响11315 环氧树脂的选择及其用量对PS改性胶粘剂性质的影响12316 反应温度对PS改性胶粘剂剪切强度的影响12317 分段反应及反应时间对PS改性胶液强度的影响13318 填料对PS改性胶液性能的影响13319 PS改性溶剂型胶的应用1432 乳液型PS改性胶粘剂的结果与讨论14321 乳液型改性胶粘剂的性能如表514322 接枝共聚物的表征14323 低毒混合溶剂的选用15324 改性剂的选择15325
8、混合单体用量对粘接强度的影响15326 反应温度对粘合剂性能的影响16327 保温对单体转化率的影响16328 乳化剂种类及用量174 结论17参考文献:18致谢191 引言11国内外现状聚苯乙烯泡沫塑料(Expanded Polystyrene,简称EPS)是现代塑料工业发展中的新型材料,由1 949年冬由德国科学家Fritz Stastny首先发,一直到七十年代美国发明一步成型法以来才得到了迅速的发展。1985年我国相继从美国、日本引进五套聚苯乙烯泡沫生产装置,促进了我国塑料工业的发展。聚苯乙烯泡沫塑料是当今世界上应用最广泛的塑料之一,因其具有质轻、导热系数小、吸水率低、耐老化、耐腐蚀、耐
9、低温、易加工、价廉质优等特点,被广泛用于包装材料、装饰材料、绝缘材料、食品包装材料等。渗透入国民经济的各个部门。聚苯乙烯泡沫塑料大部份都是一次性使用,数以百万吨的白色垃圾散于自然界中,这种垃圾重量轻,体积大,耐老化、抗腐蚀,化学性质稳定,不易被微生物降解,进入上壤后,使土质变坏,用燃烧的方法处理,燃烧会产生二氧化碳和其它有害气体,也会引起不利的室温效应,还污染空气。从七十年代开始,日本、西欧和美国就相继对塑料废料进行工业化处理,到20世纪初期,综合利用废旧塑料的技术已趋于成熟,截止到2008年,日本塑料废弃物回收率达76,瑞士达78,意大利不仅回收本国的塑料垃圾,还从欧洲其它国家进口废旧塑料进
10、行再生利用。我国从80年代末期开始起步研究废弃塑料的回收再利用技术,进入九十年代以后,研究开始活跃起来,技术产业化率还很低,每年大约仅有15的废弃塑料得到回收2,其余大都被掩埋。聚苯乙烯泡沫的密度很小,只有002004gcm3,因此,体积非常庞大,会占用大面积土地,而且当泡沫塑料进入土壤以后,基本上不会被微生物降解,使土壤中的空气、水分、养分等不能正常的循环交换,而且它还会逐渐释放出一些有害物质,从而影响到生态系统的正常循环,使掩埋处及其周围方圆面积内的土地土质变差,造成悲剧3。12 聚苯乙烯泡沫塑料的回收利用聚苯乙烯泡沫塑料的回收利用技术主要集中在以下几个方面4-9:1制造EPS或再模塑用废
11、弃PS泡沫循环再制EPS或再模制泡沫制品,应该说是废PS泡沫最合理的利用方向。因为废聚苯乙烯泡沫材料除表面受环境污染略变质外,内部还保持着原有聚苯乙烯泡沫的性能,这就为多次利用创造了条件。只有这样,重新模塑或制造EPS才能最好地发挥聚苯乙烯泡沫的多方面优良特性。利用废聚苯乙烯泡沫制造EPS或再模塑有下列三种方法:一种是溶解聚合法,将废聚苯乙烯泡沫材料溶解于苯乙烯单体中,加入分散剂使PS的苯乙烯溶液成珠粒状悬浮在水中,加热使其聚合,然后加发泡剂,继续聚合制成珠粒发泡料。本方法的优点是利用废PS代替了部分苯乙烯,可使成本降低,缺点是要消耗苯乙烯单体,同时也受到PS表面清洁度不稳定对引发剂活性的影响
12、,很难制得均匀一致的产品。另一种是球化再发泡法。是将通用型的聚苯乙烯切成圆柱形粒料,悬浮在分散剂的水溶液中,加热使圆柱体熔融球化,再降温加压加发泡剂,冷却后经过滤、洗涤和低温干燥制成EPS珠粒,本方法的关键在于原料的质量,否则难以保证新制EPS的质量。第三种是珠粒破碎再模塑法。是在液体介质中选用合适的软化剂,表面活性剂和消泡剂,将大块废PS泡沫选择性地破碎到直径48mm的球形珠粒,加发泡剂后再模塑成泡沫制品。本法工芝简单,消耗的附加材料少,模制成品的各项物理性能与原废料接近,而且投资小,效益大,值得推广。2裂解制苯乙烯通过废泡沫塑料裂解制苯乙烯有三种方法。一种是热裂解:将废旧泡沫塑料,装入裂解
13、容器,然后进行加热,使其融化并排出白色气体。装上温度计和直形冷凝管,加热至一定温度进行热裂解。反应完成后,将热裂解装置改装成分馏装置,收集144146馏份。另一种是催化裂解:将催化剂盛装在蒸发皿内,用电炉直接加热35min,至蓬松状。称取不同量的不同种物质作催化剂进行催化裂解试验,以便寻找出较理想的催化剂及其适宜用量。具体操作步骤同上。第三种是无氧催化裂解:于加热前往密闭的反应装置内充N2以赶尽O2,然后加热进行催化裂解(选用效果最好的催化剂),期间间歇充氮气以保证无氧操作。对裂解产物进行分馏,取144146馏份为产品。产品为无色芳香味液体,其折光率n20D=15460(纯苯乙烯n20D=1.
14、 5467,B.P. =145),能使酸性KMnO1溶液或溴水褪色,其IR光谱与苯乙烯标准图谱一致。因此,可确定本产品为苯乙烯。通过裂解可将废泡沫塑料转化成重要的化工原料苯乙烯。3用于制可发性聚苯乙烯。用废弃PS泡沫循环再制EPS或再模制泡沫制品,应该说是废PS泡沫最合理的利用方向。因为废聚苯乙烯泡沫材料除表面受环境污染略变质外,内部还保持着原有聚苯乙烯泡沫的性能,这就为多次利用创造了条件。只有这样,重新模塑或制造EPS才能最好地发挥聚苯乙烯泡沫的多方面优良特性。利用废聚苯乙烯泡沫制造EPS或再模塑有下列几种方法:第一,溶解聚合法。将废烙泡沫材料溶解于苯乙烯单体中,加入分散剂使PS的苯乙烯溶液
15、成珠粒状悬浮在水中,加热使其聚合,然后加发泡剂,继续聚合制成珠粒发泡料。本方法的优点是利用废PS代替了部分苯乙烯,可使成本降低,缺点是要消耗苯乙烯单体,同时也受到PS表面清洁度不稳定对引发剂活性的影响,很难制得均匀一致的产品。第二,球化再发泡法。是将通用型的聚苯乙烯切成圆柱形粒料,悬浮在分散剂的水溶液中,加热使圆柱体熔融球化,再降温加压加发泡剂,冷却后经过滤、洗涤和低温干燥制成EPS珠粒10,本方法的关键在于原料的质量,否则难以保证新制EPS的质量。第三,珠粒破碎再模塑法。是在液体介质中选用合适的软化剂,表面活性剂和消泡剂,将大块废PS泡沫选择性地破碎到直径48mm的球形珠粒,加发泡剂后再模塑
16、成泡沫制品。本法工艺简单,消耗的附加材料少,模制成品的各项物理性能与原废料接近,而且投资小,效益大,值得推广。4溴化改性制备阻燃剂。聚苯乙烯分子中含有苯环结构,苯环上的氢原子可被亲电试剂取代。可将回收的聚苯乙烯泡沫塑料清洗干燥后溶于二氯甲烷溶液中,在三氯化铝催化下,与液溴发生亲电取代反应而制得阻燃剂溴化聚苯乙烯。含溴量可高达6%。可作为聚氯乙烯、ABS、聚丙烯等塑料制品的阻燃。与其它有机阻燃剂相比,溴化聚苯乙烯用量低,阻燃效果好,燃烧过程中不释放二(口恶)英等有毒致癌物质,特别是与三氧化二锑并用,其协同阻燃效果更好,是一种性能良好的阻燃剂。用该工艺制备的溴化聚苯乙烯,性能可以与商品溴化聚苯乙烯
17、阻燃剂相媲美,而且成本低。但因为阻燃剂本身的用量就不是很大,因此此法不能满足大量废PS的回收工作。5硝化氧化制对硝基苯甲酸。对硝基苯甲酸(PNBA)主要用于制造强力纤维、农药、医药、染料、树脂、金属表面防锈剂、防晒剂、彩色胶卷成色剂和滤光剂等多种产品。目前生产PNBA的原料是对硝基甲苯,利用回收的泡沫聚苯乙烯废料生产PNBA不仅能消除环境污染,而且变废为宝,具有显著的环境效益和经济效益。采用加热消泡法,使废泡沫聚苯乙烯的体积缩小为原来的1/25左右,自进料口加入反应装置,加硝酸至反应器中,加入少量催化剂(由过渡金属盐组成),升温至沸腾,保持回流,冷凝器出口与压力表及安全阀相连,从安全阀逸出的气
18、体用稀碱石灰溶液吸收。反应结束后降温, PNBA结晶析出,倒出。重新加料,重复以上操作。因反应时硝酸过量,故对反应产物先压滤再用水洗至微酸性,以减少粗PNBA中的硝酸含量。然后用乙醇重结晶法进行重结晶,乙醇循环使用。6粉碎后用作填冲材料聚苯乙烯泡沫塑料制品经粉碎后可用作填冲材料,制成各种制品。重新模塑成泡沫塑料制品;混凝土复合板制品;石膏夹芯砖;用作沥青增强剂;用作土壤改性剂7接枝改性制备涂料。涂料的制备均由基料添加颜料经搅拌研磨而成。基料为成膜物,聚苯乙烯泡沫由有机高分子组成,经溶剂溶解以后可以作为涂料的基料,其耐水性和绝缘性良好。但用PS作基料制备的涂料附着力和成膜性很差,只要将其进行改性
19、处理并添加适量的交联剂,增塑剂,以改善其成膜性能及膜层质量,这样就可以制成各类涂料。比如,李良波等将废聚苯乙烯泡沫塑料粉碎后溶于二甲苯中,加入引发剂,在一定温度下滴入丙烯酸进行接枝改性反应,得组份甲;将石油沥青溶于二甲苯,得组份乙;将水、乳化剂以及助剂混合均匀得份丙;将上述三种成份在乳化釜中进行共乳化,制得防水涂料。丙烯酸分子在聚苯乙烯的分子链上的接枝,不仅增强了涂膜的附着力,而且提高了乳液的稳定性。制得的涂料具有良好的耐热性、低温柔韧性和粘接强度。另外,用柔性的丙稀酸丁酯接枝在刚性的聚苯乙烯分子链上,可提高聚苯乙烯的柔韧性和附着力,与适当助剂配合,可制成性能良好的防腐涂料14。13 聚苯乙烯
20、泡沫改性胶粘剂的进展胶粘剂在国民经济各部门中都有重大作用。目前,我国胶粘剂生产企业已达1500多家,品种超过3000种,已成为我国化工领域中发展最快的重点行业之一。合成胶粘剂具有应用面广、使用简便、经济效益高、发展迅速等许多特点,随着经济的发展与科技的进步,它将越来越受到人们的重视,成为一个极具发展前景的行业。在我国真正开始有规模的生产,是从1958年开始的,进入上世纪80年代,胶粘剂发展出现了高潮。但在世界发达国家的合成胶粘剂工业已进入了高度发达阶段,上世纪90年代平均增长率为3%左右,我国平均增长为195%。1998年全球合成胶粘剂销售额约250亿美元,其中美国约占全球销售额的35%,西欧
21、占25%,日本占15%,我国仅占7%。全球合成胶粘剂消费结构为包装行业占35%,建筑业占25%,木材加工业占20%,汽车运输业占10%,其他占10%。因此这是一个很好的研究方向,也是废PS再生利用的最佳方向。聚苯乙烯的分子结构中含有苯环,刚性大而柔性小,是非极性物质,在极性物质表面粘接力很弱,必须加入极性物质改性处理。在聚苯乙烯大分子链上引入极性基团从而相互交联形成酯类聚合物,使其对极性表面具有良好的粘接力,这样才能得到粘结力和附着力都很好的胶粘剂。利用废聚苯乙烯泡沫制备胶粘剂的关键技术是改性剂的选择。据文献报道15-35,有以下几种改性剂:1邻苯二甲酸酯改性。胡光军利用邻苯二甲酸二丁酯对聚苯
22、乙烯泡沫塑料进行改性,以丙酮为溶剂,用氧化镁做填料,制得的胶粘剂可用于粘接扬声器回路,粘接成本降低约百分之七十;王秀岩将废聚苯乙烯泡沫塑料粉碎后加入创新一号溶剂中溶解后加入邻苯二甲酸二辛酯和香精,可制成不干胶,可用于各种标签,商标及纸制品的粘接。2酚醛树脂改性。酚醛树脂分子结构中含有羟基,是聚苯乙烯泡沫塑料的优良改性剂。陆友玲等将聚苯乙烯泡沫塑料熔于甲苯、乙酸乙酯、丙酮和三氯甲烷混合溶剂中,充分搅拌后加入酚醛树脂进行反应,制得乳白色PS改性胶粘剂。该胶粘剂的剪切强度为3.47MPa,不均匀剥离强度为148KNm,可用于木材和日用品的粘接。商金明等研究表明,当酚醛树脂与聚苯乙烯泡沫塑料用量相等时
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