废聚苯乙烯泡沫的回收利用研究
摘要:对废聚苯乙烯泡沫塑料进行改性，制备得到了乳液型的涂料。测定了改性后产物的红外光谱、固含量、接枝率、接枝效率、接触角。采用数学方法分析接触角和接枝率的关系：y=－2.474x+74.17（式中：y为接触角，°；x为接枝率，％），通过测定接枝产物水滴接触角直接计算得到接枝率。
关键词:废聚苯乙烯 接枝 线性回归方程
发泡聚苯乙烯（EPS）具有质轻、隔音、隔热、质轻、价廉、缓冲性好等有点被大量应用于家电、仪器、仪表、工艺品和其他易损贵重物品的防震包装以及快餐食品包装等行业。然而废弃的聚苯乙烯的性能稳定，在自然环境中很难降解，造成了严重的“白色污染”。目前采用的填埋和焚烧会产生新的污染，因此有效合理地处理是废弃的聚苯乙烯一个急待解决的问题。我国综合利用EPS的主要方法有：制备防火、防腐、防水涂料；裂解苯乙烯；接枝法改性制备胶粘剂；建筑油漆等[1-6]。
接枝改性废聚苯乙烯是处理废聚苯乙烯泡沫的主要方法之一[7]。但是反应接枝率的测定通常采用化学分析的方法，操作复杂且测量周期长[8]。笔者就如何采用简便的方法直接推算出接枝改性聚苯乙烯后的接枝率做了研究。
1 实验部分
1.1 实验试剂和仪器
废聚苯乙烯泡沫塑料；乳化剂、丙烯酸、甲苯、乙酸乙酯、固体KOH、无水乙醇均为分析纯；Nexus-470型傅立叶红外光谱仪（美国Nicolet有限公司）；电热恒温干燥箱；NDJ-1型旋转式粘度计；ZY-82型接触角测定仪。
1.2 实验步骤
将干净的废聚苯乙烯溶解于混合溶剂后转移到三颈瓶中，N2保护下搅拌升温至一定的温度，滴加丙烯酸、引发剂和乳化剂混合液，而后保温，最后进行产物的洗涤和分析。
1.3 红外光谱实验
采用红外光谱仪分析聚苯乙烯接枝前后的红外光谱。
1.4 固含量的测定
对乳液来说，固含量是一个重要的指标。参考《胶粘剂不挥发物含量的测定》（GB/T 2793－1995）方法测定接枝后产物的固含量。
1.5 粘度的测定
乳液的粘度也是一个重要的指标，参考《胶粘剂粘度的测定》（GB/T 2794－1995）方法测定接枝后产物的粘度。
1.6 化学滴定法测定接枝率及接枝效率
配制0.25 mol/L的HCl和0.50 mol/L的KOH-CH3CH2OH标准溶液。
空白滴定：移液管移取10 mL的KOH - CH3CH2OH溶液于100 mL的锥形瓶中，再向其中加入30 mL的二甲苯，滴入2滴酚酞指示剂，充分摇匀，用HCL滴定至红色完全褪去，记下所用HCL溶液的体积。平行滴定3次，取其平均值为V1。
产物滴定：用分析天平称m=1 g左右的接枝产物，加入到圆底烧瓶中；再加入20 mL的二甲苯，加热沸腾0.5 h；冷却后再加入10 mL的二甲苯和10 mL的KOH-CH3CH2OH溶液，加热沸腾回流皂化1.0 h；冷却后滴入2滴酚酞指示剂，用HCL滴至乳白色为终点，记下消耗的HCl溶液体积记作V2。
 （1） |
 （2） |
1.7 接触角测定
聚苯乙烯接枝产物涂覆在干净的玻璃板上，干燥成膜后置于接触角测定仪的载物台上，调好光强后用注射器滴1滴水于干燥膜上，记下水与膜的接触角。在不同的点测定接触角3次，取其平均值。
2 结果与讨论
2.1 产物的红外光谱图
采用红外光谱仪分析聚苯乙烯接枝前后的红外光谱，测试结果如图1所示。
从图1可见，聚苯乙烯接枝后的产物在1 727.87 cm-1有羰基的强吸收峰，同时在1 286.18 cm-1处也有强吸收峰，说明聚苯乙烯与丙烯酸发生了接枝反应。
 图1 聚苯乙烯接枝前后红外光谱图 1—接枝前；2—接枝后 |
2.2 聚苯乙烯接枝乳液的性能
表1为聚苯乙烯接枝后乳液的性能指标。
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表1 接枝乳液的性能指标
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由表1可见，接枝乳液的固含量为35%左右，粘度达到4.54 mPa?S，且能够保持12个月不分层，说明聚苯乙烯接枝后乳液的性能良好。
2.3 接枝率、接枝效率与反应时间的关系
用化学滴定法测定产物的接枝率、接枝效率与反应时间的关系如图2、图3所示。
 反应时间/h 图2 产物接枝率与反应时间关系图 |
 反应时间/h 图3 产物接枝效率与反应时间关系 |
由图2、图3可见，在反应时间为5 h时，产物的接枝率和接枝效率达到极值，接枝率最高达19.56％，而接枝效率最大为86.00％，5 h的反应时间最佳。
2.4 接枝产物接触角与接枝率的关系
用接触角测定仪测得接枝产物的接枝率与接触角的关系见图4。
 图4 接枝产物接枝率与接触角的关系 |
由图4可见，产物的接触角是随着接枝率的增加而减小呈现了一种非常好的线性关系。这是因为随着聚苯乙烯接枝率的增加，接枝在分子链上的丙烯酸基团也越来越多，丙烯酸上的羧基及其它亲水基团会使聚苯乙烯表面的亲水性变的越来越好，接枝产物的接触角也不断地下降。这样从理论上就可以通过接触角的测定来衡量产物接枝率的高低。
2.5 线性回归分析接触角与接枝率的关系
利用数学方法对图4中的曲线进行线性回归分析，得到接枝率与接触角的线性方程为：
y=－2.474x+74.17 （3）
式中：y为接触角，°；x为接枝率，％。
方程的置信度R2=95.82%，可以通过测定接触角来直接计算聚苯乙烯接枝后的接枝率，是一种简便而有效的方法。
3 结 论
（1）聚苯乙烯接枝产物的乳液性能良好。
（2）接枝产物的接枝率最高为19.56%，接枝效率最大为86.00%。
（3）接枝率与接触角的线性方程为：y=－2.474x+74.17。
（4）测定接枝产物水滴接触角来直接计算聚苯乙烯的接枝率，具有操作简单，测试准确，计算方便等优点。
参考文献
[1] 李延珍.一种回收废聚苯乙烯（PS）泡沫塑料方法：蒸汽熔融挤压法的工艺分析[J].环境污染与防治，1991，13（1）：20-24.
[2] 陈雪梅，陈垦，吴侠，等.用废聚苯乙烯泡沫研制木材用膨胀型阻燃涂料[J].现代涂料与涂装，2006，9（2）：7-8.
[3] 牛满志，万森.废聚苯乙烯裂解制备低聚苯乙烯及苯乙烯单体[J].河南化工，1996，6：12-14.
[4] 刘鑫，王志林.EVA改性废聚苯乙烯泡沫塑料研制防腐涂料[J].湖南人文科技学院学报，2006，6：31-33.
[5] 刘俊东.VAC与HEA溶液接枝共聚合成废聚苯乙烯胶粘剂[J].化学工程师，2006，127（4）：49-51.
[6] 郭学益，徐刚，宋瑜，等.回收聚苯乙烯泡沫的研究[J].塑料工业，2007，35(5)：68-70.
[7] 李良波，孟平蕊，李春生.水乳型PS建筑涂料的研究[J].化学建材，1993，9（4）：139-141.
[8] 林志勇，颜文礼，黄胜阳.丙烯酸固相接枝聚丙烯的研究[J].华侨大学学报，1997，18（1）：35-36.
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