鑄造用EPS粘結(jié)劑的合成工藝

1、鑄造用EPS粘結(jié)劑的合成工藝  李英民，劉云峰，任玉艷 (沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，遼寧沈陽(yáng)110023) 摘要：本文論述了如何利用廢聚苯乙烯泡沫通過改性、增塑合成鑄造用的粘結(jié)劑的工藝過程。并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了混合溶劑的配比，改性劑、增塑劑的用量等對(duì)粘結(jié)劑粘結(jié)性能的影響，確定出了最佳的試劑配比及合成工藝。 關(guān)鍵詞：聚苯乙烯；改性劑；增塑劑 l 前言  發(fā)泡聚苯乙烯有質(zhì)輕、吸震、易成型、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)今世界上應(yīng)用最廣泛的塑料之一。我國(guó)80年代開始使用這種材料，這些年發(fā)展很快，已成為全世界十大塑料制品生產(chǎn)國(guó)之一。EPS大都是一次性使用，所以廢塑料的污

2、染問題也越來越嚴(yán)重。世界上很多國(guó)家都研究如何回收廢EPS。因此，探討廢聚苯乙烯泡沫塑料的處理方法是科研工作者的熱門課題。目前研究的重點(diǎn)主要在利用廢聚苯乙烯泡沫塑料熱降解回收苯乙烯單體，制取涂料、防水材料、膠粘劑等。本文介紹一種用廢聚苯乙烯泡沫塑料制鑄造粘結(jié)劑的方法，并研究成分配比、改性劑、增塑劑等對(duì)粘接劑的影響。 2 EPS乳液粘結(jié)劑的合成  2.1 實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)藥品  實(shí)驗(yàn)合成儀器：J50型電動(dòng)攪拌器、型砂強(qiáng)度測(cè)試儀、錘擊式制樣機(jī)等。  實(shí)驗(yàn)所需藥品：二甲苯、丙酮、乙酸已酯、OP一10、磺酸鈉、E劑、B劑、松節(jié)油。 2.2混合溶劑的確定&#

3、160; 利用廢棄聚苯乙烯研制鑄造用粘接劑，混合溶劑的選用不僅決定了粘接劑的成本，而且還決定了其毒性的高低及其性能的好壞。理想的溶劑應(yīng)具有以下籍點(diǎn)：(1)具有很強(qiáng)的溶解力；(2)易與其他溶劑混合且混砂時(shí)有較好的分散性；(3)溶劑具有最小的毒性以減少對(duì)人體的傷害；(4)價(jià)廉易得且揮發(fā)速度適中等。   根據(jù)化學(xué)知識(shí)我們知道，溶解強(qiáng)弱可以根據(jù)聚苯乙烯與溶劑的溶解參數(shù)差來確定，即一般溶解度參數(shù)相近原則。如表1列舉了一些物質(zhì)的溶解度參數(shù)。 溶劑溶解能力的強(qiáng)弱取決于溶劑分子和高分子聚合物間的親合力，親合力決定了溶劑向高分子聚合物分子間隙中擴(kuò)散的難易。通常當(dāng)溶解度參數(shù)值的差值即|12|<1.

4、3時(shí)，兩種物質(zhì)就能夠溶解。因此，我們選用了二甲苯、乙酸乙酯、丙酮做為制取膠粘劑的混合溶劑。并確定三者的比例為3：3：4。 2.3溶質(zhì)量的確定  對(duì)于一種溶劑來講，溶解物質(zhì)的能力是一定的。超過溶解能力，就會(huì)溶不了，而達(dá)不到溶解的極限，又會(huì)存在影響性能的問題，不能充分的挖掘溶劑的能力。因此，在合成的過程中，合適的加入量不但能充分利用溶劑的性能，還可以達(dá)到一個(gè)理想的效果。為此我們做了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。  由圖1我們知道：隨著溶質(zhì)量的增加，砂樣初始強(qiáng)度先增加后下降。我們選擇的溶質(zhì)加人量是42克，即?。喝苜|(zhì)(克)溶劑(m1)=0.42時(shí)效果較佳。 2.4改性劑

5、對(duì)粘結(jié)劑的影響  要合成鑄造用的EPS粘接劑，改性劑的選擇至關(guān)重要。因?yàn)榫郾揭蚁┦欠菢O性物質(zhì)，其分子中因含有苯環(huán)提高了剛性，降低了鏈節(jié)的柔韌性，性脆而易斷閻。用它作粘接劑就必須用極性的物質(zhì)對(duì)其改性，在聚苯乙烯分子鏈上引入極性基團(tuán)，增加粘接劑的附著力，這是利用廢塑料生產(chǎn)粘接劑的關(guān)鍵。綜合考查各種常用的EPS改性劑，我們選擇E劑作為我們實(shí)驗(yàn)的改性劑。E劑是一種強(qiáng)極性的物質(zhì)，含有強(qiáng)極性基團(tuán)，極少量的用量就能得到很好的改性效果。表3列出了改性劑對(duì)粘結(jié)劑初始強(qiáng)度的影響。 由表中的數(shù)據(jù)畫出的曲線圖如圖2所示。我們可以看出改性劑的用量占到EPS用量的2.7時(shí)改性效果最好，所以我們確定的改性劑用量為

6、EPS用量的2.7。 2.5乳化劑  乳化劑是一類能使互不相溶的液體形成穩(wěn)定乳液的化合物。它們都是有表面活性的物質(zhì)，能降低界面張力，使不相溶液體乳化。乳化劑種類影響乳液的穩(wěn)定性，非離子型乳化劑賦予乳液好的化學(xué)穩(wěn)定性，陰離子乳化劑賦予乳液好的機(jī)械穩(wěn)定性。我們選用非離子乳化劑OP一10與陰離子乳化劑十二烷基磺酸鈉和硫酸鈉組成復(fù)合體系。陰離子乳化劑采用1：1比例，非離子與陰離子乳化劑比例為2：1，乳化劑的用量占溶劑體積的2.6時(shí)穩(wěn)定性最好。 2.6增塑劑  聚苯乙烯是線性結(jié)構(gòu)，苯環(huán)側(cè)基在主鏈上的位置是無規(guī)則，無定性的。使主鏈變硬，造成軟化點(diǎn)較高，常溫下較脆。因

7、此除了對(duì)聚苯乙烯進(jìn)行改性外，還要加人一定的物質(zhì)優(yōu)化粘結(jié)劑的性能，即在乳液中加入增塑劑。增大了鏈問的距離，減少了范德華力的作用，使鏈段活動(dòng)能力增大，從而降低了軟化溫度，借以制得韌性好的粘結(jié)劑。我們選擇了與EPS有較好的相溶性的B劑作為粘結(jié)劑的增塑劑。且增塑劑對(duì)砂樣初始強(qiáng)度的影響見表4。   由表4我們知道B劑用量占EPS用量的10左右時(shí)，粘結(jié)性能是最好的，所以我們選擇的B劑用量是占EPS用量的810。 2.7穩(wěn)定劑  粘結(jié)劑在混砂實(shí)驗(yàn)中揮發(fā)速度過快，與實(shí)際生產(chǎn)中的要求不符。為了改變這種情況，減緩溶劑揮發(fā)速度，延長(zhǎng)型砂使用時(shí)間，我們?cè)谡辰Y(jié)劑中加人穩(wěn)定劑。選擇穩(wěn)定劑的條

8、件是：沸點(diǎn)比較高，常溫下?lián)]發(fā)速度適中。根據(jù)要求我們考察了幾種穩(wěn)定劑，選擇了松節(jié)油劑作為我們的穩(wěn)定劑，并通過實(shí)驗(yàn)確定松節(jié)油劑的加入量為20ml。 2.8合成溫度對(duì)粘結(jié)劑的影響  粘結(jié)劑合成過程中，需要對(duì)廢聚苯乙烯進(jìn)行改性和增塑，所以反應(yīng)溫度對(duì)粘結(jié)劑性能也是一個(gè)重要的因素。確定一個(gè)合適的反應(yīng)溫度對(duì)得到高性能的粘結(jié)劑很重要。為此我們?cè)O(shè)計(jì)了一組實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)溫度對(duì)性能的影響，如表5所示： 由表5中數(shù)據(jù)看出：最佳的反應(yīng)溫度是在4050之間，這也是我們確定的反應(yīng)溫度。 3合成工藝 3.1原料的準(zhǔn)備  由于實(shí)驗(yàn)原料是廢聚苯乙烯，泡沫表面會(huì)有或多或少的雜質(zhì)，這

9、些有可能影響最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。所以實(shí)驗(yàn)之前我們要做的就是要清除這些雜質(zhì)和油污，然后晾干、粉碎，已備使用。 3.2粘結(jié)劑的合成  在鐵架臺(tái)上架好三口燒瓶，安裝好電動(dòng)攪拌器和溫度計(jì)。然后將乙酸乙酯、二甲苯、丙酮按照比例加人燒瓶中。啟動(dòng)電動(dòng)攪拌器，將粉碎的廢聚苯乙烯(EPS)慢慢的加人到溶劑中，在邊攪拌邊加聚苯乙烯的條件下待全部溶解后，加入適量改性劑對(duì)聚苯乙烯進(jìn)行改性反應(yīng)。然后加入適量的穩(wěn)定劑，同時(shí)加入混合乳化劑，來降低各相之間的界面張力達(dá)到充分混合的目的，并將溫度控制在40-50內(nèi)，反應(yīng)一個(gè)小時(shí)后加入增塑劑，再反應(yīng)兩個(gè)小時(shí)后，自然冷卻至常溫，得到黃褐色的粘結(jié)劑。反應(yīng)工蘆的流程圖如

10、圖3.1所示 4粘結(jié)劑的性能及結(jié)果分析 4.1粘結(jié)劑加入量的確足  型砂試驗(yàn)中，粘結(jié)劑加人量對(duì)砂樣的初始強(qiáng)度有很大影響。加人量不足時(shí)，砂粒問的空隙較多，型砂的透氣性提高，但強(qiáng)度不夠，不能體現(xiàn)粘結(jié)劑性能；加入量過大，粘結(jié)劑填充在砂粒間空隙，型砂透氣性下降。澆鑄時(shí)，在高問金屬作用下，粘結(jié)劑燒損量增加，產(chǎn)生大量氣體。由于透氣性下降，氣體不能及時(shí)排出，會(huì)導(dǎo)致鑄件氣孔缺陷的產(chǎn)生。同時(shí)，沒有燒損的粘結(jié)劑，由于過量存在，也可能使型砂潰散性能惡化，不利于型砂的再利用。  所以，確定合適的加入量就顯得很有必要。我們?cè)O(shè)計(jì)了找出最佳加人量的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表6所示。這個(gè)實(shí)驗(yàn)是在加

11、人l的Ca(OH)2，吹CO2反應(yīng)建立初始強(qiáng)度的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。采用CO2流量參數(shù)是0.5，吹氣時(shí)間1分鐘。  由表6中數(shù)據(jù)知，采用的粘結(jié)劑最佳加人量為16克500克(原砂)。 42型砂添加物量的確定  通過對(duì)幾種粘結(jié)劑輔助物的型砂試驗(yàn)我們知道，Ca(OH)2對(duì)型砂初始強(qiáng)度的提高有明顯的幫助，因此確定為我們型砂試驗(yàn)的輔助添加劑。表7就是確定添加物量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。  由表7中的數(shù)據(jù)我們得到Ca(OH)2的加人量應(yīng)占原砂質(zhì)量的l左右為佳。 5結(jié)論  1)本文是用廢聚苯乙烯來研制鑄造用粘結(jié)劑，為“白色污染”物的回收提供了一種實(shí)用的方法。  2)通過一系列針對(duì)性實(shí)驗(yàn)，得出合成粘結(jié)劑原料的合適加入量