作者：邓继勇,　易　兵,　吴爱娇,　管敏江(湖南工程学院应用化学系,湘潭411101)

前　言
　　聚苯乙烯泡沫(ＰＳ)具有隔热、隔音、防震、防水、耐碱等特性,且具有美观、质轻等特点,被广泛应用于仪表、仪器、电子、快餐食品等的新型包装材料及隔音、绝热材料,大多是一次性使用,用完后即成为废品。由于聚苯乙烯的化学性质比较稳定,散布在自然界中既不腐烂也不降解,从而造成严重的环境污染,这种污染随着包装工业的快速发展日趋严重]。如何有效合理地利用废ＰＳ资源是一个急待解决的科研课题。从70年代开始,日本、西欧相继对废ＰＳ进行工业化处理,但仅以清除工业污染、保护环境为目的,多采用深埋和焚烧的方法,深埋废ＰＳ是一种浪费,焚烧时产生大量浓烟,造成污染空气。近年来国内外相继有废ＰＳ回收利用的研究报道,如裂解回收制备汽油或裂解回收乙烯单体,但这种设备投资很大,所得产品性能较差,经济效益不好。也有的回收制备胶粘剂,但用ＰＳ直接制备的胶粘剂存在胶层硬而脆、强度不稳定、溶剂毒性大、成本高等缺点。本文通过选择合适的低毒混合溶剂、改性剂等,研制了一种粘接性能好、成本低的低毒ＰＳ改性胶粘剂。
1　实验部分
1.1 主要原料与仪器
　　甲苯,ＡＲ,长沙市国营延风化学试剂厂;乙酸乙酯,ＡＲ,湖南师大化学试剂厂;邻苯二甲酸二丁酯(ＤＢＰ),ＡＲ,上海祥德精细化工厂;过氧化苯甲酰(ＢＰＯ),ＡＲ,上海中利化工厂;顺丁烯二酸酐(ＭＡ),ＣＰ,天津市化学试剂一厂;废ＰＳ:包装电器的白色发泡材料;钛白粉,滑石粉,氧化镁,氧化锌(过320目);松香改性的酚醛树脂(工业级);ＳＢＳ(工业级);石油树脂(工业级)。电动搅拌器,温度计,冷凝管,电热套,三口烧瓶。
1.2 废ＰＳ泡沫的处理
　　将废ＰＳ泡沫用稀的洗衣粉水溶液刷洗,再用自来水冲洗干净,凉干后人工粉碎。将粉碎后的废ＰＳ泡沫用溶剂溶解配置成30%的ＰＳ胶溶液,待用。
1.3 胶粘剂的制备
　　取1.2中所制得的ＰＳ胶液100ｇ加入三口烧瓶中,然后再加入ＢＰＯ0.2ｇ,ＤＢＰ2ｇ及适量改性剂,在回流、搅拌下慢慢升温到70℃,然后在此温下保温反应3ｈ,再加入氧化镁、钛白粉、滑石粉及适量防老剂,继续搅拌0.5ｈ,冷却出料,制得胶粘剂。
1.4　产品性能测试方法
1.4.1　将制得的胶粘剂各1ｇ分别均匀地涂抹于刨平的木板上,每隔2ｍｉｎ测定一次,测定其表干时间,以不沾手为准。
1.4.2　目测胶粘剂的粘合性能:取20×10ｃｍ的夹板为试片,将制得的胶粘剂分别均匀涂抹于两块夹板上,放置1ｍｉｎ后将其迭合,室温下放置48ｈ后用铁锤敲打接口处至断裂。观察木料是否被拉断。
1.4.3　外观:将20ｍｌ胶粘剂倒入100ｍｌ的玻璃杯中,静止5ｍｉｎ后,观察其颜色透明度,再用干燥清洁的玻璃棒挑起一部分胶粘剂,高于杯口20ｃｍ,观察胶液下流时是否均匀,目测有无粒子,色调是否均匀。
1.4.4　粘度:按国标ＧＢ2794-81《胶粘剂粘度测试方法———旋转粘度计法》。
1.4.5　剥离强度:按ＧＢ2791-81Ｔ剥离方法进行。剥离试片为ＬＹ12ＣＺ铝合金,依此经过碱洗和酸洗后再用磷酸阳极化处理。
1.4.6　防水性能:将胶粘剂均匀涂于-20×20ｃｍ夹板上,室温干燥后浸泡水中48ｈ,取出观测其表面是否起泡、脱落。
1.4.7　固含量的测定:称取1.5ｇ胶样,置于干燥洁净的恒重瓷坩锅内,然后放入预先调好温度的烘箱内(100±5℃)干燥2ｈ,取出放入干燥器中,冷却至室温称重。按下式计算固含量。Ｒ%=Ｇ1/Ｇ×100Ｒ—固含量,Ｃ1—干燥后的胶量(ｇ),Ｇ—干燥前的胶量(ｇ)。1.4.8　用指甲或其它硬物感觉其硬度。
2　结果与讨论
2.1 改性ＰＳ胶性能测试
　　结果按最佳工艺要求配制的ＰＳ改性胶性能测试结果如表1,并与市售白乳胶比较。



2.2 不同溶剂对粘合剂性能的影响
　　ＰＳ为非极性物质,它在极性物质表面上的粘合力很弱,要使它成为较好的粘合剂,必须对它进行改性处理。通过加入改性剂引入极性基团从而提高其粘附力,为达到此目的必须在极性的溶剂中进行改性共聚。表2为三种有机溶剂的主要物理化学参数及对ＰＳ的溶解能力。由表2可知,极性:乙酸乙酯>甲苯>对二甲苯,溶解能力:甲苯>乙酸乙酯>对二甲苯。考虑溶剂的毒性和挥发性,选择溶解性能较好的乙酸乙酯和甲苯组成混合溶剂对ＰＳ进行改性。



2.3 不同改性剂对粘合性能的影响
　　由于ＰＳ为非极性物质,要使它成为多效的胶粘剂,必须加入极性物质进行改性,显然,加入不同的改性剂进行改性所得到的改性ＰＳ胶性能也不同。结果如表3。



　　由表3可以看出,用松香改性的酚醛树脂和石油树脂共同对ＰＳ胶进行改性所得到的胶粘剂Ⅲ对木材的粘合效果最佳,硬度、韧性也最好。其原因是由于松香改性的酚醛树脂具有强极性的-ＯＨ及-ＣＨ2ＯＨ基团,使胶粘剂与被粘物相互形成较强的分子间作用力和化学键,使得胶粘剂固化后在其表面上因化学或物理作用生成一有机长链分子层,对被粘物有较强的粘合作用。同时石油树脂中含有-Ｃ=Ｃ-及其链节中含有苯乙烯、甲基苯乙烯、茚等基团,它与松香改性的酚醛树脂交联形成互穿网络,从而使ＰＳ胶的性能得到了很大的改善。
　　单纯使用石油树脂作改性剂制得的胶粘剂Ⅰ对木材的粘合效果不如胶粘剂Ⅲ。这是由于石油树脂中只有-Ｃ=Ｃ-和苯乙烯、甲基苯乙烯及茚等基团[2],没有强极性的-ＯＨ、-ＣＨ2ＯＨ等基团,不能使胶粘剂与被粘物相互交联形成长链分子层。单纯使用松香改性的酚醛树脂作为改性剂制得的胶粘剂Ⅱ对木板的粘合效果虽然较好,但胶层较软,各项性能不如胶粘剂Ⅲ。在同样反应条件下,用ＳＢＳ树脂和松香改性的酚醛树脂共同对ＰＳ改性制成的胶粘剂Ⅴ及用ＭＡ和松香改性的酚醛树脂共同对ＰＳ改性制成的胶粘剂Ⅳ都存在胶层较软,粘合效果差,干燥时间长的缺点,不利于应用。因此,本文选择松香改性的酚醛树脂和石油树脂共同对ＰＳ胶进行改性。
2.4 改性剂用量对粘合性能的影响
　　废ＰＳ的加入量对粘合强度影响较大。由于它是非极性物质,加入量太多会降低与极性被粘物的粘附力,并影响其它添加剂的作用,而使粘合强度降低。因此必须加入与ＰＳ量相适宜的改性剂用量以提高其极性,但不能加入太多,否则会不利于胶粘剂分散,影响粘合效果。大量实验证明,在30%ＰＳ胶液中,当松香改性的酚醛树脂加入量为1.5～4.0%(ＰＳ胶液量计)、石油树脂的添加量为1.7～3.3%时,所得产品粘合性能较好。
2.5 添加剂对胶粘剂性能的影响
　　在胶粘剂中加入填料可以提高粘接接头的强度,增加表面硬度,降低线膨胀系数,减小固化收缩率,增加粘度,增加抗冲击韧性,增加耐磨性能,提高最高使用温度,改善胶粘剂的耐介质性能、耐水性能与耐老化性能。同时也降低了胶粘剂的成本。另外还通过加入增塑剂ＤＢＰ以增进固化体系的塑性,提高弹性和改进耐寒性,并增加树脂的流动性,有利于湿润、扩散和吸附,从而提高胶粘剂的粘合强度。
2.6 ＢＰＯ对粘合性能的影响
　　反应条件及各物质的量与胶粘剂Ⅲ相同,但不加入ＢＰＯ时制得胶粘剂的粘合性能远差于胶粘剂Ⅲ。其原因是ＢＰＯ受热分解产生的自由基夺取了聚苯乙烯中的α氢,并由此产生聚合物的自由基,形成再结合的Ｃ-Ｃ键,从而提高其粘合性能。
2.7 反应温度及反应时间对粘合性能的影响
　　实验证明,常温下反应制得的胶粘剂粘合性能不好,胶层较脆,因为常温下ＢＰＯ不分解,即无自由基产生,其它改性剂也可能未与ＰＳ发生反应,其粘度也没有明显地提高。若反应温度过高,制得的胶粘剂的粘合性能也不够好且颜色比较深。因为温度高时,聚苯乙烯的降解反应加剧,由此制得的胶粘剂干固物易软化,不适合作胶粘剂。实验证明,当反应温度为70℃时,产品性能较好。另外在实验过程中发现,胶粘剂的粘接强度随反应时间的延长而增大,当反应时间大于3ｈ时,胶粘剂的粘接强度又无明显提高,表明3ｈ后ＢＰＯ基本耗尽,反应基本完全,所以恰当的反应时间为3ｈ。
3 结　论
　　本产品最佳工艺条件是:30%ＰＳ胶液100ｇ,松香改性的酚醛树脂0.5-1.0ｇ,石油树脂0.5-1.2ｇ,ＢＰＯ0.2ｇ,ＤＢＰ2.0ｇ,反应温度70℃,反应时间3小时。主要适用于木材、纸张、纤维等制品的粘接。