聚苯乙烯塑料(以下表示為ＰＳ)及其發泡制品聚苯乙烯泡沫塑料(以下表示為ＰＳＦ)具有良好的耐水性、耐化學腐蝕性、電絕緣性、抗震性、隔熱性以及生產技術成熟、成本低廉等特點,是許多材料的替代品,用于制造儀器外殼、模具、模型、隔熱保溫材料以及用于防震包裝和一次性餐盒等,在全世界被廣泛應用,而且使用量正在逐年增長,已成為當今世界的四大塑料之一。ＰＳ的大量應用,給社會帶來了極大的進步,也給人民生活帶來了極大的方便,但由于其應用涉及領域廣、消費者分散,因此消費后不易收集,同時又受到耐老化、難降解、與其它塑料的分揀技術尚不成熟和完善等因素的影響,廢舊ＰＳ已經成為社會的一大公害,特別是一次性使用的ＰＳＦ,質量輕、密度小、體積大,構成了聞名世界的白色污染。

　　聚苯乙烯是一種以石油為原料的重要高分子化合物,其一次性使用會造成資源的極大浪費,而且在其生產制造過程中,也給環境帶來了一系列的污染問題。因此廢舊ＰＳ的再生利用無論對節約資源、節約能源,還是減輕原生塑料及廢舊塑料對環境造成的壓力,都是具有重要意義的。目前對廢舊ＰＳ的處理方法有填埋、焚燒、裂解、再生和再利用等[1],其中的再利用方法是充分利用聚苯乙烯這一化工資源的有效途徑。用廢舊ＰＳ制備膠粘劑及其相關產品是再利用{TodayHot}的主要方面。

1　簡單聚苯乙烯膠粘劑

　　ＰＳ是一種熱塑性塑料,將其溶于溶劑后,就是一種塑料膠粘劑[2]。比較聚苯乙烯和各種溶劑的熔解度參數可知,芳香烴、氯代烴等對聚苯乙烯有較好的溶解性,如苯、甲苯、二甲苯、氯仿等[2]。人們最初采用的方法就是把ＰＳ溶解在這些溶劑中,制得簡單的膠粘劑。由于ＰＳ是高分子聚合物,本身就是成膜物質,因此,這種膠粘劑可以用于粘接塑料制品和涂飾紙箱、木器、地板等,但溶劑成本高、耗量大。考慮到溶劑的價格,使用粗苯、二甲苯比較經濟,但產品的毒性和氣味大,對生產者和使用者都不利。

　　利用不同溶劑間、溶劑與ＰＳ間的作用和匹配性,采用混合溶劑不僅可以改善膠粘劑的氣味和降低毒性,而且可以改善膠粘劑的性能。比如,純丙酮做溶劑,對ＰＳ的溶解并不好,而且揮發較快,影響膠的涂覆性和平整性,但把它加在其它溶劑中,則它的存在和加入量對溶解速度和產品的質量都有很大的影響[3]。研究發現,溶劑汽油、香蕉水等也是混合溶劑的有效成分[12]。

　　由于ＰＳ是非極性高分子聚合物,分子中不含有極性基團,而且含有剛性大、柔性小的苯環,因此將其簡單溶解于溶劑而制得的膠粘劑,與極性被粘物的粘接能力差,膠層脆且硬,效果不理想而且應用范圍窄,為此人們進行了大量的改性研究工作,目的在于引入極性基團,提高粘接強度和柔性,以適應多種被{HotTag}粘物的粘接需要。

2　改性聚苯乙烯膠粘劑

　　依改性手段的不同,改性可分為物理改性和化學改性,前者是指僅在膠粘劑中引入極性物質,聚苯乙烯分子本身沒有變化,這種改性方法簡單,一般僅需要簡單攪拌混合;而后者是在改性過程中與改性劑發生了化學反應,在聚苯乙烯分子上接枝上其它基團而使其成為極性分子的方法。在膠粘劑中引入的極性基團可以很好地與極性基材表面的極性基團作用,從而加強了兩者的相互作用,而使粘接牢固。通過改性的聚苯乙烯膠粘劑可以分別適用于不同的被粘物,如木材、塑料、建筑材料、日用品等。

　　產品可以是普通形式的膠粘劑,如建筑膠、不干膠、密封膠等,也可以制成油漆類產品,如防腐漆、亮油、亮漆、色漆等,與適當材料配合使用時還可以用于生產防水卷材及復合材料等,在膠粘劑中加入適當的填料等組分后,可以制得相應的涂料,如防水涂料、路標涂料、內外墻涂料以及用于紙箱的防潮涂料等。在ＰＳ的有機溶液中,加入交聯劑、增粘劑或塑料的增塑劑等,都可以較好地改善膠粘劑的性能,從而擴大膠粘劑的應用范圍。這種改性可分為以下幾種[4,5,6]:

2.1　乙酸乙酯改性

　　乙酸乙酯既是ＰＳ的溶劑,又是改性劑,而且改性效果優于其它溶劑。例如,ＰＳＦ300份(重量份),乙酸乙酯80份,丙酮120-140份,溶解并混合均勻后,再加入碳酸鈣400份及少量穩定劑,得到的膠粘劑可以用于建筑裝飾等行業[4]。

2.2　異氰酸酯改性

　　異氰酸酯的分子式為ＯＣＮ-Ｒ-ＮＣＯ,其極性很強,將其加入到ＰＳ的有機溶液中,可以提高膠粘劑的極性,增強膠與極性基材的粘接強度。

2.3　樹脂改性

　　松香、酚醛樹脂、呋喃樹脂、環氧樹脂等都是很好的改性劑,而且耐熱、耐水性能好,兩者相比酚醛樹脂的改性效果更佳。如:將ＰＳＦ溶于甲苯、乙酸乙酯、丙酮和氯仿的混合溶劑中后,加入酚醛樹脂,所制得的膠粘劑的剪切強度可達3.47ＭＰａ,不均勻剝離強度可達14.8ｋＮ/ｍ[4]。在ＰＳＦ的甲苯或苯溶液中加入松香后就可以制得清漆,再加入適當的填料和顏料,就得到各色色漆[7]。由于松香分子的穩定性不是很好,所以松香的用量不宜過大,否則粘接強度會下降,且膠層脆。樹脂和其它改性劑也可以同時用于膠粘劑的改性,達到更滿意的效果。如,以乙酸乙酯、丙酮、環己烷、甲苯做混合溶劑,以酚醛樹脂和異氰酸酯做改性劑,制得的膠粘劑的剪切強度可達3.55-3.97ＭＰａ,不均勻剝離強度可達15.2-17.8ｋＮ/ｍ[6]。

2.4　鄰苯二甲酸酯改性

　　鄰苯二甲酸酯是塑料的增塑劑,其可以改善膠粘劑的柔性和韌性,以ＰＳ為基料的不干膠多采用這種改性方法,有時也和其它改性劑一同使用,如松香等。例如,組成和比例為ＰＳ2.0-4.0ｋｇ,鄰苯二甲酸二丁酯2.5-3.5ｋｇ,有機溶劑3.0-4.5ｋｇ,乙酸乙酯0.1-0.3ｋｇ的不干膠,可以粘貼在玻璃、金屬、墻壁等物體的表面,而且能重復使用[5]。再如,以ＰＳＦ、鄰苯二甲酸二丁酯、天然橡膠、粗苯、松香為原料,可以制得不干膠[7]。

　　在膠粘劑中加入適當的填料,可以制得相應的密封膠或涂料產品。例如由ＰＳＦ、聚乙烯醇、50號溶劑油、甲苯、鄰苯二甲酸二丁酯、水、表面活性劑辛基酚氧乙稀醚和填料制得的膠粘劑,可以用于鋁合金門窗的密封[8]。再如ＰＳ溶于乙酸乙酯和200號汽油組成的混合溶劑后,加入松香,在加入膨潤土、滑石粉、輕鈣、顏料、催干劑等可制得內外墻涂料,可噴可刷,附著力強,干燥速度快,涂層平滑平整[5]。

　　通過化學反應,在聚苯乙烯分子鏈上接枝活性基團,使其成為極性物質,這就是所謂的化學改性。由其制得的膠粘劑極性好,與極性基材間的粘接性能也好。比如,ＰＳ溶解于芳香烴和氯代烴混合溶劑后,加入活化劑Ｃｕ2Ｃｌ2、引發劑過氧化苯甲酸丁酯,100℃下加入丙烯腈和丙烯醇單體,反應2-4時后,即在ＰＳ鏈節中接枝上活潑的丙烯腈和丙烯醇基團,再加入填料,即可得耐水性好、粘接強度高的膠粘劑,廣泛用于建筑、木材家具和日用品等[4]。再如,用丙烯酸酯和活性單體對聚苯乙烯進行接枝改性,丙烯酸酯中酯基的存在大大提高了涂膜與基材的附著力,而且活性單體Ｎ-烷基丙烯酰胺的加入可以使涂膜在成膜過程中發生交聯反應,賦予涂膜良好的機械性能和耐候性。該種涂料可以作為建筑外墻涂料[9]。在上述膠粘劑及涂料中,均以有機物為溶劑,毒性大,對生產者、消費者以及環境均構成污染,因此探討水基涂料是很有意義的。

3　水基聚苯乙烯膠粘劑和涂料

　　在聚苯乙烯膠粘劑中加入水、表面活性劑或乳化劑,經乳化可以制得相應的乳化液,從而降低膠粘劑中的有機溶劑的比例,減少膠粘劑的危害并降低成本。表面活性劑可以為十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、烷基酚基聚氧化乙烯醚等[13]。經過化學改性、接枝后的ＰＳ具有很好的水溶性,由其制得的水乳化膠粘劑穩定性更好。還可以進一步對這種水乳化膠粘劑進行處理,部分或全部分離出其中的有機組分,進一步減少膠粘劑中有機物含量。例如,將ＰＳ溶解于1,2-二氯乙烷后,通過磺化反應使其磺化,然后加水乳化,減壓蒸餾蒸出有機溶劑后,即得到水基涂料,可以用于食品包裝、食品罐內部涂層、紙箱等防水層[10,11]。

4　未來的發展

　　在利用廢舊ＰＳ生產膠粘劑及其相應產品方面,已經進行了大量的研究工作,取得了可喜的成果,為節約資源、減少環境污染作出了貢獻。由于這種再利用方法簡單,流程和技術易于掌握,投資也不大,大中小型企業均可生產,所以目前我國這類企業較多。目前我國膠粘劑產品的檢驗,仍只進行性能檢驗,對產品的毒性、污染情況檢驗不夠,而且對生產廠家的環境污染情況監督管理制度也不夠健全,因此在膠粘劑產品的生產和使用中都普遍存在環境污染問題。

　　隨著我國加入ＷＴＯ日期的臨近,除了企業自覺遵守國家有關環境保護的法律法規或自愿進行ＩＳＯ14000環境管理體系認證以外,我國應該加強膠粘劑標準中有關指標的設立。隨著人民生活水平的提高和環保意識的加強,在提高廢舊塑料再利用率的同時,產品的污染問題一定會越來越受到人們的重視,因此粘接性能好、廢舊物利用率高、污染小的膠粘劑產品,是人們所信賴的。因此成分穩定、毒性小或水基的膠粘劑和涂料是今后發展的趨勢,也是我們研究工作者今后的努力目標。