（材料加工工程专业论文）eps回收再发泡技术的研究.pdf

一 e p s 回收再发泡技术的研究 a b s t r a c t t h e e x p a n d e dp o l y s t y r e n e ( e p s ) i su s e dv e r yb r o a d l ya n dh a saq u i c ki n c r e a s e i ny i e l d b e c a u s eo fu n d e g r a d a t i o nu n d e rt h en a t u r a lc o n d i t i o n s ，e p sc a u s e sm a n v s e r i o u sp r o b l e m sa b o u te n v i r o n m e n ta n dr e s o u r c e f r o mt h e19 8 0 s ，t h ep r o c e s s i n g a n dr e c y c l i n go fw a s t e p l a s t i cf o a mh a v ea t t r a c t e dm o r ea t t e n t i o ni nt h ew o 订d t h i sp a p e rf o c u so nt h er e c y c l ea n dr e u t i l i z a t i o no fw a s t e p o l y s t y r e n ef o a ma n d t h er e c y c l i n gm e t h o dh a sb e e ns t u d i e df o ri n d u s t r i a l i z a t i o n t h er e s u l t ss h o wt h a t r e c y c l e dp o l y s t y r e n ef o a mc a nb ef o a m e da g a i na n dt h ef o a m e dp r o d u c t sh a v eg o o d p r o p e r t i e s t h ed i f f i d e n td e f o a m i n gm e t h o d s ，s u c ha sw a t e rv a p o r , h e a t e da i ra n dc r u d e s o l v e n t ( 1 i m o n e n e ) ，w e r es t u d i e d t h es o l v e n t d e f o a m i n g c o n d i t i o n sw e r e i n v e s t i g a t e db yu s i n gl i m o n e n ea ss o l v e n t t h ee x p a n d e dp o l y s t y r e n eh a sb e e np r e p a r e db yi m p r e g n a t i o nm e t h o da n dt h e f o a m i n ga g e n ti sn p e n t a n e t h ee f f e c t so ft e m p e r a t u r e ，p r e s s u r e ，c o n t e n to f n - p e n t a n ea n dw a t e ro ni m p r e g n a t i o nc a p a c i t yo ff o a m i n ga g e n tw e r ed i s c u s s e d t h e m o s te f f e c t i v ef a c t o r sa n dt h eo p t i m u mf o r m u l aw e r es e l e c t e dw i t ho r t h o g o n a l d e s i g n t h ee f f e c t so ft h ep r e - e x p a n s i o nt i m e ，p r e - e x p a n s i o nt e m p e r a t u r e ，m o l d i n g t i m ea n dm o l d i n gs t e a mp r e s s u r eo nt h ep r o p e r t i e so ft h ep r o d u c t sw e r es t u d i e d i t s h o w e dt h a tt h ea p p a r e n td e n s i t yo fp r o d u c t sw a s m a i n l ya f f e c t e db yb e a dd i a m e t e r , p r e 。e x p a n s i o nt e m p e r a t u r e ，p r e 。e x p a n s i o nt i m e ，m o l d i n gt i m ea n dm o l d i n gp r e s s u r e f i n a l l y , t h ee f f e c to fn u c l e a t i n ga g e n to nt h ep r o p e r t i e so f p o l y s t y r e n ef o a mh a s b e e ns t u d i e d i ts h o w e dt h a tt h e a d d i t i o no fn u c l e a t i n g a g e n t i n e x p a n d e d p o l y s t y r e n e ( e p s ) c a ni m p r o v eb u b b l eq u a l i t yo fe p s i tw a sp r o v e db ys e mo fc e l l s t r u c t u r et h a tt h en u c l e a t i n ga g e n th a da ne f f e c to fp r o d u c i n gl a r g e q u a n t i t i e so f b u b b l e n u c l e u sa n dm a d et h eb u b b l ec l o s ea n de v e n t oac e r t a i ne x t e n t t h ea d d i t i o n o fn u c l e a t i n ga g e n tc a ni m p r o v et h ec e l ls t r u c t u r ea n dt h ee f f e c to ft h en u e l e a t i n g a g e n tb i sb e t t e rt h a nn u c l e a t i n ga g e n t a k e yw o r d s ：e x p a n d e d p o l y s t y r e n e ( e p s ) ；i m p r e g n a t i o nm e t h o d ； n u c l e a t i n ga g e n t ；r e c l a i m e p s 同收雨发泡技术的研究 目录 第一章绪论1 1 1 聚苯乙烯泡沫塑料( e p s ) 的生产状况1 1 2e p s 的性能一1 1 3e p s 的应用领域2 1 3 1e p s 在建筑领域的应用3 1 3 1 1e p s 夹芯墙板3 1 3 1 2e p s 外墙保温材料4 1 3 1 3e p s 在建筑领域的其他应用4 1 3 2e p s 在包装领域的应用5 1 3 3e p s 泡沫层合板5 1 3 4 可降解发泡餐具5 1 3 5e p s 泡沫浮材6 1 4e p s 造成的资源环境问题6 1 5 废e p s 的回收及利用7 1 5 1 废弃e p s 的脱泡和熔融造粒7 1 5 2 废弃e p s 的改性利用8 1 5 2 1e p s 的共混改性8 1 5 2 2e p s 的增强改性9 1 5 2 3e p s 的化学改性9 1 5 3e p s 的裂解1 0 1 5 3 1 裂解制苯乙烯1 0 1 5 3 2 裂解制油1 0 1 5 4e p s 的直接利用1 1 1 5 4 1 制备高分子快干漆1 1 1 5 4 2 制备防水涂料一11 1 5 4 3 制备胶粘剂1 2 1 5 4 4 制备新型涂改液1 2 1 5 5 溶剂法回收e p s 1 2 1 5 5 1 化学溶剂法1 2 1 5 5 2 天然溶剂法1 3 1 6 选题的目的及意义1 3 1 6 1e p s 回收利用的必要性1 3 1 6 2 以往回收技术存在的问题1 4 第二章e p s 发泡及加工成型原理1 6 2 1 泡沫塑料的成型原理1 6 2 2e p s 原料的生产工艺1 7 2 3e p s 制品的加工工艺1 8 2 3 1 预发18 2 3 2 熟化1 9 i v 北京l ：商人学硕十学位论文 2 3 3 模压成型1 9 第三章e p s 消泡体系的研究2 0 3 1 主要试剂及原料2 0 3 2 实验仪器与设备2 0 3 3 消泡实验2 1 3 3 1 热空气消泡法2 1 3 3 2 水蒸汽消泡法2 3 3 3 3 溶剂消泡法2 5 3 3 3 1 柠檬烯的提取2 5 3 3 3 2e p s 的回收2 6 3 3 3 3 柠檬烯的回收3 0 3 4 结果与讨论3 1 第四章回收e p s 再发泡体系的研究3 3 4 1 主要试剂及原料3 3 4 2 实验仪器与设备3 3 4 3 浸渍工艺的研究3 4 4 3 1 工艺路线3 4 4 3 2 实验配方3 4 4 3 3 工艺参数的确定3 4 4 3 4 结果与讨论_ 3 5 4 3 4 1 发泡剂的选择3 5 4 3 4 2 正戊烷的加入量对发泡剂浸渍量的影响3 6 4 3 4 3 温度对发泡剂浸渍量的影响3 7 4 3 4 4 压力对发泡剂浸渍量的影响3 7 4 3 4 5 最大影响因素的确定3 8 4 4 预发泡过程4 0 4 4 1 预发泡工艺4 0 4 4 2 工艺参数的确定4 0 4 4 3 结果与讨论4 1 4 4 3 1 预发泡时间一4 1 4 4 3 2 预发泡温度对颗粒的影响4 2 4 5 模压成型4 3 4 5 1 模压成型工艺4 3 4 5 2 结果与讨论4 3 4 5 2 1 模压温度和模压时间对制品的影响4 3 4 5 2 2 成型压力对制品的影响4 4 4 6 制品的性能测试4 4 4 6 1 性能测试标准4 4 4 6 2 结果与讨论4 5 4 6 2 1 表观密度4 5 4 6 2 2 压缩强度4 8 4 6 2 3 导热系数5 1 v e p s 同收再发泡技术的研究 4 6 2 4 尺寸变化率5 2 4 6 2 5 ：镕结性5 4 4 6 2 6 泡孔结构5 6 第五章成核剂对制品泡孔结构的影响5 7 5 1 工艺路线与配方5 7 5 2 结果与讨论5 7 第六章结论6 0 参考文献6 2 v i 北京- i ：商人y - 硕十学位论文 第一章绪论 1 1 聚苯乙烯泡沫塑料( e p s ) 的生产状况 高分子材料现己成为三大材料之一，它的应用代表着科学技术的进步。高 分子材料己经渗透到国民经济各部门和人们生活的各个方面。目前，世界合成 高分子材料的年产量已经超过1 8 亿吨，中国约2 0 0 0 万吨，位居世界第二；以 体积计算，早已超过钢铁，成为人类用量最大的材料品种。随着经济的发展 和社会的进步，人们的生活水平日益提高，高分子材料在日常生活中的使用量 也越来越大。在我国，塑料年加工量正以约1 0 的速度递增。据预测到2 0 0 5 年，全国塑料制品产量将达到或超过2 5 0 0 万吨【2 】。 可发性聚苯乙烯泡沫塑料( e p s ) 是一个比较古老的塑料品种，它早在2 0 世纪5 0 年代就在德国b a s f 公司投产，随后带动了整个欧洲、美洲，形成了巨 大的塑料工业体系。如今，可发性聚苯乙烯泡沫塑料( e p s ) 已成为塑料行业 的重要组成部分，也是泡沫塑料的重要品种之一。1 9 7 9 年，我国e p s 产量还不 到5 0 0 0 吨，其中6 0 的原材料还需要进口，到2 0 0 1 年，我国e p s 的加工企业 有5 0 0 多家，生产能力已达1 2 0 万吨，产量6 8 万吨，原料基本实现了国产化引。 表1 1 中国e p s 制品产量 t a b l el 一1o u t p u to fe p sp r o d u c t si nc h i n a 1 2e p s 的性能 e p s 是一种热塑性材料，经加热发泡后，每立方分米体积内含有3 0 0 6 0 0 万个独立密闭气泡，内含空气的体积为9 8 以上，这样的结构赋予它许多特性。 ( 1 ) 密度低 e p s 中有大量气泡存在，其密度约在1 0 - - 一3 0 蚝m 3 之间，为非发泡塑料制 品的几十分之一，是当前最轻的包装材料。 e p s 同收雨发泡技术的研究 ( 2 ) 减震性好 e p s 在受到冲击载荷时，泡孔中的气体受载荷作用而压缩，外力消失而回 弹，这种压缩、回弹会消耗掉冲击载荷能量。 ( 3 ) 保温隔热性能优良 e p s 由完全封闭的多面体形蜂窝构成，蜂窝的直径约为o 0 8 0 1 5m m 。众 所周知，截留在蜂窝内的空气是一种热的不良导体，故e p s 的导热系数极低； 况且空气长期留在蜂窝中，使得e p s 具有长久稳定的保温性能。 ( 4 ) 隔音效果好 e p s 的泡孔结构可以减弱、吸收声波能量，使声波不能反射传递以达到良 好的隔音效果。 ( 5 ) 比强度高 泡沫塑料密度低，比强度自然要比非发泡塑料制品高。机械强度随发泡倍 数增加而降低。 ( 6 ) 防水、耐酸碱性能好 与其他许多泡沫塑料不一样，e p s 泡沫塑料是不吸湿的。由于蜂窝壁是不 透水的，水仅能从熔融的蜂窝之间微小通道投入泡沫塑料，因此，吸水率极低。 e p s 还可耐受许多化学物质，如稀酸、稀碱、甲醇和异丙醇、水溶性油漆 和水溶性粘结剂、石膏、硅油、不含溶剂的沥青等。 此外，泡沫结构的聚苯乙烯是一种非结晶塑料，从1 8 0 。c 到玻璃化转变温 度9 5 c 不会发生根本性的结构变化。因此，可以长期在极低的温度下使用。 1 3e p s 的应用领域 e p s 应用领域极广，在工业、农业、国防、交通运输、电子电器都有应用。 表1 - 2 中国e p s 制品的应用领域【3 】 t a b l e1 - 2a p p l i c a t i o n so fe p sp r o d u c t si nc h i n a 2 北京i ：商人学硕十学何论文 1 3 1e p s 在建筑领域的应用 建筑用泡沫塑料制品是一类新兴的建筑材料，由于它优异的特性和广阔的 应用前景，在近几年得到了迅猛的发展。目前，泡沫塑料在建筑领域里的应用 范围已经相当广泛，制品种类也同益增多，建筑用塑料制品正朝着功能性、实 用性、新颖性及适应建筑工程质量要求全方位的发展。当前在建筑上应用最广 泛的泡沫塑料塑料主要是聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯泡沫塑料两大类。聚苯乙 烯泡沫塑料的应用分述如下【4 1 。 1 3 1 1e p s 夹芯墙板 聚苯乙烯泡沫塑料与其他轻质材料复合制成的复合夹芯板，质量轻，能满 足作为墙体所要求的建筑功能，可直接作为建筑围护，是较理想的框架结构建 筑的墙体材料。常用的复合夹芯板有四种： ( 1 ) 金属面聚苯乙烯泡沫夹芯板 金属面聚苯乙烯泡沫夹芯板是以阻燃聚苯乙烯泡沫塑料做芯材，以彩色涂 层钢板为面材，用胶黏剂复合而成的会属夹芯板。这种板除了绝热性能极佳外， 还具有施工速度快、安装简便、连接牢靠、质量轻、强度高、保温隔湿性能好， 易于清洁，使用寿命长等特点，特别适合建造大型的工厂厂房、仓库、民用建 筑、体育馆、各类冷库以及大跨度建筑。 ( 2 ) 钢丝网架水泥聚苯乙烯泡沫夹芯板 钢丝网架水泥聚苯乙烯泡沫夹芯板是2 0 世纪6 0 年代西方国家发展起来的 一种新型轻质复合板材。这种夹芯板自重轻、保温性能好、强度高、抗震、防 水。另外，其施工方便，主要用于非承重的内外墙，适用于框架结构的隔墙和 楼房接层【5 】。 ( 3 ) 玻璃钢泡沫夹芯板 玻璃钢泡沫夹芯板是以玻璃钢作为面层，泡沫塑料作为芯层的复合结构。 玻璃钢泡沫夹芯板的优点是比强度高、表面光洁、结构稳定性好、承载力高、 耐疲劳、抗震动、隔音、隔热。 ( 4 ) 水泥聚苯乙烯泡沫夹芯板 水泥一聚苯乙烯泡沫夹芯板是用聚苯乙烯泡沫塑料为芯层，用水泥等做外层 制成的一体板材，主要应用于墙体和屋面的内外保温、建筑物的内隔墙和非承 e p s 回收再发泡技术的研究 重墙。 1 3 1 2e p s 外墙保温材料 ( 1 ) 外墙保温 建筑物外墙外贴聚苯乙烯泡沫板保温效果好、施j 二简便、成本低，还可以 用于旧建筑的保温。 ( 2 ) 屋面防水保温 聚苯乙烯泡沫塑料在屋面防水保温上的应用国内外已有很多，近年来一种 新型防水隔热屋面倒置式屋面正渐渐推广起来，它能够比较彻底解决屋顶 渗漏的问题。 ( 3 ) 隔热聚苯乙烯泡沫板 用聚苯乙烯泡沫塑料做外墙外保温的方法在国外已有很多年的历史，称之 为“e i f s ，指通过黏结和锚固办法将作为隔热材料的聚苯乙烯泡沫板固定于 建筑外墙，其上面覆盖纤维网增强的聚合物砂浆，最外层为饰面涂料【6 1 。 1 3 1 3e p s 在建筑领域的其他应用 ( 1 ) 水泥聚苯乙烯泡沫板 水泥聚苯乙烯泡沫板是由聚苯乙烯泡沫塑料下脚料或废旧聚苯乙烯泡沫塑 料经过破碎而成的颗粒，加水泥、水、起泡剂等材料，经过搅拌、成型、养护 而成的一种新型保温隔热材料。它具有质轻、热导率低、保温隔热性能好、有 一定强度和韧性、耐水、难燃、施工方便、价格较低等优点，适用于建筑物外 墙和屋顶的保温隔热层【7 1 。 ( 2 ) 地板采暖隔热 聚苯乙烯泡沫板可用于地板采暖技术的隔热层，可节省能源。 ( 3 ) 道路工程上的应用 聚苯乙烯泡沫塑料在公路、铁路、水利等工程建筑上也有应用领域。它质 轻、压缩强度好、不吸水、不变质、抗冲击性能好，可以有效防止软基上填土 的沉降及桥台和道路的垂直错位，适用于修建直立挡墙、地基的置换、落石防 护工程等【8 1 。 ( 4 ) e p s 建筑模墙体 近几年国外开发了一种“e p s 建筑模墙体”。首先在工厂中生产一系列不 同形状的e p s 建筑模块，然后到建筑现场在基础上把各种形状的e p s 建筑模块 4 北京ji ：商人学硕十学位论文 像搭积木样拼装起来，在建筑模块中间适当的地方放i ：横的竖的钢筋，再在 建筑模块的中间浇铸混凝土把它们连接成整墙体，最后在外面做上装饰面就成 为“e p s 建筑模墙体”。这种墙体中，e p s 模块直接用作混凝土结构的模板， 又用作墙体的保温隔热层。 1 3 2e p s 在包装领域的应用 e p s 模压发泡可制取包装垫，它可直接制成与包装物相应得形状，具有可 靠的防震、隔热、耐压等特性，广泛用于各种精密仪器、电器、各种轻工产品 的包装 9 】o 0 1t 0 2 m p a 的蒸汽0 1 o 2 m p a 的蒸汽 e p s 颗粒 图1 1e p s 包装垫的生产流程 f i g 1 1f l o wc h a r to f p a c k i n gm a t e r i a lo f e p s 1 3 3e p s 泡沫层合板 可发性聚苯乙烯泡沫层合板强度高而且各向差异小，抗潮和绝热性能超过 波纹板，可作为果品类包装箱的材料。如用铝箔或塑料薄膜代替层合板中的纸， 便可包装鱼类等冷冻食品。 1 3 4 可降解发泡餐具 j | 烷发泡剂 i 冀蓑簧誓誓翥一发泡毒型一发泡片材一裁边一快餐具 t 聚苯乙烯、成核剂、光敏剂 图1 2 可降解发泡餐具的生产工艺 f i g 1 2f l o wc h a r to fd e g r a d a b l es t y r o f o a mt a b l e w a r e e p s 同收再发泡技术的研究 以植物纤维素混入聚苯乙烯淀粉树脂中，促使多组分交联，使分子链从原 来的线型或轻度支链型结构转化为三维网状结构，形成纤维增强淀粉泡沫塑料， 可有效提高快餐具制品的降解性能、力学性能、加工性能，并降低成本。生产 工艺如图1 2 所示【1 引。 1 3 5e p s 泡沫浮材 聚苯乙烯泡沫塑料质轻，可以用来做各种浮材，如救生圈、救生筏等。泡 沫浮材的模压成型工艺如图1 3 所示。 0 1t 0 2 m p a 的蒸汽 e p s 颗粒 图1 3e p s 泡沫浮材成型工艺 f i g 1 3f l o wc h a r to fl i f ep r e s e r v e ro fs t y r o f o a m 1 4e p s 造成的资源环境问题 聚苯乙烯泡沫材料在给人类带来便利的同时，也给我们带来了极大的困扰， 即大量塑料废弃物与日俱增，给人类赖以生存的自然环境造成了不可忽视的负 面影响。首先，e p s 的大量生产会增加天然资源的消耗，长此以往将会给自然 资源带来一定危机，因为其来源石油，是一种不可再生资源。此外，2 3 以上的e p s 制品一次性使用后即被遗弃成无用的垃圾，极大地污染了环境，其 形成的垃圾不但数量庞大而且在自然界中难以降解，同时由于回收利用技术未 能跟上，导致“白色污染”遍布社会生活的各个角落，给环境带来极大的危害。 现列举如下： ( 1 ) 环境中的废旧e p s 不易腐烂，堆放会造成土壤的污染，影响农作物的透 气性； ( 2 ) 塑料废弃物占海洋漂浮物的6 0 左右，这不仅给航运带来安全隐患，也 造成海洋生物和水质的污染； ( 3 ) 废旧e p s 体积大，占地面积和空间都非常大。 6 北京f ：商人学硕十学何论文 基于上述e p s 废弃物对环境造成的危害，必须重视对废旧e p s 的回收和利 用。塑料工业要想持续、高速发展，废旧塑料的回收利用势在必行，这样不仅 可以节约能源，而且可以保护环境，实现社会的可持续发展。因此，e p s 的回 收利用技术受到了越来越多的重视。 1 5 废e p s 的回收及利用 如何使这些废旧聚苯乙烯泡沫塑料变废为宝? 目前，世界各国大多从回收 利用方面研究对废旧发泡聚苯乙烯的处理方法。其回收利用主要集中在如下几 个方面。 1 5 1 废弃e p s 的脱泡和熔融造粒 聚苯乙烯发泡后体积增大5 0 - - 8 0 倍，表观容积可达7 5 1 2 0 l k g 。这么大 的体积如果原封不动的收集和装运，就如同是在“运送空气”。因此，处理e p s 废弃物方法的关键是就地消泡减容，把已恢复到接近新料聚苯乙烯密度的减容 回收物料运到各种利用场所，可节约大笔运输费用。 回收利用再生聚苯乙烯除少数直接利用泡沫塑料质轻体大的特点制成产品 外，大部分还是要经过对再生聚苯乙烯泡沫塑料进行脱泡造粒之后再利用。聚 苯乙烯的熔融造粒工艺简单，适合大小不同的单位生产。熔融造粒包括粉碎、 洗涤、干燥、脱泡、挤出、造粒等几个步骤。脱泡的方法很多，表1 3 比较了 聚苯乙烯泡沫塑料的各种脱泡方法的操作和效果。在这些脱泡方法中，热压法 由于加热温度低、降解量小、不用挥发溶剂、设备简单等特点，使用的场合较 多。 表i - 3 聚苯乙烯的脱泡方法1 t a b l e1 - 3d e f o a m i n gm e t h o d so fp o l y s t y r e n ef o a m 方法 操作脱泡现象脱泡后物料状况 双轧辊旋转式脱泡机 机压法受热压泡壁破裂、体积变小薄、多孔、饼状 轧辊内温度2 2 0 。c 左以 热压法 加热8 0 1 0 0 ，加压受热压泡壁变软、体积变小 多孔、饼状 熔融法加热大于2 0 0 熔融脱泡半透明、团状 溶解法加入聚苯乙烯良溶剂溶解脱泡溶液状态 加入仅能使聚苯乙烯 凝胶法泡壁溶胀、变软收缩凝胶状态 溶胀的溶剂 e p s 同收再发泡技术的研究 1 5 2 废弃e p s 的改性利用 1 5 2 1e p s 的共混改性 橡塑共混技术是近几十年发展起来的改善橡胶和塑料性能的最有效、最经 济的方法之一，利用橡塑共混技术可使回收废聚苯乙烯向高性能方向发展，从 而大大提高产品的附加值。 ( 1 ) 用废聚苯乙烯制高抗冲聚苯乙烯 高抗冲聚苯乙烯即聚苯乙烯塑料与橡胶共混的产物，橡胶作为一种增韧改 性剂，均匀的分散在聚苯乙烯塑料的基体中，可显著的增加聚苯乙烯的韧性。 改性橡胶品种的选择，是取得良好共混效果的关键。通常，由于丁苯橡胶 和聚苯乙烯有相似的结构，故相容性较好，丁苯橡胶与聚苯乙烯的共混物有较 高的抗冲击强度，其制品一般无剥离现象，这主要是由于二种聚合物所构成的 二相，在相界面处有较强的结合力，这种结合力随丁苯橡胶中苯乙烯含量的增 多而提高，苯乙烯含量多的丁苯橡胶结构与苯乙烯更相似，两者的相容性也更 好【12 1 。 聚苯乙烯和丁苯橡胶共混的方法如下：按比例配制适量的微珠状聚苯乙烯 和丁苯橡胶，投入混炼机。在双辊筒混炼机上，控制温度1 5 0 左右，时间约 为2 0 m i n ；若使用密炼机共混，则应当冲氮气，以避免混炼过程中发生氧化作 用。 ( 2 ) 废聚苯乙烯的其他共混改性产品 再生聚苯乙烯经过增韧改性以后，如要进一步再提高产品的抗冲强度，可 与s b s 热塑性弹性体进行第二次共混改性，所得产品是超抗冲性级产品。 再生聚苯乙烯与聚烯烃共混是近年来研究的方向，这不仅能改善聚苯乙烯 的物理性能，还能解决两大塑料的回收问题 1 2 】。 再生聚苯乙烯还可以和丙烯酸酯类聚合物、a b s 进行共混，前者共混物一 般具有i p n 结构，不仅具有良好的综合性能，如透明性、抗冲性能、尺寸稳定 性和较低的吸湿性，而且还可具有一定的形状记忆功能。后者共混物可充分体 现a b s 塑料的优良性能，其制品的抗冲强度、硬度、光泽度及耐溶剂性都可达 到较高程度。 北京l ：商大学硕十学何论文 1 5 2 2e p s 的增强改性 再生聚苯乙烯塑料也可和其它塑料产品一样，用纤维增强材料进行增强， 以提高产品的综合性能和附加值，其中聚苯乙烯玻璃纤维增强塑料的生产和使 用较为普遍【1 3 】。 注射聚苯乙烯塑料经玻璃纤维增强后，保持了原塑料优良的电性能和耐化 学腐蚀性能，改变了原塑料脆性、冲击强度低等缺点；刚性、韧性和机械强度 比原塑料增强一倍左右，蠕变和松弛率大为降低，热膨胀率减少一半，低温尺 寸稳定性和耐老化性良好。 1 5 2 3e p s 的化学改性 由于聚苯乙烯是非极性物质，如要提高其在钢材、木材等表面的粘附性， 必须用强极性物质对其改性。化学接枝法就是通过化学反应，将接枝单体接到 聚苯乙烯大分子上，使聚合物分子上分别带有一o h 、c o n h 2 、一c o o c h 3 等活 性基团。经过化学接枝改性的废旧聚苯乙烯可以制成涂料和胶黏剂等产品。 例如把废旧聚苯乙烯通过改性制成建筑防水涂料【l4 1 。建筑防水涂料的性能 大大优于传统的防水涂料，且施工方便、安全无污染。现已广泛应用于屋面、 地下工程、隧道、道路、桥面的防水及建筑装饰防水等领域。鞠尊洲等【1 5 】用不 饱和聚酯和n 烷基丙烯酰胺活性单体对p s 进行接枝改性，在其分子链上引入 具有内增塑效应的柔性侧链键，赋予涂膜良好的低温柔韧性，活性单体在成膜 固化过程中的交联反应使涂膜的断裂延伸率提高，赋予涂膜良好的防水性能。 梁福沛等【l6 】将洗净干燥过的废旧p s 泡沫塑料，用苯、二甲苯混合溶剂溶解， 并用具有增塑和阻燃性的氯化石蜡和具有良好弹性、耐热性及耐候性的氯丁橡 胶进行改性，得到防水涂料的基料；然后在基料中加入填料及助剂，搅拌、研 磨、过滤，即得成品。该涂料的防水性能及防水涂层的附着力、防裂性、耐候 性等综合性能优良。蒋馥华等【1 7 】将废弃p s 制品清洁、粉碎后，用混合溶剂( 甲 苯、甲醇、三氯乙烯、乙酸乙酯) 溶解，用氯乙酸甲酯和环氧氯丙烷作接枝单体 进行化学接枝反应，并加入酚醛树脂等添加剂进行改性处理，然后用色浆填料 和分散剂进行分散，最后研磨成产品。通过化学接枝方法，在p s 大分子链中 引入一o h 、c o n h 2 ，c o o c h 3 等极性基团，有利于增强大分子链与其他物质的 相互作用，连同加入酚醛树脂等改性添加剂等措施，可制得附着力强、耐水性 能好且具有缓蚀作用的防水涂料。如使用钛白作为着色颜料，能使金属反射太 o e p s 同收再发泡技术的研究 阳辐射热，起到良好的隔热作用。 1 5 3e p s 的裂解 聚苯乙烯在无氧条件下高于3 3 0 时分解，产生苯、甲苯、苯乙烯、a 甲 基苯乙烯、二聚体、三聚体等产物，其中苯乙烯为主要目的产物【1 8 l 。废聚苯乙 烯裂解制苯乙烯及其他化工产品是聚苯乙烯回收综合利用的一个重要途径，有 关这方面的报道很多。 国内开发这项工艺的厂家有河南开封市科技开发中心与化工试验厂、河北 轻工业学院、浙江绍兴市塑料厂、巴陵石油化工公司、湖北汉江化工厂等3 0 家左右。回收工艺大致相同，反应温度一般在3 0 0 - - 5 0 0 ，反应时加入少量催 化剂，因各自的方法不同，最后获得的苯乙烯产率在7 0 9 0 不等。最后的 剩余物可作为防水材料。湖北省化工研究设计所与湖北化工厂应用此技术，建 立了年处理5 0 吨废聚苯乙烯泡沫能力的生产装置，年回收苯乙烯2 5 吨，联产 有机溶剂1 0 吨。 1 5 3 1 裂解制苯乙烯 利用废聚苯乙烯生产苯乙烯，不仅节约了乙烯，而且缓和了苯乙烯的供需 矛盾，并能给废聚苯乙烯的回收利用开发出一条有效的途径，减轻“白色污染” 对环境的影响。 一般认为，影响聚合物裂解单体回收率的因素有两个：裂解过程中自由基 的反应能力和链转移反应的氢原子的活泼性。通常，自由基的活动能力越低， 裂解单体回收率越高；链转移反应的氢原子越活泼，裂解单体的回收率越低。 由于聚苯乙烯裂解后自由基能与苯环共轭而稳定，所以虽然有活泼氢存在，仍 有一定量的单体产生，但活泼氢的影响亦不可忽视，这就是聚苯乙烯裂解产生 苯乙烯不能达到很高回收率的原因【1 9 - 2 3 1 。 聚苯乙烯裂解再生苯乙烯的方法很多，包括熔融裂解、溶液裂解、惰性气 体裂解、催化裂解等。在这些研究中，苯乙烯得率大多在6 0 左右【2 4 之9 1 。 聚苯乙烯熔融裂解生产苯乙烯的工艺流程如图1 4 所示。 1 5 。3 2 裂解制油 废聚苯乙烯裂解制油也是一种比较提倡的回收方法，其原理是将废聚苯乙 烯泡沫塑料隔绝空气加热到一定温度进行干馏得到初级油品，此油品的碳原子 l o 北京i ：商人学硕十学位论文 数从4 - 4 4 呈平缓而广泛分布，然后再经过催化裂解，就得到分子量更低的芳 香烃、烷烃、烯烃的混合物，它与汽油和煤油的分子量范围相当【3 0 】。 超临界流体技术是近年来发展起来的一项新技术【3 l 】。超临界水分子可以使 高分子降解成气体、液体和半固体，有时分解产物只有一种或两种。同本东北 大学利用3 7 4 的超临界水，在2 2 1 m p a 压力下把废塑料分解为石油。这项技 术仅用水为介质，成本低，反应速度快，产生的焦炭也可以控制。 苯乙烯 图1 4 聚苯乙烯裂解生产苯乙烯的工艺流程 f i g 1 4f l o wc h a r to f p r o d u c i n gs t y r e n eb yd e g r a d i n gp o l y s t y r e n e 1 5 4e p s 的直接利用 1 5 4 1 制备高分子快干漆 将废聚苯乙烯泡沫和一些配料加入反应釜中，搅拌，使聚苯乙烯泡沫溶解， 经研磨过滤，加入填料、颜料，在一定温度下继续搅拌，最后经过过滤即得产 品【3 2 1 。 这种主要用废聚苯乙烯泡沫生产的快干漆，其工艺特点有：成本很低，而 且所需设备少。产品的防水性、抗老化性及低温性均很好，耐磨，对金属、木 材、水泥、纸张、玻璃等均具有良好的粘结力，可作为保护漆、黏结剂，用于 金属的表面喷涂有很好的防腐作用。 1 5 4 2 制备防水涂料 将废聚苯乙烯泡沫塑料用水洗净、晒干、粉碎，按一定比例加入到混合溶 剂t h h ( 二甲苯一乙酸乙酯一环己酮) 中，边加边搅拌，使其完全溶解，待成 粘稠状后，再加入一定量的增塑剂邻苯二甲酸二丁酯，充分搅拌制成油相溶液。 将该油相溶液在一定温度下恒温充分溶解1 h 后，加入一定量的乳化剂o p 1 0 ， 快速搅拌均匀，在激烈搅拌的同时，将一定量的水慢慢加入油相溶液中，最后 得到乳白色o f w 型乳状液，即防水涂料成品【3 3 1 。 e p sp 1 收再发泡技术的研究 1 5 4 3 韦0 备胶粘齐0 将废聚苯乙烯泡沫与溶剂、辅料按一定比例熔融后制成不干胶，这种不干 胶的成本较目前采用天然胶制成的低得多，而且使用性能很好，重复粘贴性很 好，耐酸碱、耐低温，通过配力的调整可以控制不干胶的干湿快慢程度。据报 道，浙江省劳动保护研究所以废聚苯乙烯泡沫为主，加入s b s 共聚物、松香、 甲苯、汽油、松节油等制成黏合剂，该黏合剂可粘贴木材、瓷砖，因此可用于 家具、地板、马赛克、瓷砖的粘贴。这种黏合剂毒性低，而且耐水性也很好【3 4 1 。 1 5 4 4 制备新型涂改液 用废聚苯乙烯制备的新型涂改液是一种来源丰富、成本低廉的新型涂改液。 该涂改液由废旧聚苯乙烯、乙酸乙酯、锌钡白等组成。工艺也简单：将洗净处 理的废聚苯乙烯塑料溶解于乙酸乙酯溶液中，在较强的搅拌下加入细化后的着 色剂锌钡白，混合均匀即可。该制品对纸张的附着力好、覆盖力强、不脱层、 不流淌；可涂改毛笔字、钢笔字、油笔字、打印字等字迹，涂上后马上就可以 写字，字体清楚，书写流畅【3 5 】。 1 5 5 溶剂法回收e p s 聚苯乙烯属于非晶态的线型聚合物。它能溶于多种有机溶剂，如苯及其同 系物、低级脂等。根据这个原理，可以把废聚苯乙烯泡沫塑料溶于有机溶剂中 形成溶液，然后分离溶剂与溶质，达到回收聚苯乙烯的目的。理想溶剂的选择 应该是：安全、无毒、无污染；对聚苯乙烯溶解量大，溶解速度快；便 于回收和循环使用，且回收利用率高。 1 5 5 1 化学溶剂法 熔融再生聚苯乙烯的脱泡、造粒过程，必然要经过一次高于2 0 0 的熔融 挤出过程，高温会引起聚合物内部的降解老化，这是造成再生塑料质量差的重 要原因。溶剂法再生废聚苯乙烯不经历高温过程，产品性能接近悬浮法聚苯乙 烯。 废聚苯乙烯经水洗、粉碎、风选、除杂等道工序，得到1 0 m m 左右的块状 原料。选择苯环己烷的混合溶剂( 沸点8 l ，密度1 7 1k g m 3 ) 为溶剂，按固 液比1 ：2 配成聚苯乙烯溶液，废聚苯乙烯泡沫塑料在溶解的过程中自然消泡， 然后过滤除去杂质【3 6 】。用油酸钠为乳化剂，在强烈搅拌下配成含聚苯乙烯溶液 北京i ：商人学硕十学何论文 3 0 、水6 9 5 、乳化剂o 5 的乳状液。乳化剂可以直接加入，也可以将油酸 溶于聚苯乙烯溶液中，将氢氧化钠溶于水相中，二：相接触，在界面上形成油酸 钠。乳浊液均匀、稳定后，可开始在强烈搅拌下加热回收溶剂，蒸馏溶剂的同 时，聚苯乙烯析出，并悬浮于水中，经过滤、洗涤、干燥得聚苯乙烯颗粒。 美国纽约的r e n s s e l a e r 聚合物技术研究所研究了一种用溶剂分离的方法， 来回收废聚苯乙烯泡沫塑料。其工作原理是把废聚苯乙烯泡沫在高温下溶于溶 剂中，这种含有聚苯乙烯泡沫块的混合溶剂被不断加热，在闪点被蒸发，而纯 聚苯乙烯则被回收。填料、增塑剂及纸、金属等则在过滤阶段被排除。回收的 聚苯乙烯质量非常好，造粒后可重新使用。全套工艺为闭式回路，溶剂循环使 用，所以回收成本很低，富有竞争力【3 6 】。 中国专利介绍了一种用乙酸乙酯做溶剂回收e p s 的方法【2 9 1 ，其具体步骤为： 将废聚苯乙烯就地破碎后，投入盛有溶剂的容器中，直到粘度达到2 0 0 0 厘泊， 密封待运；用所述溶剂将物料浓度调至1 0 3 0 ( 重量百分比) ，加脱色 剂，搅拌摇匀，再密封2 4 小时；压滤，除去杂质；真空蒸馏，真空度每 1 0 分钟提高7 m m h g ，加热温度为5 0 一9 5 。c ，终点时真空度大于7 2 0 m m h g ， 保温保压1 小时后，停止加热，放空，出料；粉碎，造粒。 1 5 5 2 天然溶剂法 由于一般溶剂有毒，在回收过程中会造成二次污染，因而其应用受到了限 制。日本索尼中央研究所环境研究中心的研究小组发现【2 5 】，从柑桔皮提取的一 种叫“柠檬烯”的物质可以很好的溶剂聚苯乙烯泡沫塑料。研究人员发现柠檬 烯的分子结构与聚苯乙烯分子结构有相似之处。他们将5 0 0 c m 3 大小的聚苯乙烯 泡沫碎块投入到柠檬烯中，在1 0 s 内就全部溶化了，变成粘稠的液体，体积也 缩小的原来的1 2 5 ，再将这种溶液加热使柠檬烯蒸发，即可得到高质量的聚苯 乙烯。这项研究成果被看成是无污染的安全的新回收技术，受到广泛关注。由 于所用溶剂无毒、可食、有香味，对人体无害，对环境无污染，工艺简单，设 备投资少，回收成本低，回收产品聚苯乙烯的物化性能好，既有经济效益又有 社会效益。 1 6 选题的目的及意义 1 6 1e p s 回收利用的必要性 e p sf 司收再发泡技术的研究 e p s 制品用量大、范围广，这些不易降解的膜、盒、片、袋等塑料废弃物 长时f n j 的暴露在各个场所给人们视觉带来不适，影响环境整洁。这些不可回收 的塑料经过一定程度的积累，破坏土壤生态，影响农作物生长。 e p s 制品主要是