摘要:對(duì)廢聚苯乙烯泡沫塑料進(jìn)行改性，制備得到了乳液型的涂料。測定了改性后產(chǎn)物的紅外光譜、固含量、接枝率、接枝效率、接觸角。采用數(shù)學(xué)方法分析接觸角和接枝率的關(guān)系：y=－2.474x+74.17（式中：y為接觸角，°；x為接枝率，％），通過測定接枝產(chǎn)物水滴接觸角直接計(jì)算得到接枝率。

關(guān)鍵詞:廢聚苯乙烯  接枝  線性回歸方程

發(fā)泡聚苯乙烯（EPS）具有質(zhì)輕、隔音、隔熱、質(zhì)輕、價(jià)廉、緩沖性好等有點(diǎn)被大量應(yīng)用于家電、儀器、儀表、工藝品和其他易損貴重物品的防震包裝以及快餐食品包裝等行業(yè)。然而廢棄的聚苯乙烯的性能穩(wěn)定，在自然環(huán)境中很難降解，造成了嚴(yán)重的“白色污染”。目前采用的填埋和焚燒會(huì)產(chǎn)生新的污染，因此有效合理地處理是廢棄的聚苯乙烯一個(gè)急待解決的問題。我國綜合利用EPS的主要方法有：制備防火、防腐、防水涂料；裂解苯乙烯；接枝法改性制備膠粘劑；建筑油漆等[1-6]。

接枝改性廢聚苯乙烯是處理廢聚苯乙烯泡沫的主要方法之一[7]。但是反應(yīng)接枝率的測定通常采用化學(xué)分析的方法，操作復(fù)雜且測量周期長[8]。筆者就如何采用簡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  實(shí)驗(yàn)部分

1.1  實(shí)驗(yàn)試劑和儀器

廢聚苯乙烯泡沫塑料；乳化劑、丙烯酸、甲苯、乙酸乙酯、固體KOH、無水乙醇均為分析純；Nexus-470型傅立葉紅外光譜儀（美國Nicolet有限公司）；電熱恒溫干燥箱；NDJ-1型旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)；ZY-82型接觸角測定儀。

1.2  實(shí)驗(yàn)步驟

將干凈的廢聚苯乙烯溶解于混合溶劑后轉(zhuǎn)移到三頸瓶中，N2保護(hù)下攪拌升溫至一定的溫度，滴加丙烯酸、引發(fā)劑和乳化劑混合液，而后保溫，最后進(jìn)行產(chǎn)物的洗滌和分析。

1.3  紅外光譜實(shí)驗(yàn)

采用紅外光譜儀分析聚苯乙烯接枝前后的紅外光譜。

1.4  固含量的測定

對(duì)乳液來說，固含量是一個(gè)重要的指標(biāo)。參考《膠粘劑不揮發(fā)物含量的測定》（GB/T 2793－1995）方法測定接枝后產(chǎn)物的固含量。

1.5  粘度的測定

乳液的粘度也是一個(gè)重要的指標(biāo)，參考《膠粘劑粘度的測定》（GB/T 2794－1995）方法測定接枝后產(chǎn)物的粘度。

1.6  化學(xué)滴定法測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標(biāo)準(zhǔn)溶液。

空白滴定：移液管移取10 mL的KOH - CH3CH2OH溶液于100 mL的錐形瓶中，再向其中加入30 mL的二甲苯，滴入2滴酚酞指示劑，充分搖勻，用HCL滴定至紅色完全褪去，記下所用HCL溶液的體積。平行滴定3次，取其平均值為V1。

產(chǎn)物滴定：用分析天平稱m=1 g左右的接枝產(chǎn)物，加入到圓底燒瓶中；再加入20 mL的二甲苯，加熱沸騰0.5 h；冷卻后再加入10 mL的二甲苯和10 mL的KOH-CH3CH2OH溶液，加熱沸騰回流皂化1.0 h；冷卻后滴入2滴酚酞指示劑，用HCL滴至乳白色為終點(diǎn)，記下消耗的HCl溶液體積記作V2。
 

（1）

（2）

1.7  接觸角測定

聚苯乙烯接枝產(chǎn)物涂覆在干凈的玻璃板上，干燥成膜后置于接觸角測定儀的載物臺(tái)上，調(diào)好光強(qiáng)后用注射器滴1滴水于干燥膜上，記下水與膜的接觸角。在不同的點(diǎn)測定接觸角3次，取其平均值。

2  結(jié)果與討論

2.1  產(chǎn)物的紅外光譜圖

采用紅外光譜儀分析聚苯乙烯接枝前后的紅外光譜，測試結(jié)果如圖1所示。

從圖1可見，聚苯乙烯接枝后的產(chǎn)物在1 727.87 cm-1有羰基的強(qiáng)吸收峰，同時(shí)在1 286.18 cm-1處也有強(qiáng)吸收峰，說明聚苯乙烯與丙烯酸發(fā)生了接枝反應(yīng)。

圖1  聚苯乙烯接枝前后紅外光譜圖 1—接枝前；2—接枝后

2.2  聚苯乙烯接枝乳液的性能

表1為聚苯乙烯接枝后乳液的性能指標(biāo)。

由表1可見，接枝乳液的固含量為35%左右，粘度達(dá)到4.54 mPa?S，且能夠保持12個(gè)月不分層，說明聚苯乙烯接枝后乳液的性能良好。

2.3  接枝率、接枝效率與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系
 
用化學(xué)滴定法測定產(chǎn)物的接枝率、接枝效率與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系如圖2、圖3所示。

反應(yīng)時(shí)間/h 圖2   產(chǎn)物接枝率與反應(yīng)時(shí)間關(guān)系圖

反應(yīng)時(shí)間/h 圖3   產(chǎn)物接枝效率與反應(yīng)時(shí)間關(guān)系

由圖2、圖3可見，在反應(yīng)時(shí)間為5 h時(shí)，產(chǎn)物的接枝率和接枝效率達(dá)到極值，接枝率最高達(dá)19.56％，而接枝效率最大為86.00％，5 h的反應(yīng)時(shí)間最佳。

2.4  接枝產(chǎn)物接觸角與接枝率的關(guān)系

用接觸角測定儀測得接枝產(chǎn)物的接枝率與接觸角的關(guān)系見圖4。

圖4  接枝產(chǎn)物接枝率與接觸角的關(guān)系

由圖4可見，產(chǎn)物的接觸角是隨著接枝率的增加而減小呈現(xiàn)了一種非常好的線性關(guān)系。這是因?yàn)殡S著聚苯乙烯接枝率的增加，接枝在分子鏈上的丙烯酸基團(tuán)也越來越多，丙烯酸上的羧基及其它親水基團(tuán)會(huì)使聚苯乙烯表面的親水性變的越來越好，接枝產(chǎn)物的接觸角也不斷地下降。這樣從理論上就可以通過接觸角的測定來衡量產(chǎn)物接枝率的高低。

2.5  線性回歸分析接觸角與接枝率的關(guān)系

利用數(shù)學(xué)方法對(duì)圖4中的曲線進(jìn)行線性回歸分析，得到接枝率與接觸角的線性方程為：

y=－2.474x+74.17                                                 （3）

式中：y為接觸角，°；x為接枝率，％。

方程的置信度R2=95.82%，可以通過測定接觸角來直接計(jì)算聚苯乙烯接枝后的接枝率，是一種簡便而有效的方法。

3  結(jié)  論

（1）聚苯乙烯接枝產(chǎn)物的乳液性能良好。

（2）接枝產(chǎn)物的接枝率最高為19.56%，接枝效率最大為86.00%。

（3）接枝率與接觸角的線性方程為：y=－2.474x+74.17。

（4）測定接枝產(chǎn)物水滴接觸角來直接計(jì)算聚苯乙烯的接枝率，具有操作簡單，測試準(zhǔn)確，計(jì)算方便等優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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[2] 陳雪梅，陳墾，吳俠，等.用廢聚苯乙烯泡沫研制木材用膨脹型阻燃涂料[J].現(xiàn)代涂料與涂裝，2006，9（2）：7-8.
[3] 牛滿志，萬森.廢聚苯乙烯裂解制備低聚苯乙烯及苯乙烯單體[J].河南化工，1996，6：12-14.
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[7] 李良波，孟平蕊，李春生.水乳型PS建筑涂料的研究[J].化學(xué)建材，1993，9（4）：139-141.
[8] 林志勇，顏文禮，黃勝陽.丙烯酸固相接枝聚丙烯的研究[J].華僑大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，18（1）：35-36.

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