无皂乳液聚合改性废聚苯乙烯

孔祥文，王 丹

(沈阳化工大学 应用化学学院，辽宁 沈阳 110142)

综合利用

无皂乳液聚合改性废聚苯乙烯

孔祥文，王 丹

(沈阳化工大学 应用化学学院，辽宁 沈阳 110142)

以聚(甲基丙烯酸丁酯－丙烯酸钠)(P(BMA－AANa))为乳化剂，采用无皂乳液聚合技术，利用BMA对废聚苯乙烯(PS)泡沫塑料进行接枝改性。实验得出适宜的工艺条件:P(BMA－AANa)质量分数为51.5%，m(BMA)∶m(丙烯酸)=4 ∶6，PS 和 BMA 质量分数之和为10.0%;m(PS)∶m(BMA)=5 ∶5，(NH4)2S2O8质量分数为1.1%，反应温度为75～85℃，反应时间为3 h。在此工艺条件下合成的乳液的黏度、固含量和接枝率均较高，为乳白色液体，无颗粒，无异物，冻融稳定性合格，高温稳定性合格。

废聚苯乙烯;甲基丙烯酸丁酯;丙烯酸钠;接枝改性;无皂乳液聚合;稳定性

废聚苯乙烯(PS)的回收利用已有许多研究报道［1－8］，其中利用废PS生产涂料和胶黏剂是一项投资少、见效快、适合我国国情的变废为宝的综合利用途径［9－14］，而利用无皂乳液聚合技术对废 PS进行改性还未见报道。无皂乳液聚合即聚合反应过程中无乳化剂或仅含少量乳化剂的乳液聚合，避免了传统乳液聚合中乳化剂消耗量大、不能从聚合物中完全除去而影响产品纯度和性能等问题，消除了乳化剂对环境的污染［15－17］。

本工作以亲水性聚(甲基丙烯酸丁酯－丙烯酸钠)(P(BMA －AANa))为乳化剂，利用BMA对废PS进行接枝改性，合成了无皂乳液，可用于生产涂料、胶黏剂、纸张表面施胶剂、新型建筑材料等。

1 实验部分

1.1 材料、试剂和仪器

废PS;丙烯酸(AA)、BMA、十二烷基硫醇(DDM)、(NH4)2S2O8均为化学纯。

WQL(LKY－2)型微粒度测定仪:上海精密科学仪器有限公司;NDJ－1型旋转式黏度计:上海恒平科学仪器有限公司;721N型可见分光光度计:上海精密科学仪器有限公司。

1.2 无皂乳液的合成

参照文献［18］的方法合成P(BMA－AANa)。在一定量的P(BMA－AANa)中，加入适量的蒸馏水、w(PS)为40%的溶液(溶剂m(甲苯)∶m(乙酸乙酯)=1∶1)和BMA，加热并搅拌，升温至预设反应温度，加入适量浓度为0.05 mol/L的(NH4)2S2O8溶液，保温反应3 h，制得无皂乳液。

1.3 性能测定

参照 GB/T 2794—1995《胶黏剂黏度的测定》［19］中的方法测定聚合物黏度;参照文献［20］测定聚苯乙烯接枝率;参照文献［21］测定乳液电解质稳定性;参照文献［18］测定乳液冻融稳定性、高温稳定性。采用微粒度测定仪测定乳液的粒度;参照GB1725—79(88)《涂料固体含量测定法》［22］测定乳液固含量。

2 结果与讨论

2.1 反应温度对乳液聚合情况的影响

反应温度影响聚合体系的稳定性。实验发现:聚合温度低于75℃时，即使反应时间较长，反应仍不完全，残留单体含量较高，乳液固含量较低、易分层;聚合温度为75～85℃时，反应容易控制，残留单体含量较少，反应接枝率较高，制得的无皂乳液稳定性较好;聚合温度高于85℃时，反应速率过快，体系产生较多热量，易导致暴聚，制得的无皂乳液稳定性较差、凝胶量较多、易分层。因此本实验适宜的聚合温度为75～85℃。

2.2 (NH4)2S2O8的加入方式对乳液聚合情况的影响

(NH4)2S2O8的加入方式对乳液聚合情况有很大的影响。一次加料法在聚合过程中的自升温程度比连续滴加法强烈得多，制得的无皂乳液易凝胶化，乳液中有大量颗粒，稳定性较差。在连续滴加法中，(NH4)2S2O8缓慢滴加到反应瓶中，聚合反应速率得到有效控制，散热容易，自升温较平稳，得到泛蓝光的乳白色液体，制得的乳液无凝胶、分层现象，乳液表面细腻，稳定性好。

2.3 P(BMA－AANa)质量分数对乳液性能的影响

在m(BMA)∶m(AA)=4 ∶6、m(PS)∶m(BMA)=5∶5、PS和 BMA质量分数之和为10.0%、(NH4)2S2O8质量分数为 1.1%、反应温度为75～85℃的条件下，P(BMA－AANa)质量分数对乳液性能的影响见表1。由表1可见:随P(BMAAANa)质量分数增大，乳液的黏度、固含量和接枝率均增大，乳液粒子粒径逐渐减小，制得的乳液均无凝胶、分层现象，无颗粒，乳白色，稳定性好，冻融稳定性合格，高温稳定性合格。P(BMA－AANa)质量分数为 51.5% ～65.7% 时，乳液的固含量和接枝率变化幅度不大，考虑到节省原料等因素，本实验适宜的P(BMA－AANa)质量分数为51.5%。

表1 P(BMA－AANa)质量分数对乳液性能的影响

2.4 m(PS)∶m(BMA)对乳液性能的影响

在m(BMA)∶m(AA)=4 ∶6、P(BMA －AANa)质量分数为51.5%、PS和BMA质量分数之和为10.0%、(NH4)2S2O8质量分数为 1.1%、反应温度为75～85℃的条件下，m(PS)∶m(BMA)对乳液性能的影响见表2。由表2可见:随 m(PS)∶m(BMA)增大，乳液的黏度、固含量和接枝率先增大后减小;m(PS)∶m(BMA)=5∶5时，乳液的黏度、固含量和接枝率均最高。制备的乳液均为泛蓝光的乳白色液体，无颗粒，稳定性好，冻融稳定性合格，高温稳定性合格。故本实验适宜的m(PS)∶m(BMA)为 5 ∶5。

表2 m(PS)∶m(BMA)对乳液性能的影响

2.5 (NH4)2S2O8质量分数对乳液性能的影响

在P(BMA－AANa)质量分数为 51.5%、m(BMA)∶m(AA)=4∶6、PS和 BMA 质量分数之和为10.0%、m(PS)∶m(BMA)=5 ∶5、反应温度为75～85℃的条件下，(NH4)2S2O8质量分数对乳液性能的影响见表3。由表3可见:随(NH4)2S2O8质量分数增大，乳液的黏度、固含量和接枝率均呈现先增大后减小的趋势;当 (NH4)2S2O8质量分数为1.1% 时，乳液的黏度、固含量和接枝率均达最大值。制备的乳液均为泛蓝光的乳白色液体，无颗粒，无异物，稳定性好，冻融稳定性合格，高温稳定性合格。

表3 (NH4)2S2O8质量分数对乳液性能的影响

3 结论

以P(BMA－AANa)为乳化剂，采用无皂乳液聚合技术，利用BMA对废PS泡沫塑料进行接枝改性。适宜的工艺条件为:P(BMA－AANa)质量分数为 51.5%;m(BMA)∶m(AA)=4 ∶6;PS 和BMA质量分数之和为10.0%;m(PS)∶m(BMA)=5∶5;(NH4)2S2O8质量分数为1.1%;反应温度为75～85℃。在此工艺条件下合成的乳液的黏度、固含量和接枝率均较高，为乳白色液体，无颗粒，无异物，稳定性好，冻融稳定性合格，高温稳定性合格。

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Modification of Waste Polystyrene by Soap-free Emulsion Polymerization

Kong Xiangwen，Wang Dan

(School of Applied Chemistry，Shenyang University of Chemical Technology，Shenyang Liaoning 110142，China)

The waste polystyrene(PS)foam was graft-modified by soap-free emulsion polymerization process using poly(butyl methacrylate-sodium acrylate)(P(BMA-AANa))as emulsifying agent.The suitable process conditions are as follows:mass fraction of P(BMA-AANa)51.5%，m(BMA)∶m(acrylic acid)=4 ∶6，total mass fraction of PS and BMA 10.0%，m(PS)∶m(BMA)=5 ∶5，mass fraction of(NH4)2S2O81.1%，reaction temperature 75－85℃，reaction time 3 h.The emulsion synthesized under these process conditions is a uniform and pure milky liquor with higher viscosity，solid-content and grafting degree，which has an acceptable freeze-thaw stability and temperature stability.

waste polystyrene;butyl methacrylate;sodium acrylate;graft modification;soap-free emulsion polymerazation;stability

X783.2

A

1006－1878(2011)04－0349－04

2011－01－16;

2011－03－25。

孔祥文(1962—)，男，江西省九江市人，博士，教授，主要从事有机化学教学、有机合成和二次资源综合利用研究工作。电话 024－89383302，电邮 kxwwz12168@yahoo.com.cn。

辽宁省教育科学“十一五”规划立项课题(JG09DB112);辽宁省教育厅高等学校科学研究项目(202092009)。

(编辑 祖国红)