CN106349783B - 基于废弃聚苯乙烯泡沫的无溶剂快固化涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于废弃聚苯乙烯泡沫的无溶剂快固化涂料及其制备方法。该涂料的组成及质量份数为：废弃聚苯乙烯泡沫10～50份，（甲基）丙烯酸酯类单体50～90份，交联单体3～8份，芳香叔胺0.1～2份，固体石蜡1～5份，助剂0～60份，过氧化物0.5～3份。本发明为废弃聚苯乙烯泡沫的综合利用提供了一条新的出路，聚苯乙烯能很好溶于（甲基）丙烯酸酯类单体，在成膜的自由基聚合过程中，聚苯乙烯α位苄氢易被自由基夺取而形成接枝聚合物，使涂膜具有良好的综合性能。本发明所涉及的利用废弃聚苯乙烯泡沫制备涂料的方法与现有方法相比，操作简便，固化速度快，无挥发性溶剂，漆膜性能可调节性强，可用于木材、水泥、钢铁等基材的表面涂装。

Description

基于废弃聚苯乙烯泡沫的无溶剂快固化涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种基于废弃聚苯乙烯泡沫的无溶剂快固化涂料及其制备方法。

背景技术

随着合成树脂和塑料加工工业的迅速发展，塑料制品已经深入到生活的每个角落，极大地方便了人们的生活。其中，聚苯乙烯泡沫具有质轻、缓冲性好、吸湿性低、耐酸碱、耐侯、绝热电、容易成型及价格低廉等特点，广泛应用于建筑材料、食品包装、仪器仪表等领域。但由于此类材料自身特点而不易被降解，对环境造成了严重的“白色污染”，因此废弃聚苯乙烯泡沫的各种回收和利用方式得到了社会各界的广泛关注。

聚苯乙烯泡沫的回收主要有以下几种方法：裂解制备苯乙烯单体、破碎作为各类填充材料、制备乳液粘合剂、涂料和各类多功能材料等。当前，利用聚苯乙烯泡沫塑料制备涂料和粘合剂的方法有：（1）将其溶于芳香烃、烷烃、卤代烃、甲苯和酮类等有机溶剂中，通过乳液聚合制备乳胶漆和乳液粘合剂或者直接用于生产各种涂料和粘合剂，李万海等（废聚苯乙烯泡沫塑料制取涂料及胶粘剂[J].环境污染治理技术与设备，2003，4（9）：81-84.）将废弃的聚苯乙烯泡沫塑料溶于二甲苯、乙酸乙酯、丁醇的混合溶剂中，加入乳化剂、改性剂和填料等制备聚合物乳液。刘运学等（利用废弃聚苯乙烯泡沫塑料制备溶剂型胶粘剂[J].中国胶粘剂，2014，23（2）：27-31.）将废弃聚苯乙烯泡沫溶于甲苯、乙酸乙酯和丙酮的混合溶液中，加入SBS和改性剂制备胶粘剂。此方法溶剂使用量大，导致生产成本偏高而不便工业推广，而且虽减少了“白色污染”，却带来了有机溶剂所导致的二次污染。（2）将其溶于苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲基丙酸丁酯和醋酸乙烯等单体中，通过乳液聚合制备成聚合物乳液，用于生产水性涂料和粘合剂。樊晓东等（用废聚苯乙烯泡沫制备无溶剂型聚合物乳液的研究[J].化学世界，2006，（6）：345-347.）将废弃聚苯乙烯泡沫溶解丙烯酸丁酯、苯乙烯和醋酸乙烯中，以十二烷基硫酸钠为乳化剂，制备高粘结强度的聚合物乳液，用于胶粘剂和涂料。严义芳等（利用废聚苯乙烯泡沫塑料制备无溶剂型乳液的研究[J].新型建筑材料，2010，（12）：88-90.）将废弃的聚苯乙烯泡沫塑料溶于苯乙烯和丙烯酸丁酯、丙烯酸中，加入助剂和引发剂对聚苯乙烯泡沫塑料进行共聚改性，制备聚合物乳液。张光华等（用废聚苯乙烯制备无溶剂型纸张表面施胶剂的研究[J].中国胶粘剂，2009，18（7）：22-25.）将废弃聚苯乙烯泡沫溶于乙烯基类单体，制备出一种乳液型纸张表面施胶剂。此方法既解决了“白色污染”，但该方法需先进行乳液聚合，制备乳胶漆时，要加入多种助剂，且成膜时，要先将水挥发，工艺较复杂。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种基于废弃聚苯乙烯泡沫的无溶剂快固化涂料。

本发明的目的之二在于提供该涂料的制备方法，该方法是将废弃聚苯乙烯泡沫溶解于含有可自由基聚合基团的单体组合物中，加入芳香叔胺、石蜡、颜填料和其它助剂，使用前加入适量的过氧化物，采用喷涂或刷涂等方法施工后，过氧化物与芳香叔胺构成的氧化-还原体系在室温下产生自由基，快速引发可聚合单体的聚合并同时与聚苯乙烯发生接枝反应形成漆膜。该方法操作简便，不使用挥发性有机溶剂，漆膜性能可调节性强，可用于木材、水泥、钢铁等基材。

根据上述机理，本发明采用如下技术方案：

一种基于废弃聚苯乙烯泡沫的无溶剂快固化涂料，其特征在于该涂料的组成及质量份数为：

废弃聚苯乙烯泡沫 10～50份，

（甲基）丙烯酸酯类单体 50～90份，

交联单体 3～8份，

芳香叔胺 0.1～2份，

固体石蜡 1～5份，

助剂 0～60份，

过氧化物 0.5～3份。

上述的（甲基）丙烯酸酯类为：（甲基）丙烯酸的C₁-C₁₂的烷基、环烷基、芳香烷基酯或带有功能性基团的（甲基）丙烯酸酯类。

上述的带有功能性基团的（甲基）丙烯酸酯类为：甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸羟乙酯或丙烯酸。

上述的交联单体是指含有二个及以上（甲基）丙烯酰基的化合物。

上述的含有二个及以上（甲基）丙烯酰基的化合物为：季戊四醇四（甲基）丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三（甲基）丙烯酸酯、己二醇二（甲基）丙烯酸酯和乙二醇二（甲基）丙烯酸酯中的至少一种。

上述的芳香叔胺是N，N-二甲基苯胺、N，N-二甲基甲苯胺、N，N-二羟基苯胺和N，N-二羟基甲苯胺中的至少一种。

上述的固体石蜡的熔点为48～54℃。

上述的助剂包括颜料、骨质填料、必要的流平剂和消泡剂中至少一种。

上述的过氧化物是异丙苯过氧化氢、过氧化二烷基或过氧化二苯甲酰。

一种制备上述的基于废弃聚苯乙烯泡沫的无溶剂快固化涂料的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：将废弃聚苯乙烯泡沫、（甲基）丙烯酸酯类单体、交联单体混合均匀后，升温至50～55℃，再加入固体石蜡，搅拌15～20min，冷却至室温，再加入助剂，分散均匀后经60目滤网过滤后均分为A、B二份，A份中加入芳香叔胺，搅拌均匀，B份中加入过氧化物搅拌均匀，即得到基于废弃聚苯乙烯泡沫的无溶剂快固化涂料。

本发明为废弃聚苯乙烯泡沫的综合利用提供了一条新的出路，聚苯乙烯能很好溶于（甲基）丙烯酸酯类单体，在成膜的自由基聚合过程中，聚苯乙烯α位苄氢易被自由基夺取而形成接枝聚合物，使涂膜具有良好的综合性能。

本发明所述的含有可自由基聚合基团的单体包括单官能团和含二个及二个以上（甲基）丙烯酰基化合物的交联单体，单官能团单体可以是（甲基）丙烯酸的C₁-C₁₂的烷基、环烷基、芳香烷基酯等，也可以是带有功能性基团如羧基、羰基等的（甲基）丙烯酸酯类。不同的（甲基）丙烯酸酯的配合可以调节最终成膜物的硬度及与基材的附着特征。交联单体可以是含多个（甲基）丙烯酰基的化合物，如季戊四醇四（甲基）丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三（甲基）丙烯酸酯、己二醇二（甲基）丙烯酸酯、乙二醇二（甲基）丙烯酸酯，这些单体的存在能使最终成膜物形成交联结构，提高漆膜的抗性和硬度，但使用量过多时会导致施工期缩短，漆膜脆化，一般用量在3-8份，优选5份。

本发明所述的过氧化物与芳香叔胺配合构成了氧化-还原引发体系可以在室温下发生反应生成自由基引发涂料体系的聚合，最终形成体型结构的聚合物膜。过氧化物可以是异丙苯过氧化氢、过氧化二烷基、过氧化二苯甲酰等，优选过氧化二苯甲酰，其用量为0.5-3份。使用量过多时，会导致施工期缩短；过少时，漆膜固化速度太慢或无法完全固化，优选1-1.5份。芳香叔胺可以是N，N-二甲基苯胺、N，N-二甲基甲苯胺、N，N-二羟基苯胺、N，N-二羟基甲苯胺等，可以单独使用，也可以几种混合使用，其用量为0.1-2份，优选0.5-1.0份。

空气中的氧对室温下的自由基聚合有阻聚作用，施工后涂层表面暴露在空气中不能顺利聚合；当组分中含有蜡时，蜡能从涂层中迁移至表面隔离空气中的氧，从而消除氧的阻聚效应。蜡在体系中的溶入量与其熔点相关，熔点过高，，施工后迁移至表面的蜡，不足以隔离空气中的氧；熔点过低，体系中溶入的蜡量增加，迁移速度减慢，需要更多的量才能起到效果。因此，较合适的是熔点为48-54℃的固体石蜡，合适的用量为1-5份，优选2.5-3.5份；用量过少不足以覆盖涂层表面，用量过多又会使涂层表面光泽降低，再涂性变差。

本发明所涉及的体系可以采用传统油性涂料的制造工艺，加入合适的颜料、填料以及必要的助剂如润湿分散剂、流平剂、消泡剂等，生产清漆或色漆。

本发明所涉及的利用废弃聚苯乙烯泡沫制备涂料的方法与现有方法相比，操作简便，固化速度快，无挥发性溶剂，漆膜性能可调节性强，可用于木材、水泥、钢铁等基材的表面涂装。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。

实施例1：将25份废弃的聚苯乙烯泡沫溶于50份甲基丙烯酸甲酯和25丙烯酸丁酯混合单体中， 加入5份己二醇二甲基丙烯酸酯和0.5份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯混合均匀，升温至55℃，加入3份固体石蜡，搅拌15min，冷却至室温，加入20份颜填料和其它助剂，高速分散均匀后经60目滤网过滤后均分为A、B二份，A份中加入0.5份N，N-二甲基对甲苯胺和0.3份N，N-二羟乙基对甲苯胺搅拌均匀，B份中加入1.5份BPO搅拌均匀，分别将其装入双组份喷枪的两个料桶中进行喷涂施工。该漆膜附着力0级，硬度H级，抗冲击性50kg·cm合格。

实施例2：将20份废弃的聚苯乙烯泡沫溶于40份甲基丙烯酸甲酯和40丙烯酸丁酯混合单体中， 加入4份己二醇二甲基丙烯酸酯和1份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯混合均匀，升温至55℃，加入3份固体石蜡，搅拌15min，冷却至室温，加入0.5份N,N-二甲基苯胺和0.1份消泡剂搅拌均匀，最后加入1份BPO搅拌均匀后，刷涂于木材表面。该漆膜附着力0级，硬度HB级，抗冲击性50kg·cm合格。

Claims (9)

1.一种基于废弃聚苯乙烯泡沫的无溶剂快固化涂料，其特征在于该涂料的组成及质量份数为：

所述交联单体为含有二个及以上(甲基)丙烯酰基的化合物。

2.根据权利要求1基于废弃聚苯乙烯泡沫的无溶剂快固化涂料，其特征在于，所述的(甲基)丙烯酸酯类为：(甲基)丙烯酸的C₁-C₁₂的烷基、环烷基、芳香烷基酯或带有功能性基团的(甲基)丙烯酸酯类。

3.根据权利要求2基于废弃聚苯乙烯泡沫的无溶剂快固化涂料，其特征在于，所述的带有功能性基团的(甲基)丙烯酸酯类为：甲基丙烯酸异冰片酯或者甲基丙烯酸羟乙酯。

4.根据权利要求1所述的基于废弃聚苯乙烯泡沫的无溶剂快固化涂料，其特征在于，所述的交联单体为：季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、己二醇二(甲基)丙烯酸酯和乙二醇二(甲基)丙烯酸酯中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的基于废弃聚苯乙烯泡沫的无溶剂快固化涂料，其特征在于，芳香叔胺是N，N-二甲基苯胺、N，N-二甲基甲苯胺、N，N-二羟基苯胺和N，N-二羟基甲苯胺中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的基于废弃聚苯乙烯泡沫的无溶剂快固化涂料，其特征在于，所述的固体石蜡的熔点为48～54℃。

7.根据权利要求1所述的基于废弃聚苯乙烯泡沫的无溶剂快固化涂料，其特征在于，所述的助剂包括颜料、骨质填料、流平剂和消泡剂中至少一种。

8.根据权利要求1所述的基于废弃聚苯乙烯泡沫的无溶剂快固化涂料，其特征在于，过氧化物是异丙苯过氧化氢、过氧化二烷基或过氧化二苯甲酰。

9.一种制备根据权利要求1～8中任意一项所述的基于废弃聚苯乙烯泡沫的无溶剂快固化涂料的方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：

将废弃聚苯乙烯泡沫、(甲基)丙烯酸酯类单体、交联单体混合均匀后，升温至50～55℃，再加入固体石蜡，搅拌15～20min，冷却至室温，再加入助剂，分散均匀后经60目滤网过滤后均分为A、B二份，A份中加入芳香叔胺，搅拌均匀，B份中加入过氧化物搅拌均匀，即得到基于废弃聚苯乙烯泡沫的无溶剂快固化涂料。