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鑫弘祥重力鑄造：鑄造用EPS粘結(jié)劑的合成工藝

發(fā)泡聚苯乙烯有質(zhì)輕、吸震、易成型、成本低等優(yōu)點，是當(dāng)今世界上應(yīng)用最廣泛的塑料之一。我國80年代開始使用這種材料，這些年發(fā)展很快，已成為全世界十大塑料制品生產(chǎn)國之一。EPS大都是一次性使用，所以廢塑料的污染問題也越來越嚴(yán)重。世界上很多國家都研究如何回收廢EPS..

市鑫弘祥金屬制品有限公司是一家專業(yè)從事鋁合金重力鑄造的企業(yè)。位于廣東省市橋頭鎮(zhèn)，專業(yè)從事于鋁合金鑄件的生產(chǎn)。我司可自己設(shè)計制作各種鑄造類模具，鑄造薄件是我公司的另外一個生產(chǎn)特色。我們可以根據(jù)客戶的要求，來樣，來圖進行模具的設(shè)計和產(chǎn)品的生產(chǎn)，做出各種毛胚件和成品件。

目前研究的重點主要在利用廢聚苯乙烯泡沫塑料熱降解回收苯乙烯單體，制取涂料、防水材料、膠粘劑等。本文介紹一種用廢聚苯乙烯泡沫塑料制鑄造粘結(jié)劑的方法，并研究成分配比、改性劑、增塑劑等對粘接劑的影響。

2 EPS乳液粘結(jié)劑的合成

2.1 實驗儀器及實驗藥品

實驗合成儀器：J50型電動攪拌器、型砂強度測試儀、錘擊式制樣機等。

實驗所需藥品：二甲苯、丙酮、乙酸已酯、OP一10、磺酸鈉、E劑、B劑、松節(jié)油。

2.2混合溶劑的確定

利用廢棄聚苯乙烯研制鑄造用粘接劑，混合溶劑的選用不僅決定了粘接劑的成本，而且還決定了其毒性的高低及其性能的好壞。

理想的溶劑應(yīng)具有以下籍點：

（1）具有很強的溶解力；

（2）易與其他溶劑混合且混砂時有較好的分散性；

（3）溶劑具有最小的毒性以減少對人體的傷害；

（4）價廉易得且揮發(fā)速度適中等。

根據(jù)化學(xué)知識我們知道，溶解強弱可以根據(jù)聚苯乙烯與溶劑的溶解參數(shù)差來確定，即一般溶解度參數(shù)相近原則。如表1列舉了一些物質(zhì)的溶解度參數(shù)。

溶劑溶解能力的強弱取決于溶劑分子和高分子聚合物間的親合力，親合力決定了溶劑向高分子聚合物分子間隙中擴散的難易。通常當(dāng)溶解度參數(shù)δ值的差值即|δ1-δ2|<1.3時，兩種物質(zhì)就能夠溶解。因此，我們選用了二甲苯、乙酸乙酯、丙酮做為制取膠粘劑的混合溶劑。并確定三者的比例為3：3：4.

2.3溶質(zhì)量的確定

對于一種溶劑來講，溶解物質(zhì)的能力是一定的。超過溶解能力，就會溶不了，而達不到溶解的極限，又會存在影響性能的問題，不能充分的挖掘溶劑的能力。因此，在合成的過程中，合適的加入量不但能充分利用溶劑的性能，還可以達到一個理想的效果。為此我們做了實驗，結(jié)果如表2所示。

我們知道：隨著溶質(zhì)量的增加，砂樣初始強度先增加后下降。我們選擇的溶質(zhì)加人量是42克，即取：溶質(zhì)（克）／溶劑（m1）=0.42時效果較佳。

2.4改性劑對粘結(jié)劑的影響

要合成鑄造用的EPS粘接劑，改性劑的選擇至關(guān)重要。因為聚苯乙烯是非極性物質(zhì)，其分子中因含有苯環(huán)提高了剛性，降低了鏈節(jié)的柔韌性，性脆而易斷閻。用它作粘接劑就必須用極性的物質(zhì)對其改性，在聚苯乙烯分子鏈上引入極性基團，增加粘接劑的附著力，這是利用廢塑料生產(chǎn)粘接劑的關(guān)鍵。綜合考查各種常用的EPS改性劑，我們選擇E劑作為我們實驗的改性劑。E劑是一種強極性的物質(zhì)，含有強極性基團，極少量的用量就能得到很好的改性效果。表3列出了改性劑對粘結(jié)劑初始強度的影響。

由表中的數(shù)據(jù)畫出的曲線圖如圖2所示。我們可以看出改性劑的用量占到EPS用量的2.7％時改性效果最好，所以我們確定的改性劑用量為EPS用量的2.7％。

2.5乳化劑

乳化劑是一類能使互不相溶的液體形成穩(wěn)定乳液的化合物。它們都是有表面活性的物質(zhì)，能降低界面張力，使不相溶液體乳化。乳化劑種類影響乳液的穩(wěn)定性，非離子型乳化劑賦予乳液好的化學(xué)穩(wěn)定性，陰離子乳化劑賦予乳液好的機械穩(wěn)定性。我們選用非離子乳化劑OP一10與陰離子乳化劑十二烷基磺酸鈉和硫酸鈉組成復(fù)合體系。陰離子乳化劑采用1：1比例，非離子與陰離子乳化劑比例為2：1，乳化劑的用量占溶劑體積的2.6％時穩(wěn)定性最好。

2.6增塑劑

聚苯乙烯是線性結(jié)構(gòu)，苯環(huán)側(cè)基在主鏈上的位置是無規(guī)則，無定性的。使主鏈變硬，造成軟化點較高，常溫下較脆。因此除了對聚苯乙烯進行改性外，還要加人一定的物質(zhì)優(yōu)化粘結(jié)劑的性能，即在乳液中加入增塑劑。增大了鏈問的距離，減少了范德華力的作用，使鏈段活動能力增大，從而降低了軟化溫度，借以制得韌性好的粘結(jié)劑㈣。我們選擇了與EPS有較好的相溶性的B劑作為粘結(jié)劑的增塑劑。且增塑劑對砂樣初始強度的影響.

我們知道B劑用量占EPS用量的10％左右時，粘結(jié)性能是最好的，所以我們選擇的B劑用量是占EPS用量的8-10％。

2.7穩(wěn)定劑

粘結(jié)劑在混砂實驗中揮發(fā)速度過快，與實際生產(chǎn)中的要求不符。為了改變這種情況，減緩溶劑揮發(fā)速度，延長型砂使用時間，我們在粘結(jié)劑中加人穩(wěn)定劑。選擇穩(wěn)定劑的條件是：沸點比較高，常溫下?lián)]發(fā)速度適中。根據(jù)要求我們考察了幾種穩(wěn)定劑，選擇了松節(jié)油劑作為我們的穩(wěn)定劑，并通過實驗確定松節(jié)油劑的加入量為20ml.

2.8合成溫度對粘結(jié)劑的影響

粘結(jié)劑合成過程中，需要對廢聚苯乙烯進行改性和增塑，所以反應(yīng)溫度對粘結(jié)劑性能也是一個重要的因素。確定一個合適的反應(yīng)溫度對得到高性能的粘結(jié)劑很重要。為此我們設(shè)計了一組實驗，驗證實驗溫度對性能的影響，如表5所示：

最佳的反應(yīng)溫度是在40-50℃之間，這也是我們確定的反應(yīng)溫度。

3合成工藝

3.1原料的準(zhǔn)備

由于實驗原料是廢聚苯乙烯，泡沫表面會有或多或少的雜質(zhì)，這些有可能影響最終的實驗結(jié)果。所以實驗之前我們要做的就是要清除這些雜質(zhì)和油污，然后晾干、粉碎，已備使用。

3.2粘結(jié)劑的合成

在鐵架臺上架好三口燒瓶，安裝好電動攪拌器和溫度計。然后將乙酸乙酯、二甲苯、丙酮按照比例加人燒瓶中。啟動電動攪拌器，將粉碎的廢聚苯乙烯（EPS）慢慢的加人到溶劑中，在邊攪拌邊加聚苯乙烯的條件下待全部溶解后，加入適量改性劑對聚苯乙烯進行改性反應(yīng)。然后加入適量的穩(wěn)定劑，同時加入混合乳化劑，來降低各相之間的界面張力達到充分混合的目的，并將溫度控制在40——50℃內(nèi)，反應(yīng)一個小時后加入增塑劑，再反應(yīng)兩個小時后，自然冷卻至常溫，得到黃褐色的粘結(jié)劑。

4粘結(jié)劑的性能及結(jié)果

4.1粘結(jié)劑加入量的確定

型砂試驗中，粘結(jié)劑加人量對砂樣的初始強度有很大影響。加人量不足時，砂粒問的空隙較多，型砂的透氣性提高，但強度不夠，不能體現(xiàn)粘結(jié)劑性能；加入量過大，粘結(jié)劑填充在砂粒間空隙，型砂透氣性下降。澆鑄時，在高問金屬作用下，粘結(jié)劑燒損量增加，產(chǎn)生大量氣體。由于透氣性下降，氣體不能及時排出，會導(dǎo)致鑄件氣孔缺陷的產(chǎn)生。同時，沒有燒損的粘結(jié)劑，由于過量存在，也可能使型砂潰散性能惡化，不利于型砂的再利用。

所以，確定合適的加入量就顯得很有必要。我們設(shè)計了找出最佳加人量的實驗，結(jié)果如表6所示。這個實驗是在加人l％的Ca（OH）2，吹CO2反應(yīng)建立初始強度的基礎(chǔ)上進行的。采用CO2流量參數(shù)是0.5，吹氣時間1分鐘。

由表6中數(shù)據(jù)知，采用的粘結(jié)劑最佳加人量為16克／500克（原砂）。

4.2型砂添加物量的確定

通過對幾種粘結(jié)劑輔助物的型砂試驗我們知道，Ca（OH）2對型砂初始強度的提高有明顯的幫助，因此確定為我們型砂試驗的輔助添加劑。表7就是確定添加物量的實驗結(jié)果。

由表7中的數(shù)據(jù)我們得到Ca（OH）2的加人量應(yīng)占原砂質(zhì)量的l％左右為佳。

5結(jié)論

1）本文是用廢聚苯乙烯來研制鑄造用粘結(jié)劑，為"白色污染"物的回收提供了一種實用的方法。

2）通過一系列針對性實驗，得出合成粘結(jié)劑原料的合適加入量，通過加入穩(wěn)定劑延長了型砂的使用時間，優(yōu)化了工藝方案。得出實驗合成的配方如表7.

3）通過在型砂中加入不同的粘結(jié)劑確定出最佳的粘結(jié)劑加人量為16克／500克（原砂）。

4）通過實驗找出了本粘結(jié)劑的輔助添加劑Ca（OH）2，并確定它的最佳加人量為1％。

5）通過實驗找出了本粘結(jié)劑的最佳合成溫度為40-50℃。

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