鑫弘祥重力鑄造：鑄造用EPS粘結(jié)劑的合成工藝-東莞市鑫弘祥金屬制品有限公司
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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(diǎn)，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(jì)制作各種鑄造類模具，鑄造薄件是我公司的另外一個(gè)生產(chǎn)特色。我們可以根據(jù)客戶的要求，來樣，來圖進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)和產(chǎn)品的生產(chǎn)，做出各種毛胚件和成品件。
發(fā)泡聚苯乙烯有質(zhì)輕、吸震、易成型、成本低等優(yōu)點(diǎn)，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.因此，探討廢聚苯乙烯泡沫塑料的處理方法是科研工作者的熱門課題。
目前研究的重點(diǎn)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(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)藥品
實(shí)驗(yàn)合成儀器：J50型電動攪拌器、型砂強(qiáng)度測試儀、錘擊式制樣機(jī)等。
實(shí)驗(yàn)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(diǎn)：
（1）具有很強(qiáng)的溶解力；
（2）易與其他溶劑混合且混砂時(shí)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(jià)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(qiáng)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(qiáng)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(kuò)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(shí)，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(dá)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(dá)到一個(gè)理想的效果。為此我們做了實(shí)驗(yàn)，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(qiáng)度先增加后下降。我們選擇的溶質(zhì)加人量是42克，即?。喝苜|(zhì)（克）／溶劑（m1）=0.42時(shí)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?yàn)榫郾揭蚁┦欠菢O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(tuán)，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(shí)驗(yàn)的改性劑。E劑是一種強(qiáng)極性的物質(zhì)，含有強(qiáng)極性基團(tuán)，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(qiáng)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(shí)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(jī)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(shí)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(diǎn)較高，常溫下較脆。因此除了對聚苯乙烯進(jìn)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(qiáng)度的影響.
我們知道B劑用量占EPS用量的10％左右時(shí)，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(shí)驗(yàn)中揮發(fā)速度過快，與實(shí)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(shí)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(diǎn)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(shí)驗(yàn)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(jìn)行改性和增塑，所以反應(yīng)溫度對粘結(jié)劑性能也是一個(gè)重要的因素。確定一個(gè)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(jì)了一組實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果。所以實(shí)驗(yàn)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(jì)。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(jìn)行改性反應(yīng)。然后加入適量的穩(wěn)定劑，同時(shí)加入混合乳化劑，來降低各相之間的界面張力達(dá)到充分混合的目的，并將溫度控制在40——50℃內(nèi)，反應(yīng)一個(gè)小時(shí)后加入增塑劑，再反應(yīng)兩個(gè)小時(shí)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(yàn)中，粘結(jié)劑加人量對砂樣的初始強(qiáng)度有很大影響。加人量不足時(shí)，砂粒問的空隙較多，型砂的透氣性提高，但強(qiáng)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(shí)，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(shí)排出，會導(dǎo)致鑄件氣孔缺陷的產(chǎn)生。同時(shí)，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(jì)了找出最佳加人量的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表6所示。這個(gè)實(shí)驗(yàn)是在加人l％的Ca（OH）2，吹CO2反應(yīng)建立初始強(qiáng)度的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。采用CO2流量參數(shù)是0.5，吹氣時(shí)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(yàn)我們知道，Ca（OH）2對型砂初始強(qiáng)度的提高有明顯的幫助，因此確定為我們型砂試驗(yàn)的輔助添加劑。表7就是確定添加物量的實(shí)驗(yàn)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(shí)用的方法。
2）通過一系列針對性實(shí)驗(yàn)，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(shí)間，優(yōu)化了工藝方案。得出實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)找出了本粘結(jié)劑的最佳合成溫度為40-50℃。
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