聚苯乙烯在涂料制備領(lǐng)域的應(yīng)用

夏媛媛，鞠曉玲

（濰坊工程職業(yè)學(xué)院，山東省青州市 262500）

聚苯乙烯具有耐化學(xué)藥品腐蝕性強(qiáng)、熔點(diǎn)低的特點(diǎn)，其良好的透明度和易成型的優(yōu)勢(shì)，使其在輕工制品、包裝、合成木材以及材料裝飾等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。此外，由于其具有優(yōu)良的電氣性能，被廣泛應(yīng)用于儀表與光學(xué)儀器表面［1］。聚苯乙烯是無(wú)色、無(wú)味有光澤的固體，相對(duì)密度較小，具有良好溶解性［2］，另外，在光穩(wěn)定性方面僅次于甲基丙烯酸酯，熱穩(wěn)定性較好，所以易成型，幾乎不受溫度影響，具有良好隔熱性，適合大量生產(chǎn)［3］。聚苯乙烯是一種熱塑性高分子材料，其制品具有質(zhì)量輕、抗震性強(qiáng)、著色強(qiáng)、耐化學(xué)藥品腐蝕性良好的優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于室內(nèi)涂料制備領(lǐng)域［4］。近幾年，聚苯乙烯制品較多應(yīng)用于建筑行業(yè)（如門(mén)窗框的裝飾以及外墻保溫），但更受關(guān)注的是其在室內(nèi)涂料中的制備與應(yīng)用。殷海青等［5］分析阻燃型氫氧化鎂在聚苯乙烯中的應(yīng)用時(shí)發(fā)現(xiàn)，使用水浴法將聚苯乙烯與改性氫氧化鎂混合，并在混煉機(jī)上煉制，合成的聚苯乙烯類(lèi)表面活性劑阻燃效果較好；柯惠珍等［6］研究了聚苯乙烯納米纖維膜的制備及其性能，考察了納米纖維膜厚度對(duì)膜孔徑分布的影響，發(fā)現(xiàn)該膜孔隙率較大，在室內(nèi)涂料制備中起吸附作用。本文主要綜述了聚苯乙烯在涂料制備領(lǐng)域的應(yīng)用。

1 聚苯乙烯的性能

聚苯乙烯是非晶態(tài)的線性聚合物，與含有芳香烴、酮類(lèi)和酯類(lèi)溶劑混合，能夠形成具有黏性的聚苯乙烯混合溶膠，將該溶膠涂于木板表面，可形成一層堅(jiān)硬、光滑的膜［7］。聚苯乙烯結(jié)構(gòu)中缺少極性基團(tuán)，其在木板上的附著力相對(duì)較差，受溫度影響，附著在表層的薄膜容易脫落。因此，若要利用聚苯乙烯制備室內(nèi)涂料，必須對(duì)其性能進(jìn)行分析，以適應(yīng)室內(nèi)環(huán)境［8］。在制備聚苯乙烯涂料過(guò)程中，加入羧基、酞胺基等極性較大的基團(tuán)，保證涂層由非極性轉(zhuǎn)化為部分極性，增強(qiáng)聚苯乙烯的附著力。聚苯乙烯中的芐基可以理解成甲苯分子中的甲基碳上去掉一個(gè)氫原子后，剩下的一價(jià)基團(tuán)，具有良好的熱穩(wěn)定性、抗氧化性和低凝點(diǎn)，可應(yīng)用于噴涂及無(wú)紡布等烘烤設(shè)備。

1.1 附著力

劉西振等［9］研究基于廢棄聚苯乙烯泡沫的無(wú)溶劑快固化涂料，通過(guò)聚苯乙烯泡沫與丙烯酸酯混合使用，將過(guò)氧化二苯甲酰、二甲基苯胺作為氧化還原體系，制成無(wú)溶劑涂料，施工后成膜，避免與空氣中氧氣阻聚。涂料在使用過(guò)程中有一定黏度，配方主體成分是丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂和鋇，隨著聚苯乙烯用量的增加，體系黏度變大，常規(guī)刷漆黏度在50～300 Pa·s，充分考慮聚苯乙烯的回收利用率，同時(shí)考慮其氧化還原性可導(dǎo)致體系黏度上升，認(rèn)為初始材料黏度應(yīng)為200 Pa·s，最適合作為涂料涂抹于墻壁，漆膜附著力較好。

1.2 導(dǎo)熱性能

趙美艷等［10］制備了一種墻體用新型泡?；炷翉?fù)合材料，通過(guò)正交試驗(yàn)分析聚苯乙烯顆粒用量對(duì)墻體材料導(dǎo)熱性能的影響，發(fā)現(xiàn)聚苯乙烯的導(dǎo)熱系數(shù)與涂料的隔熱性能相關(guān)，導(dǎo)熱系數(shù)越小，保溫效果越好。當(dāng)聚苯乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時(shí)，復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)最高；聚苯乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到25%時(shí)，復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)下降了約2.35%；當(dāng)聚苯乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%時(shí)，復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)最低，下降了約6.02%，保溫效果最優(yōu)。使用聚苯乙烯顆粒不僅會(huì)影響墻體用新型泡?；炷翉?fù)合材料使用性能，還會(huì)對(duì)室內(nèi)墻壁涂料起到保溫作用，節(jié)能環(huán)保。

2 聚苯乙烯在室內(nèi)涂料制備中的應(yīng)用

2.1 防水涂料

由于聚苯乙烯中缺少親水基團(tuán)，因此，吸水率極低。如果將聚苯乙烯涂料放置在潮濕環(huán)境中，用該涂料涂抹的材料不會(huì)出現(xiàn)變形，適用于制備防水材料。聚苯乙烯用作防水涂料具有良好耐候性，聚苯乙烯分子包含了苯環(huán)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致涂膜柔性較差，因此，使用聚苯乙烯作防水涂料需經(jīng)過(guò)改性來(lái)降低其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。鄰苯二甲酸二丁酯具有較強(qiáng)的增塑作用，能夠降低聚苯乙烯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。在含有甲苯、丙酮、乙酸乙酯溶劑的聚苯乙烯中加入鄰苯二甲酸二丁酯，能夠獲取一種纖維板防水用涂料；加入含十二烷基苯磺酸鈉乳化劑的聚苯乙烯溶劑，能夠形成一種紙箱防水用涂料；吳軍等［11］以聚苯乙烯泡沫塑料為原料，加入丙烯酸丁酯、有機(jī)硅單體、水乳化劑混合，制備防水膠，所形成的彈性膠膜防水性指標(biāo)達(dá)到相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是一種耐水涂料。

聚苯乙烯可用于防水涂料原因?yàn)椋海?）聚苯乙烯涂料的漆膜硬度較高，當(dāng)丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂與鋇摩爾比為2∶1時(shí)，隨著聚苯乙烯用量的增加，體系黏度也隨之變大，漆膜附著力較好。（2）涂料不會(huì)在高溫條件下輕易變形，呈現(xiàn)耐高溫性能。（3）涂料成膜后仍保持柔韌性，其反應(yīng)程度與溫度有關(guān)，在低溫條件下防水性能更好。（4）防水涂料在一定靜水壓和動(dòng)水壓條件下，不會(huì)出現(xiàn)滲漏，這是涂料防水的重要指標(biāo)。（5）防水涂料成膜后具有一定延伸性，能夠適應(yīng)不同溫差、干濕等情況，使涂料具備良好防水效果。

2.2 防腐涂料

聚苯乙烯除了缺少親水基團(tuán)外，還具有惰性結(jié)構(gòu)，使其能夠作為防腐蝕性基礎(chǔ)樹(shù)脂。由于聚苯乙烯成膜時(shí)間極短，無(wú)法實(shí)現(xiàn)內(nèi)增塑效果，導(dǎo)致其形成了軟單體，因此，應(yīng)對(duì)聚苯乙烯進(jìn)行改性，以提高膠膜的附著力。

金爽等［12］以聚苯乙烯為原料制備的抗凝劑中，乙酸乙酯、二氯甲烷與甲苯摩爾比為3∶2∶1時(shí)，具有緩釋效果。向混合溶劑中再添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%的改性劑松香和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%的鄰苯二甲酸二丁酯，制備的抗凝劑具有良好緩釋性能和抗裂性。

由聚苯乙烯制備的防腐涂料具有化學(xué)穩(wěn)定性，其成膜屬性與化學(xué)結(jié)構(gòu)一致，在干膜條件下，能夠通過(guò)腐蝕介質(zhì)形成小分子。從單純隔離角度分析，由于水、氧和離子對(duì)膜的通透力不同，因此，防腐材料與成膜物結(jié)構(gòu)有關(guān)。其中，水對(duì)膜的通透力強(qiáng)于離子，而氧對(duì)膜的通透力相對(duì)復(fù)雜，與溫度有關(guān)。水和氧都是通過(guò)漆膜后與金屬基材表面直接接觸，金屬材料與電解質(zhì)溶液通過(guò)電極反應(yīng)發(fā)生腐蝕，增強(qiáng)漆膜導(dǎo)電能力。從防電化學(xué)腐蝕角度分析，一旦漆膜內(nèi)含有較多官能團(tuán)，漆膜氣孔會(huì)變少，形成密度較高的立體結(jié)構(gòu)，極大增強(qiáng)了涂料防腐性能。漆膜與成膜物的相對(duì)分子質(zhì)量有關(guān)，影響著色程度，對(duì)于防腐涂料，應(yīng)添加顏填料，可改善漆膜力學(xué)性能，使漆膜堅(jiān)硬耐磨，降低涂料揮發(fā)性有機(jī)物含量，抑制金屬腐蝕。

聚苯乙烯制成的防腐涂料涂抹在基材表面后形成涂層，具有屏蔽作用。根據(jù)腐蝕原理，漆膜有效阻止了腐蝕介質(zhì)，增加了電阻，使漆膜對(duì)水、氧和離子通透力不同。結(jié)合聚脲彈性涂料，能夠形成強(qiáng)有力的防腐蝕效果，具有優(yōu)異施工性能，使涂料密封完整，不會(huì)出現(xiàn)裸露問(wèn)題，確?；恼w防腐性能。

2.3 防銹涂料

常征［13］利用甲苯耐水性好的優(yōu)勢(shì)，將乙酸乙酯溶于甲苯中，以該混合溶液為基礎(chǔ)溶劑，添加鐵紅防銹顏料可制備毒性小、防銹性強(qiáng)、硬度大的防銹涂料。在聚苯乙烯溶劑中添加乙酸乙酯和二甲苯，加入松香甘油酯作為改性劑，將聚苯乙烯膠液轉(zhuǎn)化為水溶劑膠液，制備防銹涂料。陳均志等［14］以甲基丙烯酸和干性油為主要溶劑，添加馬來(lái)酸酐作為引發(fā)劑，與聚苯乙烯接枝，使聚苯乙烯分子中形成一定親水羧基，增強(qiáng)涂膜的內(nèi)聚強(qiáng)度，并使其保持良好柔韌性。聚苯乙烯分子與引發(fā)劑馬來(lái)酸酐發(fā)生共軛反應(yīng)，使疏水的油性分子含有親水性羧基，提高了整個(gè)分子的親水性，使其成為水性膜，配以無(wú)毒亞磷酸鈣，制備了性能良好的防銹涂料。

防銹涂料能夠保證金屬免受外界大氣影響，避免基材表面與外界腐蝕性物質(zhì)直接接觸，延長(zhǎng)金屬使用壽命。使用聚苯乙烯制備的防銹涂料能夠形成緊密的漆膜，進(jìn)而阻止腐蝕性物質(zhì)侵入。該防銹涂料的特點(diǎn)是：（1）適用于有色金屬防銹；（2）適用于有遮蓋的金屬防銹；（3）對(duì)環(huán)境無(wú)污染；（4）可取代防銹油、脂；（5）具有良好耐硬水性能；（6）熱穩(wěn)定性較好，在不同溫度條件下具有良好防銹效果。

聚苯乙烯作為防銹原料是防銹漆的重要組成部分，屬于化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的顏料，顆粒細(xì)微，具有良好填充性能。

2.4 防火涂料

由于聚苯乙烯容易出現(xiàn)自燃現(xiàn)象，因此，在制備涂料過(guò)程中，應(yīng)添加微膠囊化紅磷和膨脹性石墨兩類(lèi)阻燃劑。在硫酸鉀作用下，將溶于阻燃劑的三氯乙烯接枝到聚苯乙烯上，同時(shí)配以不同阻燃元素，制備防火涂料。將該涂料涂布在易燃材料表面，可提高材料的耐火能力，在一定時(shí)間內(nèi)能夠阻止燃燒。

對(duì)于聚苯乙烯制成的防火涂料，涂層越厚，高溫條件下形成的阻燃物也就越厚，隔熱效果越明顯，形成了隔絕氧氣的保護(hù)膜，同時(shí)防火材料分解的氨基增多，通過(guò)與有機(jī)游離基化合，能夠中斷燃燒的連鎖反應(yīng)，因此，防火涂料越厚，隔熱效果就越好。

聚苯乙烯可用于防火涂料原因?yàn)椋海?）通過(guò)對(duì)聚苯乙烯改性，能夠保護(hù)基材不直接與外部空氣接觸，避免基材與火苗直接接觸，減緩物體著火速度。（2）聚苯乙烯除了具備不燃性外，還具有較低的導(dǎo)熱性能，能夠降低火焰溫度，使基材不會(huì)輕易燃燒。（3）聚苯乙烯在高溫條件下，會(huì)分解出不燃的惰性氣體，保護(hù)周?chē)?，使之不易燃燒。?）聚苯乙烯受熱容易分解氮元素與氧元素、氫元素組成的基團(tuán)，當(dāng)其與有機(jī)游離基化合時(shí)，會(huì)降低周?chē)鷾囟?。?）聚苯乙烯涂料受到高溫影響會(huì)出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，形成隔熱層封閉保護(hù)的物體，減緩熱量與基材的直接接觸，使物體著火速度變慢。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著人們對(duì)室內(nèi)裝修標(biāo)準(zhǔn)的升高，室內(nèi)涂料發(fā)展迅速。利用聚苯乙烯制備涂料，不僅能降低其造成的污染問(wèn)題，還能結(jié)合不同化學(xué)溶劑形成良好的涂料，合理利用資源。聚苯乙烯存在膠膜附著力差的問(wèn)題，需對(duì)其進(jìn)行改性，以保證制備的涂料具有良好防水、防腐、防銹和防火性能，在很大程度上阻止外界對(duì)基材的侵蝕，起到保護(hù)作用。