聚苯乙烯在涂料制备领域的应用

2020-01-14夏媛媛鞠晓玲

合成树脂及塑料 2020年6期

夏媛媛，鞠晓玲

（潍坊工程职业学院，山东省青州市 262500）

聚苯乙烯具有耐化学药品腐蚀性强、熔点低的特点，其良好的透明度和易成型的优势，使其在轻工制品、包装、合成木材以及材料装饰等领域广泛应用。此外，由于其具有优良的电气性能，被广泛应用于仪表与光学仪器表面［1］。聚苯乙烯是无色、无味有光泽的固体，相对密度较小，具有良好溶解性［2］，另外，在光稳定性方面仅次于甲基丙烯酸酯，热稳定性较好，所以易成型，几乎不受温度影响，具有良好隔热性，适合大量生产［3］。聚苯乙烯是一种热塑性高分子材料，其制品具有质量轻、抗震性强、着色强、耐化学药品腐蚀性良好的优势，广泛应用于室内涂料制备领域［4］。近几年，聚苯乙烯制品较多应用于建筑行业（如门窗框的装饰以及外墙保温），但更受关注的是其在室内涂料中的制备与应用。殷海青等［5］分析阻燃型氢氧化镁在聚苯乙烯中的应用时发现，使用水浴法将聚苯乙烯与改性氢氧化镁混合，并在混炼机上炼制，合成的聚苯乙烯类表面活性剂阻燃效果较好；柯惠珍等［6］研究了聚苯乙烯纳米纤维膜的制备及其性能，考察了纳米纤维膜厚度对膜孔径分布的影响，发现该膜孔隙率较大，在室内涂料制备中起吸附作用。本文主要综述了聚苯乙烯在涂料制备领域的应用。

1 聚苯乙烯的性能

聚苯乙烯是非晶态的线性聚合物，与含有芳香烃、酮类和酯类溶剂混合，能够形成具有黏性的聚苯乙烯混合溶胶，将该溶胶涂于木板表面，可形成一层坚硬、光滑的膜［7］。聚苯乙烯结构中缺少极性基团，其在木板上的附着力相对较差，受温度影响，附着在表层的薄膜容易脱落。因此，若要利用聚苯乙烯制备室内涂料，必须对其性能进行分析，以适应室内环境［8］。在制备聚苯乙烯涂料过程中，加入羧基、酞胺基等极性较大的基团，保证涂层由非极性转化为部分极性，增强聚苯乙烯的附着力。聚苯乙烯中的苄基可以理解成甲苯分子中的甲基碳上去掉一个氢原子后，剩下的一价基团，具有良好的热稳定性、抗氧化性和低凝点，可应用于喷涂及无纺布等烘烤设备。

1.1 附着力

刘西振等［9］研究基于废弃聚苯乙烯泡沫的无溶剂快固化涂料，通过聚苯乙烯泡沫与丙烯酸酯混合使用，将过氧化二苯甲酰、二甲基苯胺作为氧化还原体系，制成无溶剂涂料，施工后成膜，避免与空气中氧气阻聚。涂料在使用过程中有一定黏度，配方主体成分是丙烯酸类树脂和钡，随着聚苯乙烯用量的增加，体系黏度变大，常规刷漆黏度在50～300 Pa·s，充分考虑聚苯乙烯的回收利用率，同时考虑其氧化还原性可导致体系黏度上升，认为初始材料黏度应为200 Pa·s，最适合作为涂料涂抹于墙壁，漆膜附着力较好。

1.2 导热性能

赵美艳等［10］制备了一种墙体用新型泡粒混凝土复合材料，通过正交试验分析聚苯乙烯颗粒用量对墙体材料导热性能的影响，发现聚苯乙烯的导热系数与涂料的隔热性能相关，导热系数越小，保温效果越好。当聚苯乙烯质量分数为15%时，复合材料导热系数最高；聚苯乙烯质量分数增加到25%时，复合材料导热系数下降了约2.35%；当聚苯乙烯质量分数为35%时，复合材料导热系数最低，下降了约6.02%，保温效果最优。使用聚苯乙烯颗粒不仅会影响墙体用新型泡粒混凝土复合材料使用性能，还会对室内墙壁涂料起到保温作用，节能环保。

2 聚苯乙烯在室内涂料制备中的应用

2.1 防水涂料

由于聚苯乙烯中缺少亲水基团，因此，吸水率极低。如果将聚苯乙烯涂料放置在潮湿环境中，用该涂料涂抹的材料不会出现变形，适用于制备防水材料。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环结构，导致涂膜柔性较差，因此，使用聚苯乙烯作防水涂料需经过改性来降低其玻璃化转变温度。邻苯二甲酸二丁酯具有较强的增塑作用，能够降低聚苯乙烯的玻璃化转变温度。在含有甲苯、丙酮、乙酸乙酯溶剂的聚苯乙烯中加入邻苯二甲酸二丁酯，能够获取一种纤维板防水用涂料；加入含十二烷基苯磺酸钠乳化剂的聚苯乙烯溶剂，能够形成一种纸箱防水用涂料；吴军等［11］以聚苯乙烯泡沫塑料为原料，加入丙烯酸丁酯、有机硅单体、水乳化剂混合，制备防水胶，所形成的弹性胶膜防水性指标达到相关技术标准，是一种耐水涂料。

聚苯乙烯可用于防水涂料原因为：（1）聚苯乙烯涂料的漆膜硬度较高，当丙烯酸类树脂与钡摩尔比为2∶1时，随着聚苯乙烯用量的增加，体系黏度也随之变大，漆膜附着力较好。（2）涂料不会在高温条件下轻易变形，呈现耐高温性能。（3）涂料成膜后仍保持柔韧性，其反应程度与温度有关，在低温条件下防水性能更好。（4）防水涂料在一定静水压和动水压条件下，不会出现渗漏，这是涂料防水的重要指标。（5）防水涂料成膜后具有一定延伸性，能够适应不同温差、干湿等情况，使涂料具备良好防水效果。

2.2 防腐涂料

聚苯乙烯除了缺少亲水基团外，还具有惰性结构，使其能够作为防腐蚀性基础树脂。由于聚苯乙烯成膜时间极短，无法实现内增塑效果，导致其形成了软单体，因此，应对聚苯乙烯进行改性，以提高胶膜的附着力。

金爽等［12］以聚苯乙烯为原料制备的抗凝剂中，乙酸乙酯、二氯甲烷与甲苯摩尔比为3∶2∶1时，具有缓释效果。向混合溶剂中再添加质量分数为12%的改性剂松香和质量分数为9%的邻苯二甲酸二丁酯，制备的抗凝剂具有良好缓释性能和抗裂性。

由聚苯乙烯制备的防腐涂料具有化学稳定性，其成膜属性与化学结构一致，在干膜条件下，能够通过腐蚀介质形成小分子。从单纯隔离角度分析，由于水、氧和离子对膜的通透力不同，因此，防腐材料与成膜物结构有关。其中，水对膜的通透力强于离子，而氧对膜的通透力相对复杂，与温度有关。水和氧都是通过漆膜后与金属基材表面直接接触，金属材料与电解质溶液通过电极反应发生腐蚀，增强漆膜导电能力。从防电化学腐蚀角度分析，一旦漆膜内含有较多官能团，漆膜气孔会变少，形成密度较高的立体结构，极大增强了涂料防腐性能。漆膜与成膜物的相对分子质量有关，影响着色程度，对于防腐涂料，应添加颜填料，可改善漆膜力学性能，使漆膜坚硬耐磨，降低涂料挥发性有机物含量，抑制金属腐蚀。

聚苯乙烯制成的防腐涂料涂抹在基材表面后形成涂层，具有屏蔽作用。根据腐蚀原理，漆膜有效阻止了腐蚀介质，增加了电阻，使漆膜对水、氧和离子通透力不同。结合聚脲弹性涂料，能够形成强有力的防腐蚀效果，具有优异施工性能，使涂料密封完整，不会出现裸露问题，确保基材整体防腐性能。

2.3 防锈涂料

常征［13］利用甲苯耐水性好的优势，将乙酸乙酯溶于甲苯中，以该混合溶液为基础溶剂，添加铁红防锈颜料可制备毒性小、防锈性强、硬度大的防锈涂料。在聚苯乙烯溶剂中添加乙酸乙酯和二甲苯，加入松香甘油酯作为改性剂，将聚苯乙烯胶液转化为水溶剂胶液，制备防锈涂料。陈均志等［14］以甲基丙烯酸和干性油为主要溶剂，添加马来酸酐作为引发剂，与聚苯乙烯接枝，使聚苯乙烯分子中形成一定亲水羧基，增强涂膜的内聚强度，并使其保持良好柔韧性。聚苯乙烯分子与引发剂马来酸酐发生共轭反应，使疏水的油性分子含有亲水性羧基，提高了整个分子的亲水性，使其成为水性膜，配以无毒亚磷酸钙，制备了性能良好的防锈涂料。

防锈涂料能够保证金属免受外界大气影响，避免基材表面与外界腐蚀性物质直接接触，延长金属使用寿命。使用聚苯乙烯制备的防锈涂料能够形成紧密的漆膜，进而阻止腐蚀性物质侵入。该防锈涂料的特点是：（1）适用于有色金属防锈；（2）适用于有遮盖的金属防锈；（3）对环境无污染；（4）可取代防锈油、脂；（5）具有良好耐硬水性能；（6）热稳定性较好，在不同温度条件下具有良好防锈效果。

聚苯乙烯作为防锈原料是防锈漆的重要组成部分，属于化学性质稳定的颜料，颗粒细微，具有良好填充性能。

2.4 防火涂料

由于聚苯乙烯容易出现自燃现象，因此，在制备涂料过程中，应添加微胶囊化红磷和膨胀性石墨两类阻燃剂。在硫酸钾作用下，将溶于阻燃剂的三氯乙烯接枝到聚苯乙烯上，同时配以不同阻燃元素，制备防火涂料。将该涂料涂布在易燃材料表面，可提高材料的耐火能力，在一定时间内能够阻止燃烧。

对于聚苯乙烯制成的防火涂料，涂层越厚，高温条件下形成的阻燃物也就越厚，隔热效果越明显，形成了隔绝氧气的保护膜，同时防火材料分解的氨基增多，通过与有机游离基化合，能够中断燃烧的连锁反应，因此，防火涂料越厚，隔热效果就越好。

聚苯乙烯可用于防火涂料原因为：（1）通过对聚苯乙烯改性，能够保护基材不直接与外部空气接触，避免基材与火苗直接接触，减缓物体着火速度。（2）聚苯乙烯除了具备不燃性外，还具有较低的导热性能，能够降低火焰温度，使基材不会轻易燃烧。（3）聚苯乙烯在高温条件下，会分解出不燃的惰性气体，保护周围基材，使之不易燃烧。（4）聚苯乙烯受热容易分解氮元素与氧元素、氢元素组成的基团，当其与有机游离基化合时，会降低周围温度。（5）聚苯乙烯涂料受到高温影响会出现膨胀现象，形成隔热层封闭保护的物体，减缓热量与基材的直接接触，使物体着火速度变慢。