聚苯乙烯在室内设计专用涂料制备中的应用

时间：2024-09-03

何方园

（郑州职业技术学院，河南省郑州市 450121）

聚苯乙烯具有流动性好、易于成型的优点［1］，可以分为四类，分别是普通聚苯乙烯、发泡聚苯乙烯、高抗冲聚苯乙烯以及间规聚苯乙烯。其中，普通聚苯乙烯使用率最高，具有透明度高、绝缘性好、刚性强、耐化学药品腐蚀性好，但也存在性脆、抗冲击性能差的缺点［2］。聚苯乙烯的玻璃化转变温度高于100 ℃，被广泛应用在耐高温容器以及各种塑料容器的生产中［3］。塑料很难降解，具有耐老化、抗腐蚀的特点，在水中或泥土中堆积，难以降解，对环境造成严重污染，给人们的生活造成极大的负面影响，无论是焚烧、深埋、光解还是生物降解都难以从根本上解决聚苯乙烯塑料污染的问题［4］。将聚苯乙烯应用到室内设计专用涂料中可以提高涂料的性能，聚苯乙烯中的成膜物质是涂料的基本组成部分，可以帮助涂料形成良好的漆膜，但由于聚苯乙烯是一种高分子材料，内部的极性基团刚性大、柔韧性差，即使制备成涂料，也不具备黏结性，如果选用聚苯乙烯作室内设计专用涂料的基本材料，需要对其进行改性［5］。本文针对聚苯乙烯在室内设计专用涂料制备中的应用进行综述，分别探讨了聚苯乙烯在室内设计专用防水涂料、防锈涂料、防腐涂料和防火涂料中的应用。

1 聚苯乙烯的改性

由于聚苯乙烯是一种非晶态的线型聚合物，可以用芳香烃、氯代烃、酮类和酯类组成的溶剂对其进行改性，当聚苯乙烯融入含有上述成分的溶液中，会形成具有黏性的胶液，这种胶液呈透明状态，可以涂抹在金属或木材表面，生成一层质地坚硬、光滑耐热的保护膜，虽然保护膜对金属和木材有着保护作用，但由于聚苯乙烯内部结构中并不含有极性基团，所以胶膜的附着力很差，只能短时间附着在金属或木材上，如果时间过长或者受到外界刺激，膜层就有可能脱落［6］。因此，在使用聚苯乙烯制备专用涂料时，必须对聚苯乙烯进行改性，强化膜层的附着能力。目前，常用的聚苯乙烯改性方法有两种：第一种是物理共混改性法，在聚苯乙烯溶液中引入新的极性基团，使涂料不再是非极性，而是部分极性，附着力能够有效提高；第二种是化学接枝改性法，利用自由基增加涂层的附着力［7］。

物理共混改性加入的极性物质通常有羟基、羧基、酰胺基、羰基，这些极性物质会改变聚苯乙烯的内部结构，聚苯乙烯不再是完全的非极性物质，而是部分极性物质，用聚苯乙烯胶液制备的涂料涂抹在金属或木材上形成的涂层具有较好的附着力。

化学接枝改性主要是利用聚苯乙烯的化学特性实现的，在聚苯乙烯链上引入—OH，—CONH2，—COOCH3等极性基团，有利于聚苯乙烯大分子链与其他物质互相作用，进而生成具有内增塑效应和柔性性能的侧链键，使涂料的低温柔韧性更好，防水效果更优。化学接枝改性同时会引入酚醛树脂等化学试剂作为改性添加剂，在提高专用涂料附着力的基础上，增强缓蚀作用。聚苯乙烯链节中的苄基位化学性质十分活泼，在引发剂的作用下，苄基位上含有的α—H会自动分解出初级自由基，再通过脱氢处理生成大分子自由基，大分子自由基能够与溶剂中具有极性基团的活泼单体进行聚合，形成含有极性基团的聚苯乙烯分子链，该聚苯乙烯具有很强的涂层附着力。

采用化学接枝改性得到的专用涂料安全性很高，不会产生污染。物理共混改性操作过程比较简单，成本低。与物理共混改性相比，化学接枝改性操作更加复杂，但改性后聚苯乙烯的附着性能更好、柔性更强。在不同情况下选择的改性方法也不同［8］。

2 聚苯乙烯在室内设计专用防水涂料中的应用

在防水涂料领域，聚苯乙烯可以展示出良好的特性。由于聚苯乙烯自身不具备亲水基团，所以它的吸水率不高。聚苯乙烯分子的吸水率仅为0.002%，即使在潮湿的环境下，聚苯乙烯制品也不会出现变形，更不会出现膨胀起泡等现象，因此，借助聚苯乙烯这一特性可以制备防水涂料。目前，对防水涂料的性能有很高的要求，不仅要求强度高、耐侯性好、低温柔韧性强，同时断裂伸长率也要很高。由于聚苯乙烯玻璃化转变温度高，所以如果制备防水涂料，在柔韧性方面无法满足要求，因此，必须要降低聚苯乙烯的玻璃化转变温度。邻苯二甲酸二丁酯的增塑作用明显，将其与聚苯乙烯混合，可以降低聚苯乙烯的玻璃化转变温度［9］。

室内设计防水涂料的制备方式为：（1）以丙酮、乙酸乙酯、甲苯为溶剂，邻苯二甲酸二丁酯和十二烷基苯磺酸钠为催化剂，制备防水涂料，将这种防水涂料涂抹在瓦愣纸箱或纤维板上能够起到很好的防水防潮作用；（2）以丙酮、乙酸乙酯、甲苯为溶剂，聚氧乙烯辛基苯酚醚-10为乳化剂，制备的防水涂料为油水型防水涂料，涂抹在纸箱上可防止纸箱受潮；（3）聚乙烯醇水溶液在经过一段时间的充分溶解沉淀后，会形成胶膜，这种胶膜的柔韧性和附着力都很好，所以利用乳化剂将聚乙烯醇水溶液胶膜与聚苯乙烯融合到一起，制备的涂料既具备柔韧性，也具备耐水性；（4）在聚苯乙烯泡沫塑料中同时加入三种改性剂（熟松香、环氧树脂、甲苯二异氰酸酯），会生成一种具有降噪能力的防水涂料，这种防水涂料可以代替调和漆，在粉刷室内墙壁中发挥与调和漆一样的作用，同时起到降噪作用，使用这种防水涂料可以降低3 dB左右噪声；（5）通过丙烯酸接枝对聚苯乙烯溶液进行改性，改性后的溶液与石油沥青混合到一起，是一种建筑防水涂料；（6）在聚苯乙烯水溶液中加入30.0～42.0 g二甲苯，5.0～8.0 g乙酸乙酯作增溶剂，1.0～1.2 g烷基酚聚氧乙烯醚和l.0～2.0 g十二烷基苯磺酸钠作乳化剂，2.0～2.5 g的苯二甲酸二丁酯作增塑剂，在溶液中再注入80.0～100.0 g自来水，l.0～2.0 g乙二醇作改性剂或改良剂，0.4～0.7 g陶瓷基复合材料作增稠剂，0.3 g硬脂酸铝作防沉淀剂，制备一种新型防水涂料，需要在60～70 ℃的恒温条件下放置1.0～1.5 h，才能提高涂料的抗压强度，起到真正的防水防潮作用。水油型防水涂料涂抹在室内建筑上干燥十分迅速，表面光亮，与带有颜色的色浆混合，可以提升室内装饰美感。

3 聚苯乙烯在室内设计专用防腐涂料中的应用

聚苯乙烯为惰性结构，所以耐化学药品腐蚀性很好，利用其制备防腐涂料可以取得很好的效果。但聚苯乙烯展现的成膜性能不好，需要加入具有内增塑效果的软单体，目前选用的最好的软单体试剂为丙烯酸丁酯，通过化学接枝改性与聚苯乙烯融合到一起，提高聚苯乙烯胶膜的柔韧性，增加附着能力，使涂料具有抗腐蚀能力［10］。

利用松香和树脂A催化聚苯乙烯胶体与乙酸乙酯融合到一起，形成的涂料不仅耐水性好，同时也能防止酸碱盐的腐蚀，便于擦洗，干燥快速。以树脂和适当助剂作原料，与聚苯乙烯胶体相互作用，可以生成一种应用在室内地板上的涂料，防止稀酸、纯碱等化学物质腐蚀地面，延长地板的使用寿命。选用二甲苯、乙酸乙酯和汽油作为溶剂，加入聚苯乙烯胶体，再利用邻苯二甲酸二丁酯和聚氨酯的改性作用，生成一种新的防腐涂料，即使在浓酸碱的作用下，也很少会被腐蚀［11］。使用乙酸乙酯、氯仿、丙酮、乙酸异戊酯作为混合溶剂，加入聚苯乙烯制备的防腐涂料同样能防止浓酸浓碱的腐蚀。

目前，还有一种新的制备防腐涂料的方法备受关注，配方为：30.00 g聚苯乙烯胶体，10.25 g改性树脂，10.00 g乙酸乙酯，120 mL汽油，10.00 g乙烯-乙酸乙烯共聚物，100.00 g氯丁胶，在邻苯二甲酸二丁酯的催化作用下充分溶解。生成的涂料抗腐蚀性极好，即使在水中浸泡10 d都不会出现起泡和脱落现象，在强酸强碱的环境下也可以浸泡10 h，无论是防锈性能、储存稳定性还是消泡能力都非常好［12］。

4 聚苯乙烯在室内设计专用防锈涂料中的应用

使用聚苯乙烯制备室内防锈涂料时，可以选用具有良好耐水性的甲苯、乙酸乙酯和乙酸丁酯作为混合试剂，这样可以缩短涂料的干燥时间，提高涂料的光泽性。在上述试剂中加入铁红防锈颜料，充分溶解后生成防锈涂料，这种防锈涂料制备成本低、生产过程简单、形成的涂膜硬度大。除了采用上述混合试剂制备防锈涂料外，也可以选用二甲苯、乙酸乙酯、2004溶剂汽油制备混合试剂，使用的改性剂为松香甘油酯，乳化剂为十二烷基苯磺酸钠与聚乙烯醇复合乳化剂，通过低分子和高分子的同时乳化作用，将不具备水溶性的聚苯乙烯试剂调制成具备水溶性的聚苯乙烯胶液，使用这一胶液作为基础材料制备防锈涂料。马来酸酐、甲基丙烯酸和脂肪酸甘油酯同时作用，也可以用作改性剂，通过化学接枝使聚苯乙烯的分子上含有亲水羧基，增强防锈涂料的亲水性，甲基丙烯酸还能增强涂料的内聚强度，脂肪酸甘油酯内部分子中的不饱和键会与马来酸酐发生共轭反应，提高脂肪酸甘油酯分子的亲水性羧基，将这一防锈涂料涂在建筑物上可以形成水性成膜物，性能好，防锈能力强。

5 聚苯乙烯在室内设计专用防火涂料中的应用

聚苯乙烯是一种易燃物质，一旦燃烧就会产生大量烟雾，因此，使用聚苯乙烯作为基体材料制备防火涂料，需要加入阻燃剂，阻燃剂的类型有两种，分别是反应型和添加型。为了使防火涂料的防火性更强，要同时引入这两种阻燃剂，以硫酸钾为引发剂，将溶解在混合溶剂中的聚苯乙烯胶体分子链与三氯乙烯单体混合到一起，利用磷、氯、硼作为添加剂，进一步增加防火涂料的防火能力。

使用聚苯乙烯制备防火涂料时，要对聚苯乙烯泡沫塑料进行一系列的操作：洗涤、干燥、粉碎、溶解，使用增塑剂与聚苯乙烯反应，通过搅匀、过滤生成黏稠的防火涂料基体材料，再利用阻燃剂增加涂料的防火性，通过研磨、过滤等一系列加工，最终生成防火涂料。在制备防火涂料时，可以在聚苯乙烯胶液中加入一些质地轻柔、透明度高的白色硅酸盐水泥，提高材料的耐磨性，使材料具有更长的使用时间。