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聚苯乙烯泡沫塑料(PSF)是一种用途广泛而难于生物降解的高分子材料,已成为“白色污染”的主要来源,如何处理这些废旧PSF是当前迫切需要解决的问题。进行回收再利用不仅可解决废旧PSF环境污染问题,而且可使资源可持续发展,是处理废旧PSF的最有效的方法,其中通过化学改性制备精细化学品的方法可以得到性能优良、附加值高的产品,具有广泛的应用前景。因此,化学改性再利用已成为处理废旧PSF的最佳途径。
本文以废旧PSF为原料,通过化学改性的方法,由3种不同合成路线,共制备了包括DⅠ~DⅢ系列的17个聚苯乙烯(PS)基高分子染料,即经氯磺化(Chlorosulfonation)、酰胺化(Amidation)、水解(Hydrolysis)、重氮化(Diazotization)、偶合(Coupling)的CAHDC路线,制备了包括DⅠ1~DⅠ11的11个DⅠ系列偶氮高分子染料;经硝化(Nitration)、还原(Reduction)、重氮化(Diazotization)、偶合(Coupling)的NRDC路线,制备了包括DⅡ1~DⅡ5的5个DⅡ系列偶氮高分子染料;经缩合反应路线,制备了1个DⅢ蒽醌高分子染料。
实验中研究了反应试剂、反应物配比、反应温度及反应时间等因素对各步反应的影响,确定了最佳实验方案。
采用红外光谱(FTIR)对制备的染料中间体及PS基高分子染料的结构进行表征,证明了其分子结构的正确。采用紫外-可见光谱(UV-Vis)分析了PS基高分子染料分子结构与最大吸收波长(λmax)及染料染色之间的关系,结果表明:染料的分子结构决定染料的λmax,从而使染料显现出不同的颜色。采用显微熔点仪和差示扫描量热仪(DSC)对PS基高分子染料的热性能进行了分析,结果表明:高分子染料能够熔于被着色树脂中,且其分解温度均高于300℃,具有较高的耐热性,能够满足常用塑料的加工要求,可用于大多数塑料的着色。
实验中以制备的6个具有代表性的PS基高分子染料为着色剂,分别以低密度聚乙烯(LDPE)和聚丙烯(PP)为载体树脂,制备了不同颜色的包括M1~M7的7种色母粒。
通过熔融指数(MFI)的测定研究了色母粒与被着色树脂之间的加工流动性的关系,结果表明:色母粒的加工流动性高于被着色树脂,色母粒在树脂中能够得到良好的分散。
实验中分别测试了不同高分子染料制备的色母粒在6种具有代表性的常用溶剂、去离子水、5%HCl水溶液及5%NaOH水溶液中的稳定性,对高分子染料的耐水性、耐溶剂性及耐酸碱性进行了分析,结果表明:染料在常温及回流条件下耐水及酸碱性非常好,对测试的溶剂(除甲苯外)都具有较好的耐溶剂萃取性。
实验中选用M1和M72种色母粒,以色母粒着色法分别对LDPE和PP进行着色。
采用扫描电子显微镜(SEM)研究了制备的PS基高分子染料与被着色树脂之间的相容性,结果表明:PS基高分子染料与被着色树脂间具有较好的相容性,染料与树脂以分子水平相容成为均相。