廢舊聚苯乙烯高效利用技術研究進展

高萌，李勛章，凌佳輝，宮貴貞

（徐州工程學院材料與化學工程學院，江蘇徐州221018）

聚苯乙烯塑料具有成本低、質量好、傳熱系數低、機械性能良好、易著色、耐酸堿、防潮防震、穩定性好、透明性好等眾多特點，其主要應用于外包裝、隔熱、防潮、減震材料以及快餐等行業。很多聚苯乙烯塑料經過一次使用后被丟棄，因其難降解，形成嚴重的“白色污染”。在資源日益匱乏的未來社會，可持續發展的理念尤其重要。廢舊塑料的回收再利用，使其變廢為寶，不僅有利于實現資源的循環利用，且能更好地解決環境污染問題。本文就廢舊聚苯乙烯（WPS）塑料回收再利用的研究進展進行綜述。

1 高效利用技術

1.1 制備生產建筑材料

將WPS制得建筑材料，具備隔熱性好、隔音好、質量輕及較高強度等特點，是WPS很好的回收利用方法。Masri等將泡沫聚苯乙烯與三種不同粒徑的棕櫚葉碎末進行混合制備建筑復合材料，考查了復合材料的體積密度、彎曲模量、最大應力和導熱系數，并用掃描電子顯微鏡對其形貌進行了表征。結果表明，該復合材料具有良好的纖維-基體界面結合狀態，彎曲模量和最大應力分別為0.78 GPa和2.84 MPa，密度在542～824 kg/m，平均熱導率0.11～0.16 w/m.K，其可作為一種良好的隔熱材料應用于建筑領域。

1.2 制取有機高分子吸附劑

將WPS轉化為吸附劑是一種經濟有效的處理方法，同時為廢水修復提供材料。與無機吸附劑相比，有機高分子吸附劑具有用量少，吸附速度快，并存鹽的影響小，pH值和溫度低，產生的污泥量少，以及帶有各種帶電基團等優點。因此，廣泛用于石油、印刷和造紙、染色、食品和化學工業等廢水的處理。Zhuang等將WPS制備成膜用于氣體的吸附（圖1）。Chaukura等用WPS為原料合成共軛微孔聚合物，并用濃硫酸活化表面引入磺酸基團。

圖1 WPS制備吸附膜

材料的表面化學顯示芳香族-C-H和脂肪族-CH-的伸縮振動都有所下降，確認交聯成功。該吸附劑熱分解溫度高于300℃，表面不均勻。未磺化和磺化改性的吸附劑BET表面積分別為752 m/g和510 m/g。孔隙分布范圍從中孔到微孔。未磺化和磺化改性的吸附劑對剛果紅的最大吸附量分別為500 mg/g和357 mg/g。Paula等經碳化和活化兩步制得活性炭，BET表面積高達2 700 m/g，孔容為1.2 cm/g，以小中孔為主，吸附亞甲基藍的最大吸附量為1 mg/g，如圖2所示。

圖2 WPS制備活性炭吸附亞甲基藍

1.3 制備離子交換樹脂

離子交換樹脂廣泛應用于水處理、食品、化工生產等行業，具有優良的性質，吸附能力強，并且可再生使用。WPS可通過磺化作用，在苯環上引入磺酸離子，制成強酸性離子交換樹脂；通過傅克酰基化、季胺化等反應，可制備陰離子型交換樹脂。

1.4 制備燃料油或化學品

WPS可以通過熱解、干餾、超臨界等技術分解為燃料油和化學品替代化石資源。Hadi等考查了CuO/高嶺土和純高嶺土于400℃和450℃下催化WPS的熱解反應，催化裂解產品收率為85%～99%，高于非催化熱解，熱解溫度400℃下的產率低于450℃下的產率，450℃下催化裂解產生更多的熱解油。這些油含有許多芳香物質碳氫化合物，但CuO/高嶺土熱解產生油中含85%萘和大約13%的苯乙烯。

1.5 制備熱儲能材料

熱儲能可以解決熱能供需之間在時間和空間不匹配的問題。“潛熱儲能材料”由于其高儲能性密度和化學穩定性，在各種工具中得到了廣泛的研究。Liu等用FeCl催化WPS的超交聯反應，產物作為形狀穩定的熱能存儲保持材料，實現了原位相變材料封裝方案。石蠟的封裝率為68.7%，無泄漏。在該方法中使用的路易斯酸催化劑能夠被轉化為相應的金屬氧化物。通過簡單的堿處理，不僅減少了繁瑣的金屬物質分離步驟，而且使外部導熱系數提高，與石蠟相比，導熱系數提高了61.0%。

1.6 制備電材料

WPS經化學處理制備成多孔碳材料，由于其具有大比表面積、高導電性和良好的電容性能，可以作為超級電容器及其他電池材料。Zhang等以WPS為碳源，在二氧化硅存在下通過Friedel-Crafts反應制備了一種簡便有效的三維網狀多孔炭，其具有高達620 m/g的比表面積，制備多孔材料電流密度為1 A/g時碳的電化學容量約為208 F/g。在1 024.4 W/kg的功率密度下，可獲得22.5 W·h/kg的比能量。同時，在電流密度為5 A/g時，經5 000次循環，電容保持率為94.3%。Urgunde等用丁硫醇鎳油墨催化WPS制得石墨碳，用做雙電層電容器，電流密度為1 A/g時電化學容量約為158 F/g，經10 000次循環，電容保持率為90%，如圖3。

圖3 WPS制備電容器

1.7 生產油漆

將廢舊聚苯乙烯和松香、甘油、氧化鋅加入到溶劑中溶解，可制得聚苯乙烯改性樹脂,再加入填充料和著色劑，然后經研磨過濾操作，可制成各種類型PS快干漆。該制品干燥快，化學穩定性好,可應用于各種設施的防腐。

1.8 制備涂料

聚苯乙烯支鏈上帶有苯基，同時又具有比較飽和的C-C鍵惰性結構，因此具有優良的化學穩定性，能在酸性、堿性和其他條件下保持原有的性質不變，同時具有優異的著色性能，是防腐涂料的良好基體材料。肖鑫等對WPS結構進行改性，制備了具有廣泛性能的防腐涂料，生產工藝簡單，生產成本低，涂層附著力好，化學穩定性好，可適用于建筑墻體的裝飾和鋼件的防腐處理。

1.9 制備膠黏劑

WPS用苯類和酯類等溶劑溶解簡單處理，再添加某些助劑和其他添加劑，配制成溶液，制作膠黏劑。這種方法投資低，操作簡單，是WPS變廢為寶的有效利用技術。

2 結論

因大量WPS難降解，造成環境污染，其高附加值利用技術得到廣泛關注。本文就WPS的高效利用研究進展進行總結。WPS可用于制備建筑材料、吸附劑、儲能材料等，在實現資源循環利用的同時減少“白色污染”。