ABS 树脂的共混改性

第11卷第6期　　　　　　　　　　ModernPlasticsProcessingandApplications　　　　　　　　　　　1999年12月

ABS树脂的共混改性

曾威

(天津轻工业学院化学工程系,300222)

　　摘要:简要介绍了通过共混改性ABS树脂的方法以及改性ABS树脂的性能与应用。ABS树脂可与PVC、热塑性聚酯、PC及亲水性聚合物进行共混,讨论了影响ABS树脂与PVC、PC共混的因素。

关键词:　ABS树脂　共混改性　聚氯乙烯　聚碳酸酯

　　ABS树脂(简称ABS)是本世纪末40年代发展起来的热塑性工程塑料,是丙烯腈(A)、丁二烯(B)和苯乙烯(S)三种单体的接枝共聚物,它保持了聚苯乙烯(PS)的光泽和加工流动性,并具有橡胶的抗冲性能,丙烯腈的引入又增加了刚性和耐化学性,具有优异的综合性能,因而在机械工业、电气工业、纺织工业、化学工业及日用商品等方面得到了广泛应用。

　　近年来,随着科学技术的发展,对材料的性能提出了更高的要求。因此国内外都非常重视对ABS树脂共混改性的研究。由于ABS树脂含有侧苯基、氰基和不饱和双键,和许多聚合物有比较好的相容性,这为ABS的共混改性创造了有利条件。通过共混,可提高ABS的冲击强度、耐热性、耐化学腐蚀性,赋予阻燃性和抗静电性或降低成本[1]。

裂性能也比ABS有所提高,其性能/成本比是其他

树脂无法比拟的。作为ABS系列最主要的共混物品种,其注射成型及挤出成型制品已广泛应用于建筑、汽车、电子、电器和医疗器械等领域。　　ABS中存在两相结构,苯乙烯、丙烯腈共聚物(SAN)作为连续相即树脂相,聚丁二烯作为分散相即橡胶相。PVC与ABS的树脂相相容性较好,而与橡胶相不相容,ABS/PVC共混物属“半相容”体系[1]。因而PVC与SAN的界面状况是影响相容性的重要因素。PVC与SAN的界面状况又受到SAN中丙烯腈(AN)含量的影响。据报道,SAN中AN含量在12%～26%(质量分数)时可与PVC达到良好混合,超过这一范围,则混合效果不理想[3]。一般认为,ABS/PVC体系具有“海岛”结构,PVC与SAN一起构成连续相,而共混过程中ABS中的橡胶粒子作为分散相,其粒径基本没有变化。当材料受到外力冲击时,橡胶粒子成为应力集中点,使材料诱发银纹。同时,橡胶粒子又可歧化、终止银纹或诱发新的银纹,从而提高了材料的抗冲性能[1]。　　从ABS与PVC各自组成情况来看,ABS是复杂的聚合物共混体系,而且ABS生产用的原料种类、工艺条件及生产方法的差别较大,使ABS的组成千差万别,变动极大。对ABS/PVC共混体系而言,在ABS三组分中,丙烯腈含量低,流动性和强度高,热变形温度和相对断裂伸长率低;丁二烯含量的降低则能提高硬度和强度,但冲击韧性和耐低温性能也减弱;苯乙烯含量降低则有利于提高热变形温度、相对断裂伸长率和冲击韧性,但同时也降低其加工性能。PVC树脂的用量增加可使共混体系的强

　　收稿日期:1999-03-09。

　　作者简介:曾威,男,97级硕士研究生,现就读于天津轻工业学院化学工程系高分子材料与工程专业。

1　ABS与PVC的共混

　　ABS是一种易燃树脂,其氧指数(OI)为1910%左右,用ABS制造的电子、电器配件、壳体,由于

ABS的燃烧引起的火灾时有发生。早在70年代,美国的UL(UnderwriterLaboratory)、加拿大及澳大利亚的AS—3195等标准都对电器外壳的成型制品提出了阻燃要求。国内电器配件外壳的阻燃问题也逐渐得到了重视。　　阻燃ABS最常用的制备方法是在ABS中添加无机阻燃剂。但无机阻燃剂会严重降低ABS的力学性能,影响使用。而在ABS中添加适量的滞燃型聚合物PVC,不仅可以降低无机阻燃剂的用量,也可以改善复合体系的力学性能[2]。实践证明,ABS/PVC共混物不仅阻燃性能和抗冲性能优异,而且拉

伸性能、弯曲性能和绞接性能、耐化学腐蚀性和抗撕

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度、弯曲强度、伸长率增加[4],但体系的热稳定性下降。同时由于PVC树脂的分子量分布宽,有利于提高熔体的剪切敏感性,改善加工性能,但又使冲击性能下降[5]。选用不同牌号的ABS与PVC共混能得出不同的结果。以冲击强度为例,共混物出现极大值可能在PVC含量为15%～30%的范围内[1],或在PVC含量40%～50%的范围内[5],或在PVC含量为70%左右时[1,4]。因此,共混体系与组分的关系有两个特点:其一,在一定区域内共混体系性能会出现极大值;其二,极值随ABS、PVC类型不同,出现的位置亦不同。

　　ABS/PVC共混体系的流动性较ABS差,且PVC的热稳定性不好,在加工过程中,受热、受剪切力易发生降解,故在共混体系中应加入适量的热稳定剂和润滑剂。常用的热稳定体系为金属皂类和铅盐稳定体系,润滑体系采用石蜡。实验证明采用金属皂与铅盐混合稳定体系,Ba、Cd皂盐配比为3:1左右,热稳定效果和制品色较佳,石蜡与金属皂热稳定体系配合使用其润滑作用远较与铅盐系稳定剂配合作用好。同时适当采用低分子量PVC树脂可使共混体系稳定性能明显提高。因为随PVC分子量减小,分子间作用力减弱,熔融粘度下降,从而降低分子间摩擦热,降低摩擦热效应,使体系热稳定性提高[6]。

　　PVC可使ABS的氧指数提高到2815%[2],但若对阻燃性能要求较高时,还需添加阻燃剂,普遍采用的是Sb2O3及含卤阻燃剂。阻燃剂对ABS/PVC体系的冲击强度不利。单独使用Sb2O3可以起到最大的阻燃效果,但体系冲击强度下降太大,应用中少加为宜。而含卤阻燃剂与锑类阻燃剂存在协同效应,可大大降低树脂分解反应速率,达到阻燃效果,且对体系加工性能影响不大。因此ABS/PVC体系中应用复合阻燃剂是较好的选择[2]。　　如前所述,ABS/PVC是半相容体系,而且体系粘度较大,使共混物两相间界面张力大,造成两相间界面粘合力低且接触面积小,又由于PVC的熔体粘度高,橡胶相不易达到改性所要求的分散程度,因此有必要在ABS/PVC共混体系中加入第三组分,以降低界面张力,增大界面面积,从而提高两相之间粘合力。第三组分要求对ABS和PVC均有较好的相容性,可作为共混体系的相容剂。常见的此类相容剂有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯酸酯类聚合

α-甲基苯乙烯-苯物(ACR)、氯化聚乙烯(CPE)、

α-SAN)等。对PMMA而乙烯-丙烯腈共聚物(

言,它可以提高共混体系的冲击强度、拉伸强度及断

裂伸长率,而弯曲强度则变化不大。特别值得注意

的是,添加了PMMA后,共混体系的表观粘度在其注射成型温度范围内,较未添加PMMA的小,提高了共混体系的流动性,有利于成型加工。此外,添加PMMA后,共混物制品的表面光洁度有了较大的提

高,添加量以1份左右为宜。对ACR而言,在共混体系添加ACR能较好的改善共混体系的综合性能和加工性。在注射成型过程中,ACR能消除PVC易出现的螺旋状流纹,使制品表面光洁度得到较大的提高,其用量以1份左右为宜。对CPE而言,由于其分子量低,用量少,不足以产生足够大的粘合力,其添加量应在5份以上[7]。对α-SAN而言,它可使橡胶粒子均匀分散,并提高共混体系多相界面之间的粘合力,显著改善共混体系物理力学性能,降低生产成本,其用量在5份左右为宜[8]。相容剂的用量一般在1～5份。因为相容剂填充在共混体系多相界面间,使多相界面大分子链段通过相容剂作用而相互渗透、扩散,当相容剂能充分“饱和”在多相界面时,即达最佳配比,再加相容剂,则共混物冲击强度基本不变,而硬度、弯曲强度下降。此外,氢化丁腈橡胶、苯乙烯/丙烯酸酯共聚物亦可作为第三组分,可提高共混体系的耐热性,改善其加工成型性,有效防止PVC分解老化。若加入甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丁二烯、苯乙烯,则制得的共聚物的冲击强度高,加工成型性好,综合性能优良[1];若加入聚四氟乙烯和SAN,则可改进材料的加工性能和阻燃剂的分散性能。

2　ABS与聚碳酸酯(PC)的共混物

　　PC与ABS树脂的溶解度参数之差为0184(J/cm3)1/2,PC与PB的溶解度参数之差约为7145(J/cm3)1/2。可以推测,PC与SAN树脂的相容性比较

好,而与橡胶相的相容性比较差。研究也表明,ABS/PC共混体系中各原料组分的玻璃化转变温度

都有一定程度的下降,且两者有相互靠近的趋势,故选择适当的ABS进行共混,共混物可能只有一个

tg。因此,ABS/PC共混物大体上是两相体系,一个

是相容的PC/SAN相,另一个为橡胶相。两相之间的粘合力较强,共混体系具有比较好的工艺相容性[3]。通过性能测试发现,ABS的收缩率为015%,而PC的收缩率为017%,两者非常接近,因此共混物在加工过程中不会由热胀冷缩不均而增加内应力[12]。所以,共混物可能有效的吸取ABS与PC的

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优点,表现出良好的冲击强度、挠曲性、刚性、耐热性和较宽的加工温度范围,尤其能明显改善ABS的耐化学药品性和低温韧性。由于综合性能优越,ABS/PC共混物适于制作汽车、卫生及船用设备的零部件、电器连接件、防护用品和泵的叶轮等。　　原料的性质、配比和共混条件等对共混物的结构、性能有重要的影响[1,9～11]。ABS中丁二烯含量高,ABS/PC共混体系相分离严重,反之,则可以得到分散较均匀的共混物。当ABS/PC为25/75时,ABS为分散相,PC为连续相,ABS在PC中的分散状态为纤维状和不连续的层状,且主要为纤维状结构,并沿注射方向取向;当ABS/PC为50/50时,ABS与PC主要为不连续的层状结构(使用Braben2der塑化仪共混时,可以形成双连续相),这些层也基本沿注射方向排列;当ABS/PC为75/25时,ABS为连续相,PC为分散相,PC在ABS基体上呈粒状分布,并沿注射方向拉长。在样条边缘注射方向上,分散相也会呈现珠-线结构[1,11]。ABS与PC配比近似时,若混炼时间短,由于PC的粘度高于ABS,PC容易形成分散相[10]。共混物的密度、拉伸屈服强度、撕裂强度、弯曲强度、弯曲弹性模量、剪切强度、压缩强度、球压痕硬度、热变形温度、维卡软化点与共混物中的ABS含量呈良好的线性关系,符合共混组分的叠加效应。但冲击性能变化较为复杂,当ABS含量小于50%时,随ABS含量的增加,体系中橡胶粒子增多,一方面有利于银纹产生,吸收冲击能;另一方面也有利于银纹终止。SAN混入PC中提高了连续相的极性,有利于PC连续相中剪切带的产生,随ABS含量增加,银纹、剪切带吸收能量不断增加,银纹又可及时被终止,并诱发新的剪切带,这样银纹和剪切带相互诱发、歧化和终止的协同效应,使缺口冲击强度随ABS含量的增加而急剧上升,在ABS含量50%时达到最大值。继续增加ABS含量,银纹相应有所增加,但PC由于极性低于SAN,有利于在ABS连续相中产生剪切带,银纹、剪切带的协同效应有所削弱,缺口冲击强度随ABS含量的增加而减小,但还是高于纯ABS。共混物的断裂伸长率、无缺口冲击强度与缺口冲击强度变化显示出一致性。　　为提高ABS/PC共混体系的相容性,经常加入相容剂。一般来说,相容剂的加入可以显著改善界面的粘合力,明显提高冲击性能,而对拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量的影响不大,但使体系的断裂伸长率有较大程度的降低。添加刚性粒子对共混体系也会起到增韧效果[12]。

　　提高ABS分子量或丙烯腈含量,降低橡胶含量,有助于改善共混物的耐热性,加入苯并噻唑等化合物或聚酰亚胺也可改善耐热性和热稳定性。用橡胶含量低的ABS,共混物的弯曲强度出现协同增强效应,硬度和拉伸强度也有所提高。

　　与ABS相比,ABS/PC共混物的加工流动性下降,PC含量越高,流动性能越差。因此,在混炼或加工过程中常加入环氧乙烷/环氧丙烷嵌段共聚物、烯烃/丙烯酰胺共聚物、甲基丙烯酸甲酯/苯乙烯共聚物等加工改性剂[1]。此外,还有在共混物中加入丁基橡胶以提高共混物的低温冲击性;加入苯乙烯/MMA马来酸酐共聚物以提高冲击强度及热变形温度;加入α-甲基苯乙烯/丙烯腈/丙烯酸乙酯三元共聚物以提高热分解稳定性;加入聚乙烯或改性聚乙烯以改进耐沸水性、加工流动性和降低成本[13,14]。　　ABS/PC共混物的发展方向是提高加工流动性,实现吹塑成型加工,改善制品刚性和开发低光泽品种等。

3　ABS与热塑性聚氨酯(TPU)的共

混[1,15]

　　TPU是多嵌段共聚物,硬段由二异氰酸酯与扩链剂反应生成,它可提供有效的交联功能;软段由二异氰酸酯与聚乙二醇反应生成,它提供可拉伸性和低温韧性。因此,TPU具有硫化橡胶的理想性质。ABS与TPU的相容性非常好,其共混物具有双连续相。TPU含量的变化对其性能有决定性的影响。当TPU的含量在20%～50%时有良好的综合性能,兼具ABS的刚性、加工性和TPU的耐磨性、低温性、韧性、耐冲击性及耐化学药品性,尤其对冲击强度和耐磨性有明显改进。

4　ABS与亲水性聚合物的共混[1]

　　ABS树脂与亲水性聚合物或亲水性聚合物母料的共混物,不仅具有永久的良好抗静电性能,而且易于着色,适当制成集成电路片装盒、IC支座、复印机和传真机外壳等。　　亲水性聚合物以层状分散并富集于共混物制品的表层,是实现永久抗静电性能的重要条件。常用的亲水性树脂多为环氧乙烷的共聚物。两相体的粘度比、稳定的共混剪切速率以及相容剂的选用等都

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是影响层状分散结构形成与稳定的重要因素。

(PSF)或叔丁基苯乙烯-马来酸酐共聚物共混可提

5　ABS与其他聚合物的共混[1]

　　ABS与PMMA的相容性好,如适当调节ABS中的丙烯腈含量,相容性更佳。该共混物表面硬度大(可达ABS的2倍),刚性高,外观好,加工性能优良,耐划痕性和抗冲性能理想。适当调整ABS的橡胶粒径,还可得到透明材料。由于该共混物的生产成本低于PMMA,可代替PC、PMMA用于自动化办公设备和汽车用品,但其耐热性有待提高。　　在目前广泛应用的所有工程塑料中,ABS与PA的共混物是具有最高冲击强度的材料之一。ABS与PA的共混材料是一种非结晶与结晶聚合物的共混物,改进了高温下ABS的化学稳定性,并具有耐翘曲性、良好的流动性和漂亮外观。但吸水性大,弹性模量下降。由于两相的相容性差,需在ABS中引入含羧基或酰胺基的乙烯类单体,或在共聚物体系中加入PA/苯乙烯接枝共聚物等相容剂。　　ABS树脂与聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)共混是ABS树脂高性能化的一个途径。这种共混物有效的ABS树脂的非结晶性与PBT的结晶体使其具有优良的成型性、尺寸稳定性、耐化学药品性、耐油性及耐热性。　　ABS与聚偏氟乙烯(PVDF)共混,可提高ABS的耐化学药品性、耐磨性、耐污染性和耐候性。与苯乙烯/丁二烯/苯乙烯(SBS)共聚物共混可改善ABS的流动性和耐低温性。当SBS为10%时,共混物脆点为-38℃,其他性能变化很小,其注塑制品符合冰上体育器材的要求。与聚苯硫醚(PPS)或CPE共混,ABS的耐热性和阻燃性均可得到改善。与聚砜

高热变形温度。PSF/ABS/烷基苯二苯基磷酸盐三元共混,可提高材料抗冲性和耐热性。

6　结语

　　随着应用领域的不断开拓和应用范围的不断推广,工程塑料的需要量越来越大,ABS作为一种廉价的工程塑料,在制品生产,特别是降低成本、改性方面具有较大的发展前途。　　同时,ABS塑料在各行业的不断应用对其性能提出了更高的要求,所以通过共混的方法对ABS进行改性从而提高其应用价值的研究必将成为我国工程塑料推广应用领域的新课题。

参　考　文　献

1　吴培熙,张留城1聚合物共混改性1北京:中国轻工业出版社,

1996

2　王旭等1塑料工业,1996,24(5):863　JAppliedofPolymerScience,1998,70:70　严一丰等1中国塑料,1988,2(1):475　吴崇周等1中国塑料,19,3(4):226　庄起益等1中国塑料,1987,1(4):11

7　杨国文,丁晓明1高分子材料科学与工程,1987,3(1):8　申屠宝卿等1中国塑料,1997,11(1):319　张宝根等1工程塑料应用,1987,15(2):610　JAppliedofPolymerScience,1998,67:160511　李素云1高分子材料科学与工程,1990,6(6):6612　杨桂生等1工程塑料应用,1995,23(1),3713　李光武等1工程塑料应用,1990,18(4):714　刘树清等1工程塑料应用,1997,25(3):615　工程塑料应用,1994,22(4):1

STUDYONABSBLEND

ZhengWei

(DepartmentofChemicalEngineering,TianjinInistituteofLightIndustry)

ABSTRACT

　　ThemodificationofABSbymeansofblendingwithPVC,PC,TPV,hydrophilicpolymerswasstudied.The

propertiesandapplicationofABSblendswerediscussed.TheeffectfactorsonABSblendswithPVC,PCwerediscussed.

　　Keywords:ABS;blendmodification;PVC;PC

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