阻燃高光泽PC／ABS合金的制备.pdfVIP

研究 与开发 合成树脂及塑料， 2 0 1 1 ， 2 8 ( 1 ) ： 1 0 CHI NA S YNTHETI C RES I N AND P LAS TI CS 阻燃高光泽 P C A B S合金的制备 陈振嘉 ， 宋湘怡 ， 吴水珠 ， 赵 建青 ， 曾 钫 ， 宁洪涛 ( 1 华南理工大学高分 子材料科学与工程系 ， 广东 广州 5 1 0 6 4 0 ；2 广州金发科技股份有限公 司，广东 广州I 5 1 0 5 2 0 ) 摘要 ： 制备了高光泽聚碳酸酯( P C) N烯腈一 丁二烯一 苯 乙烯共聚物 ( A B S ) 合 金 ， 用 T i O 和磷酸酯改善 合金 的表 面硬度 和阻燃性 能：用 甲基丙烯酸缩 水甘 油酯、丙烯酸树脂 和乙烯的三元共 聚物 ，乙烯一 丙烯酸 甲酯 共聚物 ( 1 1 2 5 A C) ， 苯 乙烯接枝马来酸酐共聚物 ( S MA) 作相容剂改善 P C AB S合 金的相容性 ； 通过测试 合金的光泽度和表面 硬度探讨不同牌号的 AB S 、 磷酸酯 、 填料对合金光泽度和硬度的影响。结果发现 ： 1 1 2 5 A C S MA能够有效地改善体系 的相容性 ； 添加质量分数为 5 的T i O 可以使材料的表面擦伤硬度达到 H级 ； 加入 质量分 数为 1 0 的磷酸酯可使 材料 阻燃性能达到 V一 0级 ( 3 2 I i ra) ： 此外 ， 在添加 了各种助剂之后 P C AB S合金 能保持较好 的光泽度和力学性 能。 关键词 ： 聚碳 酸酯 丙烯腈一 丁二烯一 苯乙烯共 聚物 磷 酸酯 阻燃 高光泽 中图分类号 ： T O 3 2 3 4 1 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 2 1 3 9 6 ( 2 0 1 1 ) 0 1 0 0 1 0 0 4 目前 人们对高光 泽塑料产 品 的要求 主要集 中在观感 好 、 质轻等特 点 ， 但 随着经济 的发展 以 及人们对 防火安全 意识的提高 ，对塑料 产品 的阻 燃性能 和使 用成本 的要 求越来越 高 3 - 7 。聚碳酸酯 ( P C) 的光 泽性能 较好 而丙烯 腈一 丁二 烯一 苯 乙烯 共 聚物 ( A B S ) 相对 较 低 ； P C的使 用 成本 较 高 ， 而 A B S 较 低 ： P C在燃 烧 时易炭化 ， 阻燃 性能较 好 ， 而 A B S 则 十 分易燃 、 不 易焦 化 、 且 燃烧 时产 生浓 烟 。 因此综合 两者 的优 劣势 ，添加 适量 的阻燃剂可 获 得性能优异 的高光泽阻燃 P C A B S 合金 。 本工作 利用两 种不 同的 A B S改 善产 品的光 泽度 ， 添加无 卤阻燃 剂改善产 品的阻燃性能 ，并 且添 加适 当的 相容剂 以期 获得高光 泽阻燃 P C A B S 合 金 。 1 实验 部分 1 1 原 料 P C ， 1 2 5 0 Y， 日本帝 人公 司 生产 ；A B S 一 1 ， T E 一 1 0 S ， 日本 电气 化 学工 业 株 式会 社 生 产 ； A B S 一 2 ， G P 2 2 ， 巴斯 夫公 司生 产 ： 苯 乙烯 接枝 马来 酸 酐共 聚物( S MA) ， 接枝率 ( 1 8 2 ) ，P C 一 1 8 ， 柏晨 高分 子新材料有 限公 司生 产 ： 甲基丙烯 酸缩水 甘油酯 、 丙烯 酸 树脂 和 乙烯 的三 元 共 聚 物 ， L o t a d e r 8 9 0 0 ， 阿科玛 甬兴化 工有 限公 司生产 ： 乙烯 一 丙烯 酸 甲酯 共聚物 ， E l v a l o y 1 1 2 5 A C， 美 国杜邦公司生产 ； 磷酸 酯阻燃剂 ， P X2 0 0 ， 翰塑 贸易有限公 司生 产 ； 1 2仪器与设备 L T E 2 6 4 0型 双 螺 杆 挤 出 机 。 L a b t e c h E n g i n e e r i n g公 司 生产 ： Z w i c k r o l l Z 0 1 0型万 能 材料 试 验机 Z w i c k r o l l 5 1 1 3型悬臂 梁冲击试 验机 ，均 为 德 国Z w i c k公 司生 产 ； 5 5 0 0 R型 弯曲试验 机 ， 美 国 I n s t r o n公司生产 ： B Y型铅笔 硬度 计 ， 上 海普 申化 工机械 有限公 司生产 ： 热变形 温度测试 仪 ， 意 大利 C e a s t 科 学 仪 器公 司 生产 ： 5 0 0 MC型 光 泽 度 测 试 仪 ， 德 国 E r i c h s e n公 司生产 。 1 3制备工艺 将 P C ， A B S分别 在 1 2 0 ， 8 0 干 燥 5 h ， 其 他 原料在 4 5 q C下真 空干燥 7 h， 利用 双螺 杆挤 出机 造粒 ； 然 后在 8 0 干燥 8 h以上 ， 注 塑成型 。 1 4性能测试 与表征 拉 伸强度按 G B T 1 0 4 0 2 2 O 0 6测试 ， 拉伸 速 率为 5 0 m m m i n ；弯曲强度按 G B T 9 4 3 1 -2 0 0 0测 试 压缩速率 2 0 m m m i n ： 冲击强度 按 G B T 1 8 4 3 1 9 9 6测试 ： 表面硬度按 G B T 6 7 3 9 - 1 9 9 6测试 。 2 结果 与讨论 2 1相容剂对合 金性能 的影响 从表 1 可知， 纯 A B S 一 1 力学性能较差 ， 在混合 了 P C和相容剂 之后 ， 力学性能得到大幅度提高 ， 冲 收稿 日期： 2 0 1 0 0 7 2 9 ； 修回 日期 ： 2 0 1 0 1 0 2 6 。 作者简介： 陈振嘉 ， 1 9 8 5年生 ， 在读硕 士研究生 ， 现从事 高分子材料的改性及功能化研 究。 联系电话 ： 1 5 9 2 0 5 7 1 9 5 0 ； E m a i l ： c h e n z j s c u t 1 6 3 c o n 。 通讯联系人 。联系 电话 ：( 0 2 0 2 2 2 3 6 2 6 2 ：E m a i l ： s h z h w u s e u t e d uc n。 第 1 期 陈振嘉 等 阻燃高光泽 P C AB S合金的制备 击强度提 高 近 6倍 ，可 以满 足 工业 的使 用 要求 。 另 外 ， 使 用 1 1 2 5 A C S MA复合 相 容 剂 的性 能 比使 用 8 9 0 0 S MA 好 ， 虽 然 力 学 性 能 相 差 不 多 ， 但 是 光 泽 具有 明 显 的差 异 在 6 0 。下 ， 两 者 的 光泽 度 相 差 2 0个 单 位 ， 而 使 用 2 0 。测 试 ， 光 泽 度 的差 异 更加 明显 。 表 1 不 同相容剂对 P C， A BS 一 1体 系性能的影响 Ta b1 I n f l ue nc e o f d i ffe r e n t c o m p at i bi l i z e r s o n p r o pe r t i e s o f t h e PC， ABS一1 b l e n ds 将 1 1 2 5 A C质量 分数提 高到 5 后 ， 合 金 的拉 伸强度和弯曲强度都有所下降 ， 但 I z o d缺 口冲击强 度略有 上 升 。这 是 因为 l 1 2 5 A C是 一种 韧性 相容 剂 ， 含量 增加导致体 系变 韧 ， 强 度 自然有所下 降 ： 在 6 0 。下 。合 金 光 泽 度 基 本 无 差 异 ，但 在 2 0 。下 ， 1 1 2 5 A C含量 越多 ， 光泽 度越差 因为 1 1 2 5 A C中含 有 乙烯链段 ， 光泽度很差 ， 在高温加工过程 中 P C的 黏度较大 、 流动性 差 ， 而 1 1 2 5 A C的黏度较低 ， 流动 性好 ， 容易包裹在产 品表 面 ， 导致光泽度下 降。 2 2不 同 AB S对 合金性 能的影 响 从表 2可以看 出，两种不 同型号 的 AB S对合金 性能的影响较小 ， 都具有较高的光泽度和较好 的耐热 性能。但使用 A B S - 1 ， 合金 的 I z o d 缺 口冲击强度相对 较低。这主要是因为 A B S中橡胶的含量减少 ， 降低了 I z o d缺 口冲击强度 同样也因为橡胶含量减少 ， 拉伸 强度和弯曲强度都有所升高。从外观看 ， 使用 A B S - - 2 的产品表面呈淡黄色 ，而使用 A B S - 1 的产 品表面呈 现乳 白色 ， 因此 ， A B S - 1 拥有更好的应用前景 。 表 2 不 同 A BS对 P C AB S体系性能的影响 Tab 2 I n fln e n c e o f d i f f e r e nt ABS t y p e o n pr o pe r t i e s o f t h e PC ABS b l e n ds 注 ： m ( P C ) m( AB s ) m( 1 1 2 5 A C ) m( S MA ) 为 8 4： 1 0： 3： 3 。 2 3 AB S 一 1 含量 对合金 性能 的影响 由 图 1可 见 ， 随 w( A B S 一 1 1 增 加 ， P C A B S合 金 的 拉 伸 断 裂应 变 和 I z o d缺 口冲 击 强 度下 降 。 w( A B S 一 1 1 为 1 0 时 ， 合 金 性能 相 比纯 P C大 幅下 降 。这 主要 因为 P C从 均相 变成含 有 A B S的连 续 相 ， 性能 变 化较 大 ； 而 w( A B S 一 1 ) 为 1 0 4 5 时 ， 性能下降缓慢 ， 因为随 w ( A B S 一 1 1 增加 ， 合金从 P C 为连 续相 渐 变成 P C和 A B S 一 1 各 自都 为 连续 相 ： w( A B S 一 1 1 为 5 0 以上 时 ， 性 能 又急 剧 下 降 ， 因 为 此时 聚合物 已从 P C和 A B S 一 1 各 自都为连 续相 渐 变成 ABS 一 1为 连续相 ， 更接近纯 AB S 一 1 。 分 散相与基 体间在 界面上 应力 传递不 连续会 导致界 面的应力 集 中 ，并 导致共 混 物拉伸 性能 降 低。从图 2看出， 随 w ( A B S 1 ) 增加 ， P C A B S l 合 金的弯曲强度和拉伸强度基本上呈直线下降。 ， 吕 二 商 疆 相 量 磷 图 1 w( A B S 一 1 ) 对 P C AB S 一 1 体系拉伸断裂应变和 I z o d缺 口冲击强度 的影响 F i g 1 I n fl u e n c e o f AB S -I c o n t e n t o n t e n s i l e s t r a i n a t b r e a k a n d n o t c h e d I z o d i mp a c t s t r e n g t h o f t h e P C AB S一1 b l e n d s 由图 3可 见 引入 A B S 一 1 破坏 了 P C原来 较 好 的耐热性能 ， 随 w( A B S 一 1 ) 增加 ， P C A B S 一 1 合金 的热变形温度下降。 这是由于 A B S _ 1 本身的耐热 I生 能 1 2 合成树脂及塑料 2 0 1 1年第 2 8卷 图 2 w ( AB S 一 1 ) 对 P C A B S体系拉伸强度和弯曲强度 的影 响 Fi g 2 I n flu e n c e o f ABS 一1 c o n t e n t o n t e n s i l e s t r e n g t h a n d fle x u r a l s t r e n g t h o f t h e P C AB S b l e n d s 极差f 在相 同条件下测得热变形温度 只有 7 1 ) ， 因 此 ， 考虑合金 的耐热性 能 ， w ( A B S 一 1 ) 不能过大 。 由图 3还可以看出 ， 由于 AB S 一 1的光泽度较 P C低 ， 因此 随其含量增加 ， 合金光泽度 下 降 ， 但 幅度不 大 。当 w ( A B s - 1 ) 超过 4 0 后 ， 光泽度降低一个等级 ， 这主要 是因为随 A B S含量增加 ， 合金 中丁二烯的含量也增 加 而丁二烯链段对合金的光泽度影响较大。 2 4阻燃剂对 合金性 能的影 响 本 研究 采 用磷 酸 酯 作 为 P C的成 炭 促 进剂 ， 改善合金 的阻燃性能 。 从表 3看 出， 添加质 量分数 为 5 的磷 酸酯能够 使材料 的阻燃级 别提 高一个 等级 ， 添加 1 0 磷 酸酯时材 料 的阻燃 级别可 以达 图 3 w( A B S 一 1 1 对 P C AB S 一 1 体系热变形温度和 表面光泽度 的影响 F i g 3 I n fl u e n c e o f ABS 一1 c o n t e n t o n h e a t d i s t o r t i o n t e mp e r a t u r e a n d s u r f a c e g l o s s o f t h e P C ABS 一1 b l e n d s 到最高级 V 一 0级 ( 3 2 m E) 。磷酸 酯的加入对热 变 形温度影 响很大 因为 磷酸酯 的相对分 子质量 较 小 ， 加 入 合金 中 ， 发 挥 了相 当于增 塑剂 的作 用 ， 降 低 了合金 的耐热性能 。 从 表 3 还看 出 ， 磷酸酯对 力 学性 能影 响较大 ， 拉伸 断裂应 变 和 I z o d缺 口冲击 强度都 随着其含 量增加 而降低 而只添 加 5 阻 燃剂时 ， 力 学性 能得到 很好 的保 持 。另 外 ， 由于 磷 酸酯在 高温下为半透 明黏稠态 液体 ，与合金高 温 混合后渗透 到表面 ， 因合此金表 面光泽较好 。 从 表 3 也 看 出 ， 在 6 0 。下 ， 随着 阻燃 剂增 加 ， 光 泽 度 只 出现小 幅下 降 ， 光学性 能得到很好 的保 持 。 表 3 阻燃剂含量对 P C ， A B S 一 1体 系性能的影响 Ta b 3 I n flue n c e o f fla m e r e t a r d a n t c o n t e nt o n p r o p e r t i e s o f t he PC ABS一1 b l e n ds 2 5 填料对 合金性能 的影响 从表 4看 出 ，随 T i O ， 用量 增加 ，体 系的 I z o d 缺 口冲击强度 、 阻燃性能下 降 。 这是 因为基体 树脂 中 T i O ， 的含量 增 大 ，粉 体 团聚 的几 率 也 随之 变 大。 T i O ， 在复合材料 中分散不 均匀 ， 在材料受 力时 成为 应力集 中点 ， 导致材料性 能下 降。阻燃方 面 ， 由于燃烧过程 中 ，树 脂基体 遭受破坏 无法充 分裹 住 T i O ， 无机填料 由于重力作 用携树脂 落下 ， 导致 熔滴 现象 ， 因而 降低 了体系 的阻燃等级 。 从表 4还 看到 ， 添加 w ( T i O 2 ) 为 5 时就可把硬度级别从 HB 提 升到 H级 ， 添加 8 可达 到 2 H， 可 见无机 填 料 的引入可有效改善合 金表 面的耐划伤 性能 但 添 加 T i O 对 光泽度 影 响较 大 添加 5 填料 时 ， 2 0 o 的光泽度损失超过一半 ， 这主要 是由于填料 的加入 导致表面不平 ， 影响了光泽效果 ， 因此 ， 为保证光 泽 度 ， 尽量少加填料。 3结 论 a ) 相 容剂 S MA和 1 1 2 5 A C复 配对 P C A B S共 混体系具有较 好 的增容作 用 ，合适 添加量 可控制 在质量分数各 为 3 左右 。 b ) 添加质 量分数 1 0 的磷 酸酯 时 ， 材料 的 阻 燃 级别 可达 到最 高级 V 一 0级 ( 3 2 m m) ， 同时磷酸 酯的加入对光 泽度影 响较小 ， 在 6 0 。 下 ， 光 学性能 得 到很 好 的保 持 。 C ) 透 明 A B S 一 1 替 代 A B S 一 2 解 决 了合 金产 品 微 黄的 问题 ， 且 能够保持较好 的力学 性能 ， 同时在 添加适 当阻燃 剂下 ， 材料 的阻燃性 能优异 表 面光 泽度 可达到 9 7 ( 6 0 。 ) d ) 加入填料能够改善合金 的表面硬度 ， w ( T i O 2 ) 、 赠 第 1 期 陈振嘉等 阻燃高光泽 P C AB S合金 的制备 1 3 表 4 w ( T i O 2 ) P C AB S 一 1 体 系性 能的影响 Ta b 4 I n flue nc e o f fi l l e r s c o nt e n t o n pr o pe r t i e s o f PC ABS -1 b l e n ds 注 ： w ( 1 1 2 5 A C ) w ( S MA ) 各 为 3 ， 阻燃剂质量分数为 1 0 ， m( P C ) m( A B S 一 1 ) 为 8 4： 1 。 为 5 时 就 可将 硬 度 级别 从 H B提升 到 H 级 ， 添 加 8 可 达到 2 H。 4参考 文献 1 1 陈振 嘉 ， 吴水珠 防划伤 高光 A B S P MMA合金 的制备及 其 性能探讨l J J 塑料科技， 2 0 1 0 ， 3 8 ( 1 ) ： 6 2 6 5 2 刘宝玉 ， 肖鹏 高光泽 聚丙烯 的研 制 J l _ 上 海塑料， 2 0 0 7 ( 2 ) ： 2 0 -2 3 3 程志凌 ， 陈文捷 塑料阻燃剂技术 的进展【 J j 齐鲁石油化lT ， 2 0 0 2 ， 3 0 ( 1 ) ： 5 6 - 5 8 4 K u n i h i k T S c i e n c e o f fl a m e r e t a r d a n t f o r p o l y me r J P o l y m e r ， 2 0 0 0 ， 4 9 ( 4 ) ： 2 4 2 - 2 4 7 5 欧育湘 无 卤生态型阻燃高分子材料lJ J 塑料科技， 2 0 0 3 ( 1 ) ： 1 - 2 6 辛敏琦 ， 刘春艳 磷 、 溴阻燃剂 在 P C AB S合 金中 的应用 _ J 塑料助剂 2 0 0 6 ( 2 ) ： 3 2 3 4 7 欧育湘 ， 陈宇 ， 韩廷解 ， 等 用于阻燃 P C AB S的无 卤芳香族磷 酸酯的研究进展 合成树脂及塑料， 2 0 0 8 ， 2 5 ( 2 ) ： 7 0 7 4 8 孙清 ， 张玲 ， 安多 ， 等 P C AB S合金及 其阻燃 性能 J J 塑料 1 0 1 2 1 3 1 4 1 5 工业， 2 0 0 0 ， 2 8 ( 6 ) ： 4 5 4 6 T j o n g S C ， Me n g U Z E f f e c t o f r e a c t i v e c o mp a t i b i l i z e r s o n t h e me c h a n i c a l p r o p e i e s o f p 0 1 y c a r h 0 n a t e P 0 l y( a c r y l y o n i t r i l e b u t a d i e n e s t y r e n e ) b l e n d J E u r o p e a n P o l y me r J o u r n a l ， 2 0 0 0 ，3 6： 1 2 3 T j o n g S C ， Me n g Y Z S t r u c t u r a l - m e c h a n i c a l r e l a t i o n s h i p o f e p o x y c o m p a t i b i l i z e d p o l y a mi d e 6 p o t y c a r b o n a t e b l e n d s J Ma t e r i a l s R e s e a r c h B u l l e t i n ， 2 0 0 4 ， 3 9 ( 1 1 ) ： 1 7 9 1 1 8 0 1 宋湘 怡 ， 吴水 珠 ， 赵建 青 ， 等 阻燃 P C A B S共混体 系动态 流变性能 的研究l J 1 塑料科技， 2 0 0 9 ， 3 7 ( 6 ) ： 2 7 3 0 杨其 ， 郑一 泉 ， 冯 强 ， 等 P C A B S共混体 系的研究进 展 J I 塑料科技 2 0 0 3 ( 5 ) ： 5 8 6 1 程从亮 ， 李萍 无 卤阻燃 P C A B S合金 性能及应用I J I _ 工 程 塑料应用 2 0 0 9 3 7 ( 4 ) ： 5 1 - 5 4 刘振宏 ， 王静 江， 袁晓燕 P C A B S阻燃合金材料 的研 制 J I 合 成树脂 及塑料， 2 0 0 8 2 5 f 6 ) ： 2 1 2 4 欧育湘 ， 赵毅 ， 韩廷 解 P C热分解机理及 P C、 P C A B S的阻 燃 机理 J J 合成树脂及塑料， 2 0 0 8 ， 2 5 ( 4 ) ： 7 4 7 9 ( 编 辑 ： 刘枫 阁 ) Pr e pa r a t i o n o f PC ABS a l l o y wi t h hi g h g l o s s a nd ha l o g e n-f r e e fla m e r e t ar d a nc y C h e n Z h e n j i a ， S o n g X i a n g y i ， Wu S h u i z h u ， Z h a o J i a n q i n g ， Z e n g F a n g ， N i n g H o n g t a o ( 1 D e p a r t me n t o f Ma t e r i a l S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ， S o u t h C h i n a Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， G u a n g z h o u 5 1 0 6 4 0 ， C h i n a 2 G u a n g z h o u J i n f a T e c h n o l o gy C o L t d ， Gu a n g z h o u 5 1 0 5 2 0 ， C h i n a ) A b s t r a c t ： T h e a u t h o r s p r e p a r e d h i g h g l o s s p o l y c a r b o n a t e ( P C ) a c r y l o n i t r i l e - b u t a d i e n e - s t y r e n e t e r p o l y me A B S ) a l l o y s I n o r g a n i c fi l l e r t i t a n i u m d i o x i d e ff i o a n d p h o s p h a t e fl a m e r e t a r d a n t w e r e a d d e d t o e n h a n c e t h e s u r f a c e h a r d n e s s a n d fla me r e t a r d a n c y o f t h e a l l o y s Et h y l e n e - me t ha e r y l a t e - g l y c i d y l me t h a c r y l a t e , e t h y l e n e - me t h y l a c r y l i c r e s i n ( 1 1 2 5 A q a n d s t y r e n e - ma l e i c a n h y d r i d e c o p o l y m e r MA ) w e r e i n c o r p o r a t e d a s c o m p a t i b i l i z e r s t o i m p r o v e t h e s y