ABS-耐热性及耐老化性能研究

1、ABS耐热性及耐老化性能研究,目录,一,二,三,四,一、ABS简介,1.1ABS结构,ABS结构,ABS（acrylonitrilebutadienestyrenecopolymer）：丙烯腈，丁二烯和苯乙烯组成的三元共聚物。通常为浅黄色或乳白色的粒料非结晶性树脂。ABS为使用最广泛的通用塑料之一。,刚性和耐药品性（1535%）,光泽性和加工流动性（4060%）,抗冲击性能（530%）,1.2ABS的合成,1.3ABS的应用,1.4ABS特点,二、耐热性的研究,2.1ABS耐热性及改善方法,ABS为无定型的聚合物。导致ABS热变形温度仅为90左右，大大限制了其应用。在使用时常用其他方法进行改性

2、。,2.2化学改性法提高ABS热性能,化学法提高ABS耐热性，一是增加聚合物分子间的作用力，二是降低熔融熵。前者可在分子结构中引入相互作用力强的极性基，后者主要是提高分子的刚性,高分子链上引入庞大侧基和熔化前后形态变化小的结构。一般是采用耐热性好的单体进行共聚。,树脂的玻璃化温度,李东海,李勇.耐热级ABS树脂的研制J.材料开发与应用,2009(5):49-51.,2.2.1ABS化学改性法探讨,提高极性单体的比例可以提高ABS的耐热性。橡胶含量过高时，ABS树脂耐热性能会变得很差。,不同耐热剂耐热效果的比较,采用-MS和NPMI进行共聚，可以使得ABS的耐热性得到提高。随着单体用量增加，耐热

3、温度变高。,不同混料工艺对耐热ABS的耐热性影响,一步共混法的热变形温度要比粉粒共混法高,这主要得益于粉料混合挤出时混合均匀,材料塑化良好,熔体能得到很好的融合。,耐热性单体共聚可以提高ABS的耐热温度，目前最常用的改性单体-MS和MAH、PMI。,图1乳液接枝共混法制备耐热ABS流程示意图,2.2.2采用-MS进行共聚将ABS接枝液和-MS-AN乳液以不同比例混合后进行凝聚，洗涤，脱水和干燥，制得不同含胶量的耐热ABS。,-MS-AN共聚物、ABS接枝物、耐热ABS和通用级ABS的Tg,产品中-MS的含量占了一半。耐热ABS的Tg有了较大的提高。说明-MS的共聚可以提高ABS耐热性。,郭秀春

4、.耐热ABS树脂的制备及其应用J.现代塑料加工应用,1991,3(3):13-13.,2.2.3MAH接枝ABS以二叔丁基过氧化物（DTBP）为引发剂，在反应型双螺杆挤出机中进行ABS接枝马来酸酐。,MAH接枝ABS和纯ABS的热变形温度,T,0号样和2号样的DSC曲线,纯ABS,纯ABS的热变形温度和玻璃化转变温度均要大于接枝后的物质，说明了MAH接枝ABS会降低其热性能。可能是ABS分子链上接枝了MAH短支链以后导致自由体积的增加，分子链运动相对容易，因此分子链可以在较低的温度下发生单元的运动和变形。,朱兆奇,刘慧.马来酸酐接枝ABS及其性能研究J.工程塑料应用,1996,24(1):4-

5、7.,2.2.4采用NPMI进行改性苯乙烯、丙烯腈、N-苯基马来酰亚胺为共聚单体，将N-苯基马来酰亚胺在苯乙烯和丙烯腈中溶解制成溶液。采用乳液聚合成聚合物。,PMI含量与维卡软化点关系曲线,PMI含量越高，则其维卡软化温度越高，说明了PMI是一种高效的耐热改性组分,在材料中每增加1份,可使维卡软化点提高23。说明PMI的共聚可以提高ABS的耐热温度。,一般来说，化学改性方法成本较低；其缺点是潜力不大，耐热温度提高不多，而且实践起来难度较大。实际生产中应用较少。,赵新刚,于振环,李树丰,等.耐热型ABS共聚物的研制J.化工新型材料,2004,32(5):33-35.,2.3添加无机填料的方法进行

6、改性,用玻纤、无机颗粒等填料进行增强，其优点是在耐热温度提高的同时，弯曲强度和模量大幅提高，其缺点是降低了冲击性能并造成表面光洁度的下降。,2.3.1采用玻纤进行改性玻璃纤维增强ABS复合材料是以ABS树脂为主体，加入适量经过偶联剂处理的玻璃纤维并采用双螺杆挤出机而制得的一种新型复合材料。,ABS/GF合金性质,加入玻纤能起到增强作用，但会很大程度下减小其冲击强度。耐热性能提高不大。电镜显示两者两者的相容性不好，所以由此导致了界面粘合力不够。,田明,李齐方,张立群,等.共混型高耐热ABS合金的研制J.高分子材料科学与工程,2001,17(03):157-159.,ABS/GF/SMA混合体系性

7、能,加入SMA前后电镜对比图,加入极性的SMA后，体系的相容性得到了明显的改善，冲击强度有较大的提高，耐热性基本不变。加入玻纤对其耐热性提高不是很大，但可以提高拉伸强度，在实际共混时，需要加入相容剂改善性能。,2.3.2采用蒙脱土进行改性经改性的蒙脱土具有很强的吸附能力，良好的分散性能，可以广泛应用高分子材料行业作为纳米聚合物高分子材料的添加剂，提高抗冲击、抗疲劳、尺寸稳定性及气体阻隔性能等，从而起到增强聚合物综合物理性能的作用，同时改善物料加工性能。在聚合物中的应用可以在聚合物时添加，也可以在熔融时共混添加。,蒙脱土含量与力学损耗关系曲线,对比加入蒙脱土和未加入的体系，发现加入蒙脱土后其耐热

8、性能下降，随着其含量增加，耐热性能越来越差，同时，其拉伸性能越来越差，但强度和刚度有一定提升。SEM显示两者断面有明显相分离。,蔡长庚,郭宝春,贾德民.蒙脱土填充改性ABS塑料的性能研究J.塑料工业,2004,32(2):15-17.,2.4.1采用PVC和ABS进行共混改性,ABS用量是影响ABS/PVC共混物的主要因素。随着ABS用量的增加，ABS/PVC共混物的耐热性得到了较大程度的提高。这是因为PVC与AN能够较好的相容，形成一相。,2.4物理共混法提高ABS热性能,与耐热性高的树脂共混制成塑料合金，共混改性不仅可以赋予这些材料新的性能，而且工艺和设备都比较简单，投资少、见效快。,PV

9、C/ABS合金维卡耐热点与ABS用量的关系,陈弦,李雪梅.PVC/ABS共混合金的热性能研究J.塑料工业,2003,31(4):22-24.,增塑剂用量对PVC/ABS合金维卡软化点的影响,加工助剂863用量对PVC/ABS合金维卡软化点的影响,增塑剂和加工助剂对ABS/PVC共混物耐热性能基本没有提高，增塑剂会降低耐热性。实际上，ABS用量的增加，PVC/ABS共混物的冲击强度和断裂伸长率都有所提高，但拉伸强度和硬度却会降低。实践证明，ABS的含量以不超过40%为佳。否则，会引起共混物的综合性能下降。,2.4.2采用PC和ABS进行共混改性将ABS树脂与PC树脂共混，所制得的ABS/PC混合

10、金价格和性能介于PC、ABS树脂之间，既具有较高的冲击强度、挠曲性、刚性和耐热性，同时又具有良好的加工性能并改善了耐化学品性及低温韧性,其中热变形温度可比ABS树脂提高10-30。,PC和ABS有一定相容性，其相容性与ABS结构相关，当其结构中橡胶组分较多时，相容性差，反之则相容性好。在PC和ABS共混时，通常要加入相容剂进行增容。,加入PC后，混合物的维卡软化温度有了明显的提高，说明PC增加了ABS耐热性能。,PC含量和维卡软化温度关系曲线,ZhangX,ChenY,ZhangY,etal.EffectsofABSgMAHonmechanicalpropertiesandcompatibil

11、ityofABS/PCalloyJ.Journalofappliedpolymerscience,2001,81(4):831-836.,几种物质的玻璃化转变温度,SEM图片a：ABS/PCb：ABS-g-MAH/ABS/PC,ABS和PC的相容性不好，加入增容剂之后对其相容性改善了一些。加入增容剂之后，Tg之差变小，使得两个Tg都向中间移动，说明了相容剂有助于改善耐热性。,加入增容剂，两者Tg之差减小,增加ABS中极性组分对ABS耐热性能有小部分提升，但极性组分过多会使得力学性能会有下降较多，采用一步法成型能更好提高ABS的耐热性能。采用化学方法改性ABS耐热性操作较为复杂，而且对ABS耐热

12、性能提高有限，加入的耐热单体一般粘度较大，会增加ABS加工的难度。采用无机物质共混能较好改善ABS力学性能，也能降低成本，但基本不能提高ABS耐热性能。与其他聚合物共混法操作简便，而且能较高程度上提高ABS耐热性能。其中PC是最常用的共混物，但由于ABS与PC相容性较差，需要加入增容剂来改善相容性。,2.4小结,三、耐老化性的研究,3.1ABS耐老化性及改善方法,ABS分子中丁二烯所产生的双键在紫外线作用下易受氧化降解的缘故。经受290-330nm波长的紫外线照射，氧化作用更甚。实际使用结果表明。ABS在室外曝露7天，颜色已经严重变黄，在室外曝露半年后，其冲击强度便下降45。,物理共混改善,加

13、入助剂改善,不同粒径纳米ZnO对ABS拉伸强度的影响,ZnO作为光屏蔽剂，能较好的改善ABS的耐候性能，粒径为60nm的ZnO具有最好的提升效果。纳米ZnO提高ABS抗老化性能的根本原因在于对紫外线的吸收。由于ZnO的半导体特性，使得当激发光子能量高于半导体带隙能时，半导体就能吸收该光子的能量。,3.2.1光屏蔽剂改善ABS耐候性,3.2加入助剂改善ABS耐候性,周长兰,王旭,胡燕.无机纳米粒子对ABS抗紫外线老化性能的影响J.工程塑料应用,2005,33(04):47-49.,ZnO与有机抗氧剂复合对ABS拉伸强度的影响,亚磷酸酯类抗氧剂168与纳米ZnO具有较好的协同效应，抗氧剂TNPP与

14、纳米ZnO复合使用的效果不理想，可能是两者相互发生化学反应而使抗老化效力下降所致。,ZnO是光稳定剂又是一种光活化剂，ZnO与O2经光照后产生氧阴离子自由基，这种氧阴离子自由基与水反应形成过氧化氢自由基和羟基自由基。这两种自由基都会进一步引发聚合物的降解反应。因此ZnO作为光稳定剂使用时，与亚磷酸酯等过氧化物分解剂并用才能降低过氧化氢自由基和羟基自由基的数量,发挥优良的协同作用。这是抗氧剂168与ZnO协同使用效果较好的原因。,3.2.2光屏蔽剂与抗氧剂复配改善ABS耐候性,杨华军,桑杰,严星桓.耐候ABS材料研究J.环境技术,2011(3):28-31.,3.2.3多种混合助剂复配改善ABS

15、耐候性,耐候ABS自然气候老化实验结果(缺口冲击保持率),耐候ABSUV-B老化实验结果（冲击保持率%）,抗氧剂能较好提高ABS耐候性能。光稳定剂可以提高ABS耐候性，复配的光稳定剂较单组份能更好提高ABS耐候性。光屏蔽剂对ABS力学性能保持的作用不明显。,紫外光下，可以产生相同的老化效果。在达到相同老化效果时，紫外光照射所需时间大大较少。,耐候ABS色差变化,耐候ABSUV-B老化实验结果(色差变化),抗氧剂、光稳定剂以及光屏蔽剂都能较好提高ABS抗色变能力。复配的光稳定剂较单组份能更好提高ABS抗色变能力。TiO2较ZnO能更好提高ABS抗色变能力。,紫外光下，可以产生相同的变色效果。在达

16、到相同变色效果时，紫外光照射所需时间大大较少。,抗氧剂、光稳定剂以及光屏蔽剂都能较好提高ABS耐候性。复配的光稳定剂具有协同作用。老化过程中，光屏蔽剂对ABS力学性能改善效果不明显，但对颜色变化能较好改善。多种不同的助剂使用能较好提高ABS耐候性。紫外线老化可以模拟自然状态下老化，但时间会缩短很多。对材料测试有重要作用。,KA板的耐候试验,KA复合材料的耐磨性,聚偏氟乙烯(PVDF)最大特点是具有很好的阻隔性能，这使得其在许多方面具有很大的应用前景。PVDF还具有优异的耐候性，而且耐药品性、耐磨耗性和耐污染性。,邬志良.聚偏氟乙烯ABS复合材料J.有机氟工业,1991,(01):23-24.,

17、光照3000h后，KA板的伸长率几乎没有变化，而纯的ABS板的伸长率则急剧降低。可以认为光照6000h后KA板的色泽、光泽没有很大变化，说明PVDF能很好改善ABS的耐候性能。同时材料的耐磨能力和耐污能力都有很大改善。,3.2物理共混改善ABS耐候性,3.2.1与PVDF共混改善ABS耐候性,聚氯乙烯的突出优点是难燃、耐磨性好、抗化学腐蚀等。缺点是热稳定性和抗冲击性差。PVC与ABS共混得到的PVC/ABS塑料合金则能兼有PVC及ABS各自的优点，具有较好的耐候性和综合物理性能和阻燃性以及较理想的性价比。,3.2.2与PVC共混改善ABS耐候性,PVC较便宜，可以作为混料加入ABS中提高ABS

18、阻燃性能，而且PVC与ABS相容性较好，少量混合时不需加入增容剂。但是PVC对ABS耐候性提高不明显，共混时还是需要加入其他助剂来对ABS耐候性进行提高。,不同样品耐候性测试（拉伸强度）,不同样品耐候性测试（冲击强度）,3.3小结,添加助剂能够较好的提高ABS的耐候性能，但单一助剂能发挥的作用有效，多种不同助剂的协同作用可以更有效提高ABS耐候性。无机的光屏蔽剂ZnO，TiO2一般比较便宜，对ABS耐候性有较好改善，加入组分之后还可以增强ABS力学性能，但由于存在相容性问题，生产时应适当添加。PVDF能较好提高ABS耐候性，而且还可以提高ABS耐污性和耐磨性等，但PVDF一般较贵，难以大规模使用。其他聚合物共混对ABS耐候性改善较小，一般还需要加入其他助剂进行耐候性改善。,四、总结,ABS是一种综合性能较好的工程塑料，但由于不结晶和存在双键，使得ABS耐热性能和