ABS塑料配方分析

上一篇 / 下一篇 2012-10-06 11:58:11 / 精華(3)/ 置頂(3)/ 個人分類：精細化工

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一、ABS樹脂的介紹

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（Acrylonitrile-butadiene-Styrene copolymers，簡稱ABS）是一種應用廣泛的工程塑料，在汽車保險杠、手機以及電腦外殼等制品上應用廣泛。大部分ABS無毒，略透水蒸氣但不透水，吸水率低，抗沖擊性極好，沖擊強度在低溫下也不會快速下降，大多數ABS的拉伸性能在35.2~46.2Mpa，特殊品種可達63.3Mpa，屈服伸長率為2~4%，在負荷為14.1Mpa、溫度為50℃條件下壓縮24h，其尺寸變化在0.2~1.7%之內，半硬質和硬質ABS的彎曲強度約為28.1Mpa和63.3~70Mpa。ABS耐磨性很好，摩擦系數很低，不能作為自潤滑材料，但可作為中轉速軸承材料。因品種不同其抗蠕變性能不同，但總體而言升溫時抗蠕變應力不會迅速下降。ABS電性能穩定，受溫度、濕度影響較小；水、無機鹽、酸、堿類對其性能影響較小，在醛、酮、酯、鹽酸中會溶解或形成乳濁液，不溶于大部分醇和烴，但在烴中會軟化或溶脹。

在加工中，ABS的加工性由剪切速率調節，而并非溫度。成分中的丁二烯橡膠相提供塑料以強韌性，聚苯乙烯相提供塑料以電氣性、成型性和透明性。

二、ABS生產方法介紹

ABS塑料的生產方式細分如圖1.1所示。

圖1.1 ABS生產方式種類細分

圖1所示的各種方法中，摻和法、本體懸浮法和本體乳液法由于各種接枝效果不佳等原因，或是逐漸舍棄不在應用，或是沒有應用于大批量生產中。時下應用較多的ABS生產方法有乳液接枝法、乳液接枝摻和法和連續本體法3種。圖1.2和圖1.3分別表示了這3種方法生產的工藝流程。

2.1 乳液接枝法

乳液接枝法是ABS樹脂合成應用最廣，發展較早的一種方法。( 1) 通過改變PB 和共聚單體的配比，可制備出具有不同接枝率的ABS 接枝共聚物；共聚物的外接枝程度影響橡膠粒子在基體樹脂中的分散，而內接枝程度影響橡膠粒子內部包容結構的尺寸。動態力學性能研究結果表明，隨著ABS 接枝共聚物中橡膠含量的增加，橡膠相的( tanD) max先增大后減小，而儲能模量與之相反。( 3) 通過抑制ABS 接枝共聚物的內接枝程度, 可提高ABS 樹脂的沖擊強度和拉伸強度；提高外接枝程度, 可改善ABS 樹脂的斷裂伸長率。

2.2 乳液接枝-本體SAN 摻混技術

乳液接枝- 本體SAN 摻混技術是生產ABS 樹脂較為成熟的技術, 目前在世界ABS 樹脂生產中約70% 左右采用該技術。盡管該工藝仍存在著生產周期長、能力低, 耗能大, 膠含量低等不足, 但隨著該技術的不斷完善和發展, 在一定時期內, 其主流技術的地位不會有太大的變化。

添加劑的使用通過調整各種添加劑( 如乳化劑、電解質等) 的添加量和添加方式可以實現增大膠乳粒徑的目的。如日本鐘淵化學中, 通過在乳液接枝聚合前添加電解質的方法, 制得粒徑較大的聚丁二烯膠乳, 即在聚合轉化率達到10%~ 70% 時, 添加了1%~ 5%的電解質。該方法的優點是短時間內可除去未反應單體, 抑制膠乳起泡, 在不降低收率條件下, 制備出具有品質良好的共聚膠乳。

圖1.2 乳液接枝法及乳液接枝摻和法生產ABS的工藝流程

2.3 連續本體法ABS的特點簡介

在ABS連續本體法生產中，溶解橡膠是關鍵的一步，橡膠含量直接影響到產品的機械性能，由于丁苯橡膠在苯乙烯中溶解受到溶解度的限制，所以造成了連續本體法ABS的成分組成的可設計性不如傳統乳液法ABS的強。一般的連續本體法生產工藝很難生產含膠量高于20%的產品，因此高抗沖本體法ABS少之又少。橡膠粒徑及橡膠粒徑分布直接影響了ABS樹脂沖擊強度的大小，橡膠粒徑太小，無法起到誘導引發并終止銀紋的作用，導致ABS沖擊性能下降；橡膠粒徑過大，雖可以有效引發并終止銀紋，但橡膠粒子數減少，相應地其比表面積下降，與連續相的接觸面積減少，從而導致誘導產生的銀紋減少，同樣會造成沖擊強度下降。小粒徑橡膠微粒對誘發剪切帶有利，大粒徑的橡膠微粒則對引發銀紋有利。橡膠微粒在ABS樹脂中的粒徑大小及粒徑大小及分布合適，受外力作用時，誘發銀紋和剪切帶的效果最佳，顯示出最優的沖擊強度。橡膠含量和橡膠的粒徑的控制在連續本體法生產工藝中較為不易，這是對本體法ABS影響最大的缺點之一。

本體法ABS由于其化學純度高，高橡膠效率和高流動性的特點使得它是制備PC/ABS合金的理想原料，PC/ABS合金的產業化也是提高本體ABS的附加值的一個有效手段。

圖1.3 連續本體法生產ABS的工藝流程

從上面兩幅工藝流程圖對比可以很容易看出，連續本體法工藝流程比2種基于乳液法的生產工藝流程簡單很多，并且沒有破乳、排放廢水這兩個環節，更加符合環保和綠色的發展理念；減少乳化劑的加入，使產品純度更高，后處理更簡單易行。綜合以上各點來看，連續本體法更加適合于生產發展的主流，并且有更加廣闊的發展空間。

三、ABS合金

3.1 PC-ABS合金概述

ABS的性能介于通用塑料與工程塑料之間，其抗沖擊性能良好，基本不具有缺口敏感性，流動性優良，價格較便宜，因此應用廣泛。但其耐熱性和耐候性差，力學性能不夠理想，故導致其應用受限。ABS可以通過乳液接枝法、乳液摻混法、乳液本體聚合法和連續本體聚合法等多種聚合方法獲得。

PC和ABS的合金可以克服兩種原料自身的缺點，發揚對方的優點，將兩者共混后，其一可以提高ABS的耐熱性、沖擊和拉伸強度，其二可以降低聚碳酸酯熔體粘度，改善加工性能，降低了PC缺口敏感性，改善了PC應力開裂狀況，降低了生產成本。特別是由于PC/ABS合金提供了更好的總體成本和優良的低溫缺口沖擊強度（見下圖）使得PC/ABS合金得到迅速發展和應用，其發展速度超過了PC、ABS本身和PC的其它合金的發展速度。整體優越的耐熱性、強度和加工性是PC/ABS合金得以迅速發展的原因，因此PC為連續相的PC/ABS合金具有更加廣闊的應用市場。

PC/ABS合金的微觀結構很復雜，其中兼有PC、SAN和接枝丁二烯橡膠三相。若PC含量較高，PC就成為連續相包圍著SAN，SAN又包圍接枝橡膠相，而接枝橡膠中又有可能包含SAN相。橡膠粒子在合金中作為應力集中中心而存在，受外力作用時它能誘發銀紋和剪切帶，而銀紋和剪切帶的產生與發展需要吸收能量，這兩者產生越多，能量吸收越多，同時，橡膠粒子可抑制銀紋增長并阻止銀紋發展成為破壞性裂紋，故橡膠相的存在能提高材料的沖擊強度。隨合金中ABS含量增加，橡膠相含量也增加，合金的沖擊強度也會因為前面述及的原因而上升；當ABS含量繼續增加并超過50%時，共混體系的連續變成ABS，這一點不利于誘發剪切帶，故導致沖擊強度的下降。

3.2PET-ABS合金

選擇PET為基體材料，ABS為增強材料，添加第三組分作為相容劑，以雙螺桿擠出共混法或注塑成型法，制備出PET/ABS合金材料，ABS/PET 合金，能更廣泛滿足市場的需求。

PET與ABS是部分相容體系，對于不相容的合金獲得優良綜合性能的有效手段是改善界面相容性，已經有許多報道提出一些均聚物、嵌段共聚物或接枝聚合物都可以有效地用作高聚物相容劑。目前對PC/ABS合金相容劑及相容技術的研究主要基于MAH接枝物、第三組分（如PMMA等）、反應型相容劑、多元相容劑等，具體介紹如下。

也有研究者用熔融接枝方法制備了ABS-g-MMA反應型相容劑。用帶有活性基團（羧基、酸酐和酯等）的乙烯基單體與ABS反應制備接枝共聚物，共混時活性基團能與PC所帶的酯基發生化學反應形成化學鍵，達到增容目的。為保證共混合金的品質，實驗中以甲基丙烯酸甲酯（MMA）為接枝單體制備出ABS-g-MMA相容劑，此相容劑應用到PET/ABS合金體系以后能使合金性能顯著提高。

四.配方介紹：

配方1：