CN101875748B - 一种耐热abs/pvc合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐热ABS/PVC合金及其制备方法。耐热ABS/PVC合金的组成按重量配比为(％)：聚氯乙烯20-80％；聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯10-70％；相容剂1-3％；热稳定剂3-6％；润滑剂1-4％；抗氧剂0.2-0.6％；耐热改性剂0.5-3％；其它助剂1-3％。本发明克服了现有技术的缺点，耐热改性剂添加量较小、热变形温度较高，耐热效果好，在提高热变形温度的条件下耐热ABS/PVC合金保持较高的冲击韧性。本发明大幅度提高了合金的热变形温度，可以满足办公用品、家用电器、汽车等各个领域中的使用要求。

Description

一种耐热ABS/PVC合金及其制备方法
[技术领域]
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种耐热ABS/PVC合金及其制备方法。
[背景技术]
聚氯乙烯(PVC)塑料具有刚性好、强度高、阻燃、耐腐蚀、电气绝缘性好以及软硬可调等优点，但其加工性能差，缺口冲击强度和热变形温度低，脆性大，因此PVC塑料很难代替工程塑料，这使它的应用受到很大的限制。
聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂具有良好的综合性能，在较宽的温度范围内具有较高的冲击强度与表面强度，热变形温度高，尺寸稳定性好，具有一定的化学稳定性，但耐候性与耐热性较差、易燃、且价格也较高。
用PVC改性的ABS合金在性能上取长补短，它既具有ABS树脂耐冲击、耐低温、易于成型加工等优点，又具有PVC的阻燃性和耐腐蚀的优良性能。合金中引入自制的高耐热改性剂，大幅度提高了该合金的热变形温度，扩展了其应用领域。因此可以广泛应用于办公用品、家用电器、汽车等各个领域中。
现有ABS/PVC合金有一个明显的缺点，即耐热性能较差，使用温度低，限制了其进一步的广泛应用。这是因为PVC树脂的耐热性能很差，在1.82MPa条件下，其热变形温度仅为50℃左右。所以，制备的ABS/PVC合金的耐热性较差。目前，对该合金耐热性的研究尽管较多，但市售的耐热改性剂有三个明显的缺点：
A)添加量较大，耐热温度欲提高1度，需添加1份耐热改性剂；
B)对材料的韧性影响较大；
C)价格昂贵。
[发明内容]
本发明要解决的技术问题是提供一种耐热改性剂添加量较小、热变形温度较高，耐热效果好，冲击韧性较好的耐热ABS/PVC合金。
本发明另一个要解决的技术问题是提供一种耐热改性剂添加量较小、热变形温度较高，耐热效果好，冲击韧性较好的耐热ABS/PVC合金的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种耐热ABS/PVC合金，其组成按重量配比为(％)：
聚氯乙烯                20-80％；
聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯  10-70％；
相容剂                  1-3％；
热稳定剂                3-6％；
润滑剂                  1-4％；
抗氧剂                  0.2-0.6％；
耐热改性剂              0.5-3％
其它助剂                1-3％。
以上所述的一种耐热ABS/PVC合金，所述聚氯乙烯的聚合度为700-800。所述ABS为低粘度的树脂。所述相容剂为氯化聚乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯。所述热稳定剂为有机锡和环氧大豆油的复合体系。所述润滑剂为内润滑和外润滑的复合体系，内润滑剂为硬脂酸钙，外润滑为PE蜡或OP蜡。所述抗氧剂为主副抗氧剂的复合体系，主抗氧剂为1010或1076，辅助抗氧剂为168。耐热改性剂为是苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和N-苯基马来酰亚胺为共聚单体，偶氮二异丁腈为引发剂，采用悬浮聚合的方法制备三元共聚物。
以上所述的一种耐热ABS/PVC合金，其组成按重量配比为(％)：
聚氯乙烯    40-60％；
聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯    28-48.5％；
相容剂                    2-3％；
热稳定剂                  3.5-4％；
润滑剂                    1.6-3％；
抗氧剂                    0.4-0.6％；
耐热改性剂                1-2％
其它助剂                  1-3％。
以上所述的耐热ABS/PVC合金的制备方法，包括以下步骤：
a：按技术权利1的配比称量原材料；
b：将聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯在85至95℃鼓风干燥2～3小时；
c：将聚氯乙烯、相容剂、热稳定剂、润滑剂、抗氧剂、耐热改性剂和其他助剂置于高速混合机中于70℃下混合5～8分钟，冷却到室温加入聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯；
d：将步骤c中混合好的原料投入到双螺杆挤出机的加料斗，经熔融挤出，造粒；加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度140-150℃，二区温度150-160℃，三区温度160-170℃，四区温度170-175℃，机头160-170℃，停留时间1～2mi n，压力为10-20MPa。
本发明克服了现有技术的缺点，耐热改性剂添加量较小、热变形温度较高，耐热效果好，在提高热变形温度的条件下耐热ABS/PVC合金保持较高的冲击韧性。。
[附图说明]
图1是本发明耐热改性剂的合成路线图。
[具体实施方式]
耐热ABS/PVC是聚氯乙烯和聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的混合物，互相取长补短，既改善了PVC的脆性，不耐高温、加工流动性，降低了ABS的成本，又提高了ABS的阻燃性，因而具有优良的综合性能。耐热ABS/PVC适合用于办公用品、家用电器、汽车等各个领域中。
本发明提供的一种耐热ABS/PVC合金，其组成按重量配比为(％)：聚氯乙烯PVC 20-80％；聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯ABS 10-70％；相容剂1-3％；PVC热稳定剂3-6％；润滑剂1-4％；抗氧剂0.2-0.6％；自制耐热改性剂0.5-3％；其它助剂1-3％。
其中，PVC为聚合度为700-800的PVC-ZS85或S-60；ABS为低粘度的树脂，如121H或839，在220℃/10KG的测试条件下，其熔融指数为30g/10min，远高于其它ABS树脂；相容剂为CPE或MBS；热稳定剂为有机锡和环氧大豆油的复合体系，两者之间的比例按重量比为3∶1至5∶1，优选4∶1；润滑剂为内润滑和外润滑的复合体系，内润滑剂为硬脂酸钙，外润滑剂为PE蜡或OP蜡，抗氧剂为主副抗氧剂的复合体系，主抗氧剂为1010或1076，辅助抗氧剂为168；自制耐热改性剂是以苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、N-苯基马来酰亚胺为共聚单体，以偶氮二异丁腈为引发剂，采用悬浮聚合的方法制备得到的三元共聚物；其他助剂包括加工助剂、紫外光吸收剂，加工助剂如耐磨剂。
在本发明中，先将聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯在90℃鼓风干燥2～3小时；树脂及助剂的混合步骤如下：将聚氯乙烯、相容剂、热稳定剂、润滑剂、抗氧剂、耐热改性剂和其他助剂置于高速混合机中于70℃下混合5～8分钟，冷却到室温加入聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯。
将混合好的原料投入到双螺杆挤出机的加料斗，经熔融挤出，造粒；加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度140-150℃，二区温度150-160℃，三区温度160-170℃，四区温度170-175℃，机头160-170℃，停留时间1～2min，压力为10-20MPa。
为便于对本发明进一步理解，现结合具体实施例对本发明进行详细描述：
在下列实施例的合金材料配方中，相容剂选用CPE-135A或MBS核-壳型抗冲击改性剂，如日本三菱丽阳株式会社生产，商品牌号C-223A。热稳定剂为有机锡和环氧大豆油的复合体系。抗氧剂为四[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯酯)，选用Ciba公司生产，商品牌号分别为Irganox1010和Irganox168，耐热改性剂为实验室自制的三元共聚物。
耐热改性剂以苯乙烯(St)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)和N-苯基马来酰亚胺(N-phMI)为共聚单体，偶氮二异丁腈为引发剂，采用悬浮聚合的方法制备的三元共聚物。具体制备方法和工艺如下：
a：以偶氮二异丁腈为引发剂，水/油(单体)＝1/2.5进行悬浮聚合；
b：合成温度控制在70-80度；
c：单体的加入采用分批加入的方式；
d：合成路线如图1所示。
实施例1：
按以下重量百分比称取原料，PVC20％，ABS 70％，有机锡2％，环氧大豆油1％，润滑剂硬脂酸钙/PE蜡为0.5/0.5％，抗氧剂1010/168为0.1/0.1％，相容剂CPE 135A 3％，耐热改性剂0.5％，紫外光吸收剂2.0％，耐磨剂0.5％。
将聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯在85至95℃鼓风干燥2～3小时；
将聚氯乙烯、相容剂、热稳定剂、润滑剂、抗氧剂、耐热改性剂和其他助剂置于高速混合机中于70℃下混合5～8分钟，冷却到室温加入聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯；
将混合好的原料投入到双螺杆挤出机的加料斗，经熔融挤出，造粒；加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度140-150℃，二区温度150-160℃，三区温度160-170℃，四区温度170-175℃，机头160-170℃，停留时间1～2min，压力为10-20MPa。
实施例2：
按重量百分比称取原料，PVC为30％，ABS 60％，有机锡2％，环氧大豆油1％，润滑剂硬脂酸钙/PE蜡为0.5/0.5％，抗氧剂1010/168为0.1/0.1％，相容剂CPE 135A 3％，耐热改性剂1％，紫外光吸收剂1.5％，耐磨剂0.5％。
其余制备步骤同实施例1。
实施例3：
按重量百分比称取原料，PVC为40％，ABS 50％，有机锡2％，环氧大豆油1％，润滑剂硬脂酸钙/PE蜡为0.8/0.8％，抗氧剂1010/168为0.2/0.2％，相容剂CPE 135A 2％，耐热改性剂1.5％，紫外光吸收剂1.5％，耐磨剂0.5％。
其余制备步骤同实施例1。
实施例4：
按重量百分比称取原料，PVC为50％，ABS 37％，有机锡2.5％，环氧大豆油1％，润滑剂硬脂酸钙/PE蜡为1/1％，抗氧剂1010/168为0.2/0.2％，相容剂CPE 135A 2％，耐热改性剂2％，紫外光吸收剂1.5％，耐磨剂1.5％。
其余制备步骤同实施例1。
实施例5：
按重量百分比称取原料，PVC为60％，ABS 25％，有机锡3％，环氧大豆油2％，润滑剂硬脂酸钙/PE蜡为2/1％，抗氧剂1010/168为0.3/0.3％，相容剂CPE 135A 3％，耐热改性剂2.5％，紫外光吸收剂1.0％，耐磨剂0.5％。
其余制备步骤同实施例1。
实施例6：
按重量百分比称取原料，PVC为80％，ABS 6％，有机锡3％，环氧大豆油2％，润滑剂硬脂酸钙/PE蜡为3/1％，抗氧剂1010/168为0.3/0.3％，相容剂CPE 135A 1％，耐热改性剂3％，紫外光吸收剂0.5％，耐磨剂0.5％。
其余制备步骤同实施例1。
性能测试：
拉伸强度按ASTM D-638标准进行检验。试样类型为I型，样条尺寸(mm)：(176±2)(长)×(12.6±0.2)(端部宽度)×(3.05±0.2)(厚度)，拉伸速度为50mm/min；
弯曲强度和弯曲模量按ASTM D-790标准进行检验。试样类型为试样尺寸(mm)：(128±2)×(12.67±0.2)×(3.11±0.2)，弯曲速度为20mm/min；
悬臂梁缺口冲击强度按ASTM D-256标准进行检验。试样类型为I型，试样尺寸(mm)：(63±2)×(12.45±0.2)×(3.1±0.2)；缺口类型为A类，缺口剩余厚度为1.9mm；
熔融指数按ASTM D-1238进行测试，测试温度为200℃，负荷为10公斤，预热时间为5min；
热变形温度按ASTM D-648进行测试，试样尺寸(mm)：(128±2)×(12.45±0.2)×(3.1±0.2)，载荷为1.82MPa；
阻燃性能按UL94进行测试，试验尺寸(mm)：(128±2)×(12.67±0.2)×(3.11±0.2)，火焰高度20mm。
实施例1-6配方及材料性能见下表：
  组成   实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   实施例6
  PVC(％)   20   30   40   50   60   80
  ABS(％)   67.5   58.5   48.5   38   28   8
  相容剂(％)   3   3   2   2   2   1
热稳定剂(％) 3 3 3.5 3.5 4 5
  硬脂酸钙   0.5   0.5   0.8   1   2   3
  PE蜡   0.5   0.5   0.8   1   1   1
  1010(％)   0.1   0.1   0.2   0.2   0.3   0.3
  168(％)   0.1   0.1   0.2   0.2   0.3   0.3
  耐热改性剂   3   2.5   2   1.5   1   0.5
  其它助剂(％)   2.5   2   2   3   2   1
  缺口冲击强度(J/m)   320   300   260   200   120   100
  拉伸强度(MPa)   30   32   36   41   45   47
  断裂伸长率(％)   22   24   28   30   35   40
  弯曲强度(MPa)   49   56   58   60   69   77
  弯曲模量(MPa)   2002   2053   2340   2510   2622   2780
  熔融指数(g/cm3)   19.23   18.36   17.36   16.93   15.65   11.96
  热变形温度(℃)   95   91   85   78   74   70
  阻燃性能(20mm火焰)   HB   HB   V1   V0   V0   V0
由上表可以看出，PVC含量在20～50％范围内ABS/PVC合金的冲击强度很高，随PVC含量的增加，合金的冲击性能有所下降，但都在100J/m以上；PVC含量大于50％时，ABS/PVC合金的阻燃达到UL94V0级别，随着耐热改性剂的提高，合金的热变形温度也逐渐提高，耐热改性剂用量在0.5％时，热变形温度为70度，当耐热改性剂提高到3％时，热变形温度为95度。综合成本和性能的考虑，PVC的最佳添加量为50～60％；耐热改性剂用量为1.5～2％。本发明通过选择高效的PVC热稳定剂体系，有效的抑制了PVC加工过程中的降级，可得到韧性和阻燃性能极佳的ABS/PVC合金材料，同时，在配方体系中加入自制的耐热改性剂，可以大幅度的提高合金的热变形温度，可以满足办公用品、家用电器、汽车等各个领域中的使用要求。
以上对本发明所提供的一种ABS/PVC合金及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种耐热ABS/PVC合金，其特征在于：其组成按重量配比为(％)：
聚氯乙烯 20-80％；
聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯 10-70％；
相容剂 1-3％；
热稳定剂 3-6％；
润滑剂 1-4％；
抗氧剂 0.2-0.6％；
耐热改性剂 0.5-3％
其它助剂 1-3％；
所述的相容剂为氯化聚乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯，所述的热稳定剂为有机锡和环氧大豆油的复合体系；所述的润滑剂为内润滑和外润滑的复合体系，内润滑剂为硬脂酸钙，外润滑为PE蜡或OP蜡；所述的抗氧剂为主副抗氧剂的复合体系，主抗氧剂为1010或1076，辅助抗氧剂为168；所述的耐热改性剂为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和N-苯基马来酰亚胺为共聚单体，偶氮二异丁腈为引发剂，采用悬浮聚合的方法制备三元共聚物。
2.如权利要求1所述的一种耐热ABS/PVC合金，其特征在于：所述聚氯乙烯的聚合度为700-800。
3.如权利要求1所述的一种耐热ABS/PVC合金，其特征在于：其组成按重量配比为(％)：
聚氯乙烯 40-60％；
聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯 28-48.5％；
相容剂 2-3％；
热稳定剂 3.5-4％；
润滑剂 1.6-3％；
抗氧剂 0.4-0.6％；
耐热改性剂 1-2％
其它助剂 1-3％。
4.如权利要求1所述的耐热ABS/PVC合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a：按权利要求1的配比称量原材料；
b：将聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯在85至95℃鼓风干燥2～3小时；
c：将聚氯乙烯、相容剂、热稳定剂、润滑剂、抗氧剂、耐热改性剂和其他助剂置于高速混合机中于70℃下混合5～8分钟，冷却到室温加入聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯；
d：将步骤c中混合好的原料投入到双螺杆挤出机的加料斗，经熔融挤出，造粒；加工工艺如下：双螺杆挤出机一区温度140-150℃，二区温度150-160℃，三区温度160-170℃，四区温度170-175℃，机头160-170℃，停留时间1～2min，压力为10-20MPa。
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