CN102352087A - 一种抗静电阻燃abs树脂材料及其制备方法 - Google Patents

一种抗静电阻燃abs树脂材料及其制备方法 Download PDF

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本发明公开了一种抗静电阻燃ABS树脂材料及其制备方法，按质量百分含量计算该ABS树脂材料包含以下组分：ABS 60％～75％、POSS 5％～15％、炭黑10％～25％、增韧剂0.1％～0.2％、抗氧化剂0.1％～0.2％、硅烷偶联剂0.1％～0.2％。本发明的抗静电阻燃ABS材料抗静电效果好且可以持久，可使ABS树脂的表面电阻率降至105～106Ω·cm甚至更低，制造得永久的抗静电材料，同时阻燃效果好，极限氧指数可以22％～25％之间，具有力学性能优良，加工性好等优点，应用前景良好。其制备工艺环保、简单易行。

Description

一种抗静电阻燃ABS树脂材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种抗静电材料的制备方法，尤其涉及一种抗静电阻燃ABS树脂材料及其制备方法。
背景技术
表面电阻率是衡量材料分散静电荷能力的一个重要指标。一般认为当表面电阻率为1010～1011Ω·cm以下时，材料具有良好的抗静电和积聚能力。而通常高分子材料大多具有电绝缘性能好、介电常数小的特点，一般属于非导电体，其体积电阻率约为1010～1020Ω·cm，因此在使用过程中，其表面经摩擦、接触等方式产生静电积累，累积的电荷难以消除，容易引起静电放电现象，最终引起一系列危害，如引起元器件缺陷、仪器故障，甚至引起火灾等不良后果，因此抗静电和阻燃一直都是高分子材料研究的热门课题。
丙烯晴-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)树脂是重要的工程塑料，具有冲击强度较高、导电性较好、化学性质稳定、易于加工成型和回收等优点，在建筑、家电、汽车、计算机等领域应用广泛。但同时ABS树脂为绝缘材料，其具有可燃性(氧指数为21％)，其体积和表面电阻率都较高，容易产生静电(表面电阻率为4.6×1015Ω·cm)，限制了其应用领域。
目前，提高ABS树脂的抗静电的方法主要是于ABS树脂基体中填充抗静电剂、金属粉末或是碳系导电物质。其中，添加抗静电剂制备所得的材料通常表面电阻在108Ω·cm以上；而金属粉末又容易表面氧化，而导致抗静电性能降低、加工困难等缺点。因此目前ABS抗静电改性主要通过碳系导电物质。碳系导电物质主要包括炭黑、石墨和碳纤维，它们的结构度、比表面积和表面化学性质是解决抗静电问题的三大决定因素，其中炭黑填充ABS是目前用途最广用量最大的一种方法。通常，需要在ABS树脂基体中填充15％～25％的炭黑，以赋予其抗静电和导电功能，且只有当相邻炭黑粒子之间的距离为1.5-10nm时，两粒子才能相互导通，形成导电通道，相邻两个炭黑粒子之间的距离约为0.35nm时，粒子间的接触可近似为纯粒子的接触，但炭黑的高填充会导致复合材料加工性能差、熔体粘度增大、降低材料的力学性能、且炭黑粒子容易从复合体系中脱落等造成材料电阻率不易控制等。因此本发明着眼于此，提供一种低炭黑填充量ABS树脂材料，并同时使其具备阻燃性能的ABS树脂材料的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗静电阻燃ABS树脂材料。该树脂材料为低炭黑填充量抗静电阻燃ABS树脂材料。
本发明的另一目的在于提供一种抗静电阻燃ABS树脂材料的制备方法。该制备方法有效降低了ABS树脂的表面电阻率，同时提高了ABS阻燃性能以及机械加工性能，具有良好的应用前景。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种抗静电阻燃ABS树脂材料，按质量百分含量计，该ABS树脂材料包含以下组分：
Figure BDA0000088152480000021
上述的抗静电阻燃ABS树脂材料，其在于所述的炭黑为粒度30～60μm，且在600～700℃加热1～2h进行去除表面的有机物，活化炭黑。
上述的抗静电阻燃ABS树脂材料，其在于所述的增韧剂为POE-g-MAH。
上述的抗静电阻燃ABS树脂材料，其在于所述的抗氧化剂为亚磷酸三(2，4二叔丁基苯)酯。结构式如下如所示：
Figure BDA0000088152480000022
上述的抗静电阻燃ABS树脂材料，其在于所述的硅烷偶联剂为KH-550、KH-560和A-171中的任意一种。
所述的ABS为丙烯晴-丁二烯-苯乙烯的三元共聚物。所述的POSS为笼状倍半硅氧烷，POSS在ABS树脂中形成导电网络，降低炭黑用量并同时制得阻燃ABS树脂材料。POSS的结构式为：
Figure BDA0000088152480000031
上述的抗静电阻燃ABS树脂材料的制备方法，其包括以下步骤：将原料ABS树脂在80～90℃条件下干燥2～4h；将炭黑在600～700℃加热1～2h去除表面的有机物，活化炭黑；将干燥后的ABS树脂、POSS、活化后的炭黑、增韧剂、抗氧化剂、硅烷偶联剂的按比例加入到高混机中，在60～70℃下搅拌混合15～20分钟；混合物料经双螺杆挤出机主喂料系统送入螺杆，挤出工艺：机头到加料口温度，一区至二区为210～220℃，三区至七区为220～235℃，加料口160～170℃，螺杆转速为60～80r/min，挤出的物料经水冷、切粒、收集，注塑样条前，70～80℃真空干燥3～4h。优选为，所述的挤出工艺中机头到加料口温度为：一区210℃，二区220℃，三区235℃，四区235℃，五区235℃，六区235℃，七区235℃，加料口160℃。
现有技术相比，本发明的不同之处是采用导电炭黑作为导电填料的同时，在ABS基体中加入了与高分子材料具有良好相容性的笼状倍半硅氧烷(POSS)，并同时选择了几种与其有良好相容性的增韧剂和抗氧化剂。一方面在降低炭黑填充量的同时，使ABS树脂具有永久抗静电性和良好的机械加工性能；另一方面，赋予了ABS树脂阻燃性能。此制备方法简单、易操作，同时满足了许多ABS制品的需要。
本发明的一种抗静电阻燃ABS树脂材料，由ABS、POSS、炭黑、增韧剂、抗氧化剂、硅烷偶联剂经双螺杆挤共混挤出而成。POSS为笼状结构的纳米粒子刚性结构，且分子之间还具有受限的π-π相互作用，π-π相互作用之间的距离约为0.34nm，在基体ABS以及π-π受限相互作用下，POSS容易在基体中形成导电通道或是自组装形成导电网络，给炭黑的分散分布提供了传输网络，有利于电荷的传递，而同时也提高ABS的机械性能，具有延迟燃烧、放热量小的无卤环保阻燃性能；经硅烷偶联剂处理后炭黑表面接枝了羰基和羧基，在基体中分散性好，在导电网络中可以形成非均相分布，可减少其填充量；而硅烷偶联剂、抗氧化剂以及增韧剂的加入极大的改善了体系的相容性和材料的机械性能。
本发明的有益效果：
本发明的一种抗静电阻燃ABS树脂材料抗静电效果好且可以持久，ABS树脂的表面电阻率可降至105～106Ω·cm甚至更低，制造得永久的抗静电材料，同时阻燃效果好，极限氧指数可达到22％～25％之间，具有力学性能优良，加工性好等优点，应用前景良好。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明做各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1-3
将原料ABS树脂(美国Dow化学公司，牌号Calibre 201-10，熔融指数为10g/10min)在90℃条件下干燥2h；将炭黑(Cabot公司，BP800)在600℃加热2h去除表面的有机物，活化炭黑。以干燥后的ABS树脂为基体，该ABS树脂拉伸强度为40～60MPa，简支梁缺口冲击强度为25-35kJ/m2。以炭黑为导电性填料，该炭黑比表面254m2/g，粒径45μm。ABS树脂和炭黑及其他各组分含量如表1所示，按照表1中的用量将干燥后的ABS树脂、POSS(美国Hybrid Plastic公司，CAS号：17865-85-9)、活化后的炭黑、POE-g-MAH(广州源锋新材料有限公司)、亚磷酸三(2，4二叔丁基苯)酯(白色结晶粉末，熔点180～186℃，阿拉丁试剂，CAS：31570-04-4)、KH-550(南京能德化工有限公司)按比例加入到高混机中，在60℃搅拌混合20min，混合物料经双螺杆挤出机主喂料系统送入螺杆，其挤出工艺过程是：螺杆转速70r/min；机头到加料口温度：一区210℃，二区220℃，三区235℃，四区235℃，五区235℃，六区235℃，七区235℃，加料口160℃；挤出的物料经水冷、切粒、收集，将该样品70℃真空干燥4h，注塑样条，其测试结果见表2。
表1实施例1～3中抗静电阻燃ABS树脂材料各组分的含量
  组分含量(重量份)   实施例1   实施例2   实施例3
  ABS   600   630   650
  POSS   144   145   130
  炭黑   250   220   217
  POE-g-MAH   2   2   1
  亚磷酸三(2，4二叔丁基苯)酯   2   1.5   1
  KH-550   2   1.5   1
  总计   1000   1000   1000
表2实施例1～3中抗静电阻燃ABS树脂材料的电学、力学及阻燃性能
  性能   实施例1   实施例2   实施例3
  拉伸强度(MPa)   36.5   34   31.9
  简支梁缺口冲击强度(MPa)   26.9   26.4   23.4
  表面电阻率(Ω)   105-107   105-106   106-108
  极限氧指数(％)   22.4   22.5   22.1
实施例4～6
将原料ABS树脂(美国Dow化学公司，牌号Calibre 201-10，熔融指数为10g/10min)在80℃条件下干燥4h；将炭黑(Cabot公司，BP800)在700℃加热1h去除表面的有机物，活化炭黑。以干燥后的ABS树脂为基体，该ABS树脂拉伸强度为40～60MPa，简支梁缺口冲击强度为25-35kJ/m2。以炭黑为导电性填料，该炭黑比表面254m2/g，粒径45μm。ABS树脂和炭黑及其他各组分含量如表3所示，按照表3中的用量将干燥后的ABS树脂、POSS(美国Hybrid Plastic公司，CAS号：17865-85-9)、活化后的炭黑、POE-g-MAH(广州源锋新材料有限公司)、亚磷酸三(2，4二叔丁基苯)酯(白色结晶粉末，熔点180～186℃，阿拉丁试剂，CAS：31570-04-4)、KH-560(南京能德化工有限公司)按比例加入到高混机中，在70℃搅拌混合15min，混合物料经双螺杆挤出机主喂料系统送入螺杆，其挤出工艺过程是：螺杆转速80r/min；机头到加料口温度：一区210℃，二区220℃，三区235℃，四区235℃，五区235℃，六区235℃，七区235℃，加料口160℃；挤出的物料经水冷、切粒、收集，将该样品80℃真空干燥3h，注塑样条，其测试结果见表4。
表3实施例4～6中抗静电阻燃ABS树脂材料各组分的含量
  组分含量(重量份)   实施例4   实施例5   实施例6
  ABS   675   675   675
  POSS   75   100   125
  炭黑   244   219   194
  POE-g-MAH   2   2   2
  亚磷酸三(2，4二叔丁基苯)酯   2   2   2
  KH-560   2   2   2
  总计   1000   1000   1000
表4实施例4～6中抗静电阻燃ABS树脂材料的电学、力学及阻燃性能
  性能   实施例4   实施例5   实施例6
  拉伸强度(MPa)   32   31.7   32.1
  简支梁缺口冲击强度(MPa)   25.4   26.4   26
  表面电阻率(Ω)   105-107   105-107   105-107
  极限氧指数(％)   21.9   22.0   22.3
实施例7～8
将原料ABS树脂(美国Dow化学公司，牌号Calibre 201-10，熔融指数为10g/10min)在85℃条件下干燥3h；将炭黑(Cabot公司，BP800)在650℃加热1.5h去除表面的有机物，活化炭黑。以干燥后的ABS树脂为基体，该ABS树脂拉伸强度为40～60MPa，简支梁缺口冲击强度为25-35kJ/m2。以炭黑为导电性填料，该炭黑比表面254m2/g，粒径45μm。ABS树脂和炭黑及其他各组分含量如表5所示，按照表5中的用量将干燥后的ABS树脂、POSS(美国Hybrid Plastic公司，CAS号：17865-85-9)、活化后的炭黑、POE-g-MAH(广州源锋新材料有限公司)、亚磷酸三(2，4二叔丁基苯)酯(白色结晶粉末，熔点180～186℃，阿拉丁试剂，CAS：31570-04-4)、A-171(南京能德化工有限公司)按比例加入到高混机中，在70℃搅拌混合15min，混合物料经双螺杆挤出机主喂料系统送入螺杆，其挤出工艺过程是：螺杆转速80r/min；机头到加料口温度：一区210℃，二区220℃，三区235℃，四区235℃，五区235℃，六区235℃，七区235℃，加料口160℃；挤出的物料经水冷、切粒、收集，将该样品75℃真空干燥3.5h，注塑样条，其测试结果见表6。
比较例
将原料ABS树脂(美国Dow化学公司，牌号Calibre 201-10，熔融指数为10g/10min)在85℃条件下干燥3h；将炭黑(Cabot公司，BP800)在650℃加热1.5h去除表面的有机物，活化炭黑。以干燥后的ABS树脂为基体，该ABS树脂拉伸强度为40～60MPa，简支梁缺口冲击强度为25-35kJ/m2。以炭黑为导电性填料，该炭黑比表面254m2/g，粒径45μm。ABS树脂和炭黑及其他各组分含量如表5所示，按照表5中的用量将干燥后的ABS树脂、活化后的炭黑、POE-g-MAH(广州源锋新材料有限公司)、亚磷酸三(2，4二叔丁基苯)酯(白色结晶粉末，熔点180～186℃，阿拉丁试剂，CAS：31570-04-4)、A-171(南京能德化工有限公司)按比例加入到高混机中，在70℃搅拌混合15min，混合物料经双螺杆挤出机主喂料系统送入螺杆，其挤出工艺过程是：螺杆转速80r/min；机头到加料口温度：一区210℃，二区220℃，三区235℃，四区235℃，五区235℃，六区235℃，七区235℃，加料口160℃；挤出的物料经水冷、切粒、收集，将该样品75℃真空干燥3.5h，注塑样条，其测试结果见表6。
表5实施例7～8及比较例中抗静电阻燃ABS树脂材料的组分含量
  组分含量(重量份)   实施例7   实施例8   比较例
  ABS   750   700   700
  POSS   144   150   0
  炭黑   100   144   294
  POE-g-MAH   2   2   2
  亚磷酸三(2，4二叔丁基苯)酯   2   2   2
  A-171   2   2   2
  总计   1000   1000   1000
表6实施例7～8及比较例中抗静电阻燃ABS树脂材料的电学、力学及阻燃性能
  性能   实施例7   实施例8   比较例
  拉伸强度(MPa)   29   30   32
  简支梁缺口冲击强度(MPa)   10.8   11   12.3
  表面电阻率(Ω)   105-107   105-106   105-107
  极限氧指数(％)   23.9   24.6   16.5
综上所述，POSS的加入，一方面极大的降低了表面电阻率，使其具有永久抗静电性，改善了炭黑填充ABS复合材料的抗冲击性能等机械性能，加工工业简单，另一方面不需要阻燃剂的加入，大大提高了复合材料的阻燃性，极限氧指数可以增加到24.6％，两者性能满足了许多ABS制品的要求；此外，本发明可是复合材料的表明电阻率降低为105～106Ω，达到了材料的抗静电要求，适用于电子电器，电脑、家用电器外壳以及接线盒等许多部件。

Claims (7)

1.一种抗静电阻燃ABS树脂材料，其特征在于按质量百分含量计，该ABS树脂材料包含以下组分：
Figure FDA0000088152470000011
2.根据权利要求1所述的抗静电阻燃ABS树脂材料，其特征在于所述的炭黑为粒度30～60μm，且在600～700℃加热1～2h去除表面的有机物的活化炭黑。
3.根据权利要求1所述的抗静电阻燃ABS树脂材料，其特征在于所述的增韧剂为POE-g-MAH。
4.根据权利要求1所述的抗静电阻燃ABS树脂材料，其特征在于所述的抗氧化剂为亚磷酸三(2，4二叔丁基苯)酯。
5.根据权利要求1所述的抗静电阻燃ABS树脂材料，其特征在于所述的硅烷偶联剂为KH-550、KH-560和A-171中的任意一种。
6.权利要求1所述的抗静电阻燃ABS树脂材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：将原料ABS树脂在80～90℃条件下干燥2～4h；将炭黑在600～700℃加热1～2h去除表面的有机物，活化炭黑；将干燥后的ABS树脂、POSS、活化后的炭黑、增韧剂、抗氧化剂、硅烷偶联剂的按比例加入到高混机中，在60～70℃下搅拌混合15～20分钟；混合物料经双螺杆挤出机主喂料系统送入螺杆，挤出工艺：机头到加料口温度，一区至二区为210～220℃，三区至七区为220～235℃，加料口160～170℃，螺杆转速为60～80r/min，挤出的物料经水冷、切粒、收集，注塑样条前，70～80℃真空干燥3～4h。
7.权利要求6所述的抗静电阻燃ABS树脂材料的制备方法，其特征在于所述的挤出工艺中机头到加料口温度为：一区210℃，二区220℃，三区235℃，四区235℃，五区235℃，六区235℃，七区235℃，加料口160℃。
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