CN102746606A - 一种中空玻璃微珠填充改性abs材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中空玻璃微珠填充改性ABS材料及其制备方法。一种中空玻璃微珠填充改性ABS材料，按重量百分比由以下组分组成：ABS树脂50-80%；相容剂3-5%；增韧剂5-10%；偶联剂3-5%；补强剂1-3%；中空玻璃微珠5-30%；塑料加工助剂1-3%。本发明以ABS树脂为基体树脂，中空玻璃微珠为填料，采用合适种类和配比的助剂，在恰当的工艺条件下加工，使得制备的中空玻璃微珠填充改性ABS材料成本低廉，在拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度、流动性指数等方面都比较优异，可广泛运用于仪器仪表、家用电器、玩具和娱乐用品以及建筑行业。

Description

一种中空玻璃微珠填充改性ABS材料及其制备方法

[技术领域]

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种中空玻璃微珠填充改性ABS材料及其制备方法。

[背景技术]

ABS树脂是由聚苯乙烯加丁二烯改性而成，是最便宜的工程塑料之一，易加工、尺寸稳定性优异、冲击强度较PS高并且有较高刚性、有优良的介电绝缘性、光泽较好、易于涂装、低吸水。

空心玻璃微珠，是由无机材料构成的，按化学成份含有二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化镁和硅酸钠等。其粒径十到几百微米，壁厚几个微米，为内部充斥二氧化碳等气体的封闭微型球体。并且具有质轻、低导热、无毒、不燃，化学稳定性好、高分散等优点。

中空玻璃微珠作为一种新型的无机刚性粒子，在聚合物中特别是在工业界已经得到了广泛的应用。但关于中空玻璃微珠填充聚合物的各种研究还很不完善，大部分都集中在热固性树脂领域。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种中空玻璃微珠填充改性ABS材料及其制备方法，以获得成本较低、机械性能和流动性能较好的改性ABS材料。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种中空玻璃微珠填充改性ABS材料，按重量百分比由以下组分组成：

以上所述的中空玻璃微珠填充改性ABS材料，所述相容剂为PS接枝马来酸酐，其制备方法如下：

步骤一、按重量百分比称取聚苯乙烯树脂 88-94%、马来酸酐2-4%、苯乙烯2-4%、过氧化二异丙苯0.1-0.2%、抗氧剂0.3-0.5%、润滑剂0.4-0.6%、白矿油1.5-2.5%；

步骤二、将称取的过氧化二异丙苯溶于称取的白矿油中，搅拌均匀，充分溶解得到混合液；

步骤三、将步骤二中的混合液和称取的聚苯乙烯树脂、马来酸酐、苯乙烯、抗氧剂、润滑剂加入到高速混合机中混合均匀得到混合物料；

步骤四、将步骤三的混合物料投入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融反应，挤出造粒，得到相容剂；双螺杆挤出机工艺条件为：熔融段温度150-155℃、反应段温度170-185℃、脱气段180-185℃、机头温度150-155℃。

以上所述的中空玻璃微珠填充改性ABS材料，所述塑料加工助剂包括抗氧剂和润滑剂，所述抗氧剂由酚类抗氧剂和磷酸酯类抗氧剂按重量比1：1配比制成，所述润滑剂为乙撑双硬酸脂酰胺。

以上所述的中空玻璃微珠填充改性ABS材料，所述补强剂是二氧化硅，细度不低于800目，纯度>99.9。

以上所述的中空玻璃微珠填充改性ABS材料，所述偶联剂是硅烷类偶联剂是γ-氯丙基三乙氧基硅烷。

以上所述的中空玻璃微珠填充改性ABS材料，所述增韧剂是氢化SBS苯乙烯类热塑性弹性体。

以上所述的中空玻璃微珠填充改性ABS材料，所述中空玻璃微珠是碱石灰硼硅酸盐中空玻璃微珠，真实密度0.32g/cc,粒径40-75微米，抗压强度13.78Mpa。

以上所述的中空玻璃微珠填充改性ABS材料，按重量百分比由以下组分组成：

一种上述中空玻璃微珠填充改性ABS材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、按上述的重量百分比称取各个组分，并对称取的各个组分进行干燥处理；

步骤二、将干燥处理后的ABS树脂、相容剂和偶联剂置于混合机或搅拌机中预先混合3-5min，再加入中空玻璃微珠、补强剂、增韧剂、塑料加工助剂继续混合10-20min；

步骤三、将步骤二混合后的物料加入双螺杆挤出机的料斗中经过熔融反应，挤出造粒；双螺杆挤出机的工艺条件为：螺杆长径比35，前段温度200-240℃、中段温度190-230℃、后段温度180-220℃、机头温度200-230℃；螺杆转速350-400r/min。

本发明以ABS树脂为基体树脂，中空玻璃微珠为填料，采用合适种类和配比的助剂，在恰当的工艺条件下加工，使得制备的中空玻璃微珠填充改性ABS材料成本低廉，在拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度、流动性指数等方面都比较优异，可广泛运用于仪器仪表、家用电器、玩具和娱乐用品以及建筑行业。

[具体实施方式]

下面通过实施例对本发明进行进一步阐述：

在下述各个实施例中，ABS树脂采用镇江奇美实业产的ABS 888G；中空玻璃微珠采用美国3M公司产的碱石灰硼硅酸盐玻璃微珠，真实密度0.32g/cc,粒径40-75微米，抗压强度13.78Mpa，牌号为S32；增韧剂是氢化SBS苯乙烯类热塑性弹性体采用岳阳巴陵石化产的SBS 792；偶联剂为γ-氯丙基三乙氧基硅烷，无色透明液体，折射率1.42，相对密度0.94g/cc，采用道康宁公司产的硅烷类偶联剂KH570；补强剂采用德国德固赛产超细二氧化硅A380，800目，纯度>99.9；塑料加工助剂包括抗氧剂和润滑剂，抗氧剂由酚类抗氧化剂（CIBA精化的Irganox 1098）和磷酸酯类抗氧化剂（CIBA精化的Irganox 168）按重量1：1配比而成，润滑剂采用乙撑双硬酸脂酰胺，比如国产EBS；相容剂为自制的PS接枝马来酸酐（PS-g-MAH），其制备方法如下：

步骤一、按重量百分比称取聚苯乙烯树脂 91%、马来酸酐3%、苯乙烯3%、过氧化二异丙苯0.1%、抗氧剂0.4%、润滑剂0.5%、白矿油2%；

步骤二、将称取的过氧化二异丙苯溶于称取的白矿油中，搅拌均匀，充分溶解得到混合液；

步骤三、将步骤二中的混合液和称取的聚苯乙烯树脂、马来酸酐、苯乙烯、抗氧剂、润滑剂加入到高速混合机中混合均匀得到混合物料；

步骤四、将步骤三的混合物料投入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融反应，挤出造粒，得到相容剂；双螺杆挤出机工艺条件为：熔融段温度150-155℃、反应段温度170-185℃、脱气段180-185℃、机头温度150-155℃。

其中，该聚苯乙烯树脂可以采用镇江奇美的GPPS 525；马来酸酐采用天津中和化工厂产的化学纯马来酸酐；苯乙烯采用美国Dow化学公司产的已提纯苯乙烯；过氧化二异丙苯采用阿克苏诺贝尔产的分析纯过氧化二异丙苯；抗氧剂采用瑞士汽巴精化产的1010和168的1:1复配物；润滑剂采用韩国产的EBS120；白矿油采用抚顺盛威石化产的32#白矿油。

实施例1

实施例1的中空玻璃微珠填充改性ABS材料，按重量百分比，由以下组分组成：

ABS树脂 80%；中空玻璃微珠 5%；相容剂 4%；增韧剂5%；偶联剂3.5%；补强剂1%；塑料加工助剂 1.5%。

其制备方法如下：

步骤一、按上述所述的重量百分比称取各个组分，并对称取的各个组分进行干燥处理；具体可以采用干燥机进行干燥处理；

步骤二、将干燥后的ABS树脂、相容剂和偶联剂置于高速混合机或搅拌机中预先混合3min，再加入中空玻璃微珠、补强剂、增韧剂、塑料加工助剂继续混合10min；

步骤三、将步骤二混合后的物料加入双螺杆挤出机的料斗中经过熔融反应，挤出造粒；双螺杆挤出机的工艺条件为：螺杆长径比为35，前段温度200℃、中段温度190℃、后段温度180℃、机头温度200℃；螺杆转速350r/min。

实施例2

该实施例的中空玻璃微珠填充改性ABS材料，按重量百分比，由以下组分组成：

ABS树脂 60%；中空玻璃微珠 20%；相容剂 3%；增韧剂10%；偶联剂 3%；补强剂3%；塑料加工助剂 1%。

其制备方法如下：

步骤一、按上述所述的重量百分比称取各个组分，并对称取的各个组分进行干燥处理；具体可以采用干燥机进行干燥处理；

步骤二、将干燥后的ABS树脂、相容剂和偶联剂置于高速混合机或搅拌机中预先混合5min，再加入中空玻璃微珠、补强剂、增韧剂、塑料加工助剂继续混合20min；

步骤三、将步骤二混合后的物料加入双螺杆挤出机的料斗中经过熔融反应，挤出造粒；双螺杆挤出机的工艺条件为：螺杆长径比为35，前段温度240℃、中段温度230℃、后段温度220℃、机头温度230℃；螺杆转速400r/min。

实施例3

该实施例的中空玻璃微珠填充改性ABS材料，按重量百分比，由以下组分组成：

ABS树脂 50%；中空玻璃微珠 30%；相容剂 3%；增韧剂8%；偶联剂3%；补强剂3%；塑料加工助剂 3%。

其制备方法如下：

步骤一、按上述所述的重量百分比称取各个组分，并对称取的各个组分进行干燥处理；具体可以采用干燥机进行干燥处理；

步骤二、将干燥后的ABS树脂、相容剂和偶联剂置于高速混合机或搅拌机中预先混合5min，再加入中空玻璃微珠、补强剂、增韧剂、塑料加工助剂继续混合15min；

步骤三、将步骤二混合后的物料加入双螺杆挤出机的料斗中经过熔融反应，挤出造粒；双螺杆挤出机的工艺条件为：螺杆长径比为35，前段温度220℃、中段温度200℃、后段温度210℃、机头温度225℃；螺杆转速370r/min。

性能测试及评价：

上述实施例1-3制备的粒子物料按ASTM标准注塑成型成各种标准力学性能测试样条和燃烧试样条，测试方法如表1所示：

表1：

实施例1-3和对比例的性能测试数据如下表2所示：

表2：

项目	实施例1	实施例2	实施  实施例3	全新料	回收料
						拉伸强度（MPa）	42	38	35	44	35
弯曲强度（MPa）	60	57	54	62	55
						弯曲模量（MPa）	1850	1750	1700	2000	1700
悬臂梁缺口冲击强度 （J/M）	160	140	85	180	120
						灰份（%）	10	20	30	0	0
熔融指数（g/10min）	28	36	42	18	30
						★市场成本	15	14.3	13.4	16	14.8

市场成本：当前ABS全新料价格为16元/kg,中空玻璃微珠按4元/kg算，实施例1、2、3采用新料加工，加工费按约1元/kg计算。

由上表实施例可以看出，实施例1-3制备的粒子物料随着填充量的增加，材料的拉伸强度、弯曲强度和模量、悬臂梁缺口冲击强度均逐渐下降，材料的熔融指数不断上升，其中填充量在20%左右的实施例2为最优填充比例，无论物理机械性能还是在价格成本方面均很有优势。

全新料的各方面性能是最高的，但是成本也较高，优质回收料性能约为全新料的80%，但是价格也不便宜，同时由于为回收利用料悬臂梁缺口冲击强度偏低。10%玻璃微珠填充成本优势凸现不明显，30%玻璃微珠填充性能下降太厉害，20%玻璃微珠填充性价比最高。

本发明实施例中采用填充中空玻璃微珠的手段降低了材料制造产品的成本，并选用合适的偶联剂和自制相容剂解决了ABS材料与填充材料的界面相容性难题，选用合适的增韧剂大大降低了填料对树脂的缺口冲击强度影响，添加补强剂增加了树脂和填料的粘结强度，避免了材料机械强度的大幅度损失。

目前关于ABS材料填充的专利和报道极少，本发明通过不断的实践，寻找到了一种适合填充ABS的填料和制备方法，并对添加比例和成本进行了优化，获得了一种特殊改性的高性价比ABS复合材料。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种中空玻璃微珠填充改性ABS材料，其特征在于，按重量百分比由以下组分组成：

2.根据权利要求1所述的中空玻璃微珠填充改性ABS材料，其特征在于，所述相容剂为PS接枝马来酸酐，其制备方法如下：

步骤一、按重量百分比称取聚苯乙烯树脂 88-94%、马来酸酐2-4%、苯乙烯2-4%、过氧化二异丙苯0.1-0.2%、抗氧剂0.3-0.5%、润滑剂0.4-0.6%、白矿油1.5-2.5%；

步骤二、将称取的过氧化二异丙苯溶于称取的白矿油中，搅拌均匀，充分溶解得到混合液；

步骤三、将步骤二中的混合液和称取的聚苯乙烯树脂、马来酸酐、苯乙烯、抗氧剂、润滑剂加入到高速混合机中混合均匀得到混合物料；

步骤四、将步骤三的混合物料投入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融反应，挤出造粒，得到相容剂；双螺杆挤出机工艺条件为：熔融段温度150-155℃、反应段温度170-185℃、脱气段180-185℃、机头温度150-155℃。

3.根据权利要求1所述的中空玻璃微珠填充改性ABS材料，其特征在于，所述塑料加工助剂包括抗氧剂和润滑剂，所述抗氧剂由酚类抗氧剂和磷酸酯类抗氧剂按重量比1：1配比制成，所述润滑剂为乙撑双硬酸脂酰胺。

4.根据权利要求1所述的中空玻璃微珠填充改性ABS材料，其特征在于，所述补强剂是二氧化硅，细度不低于800目，纯度>99.9。

5.根据权利要求1所述的中空玻璃微珠填充改性ABS材料，其特征在于，所述硅烷类偶联剂是γ-氯丙基三乙氧基硅烷。

6.根据权利要求1所述的中空玻璃微珠填充改性ABS材料，其特征在于，所述增韧剂是氢化SBS苯乙烯类热塑性弹性体。

7.根据权利要求1所述的中空玻璃微珠填充改性ABS材料，其特征在于，所述中空玻璃微珠是碱石灰硼硅酸盐中空玻璃微珠，真实密度0.32g/cc,粒径40-75微米，抗压强度13.78Mpa。

8.根据权利要求1所述的中空玻璃微珠填充改性ABS材料，其特征在于，按重量百分比由以下组分组成：

9.一种权利要求1所述中空玻璃微珠填充改性ABS材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、按权利要求1所述的重量百分比称取各个组分，并对称取的各个组分进行干燥处理；

步骤二、将干燥处理后的ABS树脂、相容剂和偶联剂置于混合机或搅拌机中预先混合3-5min，再加入中空玻璃微珠、补强剂、增韧剂、塑料加工助剂继续混合10-20min；

步骤三、将步骤二混合后的物料加入双螺杆挤出机的料斗中经过熔融反应，挤出造粒；双螺杆挤出机的工艺条件为：螺杆长径比35，前段温度200-240℃、中段温度190-230℃、后段温度180-220℃、机头温度200-230℃；螺杆转速350-400r/min。