CN105131501A - 一种用于abs微孔发泡材料的发泡母粒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于ABS微孔材料的发泡母粒及其制备方法，发泡母粒由聚合物载体20-70份，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS树脂）15-60份，发泡剂2-20份，活化剂1-7份，润滑剂0.1-1份组成，制备时首先将ABS树脂与活化剂和润滑剂混合造粒；其次将聚合物载体、发泡剂、润滑剂混合造粒；最后将所得的两种粒料在双转子连续混炼机与单螺杆挤出机机组中造粒即得到发泡母粒。本发明制得的母粒与ABS和ABS基复合材料的相容性高，发泡剂能够更好地分散在基体材料中，所得的泡孔结构更加均匀致密，可在获得尺寸小、分布均匀和泡孔密度大的泡孔结构的同时节约ABS用量，特别适用于大规模工业化生产。

Description

一种用于ABS微孔发泡材料的发泡母粒及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种发泡母粒及其制备方法，具体来说是一种用于丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）微孔发泡材料的发泡母粒及其制备方法，属于微孔发泡材料技术领域。

背景技术

ABS是一种由聚丁二烯橡胶与单体苯乙烯和丙烯睛接枝而成的共聚物，其具有抗冲击性、耐低温性、绝缘性能优良，表面光泽性良好，容易涂装着色等优点，主要应用于机械、汽车、建材和电子、电器工业中。

发泡塑料与未发泡材料相比，密度可以降低5%～95%，从而降低原材料消耗和成本，同时具有隔音隔热性能好、吸收冲击载荷、缓冲性能好、价格低廉等优点。这其中微孔发泡塑料与普通发泡材料相比具有更加致密和均匀的泡孔结构，泡孔密度更高，所得制品的综合性能更加优异，表面质量更好，制品的收缩和翘曲更低，可以加工成薄壁制品，因此微孔发泡材料是近期泡沫材料研究领域的热点之一，而目前主要以聚烯烃、聚碳酸酯等塑料为基体的发泡材料的研究为主。鉴于微孔发泡技术的上述优点，制备ABS微孔发泡制品成为降低成本的一种有效途径。但目前ABS微孔发泡材料的开发难度较大，特别是国内尚未形成相关的核心技术，同时关于ABS微孔发泡的工艺主要集中于间歇釜压发泡、模压发泡和物理发泡注塑工艺，而关于化学发泡注塑工艺的应用较少。间歇釜压法和模压法虽然控制参数少，比较容易控制泡孔尺寸，易于分析加工过程对结构与性能的影响，但其制备周期长，效率低，仅适用于理论研究。物理发泡注塑工艺的设备复杂，投资较大，制造成本高，操作工艺复杂。

化学发泡注塑工艺不仅成型周期短，生产效率高，能一次成型外形复杂和尺寸精确的微孔发泡制品，而且设备简单，操作简易。但目前直接针对于ABS微孔注塑成型用化学发泡母粒的相关专利未见报道。

文献1“专利申请号为201110322117.8中国专利”公开了一种增韧发泡母粒的制备方法，其采用低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物为载体，所制备母粒用于聚丙烯及聚丙烯基复合材料发泡材料的制备。该发明涉及的发泡母粒用于ABS及其复合材料的微孔发泡时易产生分层等不良现象。文献2“专利申请号为201310315454.3中国专利”公开了一种用于聚苯乙烯微孔发泡的发泡母粒，该发明涉及的发泡母粒也不适用于ABS及其复合材料的微孔发泡。

有鉴于此，研究一种适用于注塑成型的化学发泡母粒就显得比较重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种用于ABS微孔发泡材料的发泡母粒及其制备方法，用于注塑成型的化学发泡母粒，其与ABS材料的相容性高，所得ABS微孔发泡材料泡孔细小，分布均匀，从而可实现ABS材料的减重，节约ABS用量，以克服现有技术的不足。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于ABS微孔材料的发泡母粒，按重量计算，聚合物载体20-70份，ABS树脂15-60份，发泡剂2-20份，活化剂1-7份，润滑剂0.1-1份。在本方案中，采用聚合物为载体将发泡剂制备成母粒形式，可以提高发泡剂的分散性，避免直接添加粉末状发泡剂易发生分散不均匀现象，并减少环境污染。同时载体和ABS含量过少将不能完全包覆发泡剂或活化剂，导致分散不均匀；而载体过多又会对ABS发泡材料的力学性能产生影响。发泡剂在注塑过程中发生分解以为聚合物中微孔的形成提供气体，当发泡剂含量过高时，发泡过程中将产生过多的气体，形成的泡孔尺寸大，易发生泡孔合并、塌陷等现象；当发泡剂含量过少时，产生的气体少，形成的泡孔数量少，易导致发泡不完全。在本方案中活化剂主要用于降低发泡剂的分解温度并使发泡剂保持较高的发气量，活化剂过高或过少均不利于发泡剂分解温度的降低，且分解产物易发生颜色变化，造成注塑产品颜色不均匀。润滑剂主要用于减少各组分与螺杆和设备间的剪切力和摩擦，进而降低加工过程产生的摩擦热，有利于加工过程的稳定，提高发泡剂的分散性，同时防止发泡剂提前分解；润滑剂过少，不利于加工温度下聚合物的塑化；过多易导致物料与螺杆打滑，产生物料混合不均匀及部分不熔现象。

优选地，所述聚合物载体为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）或抗冲击聚苯乙烯（HIPS）中的一种或两种。相对于常用的POE和HDPE等聚合物载体，SBS和HIPS与ABS具有良好的相容性，制备过程中不易产生分层现象，同时能够在泡孔周围提供一定的熔体强度，有利于泡孔的长大和定型。

优选地，所述的发泡剂为偶氮二甲酰胺，其粒径为1-20μm。本发明中所采用的偶氮二甲酰胺是一种食品级有机化学发泡剂，其本身无毒，产生的气体主要为氮气，无环境污染，与无机发泡剂相比其在聚合物中的分散性好，发气量大，分解速度快。较小粒径的AC具有较大的比表面，增加了与活化剂的接触面积，有利于提高AC的分解速率，促使聚合物形成较小的微孔，但AC粒径过小时，分解速率过快又不利于泡孔的分散，进而影响泡孔质量；AC粒径过大时，其分解速率过慢，发气量少，易导致发泡不完全，影响泡孔尺寸和密度。

优选地，所述的活化剂包括氧化锌和硬脂酸锌，其重量份比为4-6:1。氧化锌和硬脂酸锌是AC最有效的分解活化剂，在较低温度下即可促进AC分解，其中氧化锌还有抑制AC分解产生氰酸的作用，进而防止螺杆和机筒等被腐蚀。本发明中氧化锌与硬脂酸锌的配比能够有效地使AC分解温度降低在本发明的加工温度范围内，同时此比例范围内AC的分解产物颜色较浅，对注塑产品无颜色污染。

优选地，所述的润滑剂为白油或DOP中的一种或者两种。白油和DOP具有增塑作用，有利于增强聚合物的柔韧性，提高加工性。

前述用于ABS微孔材料的发泡母粒的制备方法包括以下步骤：

（1）将计量好的ABS树脂与活化剂和润滑剂在混料机中混合均匀后，采用双螺杆挤出机挤出造粒，料筒温度为190-220℃，螺杆转速为150-300r/min；本步中利用双螺杆挤出机良好的混炼能力以提高活化剂在ABS中的分散性，同时在此温度和转速范围内即可保证ABS与活化剂的混合物易于加工且混合均匀又可防止ABS发生过热降解，并降低ABS的塑化温度。

（2）将计量好的聚合物载体、发泡剂、润滑剂在混炼机中混合均匀后，采用双螺杆挤出机挤出造粒，料筒温度为100-150℃，螺杆转速为100-250r/min；本步中利用双螺杆挤出机良好的混炼能力以提高发泡剂在载体中的分散性，在此温度和转速范围内即可保证载体与发泡剂的混合物易于加工且混合均匀又可防止发泡剂过早发生分解。

（3）将上述步骤（1）和（2）中所得的的两种粒料在双转子连续混炼机与单螺杆挤出机机组中造粒，料筒温度为100-150℃，螺杆转速为60-150r/min，即得到发泡母粒。本步中利用双转子连续混炼机与单螺杆挤出机机组较低的剪切力将步骤（1）和（2）中所得的的两种粒料在此温度和转速范围内进行造粒，即可保证混合物易于加工，又可保证活化剂与发泡剂在加工过程中未发生反应，进而防止发泡剂的分解，得到性能稳定的发泡母粒。经过步骤（1）、（2）和（3）后，即解决了粉末状活化剂和发泡剂在载体中的分散性问题，同时防止了活化剂和发泡剂在加工过程中发生反应，保证了发泡母粒的质量。

本发明的有益效果：本发明提供了一种以SBS或/和HIPS为载体的发泡母粒，可用于所有ABS材料及其复合材料中，且本发明提供的制备方法工艺简单，对设备要求低，生产效率高，适用于大规模工业化生产。该方法制得的母粒因采用SBS或/和HIPS为载体，与ABS的相容性高，发泡剂能够更好地分散在基体材料中，所得的ABS注塑产品的泡孔结构更加均匀致密，同时能够节约ABS原材料10%以上。

附图说明

图1是实施例1的泡孔形态图；

图2是实施例2的泡孔形态图；

图3是实施例3的泡孔形态图；

图4是实施例4的泡孔形态图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

实施例1：

（1）首先将ABS45份与氧化锌4份、硬脂酸锌0.75份和白油0.25份在混料机中混合均匀后，采用双螺杆挤出机挤出造粒，料筒温度190-200℃，螺杆转速200r/min；

（2）将SBS39.8份、粒径为1-20μm的偶氮二甲酰胺9.95份、白油0.25份在混料机中混合均匀后，采用双螺杆挤出机挤出造粒，料筒温度125-145℃，螺杆转速150r/min；

（3）取上述步骤（1）中的粒料与步骤（2）中的粒料，混合均匀后，在双转子连续混练机与单螺杆挤出机机组中挤出造粒，料筒温度100-120℃，螺杆转速120r/min，得到发泡母粒。

（4）将上述步骤（3）所得到的发泡母粒与ABS按重量比1:9共混均匀后，在注塑机上制备标准样条，其性能测试结果如表1所示，泡孔形态如图1所示。

实施例2：

（1）首先将ABS29.8份与氧化锌2.76份、硬脂酸锌0.57份和DOP0.17份在混料机中混合均匀后，采用双螺杆挤出机挤出造粒，料筒温度190-210℃，螺杆转速200r/min；

（2）将SBS53.1份、粒径为1-20μm的偶氮二甲酰胺13.27份、DOP0.33份在混料机中混合均匀后，采用双螺杆挤出机挤出造粒，料筒温度125-145℃，螺杆转速150r/min；

（3）取上述步骤（1）中的粒料与步骤（2）中的粒料，混合均匀后，在双转子连续混练机与单螺杆挤出机机组中挤出造粒，料筒温度110-130℃，螺杆转速120r/min，得到发泡母粒。

（4）将上述步骤（3）所得到的发泡母粒与ABS按重量比3:17共混均匀后，在注塑机上制备标准样条，其性能测试结果如表1所示，泡孔形态如图2所示。

实施例3：

（1）首先将ABS29.8份与氧化锌2.76份、硬脂酸锌0.57份和白油0.17份在混料机中混合均匀后，采用双螺杆挤出机挤出造粒，料筒温度190-200℃，螺杆转速200r/min；

（2）将HIPS59.7份、粒径为1-20μm的偶氮二甲酰胺6.64份、白油0.36份在混料机中混合均匀后，采用双螺杆挤出机挤出造粒，料筒温度110-130℃，螺杆转速150r/min；

（3）取上述步骤（1）中的粒料与步骤（2）中的粒料，混合均匀后，在双转子连续混练机与单螺杆挤出机机组中挤出造粒，料筒温度100℃，螺杆转速100-120r/min，得到发泡母粒。

（4）将上述步骤（3）所得到的发泡母粒与ABS按重量比3:17共混均匀后，在注塑机上制备标准样条，其性能测试结果如表1所示，泡孔形态如图3所示。

实施例4：

（1）首先将ABS29.8份与氧化锌2.78份、硬脂酸锌0.55份和DOP0.15份在混料机中混合均匀后，采用双螺杆挤出机挤出造粒，料筒温度190-200℃，螺杆转速200r/min；

（2）将SBS29.85份、HIPS29.85份、粒径为1-20μm的偶氮二甲酰胺6.67份、DOP0.35份在混料机中混合均匀后，采用双螺杆挤出机挤出造粒，料筒温度110-130℃，螺杆转速150r/min；

（3）取上述步骤（1）中的粒料与步骤（2）中的粒料，混合均匀后，在双转子连续混练机与单螺杆挤出机机组中挤出造粒，料筒温度100-120℃，螺杆转速125r/min，得到发泡母粒。

（4）将上述步骤（3）所得到的发泡母粒与ABS按重量比3:17共混均匀后，在注塑机上制备标准样条，其性能测试结果如表1所示，泡孔形态如图4所示。

表1

通过表1及图1至图4可知，本发明发泡母粒在用于制备发泡材料时，泡孔尺寸细小，密度大，分布均匀，同时ABS用量少，减重效果良好。

另外由于本发明配方提供的范围端值与前述实施例1-4中的值在试验时是一种平行的关系，因此不再重述。

上述实施例仅为本发明的实施方式之一，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均在本发明的权利保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于ABS微孔材料的发泡母粒，其特征在于：按重量计算，聚合物载体20-70份，ABS树脂15-60份，发泡剂2-20份，活化剂1-7份，润滑剂0.1-1份。

2.根据权利要求1所述的用于ABS微孔材料的发泡母粒，其特征在于：所述聚合物载体为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物或抗冲击聚苯乙烯中的一种或两种。

3.根据权利要求1所述的用于ABS微孔材料的发泡母粒，其特征在于：所述的发泡剂为偶氮二甲酰胺，其粒径为1-20μm。

4.根据权利要求1所述的用于ABS微孔材料的发泡母粒，其特征在于：所述的活化剂包括氧化锌和硬脂酸锌，其重量份比为4-6:1。

5.根据权利要求1所述的用于ABS微孔材料的发泡母粒，其特征在于：所述的润滑剂为白油或DOP中的一种或者两种。

6.如权利要求1所述用于ABS微孔材料的发泡母粒的制备方法，其特征在于：

（1）将计量好的ABS树脂与活化剂和润滑剂在混料机中混合均匀后，采用双螺杆挤出机挤出造粒；

（2）将计量好的聚合物载体、发泡剂、润滑剂在混料机中混合均匀后，采用双螺杆挤出机挤出造粒；

（3）将上述步骤（1）和（2）中所得的的两种粒料在双转子连续混炼机与单螺杆挤出机机组中造粒，即得到发泡母粒。

7.根据权利要求6所述用于ABS微孔材料的发泡母粒的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中料筒温度为190-220℃，螺杆转速为150-300r/min。

8.根据权利要求6所述用于ABS微孔材料的发泡母粒的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中料筒温度为100-150℃，螺杆转速为100-250r/min。

9.根据权利要求6所述用于ABS微孔材料的发泡母粒的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中料筒温度为100-150℃，螺杆转速为60-150r/min。