CN105907021B - 耐寒的改性abs材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高分子材料领域，公开了一种耐寒的改性ABS材料及其制备方法。本发明包括以下组分(质量百分数)：ABS再生料50‑65％、TPU再生料5‑15％、苯乙烯‑丙烯腈共聚物10‑25％、增韧母粒8‑10％、相容剂1‑2％、抗氧化剂0.2‑0.4％、耐寒剂2‑5％和扩散剂0.3‑0.5％。本发明成本低、制备便捷，兼具优异的力学性能和耐寒性。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，特别是涉及一种耐寒的改性ABS材料及其制备方法。
背景技术
ABS树脂是通用型的热塑性塑料，具有优良的物理力学性能、表面硬度、耐热度和较高的强度，被广泛应用于汽车仪表台、家电外壳、办公用品及管型材等领域。TPU是热塑性弹性体橡胶，具有优异的承载能力，耐磨，弹性好，抗冲击性能突出，广泛应用与电子产品、家用电器、办公用品及汽车等领域。当这些产品到达其使用寿命时就会产生大量的再生料，目前对于次料、次品或回收品的处理主要有回收、填埋处理，抽粒降为普通塑料使用以及制作改性材料。由于回收回来的树脂材料，其力学性能大大低于新鲜原料，若想将回收料经过改性后继续使用，就必须进行不同于新鲜原料的改性处理，以提升其韧性、抗冲击性、耐腐蚀性、耐候性和阻燃性，以达到不同用途的材料性能要求。若合理的利用这些再生料即可解决环境污染的问题又很大程度上降低了成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种成本低、制备便捷，兼具优异的力学性能和耐寒性的改性ABS材料。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明耐寒的改性ABS材料，包括以下组分(质量百分数)：ABS再生料50-65％、TPU再生料5-15％、苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)10-25％、增韧母粒8-10％、相容剂1-2％、抗氧化剂0.2-0.4％、耐寒剂2-5％和扩散剂0.3-0.5％。
本发明耐寒的改性ABS材料，进一步的，所述TPU再生料的邵氏硬度不低于90A。
本发明耐寒的改性ABS材料，进一步的，所述增韧母粒包括以下组分(质量百分数)：高胶粉93-97％、橡胶2.5-6％和硅烷偶联剂0.5-2％。
本发明耐寒的改性ABS材料，进一步的，所述橡胶为SBR、BR和NBR中的一种或几种。
本发明耐寒的改性ABS材料，进一步的，所述增韧母粒按照以下步骤制备而成：
a)将高胶粉与橡胶投入混匀机中，低速搅拌混匀8-10min；
b)向步骤a)所得混匀料中投入硅烷偶联剂，低速搅拌混匀1-2min；
c)将步骤b)所得混匀料投入双螺杆造料机进行混合造粒，主机转速80-100r/min，喂料速度：30-40r/min，螺杆加热温度：150-175℃。
本发明耐寒的改性ABS材料，进一步的，所述相容剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)或ABS-g-MAH。
本发明耐寒的改性ABS材料，进一步的，所述抗氧化剂为亚磷酸酯类抗氧剂和抗氧化剂1010。
本发明耐寒的改性ABS材料，进一步的，所述耐寒剂为丁基橡胶或乙烯三元共聚物。
本发明耐寒的改性ABS材料，进一步的，所述扩散剂为硬脂酸锌或硬脂酸镁。
本发明耐寒的改性ABS材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)备料：按照以下组分(质量百分比)进行备料：ABS再生料50-65％、TPU再生料5-15％、苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)10-25％、增韧母粒8-10％、相容剂1-2％、抗氧化剂0.2-0.4％、耐寒剂2-5％和扩散剂0.3-0.5％；
(2)将ABS再生料、TPU再生料和SAN投入混匀机，低速搅拌8-10min；
(3)向步骤(2)混匀物料中加入增韧母粒和相容剂，低速搅拌6-8min；
(4)向步骤(3)混匀物料中加入抗氧化剂、耐寒剂和扩散剂，搅拌混匀2-3min；
(5)造粒：将步骤(4)得到的混匀物料投入双螺杆造料机进行混合造粒，主机转速80-100r/min,喂料速度：40-60r/min，螺杆加热温度：上阶温度175-200℃，下阶温度190-200℃。
本发明耐寒的改性ABS材料与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明耐寒的改性ABS材料选用了ABS再生料、TPU再生料和苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)混合使用，配以多种功能性添加剂，制得了同时具有较好的力学性能、耐寒性、耐候性以及抗老化性能的改性ABS材料，可在零下30℃的环境中，耐受落球实验而不发生任何开裂。
主料ABS和TPU采用的均为再生料，不但降低了成本，也减轻了环境的负担，与SAN三种主料再生料相互配合，缺一不可，且不可替代，三种主料仅在特定的比例范围内与其他功能性助剂相配合作用，使得本发明所得改性材料具有优良的力学性能、耐寒性、耐候性以及抗老化性能。经随机检测，本发明制备得到的改性ABS材料与现有市售耐寒性ABS材料的力学性能和耐寒性能相当，但是本方法制备产品每吨所需成本约为8800元，而市售耐寒性产品的成本约为每吨12000元，本发明利用再生料进行生产，大大节约了成本，减轻了环境负担。
在本发明耐寒的改性ABS材料中，使用自制的增韧母粒，将高胶粉、橡胶以及硅烷偶联剂以一定的配比进行混合造粒，能够平衡材料中三种主料的性能，并与其他功能性助剂协同作用，不发生任何功能性的抵触，使制得的产品具有较好的力学性能和优异的耐寒性能。
具体实施方式
制备实施例
按照以下方法制备耐寒的改性ABS材料：
(1)备料：按照表1所示组分用量进行备料；
(2)将ABS再生料、TPU再生料和SAN投入混匀机，低速搅拌8-10min；
(3)向步骤(2)混匀物料中加入增韧母粒和相容剂，低速搅拌6-8min；
(4)向步骤(3)混匀物料中加入抗氧化剂、耐寒剂和扩散剂，搅拌混匀2-3min；
(5)造粒：将步骤(4)得到的混匀物料投入双螺杆造料机进行混合造粒，主机转速80-100r/min,喂料速度：40-60r/min，螺杆加热温度：上阶温度175-200℃，下阶温度190-200℃。
表1制备实施例的具体组分用量(质量百分比)
其中，增韧母粒按照以下步骤制备而成：
a)备料：按照表2所述组分用量进行备料；
b)将高胶粉与橡胶投入混匀机中，低速搅拌混匀8-10min；
c)向步骤b)所得混匀料中投入硅烷偶联剂，低速搅拌混匀1-2min；
d)将步骤c)所得混匀料投入双螺杆造料机进行混合造粒，主机转速80-100r/min,喂料速度：30-40r/min，螺杆加热温度：150-175℃。
表2增韧母粒的具体组分用量(质量百分数)
将上述制备实施例方法制得的产品进行基本的性能指标检测，具体的检测结果如表3所示。
其中，缺口冲击强度、拉伸强度、伸长率和弯曲强度按照GB/T12672-2009“丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂”中规定的方法进行测定。
耐寒性能采用测试方法：-30℃的环境温度下，将重2kg的钢球，在距离待测产品60cm的高处，垂直降落在待测产品表面。
表3制备实施例制得产品的性能检测结果
| 制备例1 | 制备例2 | 制备例3 | 制备例4 | 制备例5 | |
| 缺口冲击强度(kg·cm/cm) | 18 | 16 | 20.5 | 22 | 19 |
| 拉伸强度(Mpa) | 40 | 42.5 | 45 | 48 | 50 |
| 伸长率(％) | 30 | 28 | 25 | 22 | 21 |
| 弯曲强度(Mpa) | 108 | 115 | 126 | 135 | 120 |
| 耐寒性 | 未开裂 | 未开裂 | 未开裂 | 未开裂 | 未开裂 |
由表2可知，采用本发明方法制备得到的改性ABS材料的缺口冲击强度为16-22kg·cm/cm，拉伸强度为40-50Mpa，弯曲强度为108-135Mpa，伸长率为21-30％，材料力学性能良好。在-30℃的环境温度下，经落球实验测试，改性ABS材料未开裂，说明其耐寒性能良好。
对比实施例1
以上述制备实施例5所示组分用量为对照组，对组分用量进行一些改动，将ABS再生料、TPU再生料和SAN三个主要成分的使用情况进行了调整，其余功能性助剂组分的选用和用量均与制备实施例5相同，设置了3个实验组，组分具体调整情况如表3所示，每个实验组设置3个平行，将各组原料按照制备实施例中所述方法，控制相同的工艺参数。
表3对比实施例1区别具体组分用量(质量百分比)
| 制备例5 | 实验组1 | 实验组2 | 实验组3 | |
| ABS再生料 | 50.4 | 50.4 | 50.4 | 50.4 |
| TPU再生料 | 15 | 36 | 31 | |
| SAN | 21 | 36 | 5 | |
| 增韧母粒 | 9 | 9 | 9 | 9 |
将对比实施例1各组实验制得的产品按照上述检测方法进行基本性能检测，具体检测结果如表4所示。同时，随机选购了市售的由东莞市畅翔工程塑料原料有限公生产的具有耐寒性能的ABS塑料“台湾奇美PA-709”，与上述产品共同做性能检测，检测结果如表4所示。
表4对比实施例1各组产品性能检测结果
| 制备例5 | 实验组1 | 实验组2 | 实验组3 | 市售材料 | |
| 缺口冲击强度(kg·cm/cm) | 19 | 21 | 12 | 17 | 21 |
| 拉伸强度(Mpa) | 50 | 30 | 55 | 45 | 49 |
| 伸长率(％) | 21 | 25 | 15 | 19 | 23 |
| 弯曲强度(Mpa) | 120 | 65 | 129 | 85 | 114 |
| 耐寒性 | 未开裂 | 未开裂 | 未开裂 | 未开裂 | 未开裂 |
由表4可知，实验组1将SAN组分去掉后，采用相同的制备方法制得的产品与制备实施例5相比，拉伸强度以及弯曲强度均有接近40-50％的降低，伸长率也有约20％的增加，缺口冲击强度差异不大，说明材料的抗拉强度以及抗弯强度有较大幅度的下降。
实验组2将TPU再生料组分去掉后，采用相同的制备方法制得的产品与制备实施例5相比，缺口冲击强度有接近40％的降低，弯曲强度和拉伸强度没有明显的变化，而伸长率反而有约30％的降低，说明材料的韧性有较大幅度的下降，材料的刚性有较大幅度的提升，耐寒性能未见较大差异。
实验组3虽然没有去掉任何的组分，但是调整了TPU再生料和SAN的组成比例，采用相同的制备方法制得的产品与制备实施例5相比，缺口冲击强度、弯曲强度以及拉伸强度均有10-20％的降低，材料整体的力学性能发生一定程度的减弱，耐寒性能未见较大差异。
与制备例5所得改性产品相比，市售现有材料的缺口冲击强度、拉伸强度以及弯曲强度与制备例5所得产品相差无几，市售材料的力学性能与本发明所得产品相似。产品的耐寒性能测试显示，两者耐寒性能相似，但是本方法制备实施例制备改性产品每吨所需成本约为8800元，而市售耐寒性产品的成本约为每吨12000元，本发明利用再生料进行生产，选取了合适的配料和辅料，使得制备的改性ABS材料具有与新鲜ABS料制备得到的产品相当的性能，大大节约了成本，减轻了环境负担。
对比实施例2
以上述制备实施例1所示组分用量为对照组，随机选用几种常用增韧剂替代增韧母粒，设置3个实验组，其余组分的选料和用量与制备实施例1相同，并采用相同的步骤和工艺参数进行制备，每组实验设置3个平行，各组增韧剂的使用情况如表5所示。
表5对比实施例2各组增韧剂使用情况
| 增韧剂 | 制备例1 | 实验组1 | 实验组2 | 实验组3 |
| 种类 | 增韧母粒 | NBR | SBS | 高胶粉 |
| 用量(质量百分比) | 10 | 10 | 10 | 10 |
如表5所述，选择了几种塑料工艺中常用的增韧剂，NBR、SBS和高胶粉替换增韧母粒加入到制备实施例1中，采用相同的工艺和参数进行制备，对制得的产品按照上述检测方法进行基本性能检测，具体检测结果如表6所示。
表6对比实施例2各组产品性能检测结果
| 制备例1 | 实验组1 | 实验组2 | 实验组3 | |
| 缺口冲击强度(kg·cm/cm) | 18 | 14 | 12 | 18 |
| 拉伸强度(Mpa) | 40 | 42 | 35 | 38 |
| 伸长率(％) | 30 | 25 | 32 | 20 |
| 弯曲强度(Mpa) | 108 | 95 | 100 | 112 |
| 耐寒性 | 未开裂 | 开裂 | 未开裂 | 开裂 |
如表6所示，选用现有市售增韧剂丁腈橡胶(NBR)制得的产品缺口冲击强度和弯曲强度均比本方法制备实施例1制得的产品降低约20％，材料的耐寒性能检测试验显示，实验组1的产品出现明显的开裂现象，可见，NBR并不能与本发明中的其他材料组分配合以达到较好的力学性能和优异的耐寒性能。
实验组2选用苯乙烯系热塑性弹性体(SBS)为增韧剂制得的产品缺口冲击强度比本方法制备实施例1制得的产品降低约30％，拉伸强度和弯曲强度也有一定程度的降低，可见，SBS虽然对材料的耐寒性能影响不大，但是材料的力学性能受到了一定程度的影响，为克服这个缺陷，可能需要加入多种其他功能性助剂或大范围调整组分配比。
实验组3选用高胶粉为增韧剂制得的产品与本方法制备实施例1制得的产品相比，力学性能相当，但是耐寒性能测试实验显示，产品出现了明显的开裂现象，可见，高胶粉对材料的耐寒性能会有较大的消极作用。
在本发明耐寒的改性ABS材料中，使用自制的增韧母粒，将高胶粉、橡胶以及硅烷偶联剂以一定的配比进行混合造粒，能够平衡材料中三种主料的性能，并与其他功能性助剂协同作用，不发生任何功能性的抵触，使制得的产品具有较好的力学性能和优异的耐寒性能。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.耐寒的改性ABS材料，其特征在于：包括以下组分(质量百分数)：ABS再生料50-65％、TPU再生料5-15％、苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)10-25％、增韧母粒8-10％、相容剂1-2％、抗氧化剂0.2-0.4％、耐寒剂2-5％和扩散剂0.3-0.5％；所述增韧母粒包括以下组分(质量百分数)：高胶粉93-97％、橡胶2.5-6％和硅烷偶联剂0.5-2％；所述橡胶为SBR、BR和NBR中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的耐寒的改性ABS材料，其特征在于：所述TPU再生料的邵氏硬度不低于90A。
3.根据权利要求1所述的耐寒的改性ABS材料，其特征在于：所述增韧母粒按照以下步骤制备而成：
a)将高胶粉与橡胶投入混匀机中，低速搅拌混匀8-10min；
b)向步骤a)所得混匀料中投入硅烷偶联剂，低速搅拌混匀1-2min；
c)将步骤b)所得混匀料投入双螺杆造料机进行混合造粒，主机转速80-100r/min，喂料速度：30-40r/min，螺杆加热温度：150-175℃。
4.根据权利要求1所述的耐寒的改性ABS材料，其特征在于：所述相容剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)或ABS-g-MAH。
5.根据权利要求1所述的耐寒的改性ABS材料，其特征在于：所述抗氧化剂为亚磷酸酯类抗氧剂和抗氧化剂1010。
6.根据权利要求1所述的耐寒的改性ABS材料，其特征在于：所述耐寒剂为丁基橡胶或乙烯三元共聚物。
7.根据权利要求1所述的耐寒的改性ABS材料，其特征在于：所述扩散剂为硬脂酸锌或硬脂酸镁。
8.制备权利要求1所述的耐寒的改性ABS材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)备料：按照以下组分(质量百分比)进行备料：ABS再生料50-65％、TPU再生料5-15％、苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)10-25％、增韧母粒8-10％、相容剂1-2％、抗氧化剂0.2-0.4％、耐寒剂2-5％和扩散剂0.3-0.5％；
(2)将ABS再生料、TPU再生料和SAN投入混匀机，低速搅拌8-10min；
(3)向步骤(2)混匀物料中加入增韧母粒和相容剂，低速搅拌6-8min；
(4)向步骤(3)混匀物料中加入抗氧化剂、耐寒剂和扩散剂，搅拌混匀2-3min；
(5)造粒：将步骤(4)得到的混匀物料投入双螺杆造料机进行混合造粒，主机转速80-100r/min,喂料速度：40-60r/min，螺杆加热温度：上阶温度175-200℃，下阶温度190-200℃。
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