CN109054278B - 一种高光阻燃型abs/pmma合金材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高光阻燃型ABS/PMMA合金材料的制备方法，涉及合金材料技术领域，包括以下步骤：(1)阻燃剂载体的制备，(2)阻燃成分的负载，(3)添加型阻燃剂的制备，(4)ABS/PMMA合金材料的制备。本发明所制ABS/PMMA合金材料的光泽度好，在阻燃剂添加量为5％时其阻燃等级即可达到UL94‑V0级；并且物理机械性能优异，韧性好；综合ABS树脂和PMMA树脂的性能优势，从而提高所制合金材料的综合使用性能。
Description
技术领域：
本发明涉及合金材料技术领域，具体涉及一种高光阻燃型ABS/PMMA合金材料的制备方法。
背景技术：
ABS树脂是指丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料，用于制备仪表、电器、电气、机械等各种零件。
PMMA，聚甲基丙烯酸甲酯的简称，俗称有机玻璃，是迄今为止合成透明材料中质地最优异、价格又比较适宜的品种，具有良好的化学稳定性和耐候性。
由于ABS树脂的表面硬度偏低且不耐刮、不阻燃，因此限制了其在一些领域的应用。研究发现，通过将ABS与PMMA共混而制得ABS/PMMA合金，可有效增强ABS的表面硬度及提高拉伸及弯曲性能，但是简单地将ABS与PMMA共混容易导致合金制品的光泽度性能不佳，且合金没有阻燃效果。
专利CN201210072082.1公开了一种高光阻燃ABS/PMMA合金，包括组分ABS树脂、PMMA树脂、增韧剂、阻燃剂、阻燃协效剂、润滑剂、抗氧剂，所制ABS/PMMA合金阻燃等级可达UL94-V0，光泽度可达84％；但阻燃剂的添加量为10-25％，同时还需配合添加阻燃协效剂。并且只有实施例3在阻燃剂添加量达到20％时所制合金的阻燃等级才能达到UL94-V0，由此说明其所用阻燃剂的阻燃性能不佳，要想获得良好阻燃效果必须增加阻燃剂的添加量。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种制备步骤简单易行、制备原料广泛易得的ABS/PMMA合金材料的制备方法，所制ABS/PMMA合金材料具有高光泽和高阻燃性能。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
一种高光阻燃型ABS/PMMA合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)阻燃剂载体的制备：将海泡石纤维分散于85-95％乙醇中，并加入二甲基丙烯酸锌、引发剂和链转移剂，加热至回流状态保温搅拌，反应结束后减压浓缩以回收乙醇，浓缩剩余物加水洗涤，经冷冻干燥机干燥后利用粉碎机制成粗粉，即得阻燃剂载体；
(2)阻燃成分的负载：将上述阻燃剂载体分散于65-75％乙醇中，再加入纳米二氧化钛，搅拌均匀后利用微波反应器微波回流搅拌5min，间隔5min后再次微波回流搅拌5min，如此反复直至完成负载，减压浓缩以回收乙醇，继续减压浓缩至水分蒸干，浓缩剩余物置于70-80℃烘箱中干燥至恒重，最后经粉碎机制成粗粉；
(3)添加型阻燃剂的制备：将上步所得粗粉置于-10℃环境中密封冷冻8-12h，并经超微粉碎机制成微粉，然后加入聚氧化乙烯，充分混合均匀，再于温度110-120℃、压力3-4MPa下热压2-5min，自然冷却至室温，最后将所得片状物经超微粉碎机制成微粉，即得添加型阻燃剂；
(4)ABS/PMMA合金材料的制备：将ABS树脂、PMMA树脂、玻璃纤维、添加型阻燃剂、抗氧剂、紫外线吸收剂加入高速混合机中，混料均匀后送入双螺杆挤出机中，经熔融挤出造粒，挤出机各区间温度：一区185-190℃、二区195-200℃、三区195-200℃、四区200-205℃、五区200-205℃，模头温度205-210℃，挤出机转速15-35r/min，喂料器转速15-30r/min，即得ABS/PMMA合金材料。
所述海泡石纤维、二甲基丙烯酸锌、引发剂、链转移剂的质量比为30-50:5-15:0.05-1:0.05-1。
所述引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的一种，链转移剂为十二硫醇。
所述阻燃剂载体、纳米二氧化钛、聚氧化乙烯的质量比为30-50:30-50:1-10。
所述聚氧化乙烯的分子量为50-100万。
所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂264中的一种或几种，紫外线吸收剂选自紫外线吸收剂UV-531、紫外线吸收剂UV-327、紫外线吸收剂UV-9中的一种或几种。
所述ABS树脂、PMMA树脂、玻璃纤维、添加型阻燃剂、抗氧剂、紫外线吸收剂的质量比为25-50:25-50:1-10:1-10:0.1-0.5:0.1-0.5。
所述阻燃成分的负载步骤中与纳米二氧化钛一起加入的还有水溶胶，纳米二氧化钛与水溶胶的质量比为10:1-5，水溶胶固含量为60-70％。
所述水溶胶是由硅酸镁铝、多聚谷氨酸均匀分散于水中而制成，硅酸镁铝、多聚谷氨酸的质量比为5:1-5。
所述多聚谷氨酸选用水处理级多聚谷氨酸。
所述微波反应器的微波频率为2450MHz、输出功率为700W。
本发明的有益效果是：
(1)本发明利用二甲基丙烯酸锌对海泡石纤维进行改性处理，二甲基丙烯酸锌在引发剂和链转移剂作用下发生原位聚合生成聚二甲基丙烯酸锌，并且生成的聚二甲基丙烯酸锌即时融入海泡石纤维的三维结构中，从而增强海泡石纤维的负载性能和赋予海泡石纤维一定的阻燃性能；
(2)本发明以纳米二氧化钛作为阻燃成分，以改性海泡石纤维作为载体，通过负载在海泡石纤维上牢固附着纳米二氧化钛，利用纳米二氧化钛和改性海泡石纤维的阻燃性能来综合提高所制添加型阻燃剂的使用性能；
(3)本发明以聚氧化乙烯作为助分散剂，以提高所制添加型阻燃剂与树脂基体的共混相容性，从而使所制添加型阻燃剂发挥最佳的阻燃性能；
(4)本发明通过水溶胶的额外添加来提高纳米二氧化钛的负载率，以降低所制添加型阻燃剂在树脂基体中的添加量，并同时保证其阻燃性能；
(5)本发明所制ABS/PMMA合金材料的光泽度好，在阻燃剂添加量为5％时其阻燃等级即可达到UL94-V0级；并且物理机械性能优异，韧性好；综合ABS树脂和PMMA树脂的性能优势，从而提高所制合金材料的综合使用性能。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
(1)阻燃剂载体的制备：将40g海泡石纤维分散于95％乙醇中，并加入15g二甲基丙烯酸锌、0.5g引发剂偶氮二异丁腈和0.5g链转移剂十二硫醇，加热至回流状态保温搅拌，反应结束后减压浓缩以回收乙醇，浓缩剩余物加水洗涤，经冷冻干燥机干燥后利用粉碎机制成粗粉，即得阻燃剂载体；
(2)阻燃成分的负载：将上述50g阻燃剂载体分散于75％乙醇中，再加入35g纳米二氧化钛，搅拌均匀后利用微波反应器微波回流搅拌5min，间隔5min后再次微波回流搅拌5min，如此反复，微波处理总时间30min，减压浓缩以回收乙醇，继续减压浓缩至水分蒸干，浓缩剩余物置于70℃烘箱中干燥至恒重，最后经粉碎机制成粗粉；微波反应器的微波频率为2450MHz、输出功率为700W；
(3)添加型阻燃剂的制备：将上步所得粗粉置于-10℃环境中密封冷冻8h，并经超微粉碎机制成微粉，然后加入4g分子量50万的聚氧化乙烯，充分混合均匀，再于温度120℃、压力3MPa下热压3min，自然冷却至室温，最后将所得片状物经超微粉碎机制成微粉，即得添加型阻燃剂；
(4)ABS/PMMA合金材料的制备：将48g ABS树脂、38g PMMA树脂、8g玻璃纤维、5g添加型阻燃剂、0.5g抗氧剂1010、0.5g紫外线吸收剂UV-531加入高速混合机中，混料均匀后送入双螺杆挤出机中，经熔融挤出造粒，挤出机各区间温度：一区185-190℃、二区195-200℃、三区195-200℃、四区200-205℃、五区200-205℃，模头温度205-210℃，挤出机转速25r/min，喂料器转速15r/min，即得ABS/PMMA合金材料。
实施例2
(1)阻燃剂载体的制备：将40g海泡石纤维分散于95％乙醇中，并加入15g二甲基丙烯酸锌、0.5g引发剂偶氮二异丁腈和0.5g链转移剂十二硫醇，加热至回流状态保温搅拌，反应结束后减压浓缩以回收乙醇，浓缩剩余物加水洗涤，经冷冻干燥机干燥后利用粉碎机制成粗粉，即得阻燃剂载体；
(2)阻燃成分的负载：将上述50g阻燃剂载体分散于75％乙醇中，再加入35g纳米二氧化钛，搅拌均匀后利用微波反应器微波回流搅拌5min，间隔5min后再次微波回流搅拌5min，如此反复，微波处理总时间30min，减压浓缩以回收乙醇，继续减压浓缩至水分蒸干，浓缩剩余物置于70℃烘箱中干燥至恒重，最后经粉碎机制成粗粉；微波反应器的微波频率为2450MHz、输出功率为700W；
(3)添加型阻燃剂的制备：将上步所得粗粉置于-10℃环境中密封冷冻8h，并经超微粉碎机制成微粉，然后加入4g分子量50万的聚氧化乙烯，充分混合均匀，再于温度120℃、压力3MPa下热压3min，自然冷却至室温，最后将所得片状物经超微粉碎机制成微粉，即得添加型阻燃剂；
(4)ABS/PMMA合金材料的制备：将45g ABS树脂、38g PMMA树脂、8g玻璃纤维、8g添加型阻燃剂、0.5g抗氧剂1010、0.5g紫外线吸收剂UV-531加入高速混合机中，混料均匀后送入双螺杆挤出机中，经熔融挤出造粒，挤出机各区间温度：一区185-190℃、二区195-200℃、三区195-200℃、四区200-205℃、五区200-205℃，模头温度205-210℃，挤出机转速25r/min，喂料器转速15r/min，即得ABS/PMMA合金材料。
实施例3
(1)阻燃剂载体的制备：将40g海泡石纤维分散于95％乙醇中，并加入15g二甲基丙烯酸锌、0.5g引发剂偶氮二异丁腈和0.5g链转移剂十二硫醇，加热至回流状态保温搅拌，反应结束后减压浓缩以回收乙醇，浓缩剩余物加水洗涤，经冷冻干燥机干燥后利用粉碎机制成粗粉，即得阻燃剂载体；
(2)阻燃成分的负载：将上述50g阻燃剂载体分散于75％乙醇中，再加入35g纳米二氧化钛和8g水溶胶，搅拌均匀后利用微波反应器微波回流搅拌5min，间隔5min后再次微波回流搅拌5min，如此反复，微波处理总时间30min，减压浓缩以回收乙醇，继续减压浓缩至水分蒸干，浓缩剩余物置于70℃烘箱中干燥至恒重，最后经粉碎机制成粗粉；水溶胶是由质量比为5:2的硅酸镁铝、水处理级多聚谷氨酸均匀分散于水中而制成，其固含量为65％；微波反应器的微波频率为2450MHz、输出功率为700W；
(3)添加型阻燃剂的制备：将上步所得粗粉置于-10℃环境中密封冷冻8h，并经超微粉碎机制成微粉，然后加入4g分子量50万的聚氧化乙烯，充分混合均匀，再于温度120℃、压力3MPa下热压3min，自然冷却至室温，最后将所得片状物经超微粉碎机制成微粉，即得添加型阻燃剂；
(4)ABS/PMMA合金材料的制备：将48g ABS树脂、38g PMMA树脂、8g玻璃纤维、5g添加型阻燃剂、0.5g抗氧剂1010、0.5g紫外线吸收剂UV-531加入高速混合机中，混料均匀后送入双螺杆挤出机中，经熔融挤出造粒，挤出机各区间温度：一区185-190℃、二区195-200℃、三区195-200℃、四区200-205℃、五区200-205℃，模头温度205-210℃，挤出机转速25r/min，喂料器转速15r/min，即得ABS/PMMA合金材料。
实施例4
(1)阻燃剂载体的制备：将40g海泡石纤维分散于95％乙醇中，并加入15g二甲基丙烯酸锌、0.5g引发剂偶氮二异丁腈和0.5g链转移剂十二硫醇，加热至回流状态保温搅拌，反应结束后减压浓缩以回收乙醇，浓缩剩余物加水洗涤，经冷冻干燥机干燥后利用粉碎机制成粗粉，即得阻燃剂载体；
(2)阻燃成分的负载：将上述50g阻燃剂载体分散于75％乙醇中，再加入35g纳米二氧化钛和8g水溶胶，搅拌均匀后利用微波反应器微波回流搅拌5min，间隔5min后再次微波回流搅拌5min，如此反复，微波处理总时间30min，减压浓缩以回收乙醇，继续减压浓缩至水分蒸干，浓缩剩余物置于70℃烘箱中干燥至恒重，最后经粉碎机制成粗粉；水溶胶是由质量比为5:2.5的硅酸镁铝、水处理级多聚谷氨酸均匀分散于水中而制成，其固含量为65％；微波反应器的微波频率为2450MHz、输出功率为700W；
(3)添加型阻燃剂的制备：将上步所得粗粉置于-10℃环境中密封冷冻8h，并经超微粉碎机制成微粉，然后加入4g分子量50万的聚氧化乙烯，充分混合均匀，再于温度120℃、压力3MPa下热压3min，自然冷却至室温，最后将所得片状物经超微粉碎机制成微粉，即得添加型阻燃剂；
(4)ABS/PMMA合金材料的制备：将48g ABS树脂、38g PMMA树脂、8g玻璃纤维、5g添加型阻燃剂、0.5g抗氧剂1010、0.5g紫外线吸收剂UV-531加入高速混合机中，混料均匀后送入双螺杆挤出机中，经熔融挤出造粒，挤出机各区间温度：一区185-190℃、二区195-200℃、三区195-200℃、四区200-205℃、五区200-205℃，模头温度205-210℃，挤出机转速25r/min，喂料器转速15r/min，即得ABS/PMMA合金材料。
对照例1
(1)阻燃剂载体的制备：将40g海泡石纤维分散于95％乙醇中，并加入15g二甲基丙烯酸锌、0.5g引发剂偶氮二异丁腈和0.5g链转移剂十二硫醇，加热至回流状态保温搅拌，反应结束后减压浓缩以回收乙醇，浓缩剩余物加水洗涤，经冷冻干燥机干燥后利用粉碎机制成粗粉，即得阻燃剂载体；
(2)阻燃成分的负载：将上述50g阻燃剂载体分散于75％乙醇中，再加入35g纳米二氧化钛，搅拌均匀后利用微波反应器微波回流搅拌5min，间隔5min后再次微波回流搅拌5min，如此反复，微波处理总时间30min，减压浓缩以回收乙醇，继续减压浓缩至水分蒸干，浓缩剩余物置于70℃烘箱中干燥至恒重，最后经粉碎机制成粗粉；微波反应器的微波频率为2450MHz、输出功率为700W；
(3)添加型阻燃剂的制备：将上步所得粗粉置于-10℃环境中密封冷冻8h，并经超微粉碎机制成微粉，再于温度120℃、压力3MPa下热压3min，自然冷却至室温，最后将所得片状物经超微粉碎机制成微粉，即得添加型阻燃剂；
(4)ABS/PMMA合金材料的制备：将48g ABS树脂、38g PMMA树脂、8g玻璃纤维、5g添加型阻燃剂、0.5g抗氧剂1010、0.5g紫外线吸收剂UV-531加入高速混合机中，混料均匀后送入双螺杆挤出机中，经熔融挤出造粒，挤出机各区间温度：一区185-190℃、二区195-200℃、三区195-200℃、四区200-205℃、五区200-205℃，模头温度205-210℃，挤出机转速25r/min，喂料器转速15r/min，即得ABS/PMMA合金材料。
对照例2
(1)阻燃成分的负载：将50g海泡石纤维分散于75％乙醇中，再加入35g纳米二氧化钛，搅拌均匀后利用微波反应器微波回流搅拌5min，间隔5min后再次微波回流搅拌5min，如此反复，微波处理总时间30min，减压浓缩以回收乙醇，继续减压浓缩至水分蒸干，浓缩剩余物置于70℃烘箱中干燥至恒重，最后经粉碎机制成粗粉；微波反应器的微波频率为2450MHz、输出功率为700W；
(2)添加型阻燃剂的制备：将上步所得粗粉置于-10℃环境中密封冷冻8h，并经超微粉碎机制成微粉，然后加入4g分子量50万的聚氧化乙烯，充分混合均匀，再于温度120℃、压力3MPa下热压3min，自然冷却至室温，最后将所得片状物经超微粉碎机制成微粉，即得添加型阻燃剂；
(3)ABS/PMMA合金材料的制备：将48g ABS树脂、38g PMMA树脂、8g玻璃纤维、5g添加型阻燃剂、0.5g抗氧剂1010、0.5g紫外线吸收剂UV-531加入高速混合机中，混料均匀后送入双螺杆挤出机中，经熔融挤出造粒，挤出机各区间温度：一区185-190℃、二区195-200℃、三区195-200℃、四区200-205℃、五区200-205℃，模头温度205-210℃，挤出机转速25r/min，喂料器转速15r/min，即得ABS/PMMA合金材料。
对照例3
ABS/PMMA合金材料的制备：将48g ABS树脂、38g PMMA树脂、8g玻璃纤维、5g添加型阻燃剂纳米二氧化钛、0.5g抗氧剂1010、0.5g紫外线吸收剂UV-531加入高速混合机中，混料均匀后送入双螺杆挤出机中，经熔融挤出造粒，挤出机各区间温度：一区185-190℃、二区195-200℃、三区195-200℃、四区200-205℃、五区200-205℃，模头温度205-210℃，挤出机转速25r/min，喂料器转速15r/min，即得ABS/PMMA合金材料。
实施例5
以实施例1为基础，设置在制备添加型阻燃剂时不添加聚氧化乙烯的对照例1、直接以海泡石纤维作为阻燃剂载体的对照例2、以等量纳米二氧化钛作为添加型阻燃剂的对照例3。
分别利用实施例1-4、对照例1-3加工制备ABS/PMMA合金材料，其中ABS树脂采用韩国三星公司的ABS树脂，型号SD-0150；PMMA树脂采用台湾奇美公司的PMMA树脂，型号CM211；玻璃纤维采用泰山玻璃纤维有限公司的热塑性塑料增强用玻璃纤维。
对所制ABS/PMMA合金材料的使用性能进行测试，测试结果如表1所示。
光泽度测试方法：ASTM D523；阻燃等级测试方法：UL94；冲击强度测试方法：ASTMD256；拉伸强度测试方法：ASTM D638；弯曲强度测试方法：ASTM D790。
表1本发明实施例所制ABS/PMMA合金材料的使用性能
由表1可知，本发明实施例1-4所制ABS/PMMA合金材料的光泽度好(光泽度达到85％以上)，阻燃性能优异(在添加型阻燃剂的添加量为5％时，其阻燃等级即可达到UL94-V0级)，同时物理机械性能良好(其缺口冲击强度达到13KJ/m2以上，拉伸强度达到65MPa以上，弯曲强度达到85MPa以上)。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种高光阻燃型ABS/PMMA合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)阻燃剂载体的制备：将海泡石纤维分散于85-95％乙醇中，并加入二甲基丙烯酸锌、引发剂和链转移剂，加热至回流状态保温搅拌，反应结束后减压浓缩以回收乙醇，浓缩剩余物加水洗涤，经冷冻干燥机干燥后利用粉碎机制成粗粉，即得阻燃剂载体；
(2)阻燃成分的负载：将上述阻燃剂载体分散于65-75％乙醇中，再加入纳米二氧化钛，搅拌均匀后利用微波反应器微波回流搅拌5min，间隔5min后再次微波回流搅拌5min，如此反复直至完成负载，减压浓缩以回收乙醇，继续减压浓缩至水分蒸干，浓缩剩余物置于70-80℃烘箱中干燥至恒重，最后经粉碎机制成粗粉；
(3)添加型阻燃剂的制备：将上步所得粗粉置于-10℃环境中密封冷冻8-12h，并经超微粉碎机制成微粉，然后加入聚氧化乙烯，充分混合均匀，再于温度110-120℃、压力3-4MPa下热压2-5min，自然冷却至室温，最后将所得片状物经超微粉碎机制成微粉，即得添加型阻燃剂；
(4)ABS/PMMA合金材料的制备：将ABS树脂、PMMA树脂、玻璃纤维、添加型阻燃剂、抗氧剂、紫外线吸收剂加入高速混合机中，混料均匀后送入双螺杆挤出机中，经熔融挤出造粒，挤出机各区间温度：一区185-190℃、二区195-200℃、三区195-200℃、四区200-205℃、五区200-205℃，模头温度205-210℃，挤出机转速15-35r/min，喂料器转速15-30r/min，即得ABS/PMMA合金材料；
所述海泡石纤维、二甲基丙烯酸锌、引发剂、链转移剂的质量比为30-50:5-15:0.05-1:0.05-1；所述阻燃剂载体、纳米二氧化钛、聚氧化乙烯的质量比为30-50:30-50:1-10；所述聚氧化乙烯的分子量为50-100万。
2.根据权利要求1所述的高光阻燃型ABS/PMMA合金材料的制备方法，其特征在于：所述引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的一种，链转移剂为十二硫醇。
3.根据权利要求1所述的高光阻燃型ABS/PMMA合金材料的制备方法，其特征在于：所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂264中的一种或几种，紫外线吸收剂选自紫外线吸收剂UV-531、紫外线吸收剂UV-327、紫外线吸收剂UV-9中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的高光阻燃型ABS/PMMA合金材料的制备方法，其特征在于：所述ABS树脂、PMMA树脂、玻璃纤维、添加型阻燃剂、抗氧剂、紫外线吸收剂的质量比为25-50:25-50:1-10:1-10:0.1-0.5:0.1-0.5。
5.根据权利要求1所述的高光阻燃型ABS/PMMA合金材料的制备方法，其特征在于：所述阻燃成分的负载步骤中与纳米二氧化钛一起加入的还有水溶胶，纳米二氧化钛与水溶胶的质量比为10:1-5，水溶胶固含量为60-70％。
6.根据权利要求5所述的高光阻燃型ABS/PMMA合金材料的制备方法，其特征在于：所述水溶胶是由硅酸镁铝、多聚谷氨酸均匀分散于水中而制成，硅酸镁铝、多聚谷氨酸的质量比为5:1-5。
7.根据权利要求6所述的高光阻燃型ABS/PMMA合金材料的制备方法，其特征在于：所述多聚谷氨酸选用水处理级多聚谷氨酸。
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