CN111004470B - 一种高尺寸稳定性abs树脂及其制备方法 - Google Patents

一种高尺寸稳定性abs树脂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高尺寸稳定性ABS树脂及其制备方法，所述高尺寸稳定性ABS树脂包括以下重量份的各组分：ABS树脂40‑60份、ABS高胶粉10‑18份、高支化苯乙烯‑丙烯腈共聚物25‑45份，耐热剂0‑2份、增韧剂10‑20份、助剂0.5‑5份。与现有技术相比，本发明通过控制高胶粉ABS含量，引入高支化SAN以及增韧剂，获得高精度收缩率的ABS树脂，从而扩展了ABS在汽车、家电等对收缩率有高要求的结构件中，具有广泛的市场应用前景。

Description

一种高尺寸稳定性ABS树脂及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，具体涉及一种高尺寸稳定性ABS树脂及其制备方法。
背景技术
ABS塑料是一种应用广泛的通用热塑性塑料，由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯为主要成分合成。大部分的ABS制件都是通过注塑成型，这就涉及注塑件模具的设计。注塑件模具的设计一般是依据塑料的收缩率来设计塑料型腔的尺寸，但是一般的塑料受塑料种类、改性方法、模具结构、工艺条件的影响尺寸变动很大，即塑料收缩率变化很大，有的甚至达到6％的变化，从而不能为模具设计提供良好的参考作用。
随着如今汽车、家电等行业对改性ABS的技术水平要求的日益提高，对ABS的尺寸稳定性也提出了高要求，通常注塑级的纯ABS收缩率为0.3-0.6％，该收缩率范围在应用于小制件上时对制件大小的影响不大，但对一些精度要求高或大尺寸的制件来说该收缩范围还是不能满足要求，需要更高精度的收缩率范围，即尺寸稳定性更好的ABS树脂。而在保持较高流动性、良好的韧性和优异的外观的同时，要保持ABS高尺寸稳定性是很难的。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高尺寸稳定性ABS树脂及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种高尺寸稳定性ABS树脂，包括以下重量份的各组分：ABS树脂40-60份、ABS高胶粉10-18份、高支化苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)25-45份、耐热剂0-2份、增韧剂10-20份、助剂0.5-5份。
进一步地，所述的ABS树脂的平均分子量为100000-180000，包括15-30ωt％的丁二烯橡胶和30-45ωt％的丙烯腈，余量为苯乙烯，所述的丁二烯橡胶的平均粒径为0.4-3μm。
进一步地，所述的ABS高胶粉包括50-65ωt％的丁二烯橡胶，16-45ωt％的丙烯腈，余量为苯乙烯，所述的丁二烯橡胶的平均粒径为90-400nm。为平衡机械性能，所述ABS高胶粉的含量不宜过高，10-18份即可。优选Kumho公司，牌号为P/D181的ABS高胶粉。
进一步地，所述的高支化苯乙烯-丙烯腈共聚物的重均分子量为100000-320000，支化度为60-90，包括15-40ωt％丙烯腈，余量为苯乙烯，熔融指数(220℃，10kg)为0.5-15g/10min，优选日之升精细化工的EMI20000高支化苯乙烯-丙烯腈共聚物。所述高支化苯乙烯-丙烯腈共聚物在体系中的含量过高，会导致材料的抗冲击性能和熔体流动性明显降低，因此确定在25-45份。
更进一步地，所述的高支化苯乙烯-丙烯腈共聚物和ABS高胶粉在体系中的总份数为25-45份，制得的ABS树脂尺寸稳定性最佳。
进一步地，所述的耐热剂包括N-苯基马来酰亚胺及其共聚物或α-甲基苯乙烯及其共聚物。
进一步地，所述的增韧剂包括氢化的乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SEBS)、乙烯丙烯酸丁酯(EBA)、乙烯丙烯酸甲酯(EMA)、乙烯-甲基丙烯酸丁酯-丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物或苯乙烯-丁二烯共聚物(SBS)中的一种或多种。增韧剂的加入可以大大改善ABS树脂的抗冲击性能，同时增韧剂还充当了收缩率改性剂的作用，有效降低体系中分子链的自由运动。
进一步地，所述的助剂包括抗氧剂、润滑剂、热稳定剂、脱模剂、紫外光吸收剂中的一种或几种，所述的抗氧剂三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、2,6-二叔丁基对甲基苯酚、硫代酚类或硫代胺类中的一种或多种，润滑剂包括硬脂酸复合酯、酰胺蜡或芥酸酰胺中的一种或多种，热稳定剂包括α-甲基苯乙烯、马来酸酐或马来酰亚胺中的一种或多种，脱模剂包括褐媒蜡或季戊四醇脂肪酸酯，紫外光吸收剂包括苯并三唑型紫外吸收剂。
优选地，每种助剂都以0.5份为单位，最少一种，即0.5份，最多10种，一共5份。
一种如上所述的高尺寸稳定性ABS树脂的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按质量份，将ABS树脂、ABS高胶粉、增韧剂、耐热剂和助剂在高速混合机中混合后得到一级粗产品；
(2)按质量份，将高支化苯乙烯-丙烯腈共聚物与一级粗产品再在高速混合机中混合后得到二级粗产品；
(3)将二级粗产品投入双螺杆挤出机，经过熔融、挤出、冷却、干燥、切粒即得高尺寸稳定性ABS树脂。
进一步地，所述的双螺杆挤出机为同向旋转的双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的螺杆机筒设有真空抽排装置以及温控装置，双螺杆挤出机的螺杆的长径比为25-40:1。
进一步地，所述的高速混合机转速为650-1300r/min，混合时间为5-10min，所述的双螺杆挤出机的进料段温度为150-180℃、塑化段温度为210-230℃、均化段温度为220-250℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为200-700rpm，干燥温度为60-85℃，时间为2-6h，冷却温度为20-50℃，切粒机转速为600-1000rpm。
本发明所得到的高精度低收缩率ABS树脂采用ISO标准进行检测。测试试样为CJ80NC型注塑机在200-230℃下得到的注塑样条。
本发明通过控制高胶粉ABS含量，引入高支化SAN以及增韧剂，获得高精度收缩率的ABS树脂，从而扩展了ABS在汽车、家电等对收缩率有高要求的结构件中，具有广泛的市场应用前景。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明为了提高ABS尺寸稳定性，使用了高支化苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)，在保持较高流动性、良好的韧性和优异的外观的同时，一方面SAN中的支化分子链有效分散加工过程的应力，分子链被拉长的机率变小，使得取向收缩变小；另一方面高支化的分子链可压缩性强，脱模后解除压力会有更大的弹性回复，使收缩变小，综合这两方面提高了材料的尺寸稳定性；
(2)增韧剂的加入可以大大改善ABS树脂的抗冲击性能，同时增韧剂还充当了收缩率改性剂的作用，均匀分散的增韧剂降低了基体分子链的自由运动使基体分子链可压缩性变弱，则材料尺寸受材料弹性回复的影响变小，提高了ABS树脂的抗冲击性能，进而提高了材料的尺寸稳定性；
(3)胶含量高材料虽然冲击性能好，但拉伸、弯曲、耐热性能会随之下降，所以适量的ABS高胶粉能增加材料的拉伸、弯曲、耐热性能，进而平衡材料的机械性能；
(4)适量的高支化苯乙烯-丙烯腈共聚物由于支化分子链，一般为较短分子链，的存在会提高材料的抗冲击性能和熔体流动性，并且经试验表明高支化苯乙烯-丙烯腈共聚物和ABS高胶粉在体系中的总份数为25-45份时，制得的ABS树脂尺寸稳定性最佳。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种高尺寸稳定性ABS树脂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按质量份，将47份ABS树脂、18份Kumho，P/D181，ABS高胶粉、5份苯乙烯-丁二烯共聚物增韧剂、5份乙烯丙烯酸甲酯(EMA)增韧剂、0.5份硫代酚抗氧剂和0.5份芥酸酰胺润滑剂，在高速混合机中混合后得到一级粗产品；其中，高速混合机转速为650-1300r/min，混合时间为5-10min；
(2)按质量份，将25份日之升精细化工，EMI20000，高支化苯乙烯-丙烯腈共聚物与一级粗产品再在高速混合机中混合后得到二级粗产品；其中，高速混合机转速为650-1300r/min，混合时间为5-10min；
(3)将二级粗产品投入双螺杆挤出机，经过熔融、挤出、冷却、干燥，然后在切粒机中切粒后，即得高尺寸稳定性ABS树脂。其中，双螺杆挤出机为同向旋转的双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的螺杆机筒设有真空抽排装置以及温控装置，双螺杆挤出机的螺杆的长径比为25-40:1，双螺杆挤出机的进料段温度为150-180℃、塑化段温度为210-230℃、均化段温度为220-250℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为200-700rpm，干燥温度为60-85℃，时间为2-6h，冷却温度为20-50℃，切粒机转速为600-1000rpm。
所制备的高尺寸稳定性ABS树脂当中，ABS树脂的平均分子量为100000-180000，包括15-30ωt％的丁二烯橡胶和30-45ωt％的丙烯腈，余量为苯乙烯，丁二烯橡胶的平均粒径为0.4-3μm。ABS高胶粉包括50-65ωt％的丁二烯橡胶，16-45ωt％的丙烯腈，余量为苯乙烯，丁二烯橡胶的平均粒径为90-400nm。高支化苯乙烯-丙烯腈共聚物的重均分子量为100000-320000，支化度为60-90，包括15-40ωt％丙烯腈，余量为苯乙烯。
本实施例制备的高尺寸稳定性ABS树脂性能如表1-2所示。
实施例2
一种高尺寸稳定性ABS树脂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按质量份，将40份ABS树脂、10份Kumho，P/D181，ABS高胶粉、5份氢化的乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物增韧剂、5份乙烯-甲基丙烯酸丁酯-丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物增韧剂、0.5份硫代胺抗氧和0.5份硬脂酸复合酯润滑剂，在高速混合机中混合后得到一级粗产品；其中，高速混合机转速为650-1300r/min，混合时间为5-10min；
(2)按质量份，将40份日之升精细化工，EMI20000，高支化苯乙烯-丙烯腈共聚物与一级粗产品再在高速混合机中混合后得到二级粗产品；其中，高速混合机转速为650-1300r/min，混合时间为5-10min；
(3)将二级粗产品投入双螺杆挤出机，经过熔融、挤出、冷却、干燥，然后在切粒机中切粒后，即得高尺寸稳定性ABS树脂。其中，双螺杆挤出机为同向旋转的双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的螺杆机筒设有真空抽排装置以及温控装置，双螺杆挤出机的螺杆的长径比为25-40:1，双螺杆挤出机的进料段温度为150-180℃、塑化段温度为210-230℃、均化段温度为220-250℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为200-700rpm，干燥温度为60-85℃，时间为2-6h，冷却温度为20-50℃，切粒机转速为600-1000rpm。
所制备的高尺寸稳定性ABS树脂当中，ABS树脂的平均分子量为100000-180000，包括15-30ωt％的丁二烯橡胶和30-45ωt％的丙烯腈，余量为苯乙烯，丁二烯橡胶的平均粒径为0.4-3μm。ABS高胶粉包括50-65ωt％的丁二烯橡胶，16-45ωt％的丙烯腈，余量为苯乙烯，丁二烯橡胶的平均粒径为90-400nm。高支化苯乙烯-丙烯腈共聚物的重均分子量为100000-320000，支化度为60-90，包括15-40ωt％丙烯腈，余量为苯乙烯。
本实施例制备的高尺寸稳定性ABS树脂性能如表1-2所示。
实施例3
一种高尺寸稳定性ABS树脂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按质量份，将50份ABS树脂、10份Kumho，P/D181，ABS高胶粉、10份乙烯丙烯酸甲酯增韧剂、2份N-苯基马来酰亚胺耐热剂、0.5份褐媒蜡脱模剂，在高速混合机中混合后得到一级粗产品；其中，高速混合机转速为650-1300r/min，混合时间为5-10min；
(2)按质量份，将25份日之升精细化工，EMI20000，高支化苯乙烯-丙烯腈共聚物与一级粗产品再在高速混合机中混合后得到二级粗产品；其中，高速混合机转速为650-1300r/min，混合时间为5-10min；
(3)将二级粗产品投入双螺杆挤出机，经过熔融、挤出、冷却、干燥，然后在切粒机中切粒后，即得高尺寸稳定性ABS树脂。其中，双螺杆挤出机为同向旋转的双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的螺杆机筒设有真空抽排装置以及温控装置，双螺杆挤出机的螺杆的长径比为25-40:1，双螺杆挤出机的进料段温度为150-180℃、塑化段温度为210-230℃、均化段温度为220-250℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为200-700rpm，干燥温度为60-85℃，时间为2-6h，冷却温度为20-50℃，切粒机转速为600-1000rpm。
所制备的高尺寸稳定性ABS树脂当中，ABS树脂的平均分子量为100000-180000，包括15-30ωt％的丁二烯橡胶和30-45ωt％的丙烯腈，余量为苯乙烯，丁二烯橡胶的平均粒径为0.4-3μm。ABS高胶粉包括50-65ωt％的丁二烯橡胶，16-45ωt％的丙烯腈，余量为苯乙烯，丁二烯橡胶的平均粒径为90-400nm。高支化苯乙烯-丙烯腈共聚物的重均分子量为100000-320000，支化度为60-90，包括15-40ωt％丙烯腈，余量为苯乙烯。
本实施例制备的高尺寸稳定性ABS树脂性能如表1-2所示。
实施例4
一种高尺寸稳定性ABS树脂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按质量份，将60份ABS树脂、18份Kumho，P/D181，ABS高胶粉、20份苯乙烯-丁二烯共聚物增韧剂、1份α-甲基苯乙烯耐热剂、1份2,6-二叔丁基对甲基苯酚抗氧剂、1份酰胺蜡润滑剂、1份马来酰亚胺热稳定剂、1份季戊四醇脂肪酸酯脱模剂、1份苯并三唑型紫外吸收剂，在高速混合机中混合后得到一级粗产品；其中，高速混合机转速为650-1300r/min，混合时间为5-10min；
(2)按质量份，将25份日之升精细化工，EMI20000，高支化苯乙烯-丙烯腈共聚物与一级粗产品再在高速混合机中混合后得到二级粗产品；其中，高速混合机转速为650-1300r/min，混合时间为5-10min；
(3)将二级粗产品投入双螺杆挤出机，经过熔融、挤出、冷却、干燥，然后在切粒机中切粒后，即得高尺寸稳定性ABS树脂。其中，双螺杆挤出机为同向旋转的双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的螺杆机筒设有真空抽排装置以及温控装置，双螺杆挤出机的螺杆的长径比为25-40:1，双螺杆挤出机的进料段温度为150-180℃、塑化段温度为210-230℃、均化段温度为220-250℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为200-700rpm，干燥温度为60-85℃，时间为2-6h，冷却温度为20-50℃，切粒机转速为600-1000rpm。
所制备的高尺寸稳定性ABS树脂当中，ABS树脂的平均分子量为100000-180000，包括15-30ωt％的丁二烯橡胶和30-45ωt％的丙烯腈，余量为苯乙烯，丁二烯橡胶的平均粒径为0.4-3μm。ABS高胶粉包括50-65ωt％的丁二烯橡胶，16-45ωt％的丙烯腈，余量为苯乙烯，丁二烯橡胶的平均粒径为90-400nm。高支化苯乙烯-丙烯腈共聚物的重均分子量为100000-320000，支化度为60-90，包括15-40ωt％丙烯腈，余量为苯乙烯。
本实施例制备的高尺寸稳定性ABS树脂性能如表1-2所示。
表1
物理性能 测试条件 测试标准
密度(g/cm<sup>3</sup>) 23±2℃ ISO 1183-1:2012(E)
拉伸强度(MPa) 50mm/min ISO 527:2012(E)
IZOD缺口冲击强度(kJ/m<sup>2</sup>) 5.5J ISO 180:2000/Amd.1:2006(E)
弯曲强度(MPa) 2mm/min ISO 178:2010(E)
弯曲模量(MPa) 2mm/min ISO 178:2010(E)
成型收缩率(％) 23℃,48hr ISO 294
表2
物理性能 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
密度(g/cm<sup>3</sup>) 1.05 1.05 1.02 1.08
拉伸强度(MPa) 45 50 52 48
IZOD缺口冲击强度(kJ/m<sup>2</sup>) 25 16 20 26
弯曲强度(MPa) 67 70 77 62
弯曲模量(MPa) 2230 2500 2340 2510
成型收缩率(％) 0.30-0.40 0.25-0.35 0.35-0.40 0.20-0.35

Claims (8)

1.一种高尺寸稳定性ABS树脂，其特征在于，包括以下重量份的各组分： ABS树脂40-60份、ABS高胶粉10-18份、高支化苯乙烯-丙烯腈共聚物25-45份、耐热剂0-2份、增韧剂10-20份、助剂0.5-5份；
所述的高支化苯乙烯-丙烯腈共聚物的重均分子量为100000-320000，支化度为60-90，包括15-40w t%丙烯腈，余量为苯乙烯；
所述的增韧剂包括氢化的乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯丙烯酸丁酯、乙烯丙烯酸甲酯、乙烯-甲基丙烯酸丁酯-丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物或苯乙烯-丁二烯共聚物中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种高尺寸稳定性ABS树脂，其特征在于，所述的ABS树脂的平均分子量为100000-180000，包括15-30w t%的丁二烯橡胶和30-45w t%的丙烯腈，余量为苯乙烯，所述的丁二烯橡胶的平均粒径为0.4-3 μm。
3.根据权利要求1所述的一种高尺寸稳定性ABS树脂，其特征在于，所述的ABS高胶粉包括50-65w t%的丁二烯橡胶，16-45w t%的丙烯腈，余量为苯乙烯，所述的丁二烯橡胶的平均粒径为90-400 nm。
4.根据权利要求1所述的一种高尺寸稳定性ABS树脂，其特征在于，所述的耐热剂包括N-苯基马来酰亚胺及其共聚物或α-甲基苯乙烯及其共聚物。
5.根据权利要求1所述的一种高尺寸稳定性ABS树脂，其特征在于，所述的助剂包括抗氧剂、润滑剂、脱模剂、紫外光吸收剂中的一种或几种，所述的抗氧剂为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、2,6-二叔丁基对甲基苯酚、硫代酚类或硫代胺类中的一种或多种；润滑剂包括硬脂酸复合酯或酰胺蜡中的一种或多种；脱模剂包括褐煤蜡或季戊四醇脂肪酸酯；紫外光吸收剂包括苯并三唑型紫外吸收剂。
6.一种如权利要求1所述的高尺寸稳定性ABS树脂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）按质量份，将ABS树脂、ABS高胶粉、增韧剂、耐热剂和助剂在高速混合机中混合后得到一级粗产品；
（2）按质量份，将高支化苯乙烯-丙烯腈共聚物与一级粗产品再在高速混合机中混合后得到二级粗产品；
（3）将二级粗产品投入双螺杆挤出机，经过熔融、挤出、冷却、干燥，然后在切粒机中切粒后，即得高尺寸稳定性ABS树脂。
7.根据权利要求6所述的一种高尺寸稳定性ABS树脂的制备方法，其特征在于，所述的双螺杆挤出机为同向旋转的双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的螺杆机筒设有真空抽排装置以及温控装置，双螺杆挤出机的螺杆的长径比为25-40: 1。
8.根据权利要求6所述的一种高尺寸稳定性ABS树脂的制备方法，其特征在于，所述的高速混合机转速为650-1300 r/min，混合时间为5-10 min，所述的双螺杆挤出机的进料段温度为150-180℃、塑化段温度为210-230℃、均化段温度为220-250℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为200-700 rpm，干燥温度为60-85℃，时间为2-6 h，冷却温度为20-50℃，切粒机转速为600-1000 rpm。
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