CN113980403A - 一种注塑级pvc-abs合金阻燃塑料颗粒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种注塑级PVC‑ABS合金阻燃塑料颗粒及其制备方法，按重量份计包括如下组分：ABS树脂20～40份、PVC树脂40～60份、抗冲助剂0.5～5份、稳定剂3～10份、紫外线吸收剂0.05～1份、阻燃剂3～10份、相容剂0.1～3份、抗氧剂0.1～0.5份、润滑剂0.2～3份；上述颗粒生产的产品兼具较好的热稳定性、流动性，符合注塑用PVC/ABS合金母粒的性能需求。
Description
技术领域
本发明属于塑料母粒技术领域，具体涉及一种注塑级PVC-ABS合金阻燃塑料颗粒及其制备方法。
背景技术
ABS树脂是五大合成树脂之一，其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工，广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域，是一种用途极广的热塑性工程塑料。
但由于其阻燃差、易燃烧的特性，在很多有阻燃性能要求的领域应用时受到限制。目前市场上主要采取添加阻燃剂的方式进行改性，提高其阻燃性能从而满足性能需求。由于大量添加阻燃剂材料，使得阻燃ABS成本大幅度上升，制成品成本大大提高，而且由于阻燃剂的加入，导致其加工性能也发生较大变化，无法采用传统ABS加工工艺对其进行生产加工；由于PVC树脂自身的难燃自熄属性且价格相对低廉，而PVC树脂和ABS树脂的溶解度参数非常接近，两者的相容性很好，可以任意比例进行掺混改性，改性后合金材料同时兼具了两种树脂的优点。
目前注塑用PVC/ABS合金材料已经商品化，是近几年市场上比较活跃的一个品种，增长速度也比较快。国内很多企业和高校院所都对PVC/ABS合金的流动性、阻燃性、热稳定性、材料理化性能进行一系列研究，但真正形成工业化生产的品种不多，无论质量还是产量方面与ABS阻燃料相比仍存在较大差距。其主要原因是开发合金材料的技术人员大多数对PVC树脂的热敏性问题和与高粘度、低流动性等特点不了解，无法设计开发相对成熟完善的PVC体系配方；同时设计PVC配方的核心技术又在于稳定体系和润滑体系的合理匹配，熟悉PVC配方设计的技术人员无法同时兼具ABS改性技术和稳定剂配方技术，使得已商业化的PVC/ABS合金普遍存在加工热稳定性不足、流动性不好、生产稳定性差等问题，因而其运用受到极大限制。
发明内容
本发明目的在于提供一种注塑级PVC-ABS合金阻燃塑料颗粒及其制备方法，解决现有技术中普遍存在的加工热稳定性不足、流动性不好、生产稳定性差等问题，推动PVC-ABS合金阻燃塑料的工业应用。
为实现上述目的，本发明的方案如下：
一种注塑级PVC-ABS合金阻燃塑料颗粒，按重量份计包括如下组分：ABS树脂20~40份、PVC树脂40~60份、稳定剂3~10份、相容剂0.1~3份、润滑剂0.2~3份。
进一步地，所述稳定剂包括海藻酸及脂肪酸复合盐，海藻酸占比5-10wt%；优选地，所述脂肪酸复合盐为硬脂酸复合盐，制备过程为：将硬脂酸、氧化锌和氢氧化钙按质量比1000~1800：150~180：60~80投料，搅拌下100~150℃反应30-60min，复合产物中加入锌烧抑制剂和辅助稳定剂混匀。
进一步地，所述相容剂选自苯乙烯丙烯腈共聚物、马来酸酐接枝PP、马来酸酐接枝PE、氯化聚乙烯CPE、乙烯醋酸乙烯酯共聚物中的至少一种。
进一步地，所述润滑剂选自乙撑双硬脂酸酰胺EBS、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、硬脂酸季戊四醇三酯PETS-3、硬脂酸季戊四醇四酯PETS-4、单甘油酸酯中的至少一种。
进一步地，所述塑料颗粒按重量份计还包括抗冲助剂0.5~5份、紫外线吸收剂0.05~1份、阻燃剂3~10份、抗氧剂0.1~0.5份。
上述注塑级PVC-ABS合金阻燃塑料颗粒的制备方法，步骤为：按重量份称取各组分，投入高、低速混锅内混和均匀，冷却出料，然后用挤出造粒机进行挤出造粒。
进一步地，所述高速混合速度为500~800rpm，放料温度控制在90~130度，混料时间2~5分钟/锅；低速混合速度为50~200rpm，放料温度控制在45~55度，混料时间2~5分钟/锅。
进一步地，所述造粒加工温度为155~210℃。
相比现有技术，本发明的有益效果为：
1. 本发明提供的塑料颗粒兼具热稳定性、流动性，符合注塑用PVC/ABS合金母粒的性能需求，兼具了两种树脂的优点，克服了当前产业化应用中的技术瓶颈。
2. 本发明提供的塑料颗粒配方结合制备工艺具有较好的生产稳定性，且性能稳定，符合工业化生产的要求。
3. 本发明中采用一步法生成硬钙盐反应避免多次反应、混合造成能源浪费，符合环保导向。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。
本发明提出的一种注塑级PVC-ABS合金阻燃塑料颗粒，按重量份计包括如下组分：ABS树脂 20~40 份、PVC树脂40~60份、抗冲助剂0.5~5份、稳定剂3~10份、紫外线吸收剂0.05~1份、阻燃剂3~10份、相容剂0.1~3、抗氧剂0.1~0.5份、润滑剂0.2~3份。
作为优选，本发明所述塑料颗粒中，所述稳定剂包括海藻酸及脂肪酸复合盐，海藻酸占比5-10wt%；更优选地，所述脂肪酸复合盐为硬脂酸复合盐，制备过程为：将硬脂酸、氧化锌和氢氧化钙按质量比1000~1800：150~180：60~80投料，搅拌下100~150℃反应30-60min。
作为优选，所述塑料颗粒中还加入锌烧抑制剂水滑石，和辅剂β二酮。
本发明中，各组分材料均为市售，所述的抗冲助剂是高胶粉、A型氯化聚乙烯（CPE）、C型氯化聚乙烯（CPE）、丙烯酸酯类抗冲助剂（ACR）、甲基丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物（MBS）、粉末丁腈（NBR）中的一种或几种；所述紫外线吸收剂是UV9、UV24、UV234、UV329、UV531中一种或几种；阻燃剂为二溴甲烷、四溴双酚A、包覆红磷、氢氧化镁、氢氧化铝、磷酸三丁酯、磷酸三甲苯酯中的一种或几种；所述相容剂为苯乙烯丙烯腈共聚物（SAN）、马来酸酐接枝PP、马来酸酐接枝PE、氯化聚乙烯CPE、乙烯醋酸乙烯酯共聚物（EVA）中的一种或几种；所述抗氧剂是季戊四醇亚磷酸酯，四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯，亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯中的一种或几种；所述润滑剂是乙撑双硬脂酸酰胺EBS、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、硬脂酸季戊四醇三酯PETS-3、硬脂酸季戊四醇四酯PETS-4、单甘油酸酯中的一种或几种。
本发明原理如下：
1. 本发明所采用的稳定剂中的硬脂酸复合盐通过简单一步合成法制备，采用过量的硬脂酸进行反应，避免复合稳定剂中碱性成分的存在，保证配方中热稳定体系、润滑体系的连续稳定性。此外，过量的硬脂酸对硬脂酸盐进行表面包覆，提高了粉体的流动性。海藻酸的加入一方面可以继续与硬脂酸复合盐发生螯合作用；另一方面可以有效吸附体系中的水分并成胶，两者作用下使得海藻酸盐具有独特的凝胶性能，并且具有稳定、分散、改善体系粘度的能力，形成更稳定体系；更进一步地，上述凝胶性能还能改善颗粒在加工过程中的流动性。
2. 本发明通过相容剂的选取和添加，扩大了ABS型号的可选范围，使PVC-ABS合金材料的应用用途更为广泛；由于相容剂的添加，使低丙烯腈（SAN）含量的ABS与PVC材料之间的相容性大幅度提高，从而为PVC-ABS合金材料提供了更高的机械性能。
3. 本发明通过抗冲击助剂的选择和添加，尤其是CPE在配方体系中的选用和添加，除为合金材料提供了更高的抗冲击性能以外，CPE与PVC共同为PVC-ABS合金材料提供了优良的阻燃性能，在低阻燃性能要求的场合下可不添加阻燃剂即达到性能要求；通过少量添加阻燃剂即可满足UL94 V0级阻燃要求，大幅度降低阻燃ABS材料成本。
4.本发明通过对润滑剂选择和润滑体系的合理设计，同时考虑内外润滑匹配、‘前中后期’润滑等多要素，保证PVC-ABS合金塑料颗粒具有良好的流动性。
5. 本发明采用锥形双螺杆造粒机进行分散、造粒，充分对PVC-ABS合金材料进行分散和一次塑化，大大提高了合金塑料颗粒分散的均匀性，保证了塑料颗粒批次的稳定性。
本发明的实施例中，各组分材料来源如下：ABS (锦湖，注塑级)、PVC (齐鲁石化，SG-8型)。硬脂酸（国产型号1840）、氧化锌（工业级）、氢氧化钙（工业级）、水滑石（丹东协和）、β二酮（国产SBM）、ACR（东临DL401）、CPE（杭州科利135A）、NBR（锦湖）、MBS（钟渊FM-40）、抗氧剂1010（巴斯夫）、抗氧剂168（巴斯夫）、EBS（青岛赛诺220）、UV531（上海翎睿化工）、PETS-3（嘉兴中诚）、PE蜡（青岛赛诺）、氧化聚乙烯蜡（青岛赛诺）、阻燃母粒（国产）、海藻酸（工业级）。
实施例1
将600g氧化锌、250g氢氧化钙、6000g 硬脂酸反应釜中，温度控制在140℃，搅拌30min后倒出，用高速破壁机将反应产物破碎、打粉，得到硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸复合材料6700g，再加入海藻酸353g混合均匀。
按以下重量称取各原料组分：将ABS树脂30kg、PVC树脂70kg、上述反应复合材料2kg、水滑石1kg、β二酮0.3kg、CPE（135A型）5kg 、EBS 1kg ，抗氧剂1010 0.1kg、抗氧剂1680.3kg、UV531 0.1kg、PETS-3 0.2kg、PE蜡0.2kg、氧化聚乙烯蜡0.05kg、单甘脂1.4kg、58℃石蜡0.05kg、阻燃母粒2kg投入高混锅，转速800r/min，高混温度达到110℃将料放入冷混机，冷混至45℃出料，然后用锥形双螺杆挤出机挤出造粒，所述的双螺杆挤出机的加工温度为170~210℃，挤出机包括六个温区，其中一段170℃，二段180℃，三段180℃，四段175℃，五段170℃，挤出机电流72A。
实施例2
将700g氧化锌、250g 氢氧化钙、6000g 硬脂酸反应釜中，温度控制在100摄氏度，搅拌60min分钟后倒出，用高速破壁机将反应产物破碎、打粉，得到硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸复合材料6750克，再加入海藻酸750g。
按以下重量百分比含量称取各原料组分：将PVC树脂50kg、ABS树脂50kg、反应复合产物2kg、水滑石1kg、β二酮0.3kg、CPE（135A型）3kg、高胶粉2kg、EBS 1kg ，抗氧剂10100.1kg、抗氧剂168 0.3kg、UV531 0.1kg、PETS-4 0.1kg、PE蜡0.2kg、氧化聚乙烯蜡0.05kg、单甘脂1.4kg、58度石蜡0.05kg、阻燃母粒2kg投入高混锅，转速800r/min，高混温度达到110度将料放入冷混机，冷混至45度出料，然后用锥形双螺杆挤出机挤出造粒, 所述的双螺杆挤出机的加工温度为170~210℃，挤出机包括六个温区，其中一段180℃，二段190℃，三段190℃，四段185℃，五段180℃，挤出机电流78A。
实施例3
将550g氧化锌、280g 氢氧化钙、6000g 硬脂酸反应釜中，温度控制在140摄氏度，搅拌30min分钟后倒出，用高速破壁机将反应产物破碎、打粉，得到硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸复合材料6700克，再加入海藻酸600g。
按以下重量百分比含量称取各原料组分：将PVC树脂60kg、ABS树脂40kg、反应复合产物1.5kg、水滑石1.5kg、β二酮0.2kg、CPE（135A型）2kg 、EBS 2kg ，抗氧剂1010 0.1kg、抗氧剂168 0.3kg、UV531 0.1kg、PETS-3 0.2kg、PE蜡0.2kg、氧化聚乙烯蜡0.05kg、单甘脂1.4kg、阻燃母粒4kg投入高混锅，转速800r/min，高混温度达到110度将料放入冷混机，冷混至45度出料，然后用锥形双螺杆挤出机挤出造粒, 所述的双螺杆挤出机的加工温度为170~210℃，挤出机包括六个温区，其中一段160℃，二段170℃，三段170℃，四段165℃，五段160℃，挤出机电流80A。
实施例4
将600g氧化锌、280g 氢氧化钙、6000g 硬脂酸反应釜中，温度控制在140摄氏度，搅拌30min分钟后倒出，用高速破壁机将反应产物破碎、打粉，得到硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸复合材料6700克。
按以下重量百分比含量称取各原料组分：将PVC树脂60kg、ABS树脂40kg、反应复合产物1.5kg、水滑石1.5kg、β二酮0.2kg、CPE（135A型）2kg 、EBS 2kg ，抗氧剂1010 0.1kg、抗氧剂168 0.3kg、UV531 0.1kg、PETS-3 0.2kg、PE蜡0.2kg、氧化聚乙烯蜡0.05kg、单甘脂1.4kg、阻燃母粒4kg投入高混锅，转速800r/min，高混温度达到110℃将料放入冷混机，冷混至45度出料，然后用锥形双螺杆挤出机挤出造粒, 所述的双螺杆挤出机的加工温度为160~210℃，挤出机包括六个温区，其中一段160℃，二段170℃，三段170℃，四段165℃，五段160℃，挤出机电流80A。
对比例1
按以下重量百分比含量称取各原料组分：将100kg ABS、5kg阻燃母粒、0.3kg 168、0.15kg 1010、0.3kg EBS投入高混锅，转速100r/min，混匀，出料，然后用改性专用双螺杆挤出机挤出造粒, 所述的双螺杆挤出机的加工温度为170~210℃，挤出机包括八个温区，其中一段170℃，二段180℃，三段210℃，四段210℃，五段210℃，六段210℃，七段210℃，八段210℃螺杆转速500r/min。
对比例2
按照实施例3的配方制备颗粒，不同之处在于，未添加海藻酸。
对比例3
按照实施例3的配方制备颗粒，不同之处在于，海藻酸的添加量为300g。
对比例4
按照实施例3的配方制备颗粒，不同之处在于，海藻酸的添加量为1000g。
对比例5
按照实施例3的配方制备颗粒，不同之处在于，未添加硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸复合材料。
对比例6
按照实施例3的配方制备颗粒，不同之处在于，按照550g氧化锌、280g 氢氧化钙的投入量折算添加硬脂酸锌4272g、硬脂酸锌2285g，再加入海藻酸600g，不添加硬脂酸。
取本实施例1-4的产品与对比例1-6的产品进行性能测试并比对，数据如表1所示：
表1：塑料颗粒性能测试
从表1中不难看出，本发明实施例1-4所得的合金颗粒具备较好的流动性能，以及优良的热稳定性，对比例2中未添加海藻酸、对比例3添加量较少、对比例5中未添加硬脂酸及硬脂酸盐复合材料、对比例6中没有加入余量的硬脂酸时，流动性（平衡扭矩变大）均不理想。对比例4中添加过量的海藻酸时，其耐冲击性强度下降，且热变形温度明显降低。由此可见海藻酸与包含过量硬脂酸的复合硬脂酸盐对于提高流动性有协同性的影响，可能的原因在于过量的硬脂酸对硬脂酸盐进行表面包覆，提高了粉体的流动性；此外，海藻酸在最佳用量为5-10wt%，超出时影响材料的强度，可能的原因在于过量时，海藻酸的成胶作用显著导致影响较大。
上述参照具体实施方式对本发明提供的方案进行了详细的描述，但实施实例的描述是说明性而并非限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明技术的实质和范围下的变化和优化，应属本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种注塑级PVC-ABS合金阻燃塑料颗粒，其特征在于，按重量份计包括如下组分：ABS树脂20～40份、PVC树脂40～60份、稳定剂3～10份、相容剂0.1～3份、润滑剂0.2～3份。
2.根据权利要求1所述的塑料颗粒，其特征在于，所述稳定剂包括海藻酸及脂肪酸复合盐，海藻酸占比5-10wt％。
3.根据权利要求2所述的塑料颗粒，其特征在于，所述脂肪酸复合盐为硬脂酸复合盐，制备过程为：将硬脂酸、氧化锌和氢氧化钙按质量比1000～1800：150～180：60～80投料，搅拌下100～150℃反应30-60min，复合产物中加入锌烧抑制剂和辅助稳定剂混匀。
4.根据权利要求1所述的塑料颗粒，其特征在于，所述相容剂选自苯乙烯丙烯腈共聚物、马来酸酐接枝PP、马来酸酐接枝PE、氯化聚乙烯CPE、乙烯醋酸乙烯酯共聚物中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的塑料颗粒，其特征在于，所述润滑剂选自乙撑双硬脂酸酰胺EBS、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、硬脂酸季戊四醇三酯PETS-3、硬脂酸季戊四醇四酯PETS-4、单甘油酸酯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的塑料颗粒，其特征在于，按重量份计还包括抗冲助剂0.5～5份、紫外线吸收剂0.05～1份、阻燃剂3～10份、抗氧剂0.1～0.5份。
7.权利要求1所述塑料颗粒的制备方法，其特征在于，按重量份称取各组分，投入高、低速混锅内混和均匀，冷却出料，然后用挤出造粒机进行挤出造粒。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述高速混合速度为500～800rpm，放料温度控制在90～130度，混料时间2～5分钟/锅；低速混合速度为50～200rpm，放料温度控制在45～55度，混料时间2～5分钟/锅。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述造粒加工温度为155～210℃。
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| CN101899192A (zh) * | 2010-07-19 | 2010-12-01 | 东莞市普凯塑料科技有限公司 | 一种低烟防火pvc/abs合金及其制备方法 |
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