CN115895170A - 一种高氧指数abs组合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高氧指数ABS组合物及其制备方法和应用。该组合物组分按照重量份数包括：ABS树脂57.2～68.4份；相容剂接枝聚苯醚5～21份；焦磷酸哌嗪包覆物9.4～15份；氮系阻燃剂包覆物6.2～12.5份；增韧剂3～8份。该组合物具有较高的韧性和氧指数。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料领域，特别涉及一种高氧指数ABS组合物及其制备方法和应用。
背景技术
苯乙烯-丁二烯-丙烯腈(ABS)树脂兼具有丙烯腈的刚性和耐热性，聚苯乙烯的光泽性和加工性以及聚丁二烯的抗冲击性等特点，广泛应用于家用电器、办公设备、仪器仪表、交通运输、建筑材料、日用器具及包装材料等领域。但是，普通ABS树脂的极限氧指数只有18左右，根据《建筑设计防火规范》要求，在安防电器领域，应急灯外壳需要氧指数大于28，ABS树脂需要阻燃改性后才能使用。
中国专利CN110982213A公开了一种有卤阻燃ABS材料的制备方法，其氧指数可以做到30以上，但是其使用了三氧化钼作为阻燃协效剂，根据2017世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单，三氧化钼属于2B类致癌物，不环保。中国专利CN102731958A公开了一种无卤阻燃ABS材料的制备方法，其氧指数可以达到30以上，但其使用了聚磷酸铵和包覆红磷，韧性差，着色性不好，且存在析出风险。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高氧指数ABS组合物及其制备方法和应用，以克服现有技术中ABS材料氧指数和韧性不佳的缺陷。
本发明提供一种高氧指数ABS组合物，所述组合物组分按照重量份数包括：
所述相容剂接枝聚苯醚中聚苯醚和相容剂的重量比为18～22:1；所述相容剂包括苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯或ABS接枝马来酸酐；
所述焦磷酸哌嗪包覆物包括焦磷酸哌嗪和包覆在焦磷酸哌嗪外的包覆层，所述氮系阻燃剂包覆物包括氮系阻燃剂和包覆在氮系阻燃剂外的包覆层，所述包覆层为ABS、AS、丙烯酸酯、丁腈及其改性物中的一种或几种和固化剂的共聚物，焦磷酸哌嗪和氮系阻燃剂重量分数分别为79.2～96％。
优选地，所述组合物组分按照重量份数包括：
优选地，所述ABS树脂在220℃/10kg负荷下的熔体流动速率为15～30g/10min。ABS树脂熔体流动速率在这个范围内，ABS的韧性和流动性均衡，使得组合物的韧性、成型性、阻燃性等综合性能较好。熔体流动速率的测试标准为ISO 1133-1-2011。
优选地，所述聚苯醚包括聚(2，6-二甲基-1，4-亚苯基)醚、聚(2，6-二乙基-1，4-亚苯基)醚、聚(2，6-二丙基-1，4-亚苯基)醚、聚(2-甲基-6-乙基-1，4-亚苯基)醚、聚(2-甲基-6-丙基-1，4-亚苯基)醚、2，6-二甲基苯酚/2，3，6-三甲基苯酚共聚物中的一种或几种。
优选地，所述聚苯醚特性粘度为38～48cm3/g。特性粘度的测试标准为GB/T 1632-1993(30℃，氯仿溶液)。
优选地，所述相容剂接枝聚苯醚是由聚苯醚和相容剂按照重量比18～22:1经过双螺杆挤出机挤出、造粒得到，其中双螺杆挤出机的各段螺杆温度为220～250℃，双螺杆挤出机的长径比为41～45：1，螺杆转速为150-300转/分钟。
优选地，所述焦磷酸哌嗪包覆物、氮系阻燃剂包覆物中磷酸哌嗪、氮系阻燃剂重量分数分别为86-91％。
优选地，所述固化剂包括异氰酸酯及其聚合物、氨基树脂、有机硅氧烷、氮丙啶及其衍生物、聚碳化二亚胺、含环氧基固化剂中的一种或几种。
优选地，所述焦磷酸哌嗪包覆物和氮系阻燃剂包覆物中固化剂重量分数分别为0.5％～6％。
优选地，所述氮系阻燃剂包括三(2-羟乙基)异氰尿酸酯、异氰尿酸三缩水甘油酯、三聚氰胺氰尿酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐、聚磷酸铵中的一种或几种。
优选地，所述焦磷酸哌嗪包覆物或氮系阻燃剂包覆物的制备方法包括：
按照配比，将焦磷酸哌嗪或氮系阻燃剂加入水性聚合物分散液(固含量为30-60％)中，搅拌分散10-30min，加入固化剂，继续搅拌60-120min，得到聚合物包覆阻燃剂的复合分散液，喷雾干燥，得到磷酸哌嗪包覆物或氮系阻燃剂包覆物，其中水性聚合物分散液包括ABS乳液、AS乳液、丙烯酸酯乳液、丁腈及其改性物乳液中的一种或几种，原料百分数为原料重量占原料总重量的百分数。
优选地，所述喷雾干燥过程的进风口温度为170-250℃，出风口温度为70-100℃。
优选地，所述增韧剂包括胶粉接枝SAN、三元乙丙橡胶、丙烯酸系树脂、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或几种。
优选地，所述组合物还包括加工助剂0～3份。
优选地，所述加工助剂包括润滑剂、抗滴落剂、抗氧剂、耐候剂、着色剂中的一种或几种。
优选地，所述润滑剂包括酰胺类润滑剂、硬脂酸盐类润滑剂、酯类润滑剂、硅酮类润滑剂中的一种或几种。
优选地，所述抗滴落剂包括聚四氟乙烯、苯乙烯-丙烯腈包覆的聚四氟乙烯、丙烯酸酯包覆的聚四氟乙烯中的一种或几种。
优选地，所述抗氧剂包括有机受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或几种。
优选地，所述耐候剂包括二苯甲酮类紫外线吸收剂、苯并三唑类紫外线吸收剂和受阻胺类光稳定剂中的一种或几种。
优选地，所述着色剂包括钛白粉、镉系颜料、铁红、群青、炭黑、酞菁系以及喹吖啶酮系有机颜料中的一种或几种。
本发明还提供一种高氧指数ABS组合物的制备方法，包括：
将各组分混合，输送到双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到高氧指数ABS组合物。
优选地，所述混合时间为1～6min，转速为100～800转/分钟。
优选地，所述双螺杆挤出机的各段螺杆温度为180～230℃，双螺杆挤出机的长径比为30～45:1，螺杆转速为200-500转/分钟。
本发明还提供一种高氧指数ABS组合物在安防电器中的应用，例如用于消防安全指示牌、消防应急灯、安全出口标识灯等。
本发明采用相容剂接枝聚苯醚，聚苯醚和苯乙烯-丙烯腈类聚合物或ABS接枝物通过化学键连接，与ABS树脂的相容性更好，合金性能更稳定。
传统的焦磷酸哌嗪和氮系阻燃剂挤出时外加相容剂的方式，难以实现相容剂对阻燃剂颗粒外表面的完全包覆，大量裸露的阻燃剂颗粒表面与基材树脂间极易形成应力集中点，不仅严重影响材料的韧性，还存在析出等风险。本发明采用焦磷酸哌嗪包覆物和氮系阻燃剂包覆物，通过包覆物“桥梁”作用，明显改善阻燃剂颗粒与树脂的相容性，对材料的韧性影响较小，且其在加工过程中更易分散，氧指数提升更明显。
有益效果
本发明采用相容剂接枝聚苯醚，使得聚苯醚与ABS树脂相容性更好，从而提升组合物的氧指数。另外本发明采用焦磷酸哌嗪包覆物和氮系阻燃剂包覆物的复配，使得焦磷酸哌嗪和氮系阻燃剂与ABS相容性较好，同时阻燃效果较好，使得组合物具有较好的韧性和氧指数。
本发明ABS组合物的极限氧指数为30％以上，悬臂梁缺口冲击强度为14～19kJ/m2。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
试剂来源：
ABS树脂1：220℃/10kg负荷下的熔体流动速率为18g/10min，DG-417，天津大沽化工股份有限公司；
ABS树脂2：220℃/10kg负荷下的熔体流动速率为28g/10min，ABS 8391，中国石化上海高桥石油化工有限公司；
ABS树脂3：220℃/10kg负荷下的熔体流动速率为10g/10min，D-120A，国乔石油化学股份有限公司；
ABS树脂4：220℃/10kg负荷下的熔体流动速率为35g/10min，ABS 750NSW，韩国锦湖石油化学株式会社；
相容剂接枝聚苯醚1：其制备方法为：将聚苯醚(特性粘度为40cm3/g，PPE LXR040，南通星辰合成材料有限公司)和苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯(HPC-20，佳易容聚合物(上海)有限公司)按照重量比20:1混合均匀，加入到双螺杆挤出机中挤出、造粒，即得，其中双螺杆挤出机的各段螺杆温度为220～250℃，双螺杆挤出机的长径比为41：1，螺杆转速为150转/分钟；
相容剂接枝聚苯醚2：其制备方法为：聚苯醚(特性粘度为40cm3/g，PPE LXR040，南通星辰合成材料有限公司)和ABS接枝马来酸酐(KT-3，沈阳科通塑胶科技有限公司)按照重量比20:1混合均匀，经过双螺杆挤出机挤出、造粒，即得，其中双螺杆挤出机的各段螺杆温度为220～250℃，双螺杆挤出机的长径比为45：1，螺杆转速为300转/分钟；
相容剂接枝聚苯醚3：其制备方法根据相容剂接枝聚苯醚1的制备方法，不同之处在于，聚苯醚的特性粘度为35cm3/g，LXR035，南通星辰合成材料有限公司；
相容剂接枝聚苯醚4：其制备方法根据相容剂接枝聚苯醚1的制备方法，不同之处在于，聚苯醚的特性粘度为50cm3/g，LXR050，南通星辰合成材料有限公司；
相容剂接枝聚苯醚5：其制备方法根据相容剂接枝聚苯醚1的制备方法，不同之处在于，聚苯醚和苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯重量比为16:1；
相容剂接枝聚苯醚6：其制备方法根据相容剂接枝聚苯醚1的制备方法，不同之处在于，聚苯醚和苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯重量比为24:1；
聚苯醚：特性粘度为40cm3/g，PPE LXR040，南通星辰合成材料有限公司；
相容剂：苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯，HPC-20，佳易容聚合物(上海)有限公司；
焦磷酸哌嗪包覆物1：其制备方法为：将焦磷酸哌嗪(FR-1420，重庆科聚孚工程塑料有限责任公司)75％加入ABS乳液(固含量30％，ABS乳液，荆州市天翼精细化工开发有限公司)24.5％中，搅拌分散10min，加入异氰酸酯(六亚甲基二异氰酸酯基聚异氰酸酯，HT100，万华化学集团股份有限公司)0.5％，继续搅拌60min，得到聚合物包覆阻燃剂的复合分散液，喷雾干燥，即得，其中喷雾干燥过程的进风口温度为170℃，出风口温度为70℃，原料百分数为原料重量占原料总重量的百分数；
焦磷酸哌嗪包覆物2：其制备方法为：将焦磷酸哌嗪(FR-1420，重庆科聚孚工程塑料有限责任公司)85％加入AS乳液(固含量48％，SW-02，郑州鑫科化工产品有限公司)10％中，搅拌分散30min，加入氨基树脂(脲醛树脂，ET581，绿联化学科技有限公司)5％，继续搅拌120min，得到聚合物包覆阻燃剂的复合分散液，喷雾干燥，即得，其中喷雾干燥过程的进风口温度为250℃，出风口温度为100℃，原料百分数为原料重量占原料总重量的百分数；
氮系阻燃剂包覆物1：其制备方法为：将三聚氰胺氰尿酸盐(MCA，寿光卫东化工有限公司)75％加入丁腈乳液(固含量45％，FM-101，济南亚威新材料有限公司)24.5％中，搅拌分散10min，加入有机硅氧烷(甲基三氯硅烷，武汉卡诺斯科技有限公司)0.5％，继续搅拌60min，得到聚合物包覆阻燃剂的复合分散液，喷雾干燥，即得，其中喷雾干燥过程的进风口温度为170℃，出风口温度为70℃，原料百分数为原料重量占原料总重量的百分数；
氮系阻燃剂包覆物2：其制备方法为：将异氰尿酸三缩水甘油酯(武汉吉鑫益邦生物科技有限公司)85％加入丙烯酸酯乳液(56％固含量，济南济滨化工有限公司)10％中，搅拌分散30min，加入聚碳化二亚胺(UN-025，上海尤恩化工有限公司)5％，继续搅拌120min，得到聚合物包覆阻燃剂的复合分散液，喷雾干燥，即得，其中喷雾干燥过程的进风口温度为250℃，出风口温度为100℃，原料百分数为原料重量占原料总重量的百分数；
有机次膦酸盐包覆物：其制备方法根据焦磷酸哌嗪包覆物1的制备方法，不同之处在于，阻燃剂为有机次膦酸盐，OP 1230，科莱恩化工(中国)有限公司；
焦磷酸哌嗪：FR-1420，重庆科聚孚工程塑料有限责任公司；
ABS-异氰酸酯交联聚合物：其制备方法根据焦磷酸哌嗪包覆物1的制备方法，不同之处在于，不加入焦磷酸哌嗪，直接将复合分散液喷雾干燥，即得；
氮系阻燃剂：三聚氰胺氰尿酸盐，MCA，寿光卫东化工有限公司；
丁腈-有机硅氧烷交联聚合物：其制备方法根据氮系阻燃剂包覆物1的制备方法，不同之处在于，不加入氮系阻燃剂，直接将复合分散液喷雾干燥，即得；
增韧剂：胶粉接枝SAN型增韧剂，HR181，韩国锦湖石油化学株式会社；
加工助剂：
润滑剂：季戊四醇硬脂酸酯，市售；
抗氧剂：抗氧剂1010和抗氧剂168按重量比1:2复配而成的混合物，市售；
抗滴落剂：苯乙烯-丙烯腈包覆的聚四氟乙烯，市售；
如未特别说明，本发明平行的实施例和对比例中的某一组分(例如抗氧剂、润滑剂、抗滴落剂)均为相同的市售产品。
ABS组合物的制备方法包括：按照表1、表2、表3配比，将各组分在混合机预混合，转速为100～800转/分钟，混合时间为1～6分钟。然后将上述混合物经过精密计量的送料装置输送到双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机的各段螺杆温度为180～230℃，双螺杆挤出机的长径比为30～45:1，螺杆转速为200-500转/分钟，在螺杆的剪切、混炼及输送下，物料得以充分熔化、复合，再经过挤出造粒、干燥得到ABS组合物。
将实施例和对比例的ABS组合物进行如下性能测试：
(1)极限氧指数：按照标准GB/T2406-1993；
(2)悬臂梁缺口冲击强度：按照标准ISO 180/1A-2000(4mm,23℃)；
表1实施例1-10配比(重量份数)
表2实施例11-14配比(重量份数)
表3对比例配比(重量份数)
由表1-3可知，本发明ABS树脂具有较高的极限氧指数和悬臂梁缺口冲击强度。对比例1添加聚苯醚和相容剂，其极限氧指数明显低于实施例1。说明本发明采用相容剂接枝聚苯醚，可以提升组合物的氧指数。
对比例2添加焦磷酸哌嗪和ABS-异氰酸酯交联聚合物，其冲击强度和氧指数明显低于实施例1。对比例3添加氮系阻燃剂和丁腈-有机硅氧烷交联聚合物，其冲击强度和氧指数明显低于实施例1。对比例4采用有机次膦酸盐包覆物，其氧指数明显低于实施例1。由此可见，本发明采用焦磷酸哌嗪包覆物和氮系阻燃剂包覆物的复配，使得组合物具有较好的韧性和氧指数。
Claims (10)
1.一种高氧指数ABS组合物，其特征在于，所述组合物组分按照重量份数包括：
所述相容剂接枝聚苯醚中聚苯醚和相容剂的重量比为18～22:1；所述相容剂包括苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯和/或ABS接枝马来酸酐；
所述焦磷酸哌嗪包覆物包括焦磷酸哌嗪和包覆在焦磷酸哌嗪外的包覆层，所述氮系阻燃剂包覆物包括氮系阻燃剂和包覆在氮系阻燃剂外的包覆层，所述包覆层为ABS、AS、丙烯酸酯、丁腈及其改性物中的一种或几种和固化剂的共聚物，焦磷酸哌嗪和氮系阻燃剂重量分数分别为79.2-96％。
2.根据权利要求1所述的ABS组合物，其特征在于，所述组合物组分按照重量份数包括：
3.根据权利要求1所述的ABS组合物，其特征在于，所述ABS树脂在220℃/10kg负荷下的熔体流动速率为15～30g/10min。
4.根据权利要求1所述的ABS组合物，其特征在于，所述聚苯醚包括聚(2，6-二甲基-1，4-亚苯基)醚、聚(2，6-二乙基-1，4-亚苯基)醚、聚(2，6-二丙基-1，4-亚苯基)醚、聚(2-甲基-6-乙基-1，4-亚苯基)醚、聚(2-甲基-6-丙基-1，4-亚苯基)醚、2，6-二甲基苯酚/2，3，6-三甲基苯酚共聚物中的一种或几种；聚苯醚特性粘度为38～48cm3/g。
5.根据权利要求1所述的ABS组合物，其特征在于，所述固化剂包括异氰酸酯及其聚合物、氨基树脂、有机硅氧烷、氮丙啶及其衍生物、聚碳化二亚胺、含环氧基固化剂中的一种或几种；焦磷酸哌嗪包覆物和氮系阻燃剂包覆物中固化剂重量分数分别为0.5％～6％。
6.根据权利要求1所述的ABS组合物，其特征在于，所述氮系阻燃剂包括三(2-羟乙基)异氰尿酸酯、异氰尿酸三缩水甘油酯、三聚氰胺氰尿酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐、聚磷酸铵中的一种或几种；增韧剂包括胶粉接枝SAN、三元乙丙橡胶、丙烯酸系树脂、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的ABS组合物，其特征在于，所述组合物还包括加工助剂0～3份；
所述加工助剂包括润滑剂、抗滴落剂、抗氧剂、耐候剂、着色剂中的一种或几种。
8.一种如权利要求1～7任一所述ABS组合物的制备方法，包括：
将各组分混合，输送到双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到高氧指数ABS组合物。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的各段螺杆温度为180～230℃，双螺杆挤出机的长径比为30～45:1，螺杆转速为200-500转/分钟。
10.一种如权利要求1～7任一所述ABS组合物在安防电器中的应用。
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