CN116478497A - 一种abs复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于工程塑料技术领域，公开了一种ABS复合材料及其制备方法和应用。本发明ABS复合材料按重量份数计包括以下组分：ABS树脂90～99份、稳定剂0.5～5份、助剂0.1～5份；所述ABS树脂中K离子含量为10ppm～150ppm、Na离子含量为25ppm～150ppm、Ca离子含量为60ppm～250ppm、Mg离子含量为20ppm～500ppm；所述稳定剂为含受阻酚结构的脂肪族取代酰肼类化合物。本发明的ABS复合材料湿热老化后水平燃烧性能稳定，可用于有高耐湿热老化要求的部件和制品。
Description
技术领域
本发明涉及工程塑料技术领域，尤其涉及改性ABS复合材料领域，具体涉及一种ABS复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚树脂，即ABS树脂，其性能介于工程塑料和通用塑料之间，综合机械性能和加工成型性能优异，在电子电气、机械、建筑等很多领域都有广泛的应用。但是，受其聚合物结构和组成成份的限制，ABS树脂也存在很多缺陷和不足，需要改性改善。
ABS树脂在老化前可以很好的满足UL94 HB阻燃等级的要求，适用于多种家电和园林工具外壳等部件的安全要求；然而，未改性的ABS材料在高温高湿条件下储存或者作为电器部件服役一段时间后，其水平燃烧性能会大幅下降，水平燃烧速度迅速加快，变成无法满足UL94 HB等级阻燃要求，继续使用会存在安全隐患。目前，针对ABS材料耐湿热老化性能改善的研发，主要的研究方向都集中在耐湿热老化性能和外观的保持，而针对性的改善湿热老化后的水平燃烧性能未见报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种ABS复合材料及其制备方法和应用，以克服现有技术中ABS材料湿热老化后水平燃烧性能劣化的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种ABS复合材料，按重量份数计，包括以下组分：
ABS树脂90～99份、稳定剂0.5～5份、助剂0.1～5份；
所述ABS树脂中K离子含量为10ppm～150ppm、Na离子含量为25ppm～150ppm、Ca离子含量为60ppm～250ppm、Mg离子含量为20ppm～500ppm；
所述稳定剂为含受阻酚结构的脂肪族取代酰肼类化合物。
本发明的ABS复合材料中，采用含受阻酚结构的脂肪族取代酰肼类化合物作为稳定剂，可以通过和ABS树脂中的特定种类和含量的金属离子(如K、Na、Ca、Mg等)的相互作用，减少这些金属离子在水中的溶解度，从而减少湿热老化过程中水分子向ABS基体中的迁移，使其对ABS材料的水平燃烧性能的劣化作用被大大削弱，最终使得ABS树脂的耐湿热老化稳定性得到大幅改善。
作为本发明所述的ABS复合材料的优选实施方式，所述ABS树脂中丙烯腈重量含量为12％～35％、丁二烯重量含量为12％～35％、苯乙烯重量含量为12％～80％。
作为本发明所述的ABS复合材料的优选实施方式，所述含受阻酚结构的脂肪族取代酰肼类化合物的结构式如式(I)所示：
式中，R为C2～C5的直链烷烃。
所述助剂是指用于改善复合材料的热稳定性、加工性能等性能的添加剂。作为本发明所述的ABS复合材料的优选实施方式，所述助剂为抗氧剂、润滑剂、耐候剂、着色剂中的至少一种。优选的，所述抗氧剂包括亚磷酸酯类抗氧剂；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、硅酮类润滑剂中的至少一种；所述耐候剂包括二苯甲酮类或苯并三唑类紫外线吸收剂；所述着色剂包括颜料型或染料型着色剂。
第二方面，本发明提供一种所述的ABS复合材料的制备方法，包括以下步骤：
分别称取所述组分，混合；熔融后挤出，冷却、拉条，切粒，即成。
作为本发明所述ABS复合材料的制备方法的优选实施方式，所述混合以800转/分钟～1200转/分钟的转速混合3min～10min。
作为本发明所述ABS复合材料的制备方法的优选实施方式，所述挤出时挤出机各段的温度为180℃～220℃，杆转速为200转/分钟～800转/分钟。
第三方面，将所述的ABS复合材料、所述的制备方法在耐湿热老化部件或制品中的应用。如需要长途海运等高温高湿条件下长期储存的部件或制品，低纬度地区高湿度环境条件下的电器设备或部件。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的ABS复合材料湿热老化后水平燃烧性能稳定，耐水煮老化性能好，使ABS材料在储存和使用过程中，阻燃性能可以长期保持；达到0.8mm HB75阻燃等级，可以制备膜材；可用于有高耐湿热老化要求的部件和制品，如可在长途海运等高温高湿条件下长期储存，不影响其阻燃性能；可用于低纬度地区高湿度户外环境条件下的电器设备部件。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下述实施例和对比例中，如无特别说明，抗氧剂、润滑剂、耐候剂和着色剂均通过市售获得，且平行实验中使用的是相同的抗氧剂、润滑剂、耐候剂和着色剂。
下述实施例及对比例所用的原材料说明如下，但不限于这些材料：
ABS树脂经由如下的合成过程获得：
(1)制备ABS接枝胶粉：将丁二烯单体、乳化剂、聚合引发剂和水投入乳聚釜中反应后，制备丁二烯胶乳；丁二烯胶乳经过脱气、PH调整处理后，送入接枝聚合釜中，再加入苯乙烯、丙烯腈、乳化剂、氧化还原剂和分子量调节剂等反应，再通过凝聚釜凝聚、脱水、洗涤和气流干燥后，得ABS接枝胶粉；
(2)制备SAN树脂：将苯乙烯和丙烯腈单体投入聚合釜中反应后，经过脱挥处理后，挤出造粒和风干后，制得SAN树脂；
(3)将所得ABS接枝胶粉和SAN树脂掺混造粒，得ABS树脂。
通过合成参数和投料比例的调整可以制备出不同规格特性的ABS树脂，本发明中使用到的主要有以下几种：
ABS-1：丙烯腈重量含量为22％、丁二烯重量含量为20％、苯乙烯重量含量为58％；K离子含量为29ppm、Na离子含量为108ppm、Ca离子含量为220ppm、Mg离子含量为20ppm；
ABS-2：丙烯腈重量含量为23％、丁二烯重量含量为26％、苯乙烯重量含量为51％；K离子含量为16ppm、Na离子含量为51ppm、Ca离子含量为89ppm、Mg离子含量为359ppm；
ABS-3：丙烯腈重量含量为20％、丁二烯重量含量为23％、苯乙烯重量含量为57％；K离子含量为72ppm、Na离子含量为42ppm、Ca离子含量为141ppm、Mg离子含量为48ppm；
ABS-4：丙烯腈重量含量为21％、丁二烯重量含量为15％、苯乙烯重量含量为64％；K离子含量为155ppm、Na离子含量为200ppm、Ca离子含量为300ppm、Mg离子含量为680ppm；
稳定剂1：含受阻酚结构的脂肪族取代酰肼类化合物，CHINOX 1024，台湾双键；
稳定剂2：含受阻酚结构的脂肪族取代酰肼类化合物，SONOX 1027，临沂三丰化工；
稳定剂3：受阻酚类化合物，CHINOX 1010，台湾双键；
稳定剂4：受阻酚类化合物，CHINOX 1790，台湾双键；
抗氧剂：亚磷酸酯类抗氧剂，CHINOX 168，台湾双键；
润滑剂：乙撑双硬脂酰胺，EBS P-130，印尼PTCMS；
耐候剂：UV-P，天津利安隆；
着色剂：炭黑，M717，卡博特；
实施例1～6和对比例1～4的ABS复合材料的组成组分如表1所示。
实施例1～6和对比例1～4的ABS复合材料的制备方法如下：
按配方重量和配比分别称取各组分，投入混合机中以1000转/分钟的转速混合5min后取出，将混合后的物料投入双螺杆挤出机的进料斗中，按照设定的工艺，包括挤出机各段的温度设定范围为180℃～220℃、螺杆转速设定范围为200转/分钟～800转/分钟，通过同向双螺杆挤出机进行熔融共混后，水冷拉条切粒。即得ABS复合材料。
表1ABS复合材料的组分(重量份数)
检测实施例1～6和对比例1～4的ABS复合材料的相关性能，
(1)取材料粒子，经过烘干和注塑成型成0.8mm～3.0mm厚度的标准燃烧样条，用于测试水平燃烧性能。参照标准UL746C-2002，具体检测方法为：
用实验室固定条件的高温水煮老化来加速模拟实际使用过程中的浸水老化；样品具体处理方法为：分别将0.8mm、1.5mm、3.0mm厚度的标准燃烧样条放置在70℃水浴锅中处理168小时后取出，于23±2℃，50±5％湿度条件下调节14天后测试水平燃烧性能；水平燃烧性能参照UL94 HB等级燃烧测试方法，记录水平燃烧速度(mm/s)。
(2)悬臂梁缺口冲击强度
注塑成符合ISO 180-2019悬臂梁缺口冲击强度测试要求的棒状样条(缺口类型Type A)，在25℃下进行老化前缺口冲击强度测试；参照标准UL746C-2002，将标准样条放置在70℃水浴锅中处理168小时后取出，于23±2℃，50±5％湿度条件下，23±2℃温水浸泡30min后取出擦干，测试老化后缺口冲击强度；
(3)拉伸强度
注塑成符合ISO 527-2-2019拉伸强度测试要求的棒状样条(Type 1BA)，在25℃下进行老化前拉伸强度测试；参照标准UL746C-2002，将标准样条放置在70℃水浴锅中处理168小时后取出，于23±2℃，50±5％湿度条件下，23±2℃温水浸泡30min后取出擦干，测试老化后拉伸强度。
检测结果如表2和3所示。
表2实施例ABS复合材料的性能
表3对比例ABS复合材料的性能
实施例1～6的ABS复合材料，水煮老化前后，水平燃烧性能变化较小，且都能达到3.0mm HB40和0.8mm、1.5mm HB75的HB等级阻燃要求，避免了水煮老化后阻燃失效的发生。
对比例1采用的ABS虽然为乳液法制备的ABS树脂，但是所含的K离子含量为155ppm、Na离子含量为200ppm、Ca离子含量为300ppm、Mg离子含量为680ppm，超过含受阻酚结构的脂肪族取代酰肼类化合物可改善的范围，不符合3.0mm HB40和0.8mm、1.5mm HB75的HB等级阻燃要求，出现了阻燃失效。
对比例2和3采用的稳定剂种类为受阻酚类化合物，所制备的复合材料水煮老化后，水平燃烧性能明显劣化，不符合3.0mm HB40和0.8mm、1.5mm HB75的HB等级阻燃要求，出现了阻燃失效。
对比例4未添加稳定剂，所制备的复合材料水煮老化后，水平燃烧性能明显劣化，不符合3.0mm HB40和0.8mm、1.5mm HB75的HB等级阻燃要求，出现了阻燃失效。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (9)
1.一种ABS复合材料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：
ABS树脂90～99份、稳定剂0.5～5份、助剂0.1～5份；
所述ABS树脂中K离子含量为10ppm～150ppm、Na离子含量为25ppm～150ppm、Ca离子含量为60ppm～250ppm、Mg离子含量为20ppm～500ppm；
所述稳定剂为含受阻酚结构的脂肪族取代酰肼类化合物。
2.根据权利要求1所述的ABS复合材料，其特征在于，所述ABS树脂中丙烯腈重量含量为12％～35％、丁二烯重量含量为12％～35％、苯乙烯重量含量为12％～80％。
3.根据权利要求1所述的ABS复合材料，其特征在于，所述含受阻酚结构的脂肪族取代酰肼类化合物的结构式如式(I)所示：
式中，R为C2～C5的直链烷烃。
4.根据权利要求1所述的ABS复合材料，其特征在于，所述助剂为抗氧剂、润滑剂、耐候剂、着色剂中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的ABS复合材料，其特征在于，所述抗氧剂包括亚磷酸酯类抗氧剂；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、硅酮类润滑剂中的至少一种；所述耐候剂包括二苯甲酮类或苯并三唑类紫外线吸收剂；所述着色剂包括颜料型或染料型着色剂。
6.一种权利要求1～5任一项权利要求所述的ABS复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
分别称取所述组分，混合；熔融后挤出，冷却、拉条，切粒，即成。
7.根据权利要求8所述ABS复合材料的制备方法，其特征在于，所述混合以800转/分钟～1200转/分钟的转速混合3min～10min。
8.根据权利要求8所述ABS复合材料的制备方法，其特征在于，所述挤出时挤出机各段的温度为180℃～220℃，杆转速为200转/分钟～800转/分钟。
9.权利要求1～5任一项权利要求所述的ABS复合材料、权利要求6～8任一项权利要求所述的制备方法在耐湿热老化部件或制品中的应用。
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