CN117467236A - 温变abs材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种温变ABS材料及其制备方法。其中温变ABS材料包括以下质量分数的原料：ABS树脂基材：80~95%；温度敏感性颜料：0.1~5%；兼容剂：1~5%；稳定剂：0.1~2%；增塑剂：1~10%；以及色素分散剂：0.1~3%。所述温度敏感性颜料包括热敏感性染料、液晶色素、微胶囊热敏颜料和配位化合物色素中的任意一种。所述增塑剂包括己内酯、邻苯二甲酸酯类增塑剂和柠檬酸酯类增塑剂中的任意一种。本发明能够提升温变ABS材料的整体性能，提供一种颜色变化效果好、温变效果佳的温变ABS材料。
Description
技术领域
本发明涉及高分子树脂材料技术领域，特别涉及一种温变ABS材料及其制备方法。
背景技术
ABS树脂是一种三元接枝共聚物，主要成分为苯乙烯、丙烯腈和丁二烯，一般是由ABS接枝粉料和SAN基体树脂共混而成的。ABS树脂中的A代表丙烯腈，并能提供给ABS树脂耐热性及其耐化学药品性；B代表丁二烯，给ABS树脂提供韧性及其抗冲击性；S代表苯乙烯，ABS树脂的刚度、光泽以及易加工流动性由其给予。ABS材料具有良好的机械性能、耐磨性、耐化学性、耐低温性、耐热性等特点，被广泛应用于汽车、电子、家电、医疗器械、玩具等领域。
温变ABS，或称为热敏感ABS，是指能改变颜色的ABS材料，这种改变发生在材料感受到一定温度变化时。当这种ABS树脂暴露于不同温度时，添加剂会发生物理或化学变化，从而引起材料颜色的变化。温变ABS在儿童玩具和温度指示器等领域有很好的应用前景，能够通过颜色的变化，给用户直观的温度变化反馈。
然而，现有的温变ABS材料的化学稳定性不如ABS本身，可能在长时间暴露于高温或紫外线下会发生降解，导致颜色变化效果变差，进而影响其温变效果。
因此，现有技术需要进行改进。
发明内容
现有技术中的温变ABS材料的化学稳定性不如ABS本身，可能在长时间暴露于高温或紫外线下会发生降解，导致颜色变化效果变差，进而影响其温变效果，因此，本发明提供一种温变ABS材料及其制备方法。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种温变ABS材料，其包括以下质量分数的原料：
ABS树脂基材：80~95%；
温度敏感性颜料：0.1~5%；
兼容剂：1~5%；
稳定剂：0.1~2%；
增塑剂：1~10%；以及
色素分散剂：0.1~3%。
在一种实现方式中，包括以下质量分数的原料：
ABS树脂基材：90~94%；
温度敏感性颜料：05~3%；
兼容剂：2~5%；
稳定剂：0.2~1%；
增塑剂：2~8%；以及
色素分散剂：0.5~1%。
在一种实现方式中，所述温度敏感性颜料包括热敏感性染料、液晶色素、微胶囊热敏颜料和配位化合物色素中的任意一种。
在一种实现方式中，所述热敏感性染料包括Leuco Dyes或花青素类化合物，所述液晶色素包括胆甾苯甲酸酯或胆甾醇类化合物，所述微胶囊热敏颜料包括壳聚糖微胶囊包裹的热敏颜料或聚合物微胶囊包裹的亚甲基蓝，所述配位化合物色素包括镍配合物或钴配合物。
在一种实现方式中，所述兼容剂为马来酸酐接枝聚乙烯或聚醚多元醇。
在一种实现方式中，所述稳定剂包括光稳定剂和/或热稳定剂，所述光稳定剂为HALS，所述热稳定剂为有机锡化合物。
在一种实现方式中，所述增塑剂包括己内酯、邻苯二甲酸酯类增塑剂和柠檬酸酯类增塑剂中的任意一种。
在一种实现方式中，所述色素分散剂包括木质素磺酸钠、非离子型表面活性剂、磷脂和聚乙二醇中的任意一种。
在一种实现方式中，所述温变ABS材料还可以包括添加剂SOXA（二甲基聚硅氧烷），所述SOXA的添加量为0.4~0.8%。
第二方面，本发明还提供一种温变ABS材料的制备方法，用于上述所述的温变ABS材料，其具体包括以下步骤：
S1、提供ABS树脂基材、温度敏感性颜料、兼容剂、稳定剂、增塑剂、色素分散剂；
S2、对上述原料进行干燥处理，其中，干燥温度为80~90℃，干燥时间为2~4小时；
S3、将上述干燥后的原料进行预混合，使得各组分均匀分布；
S4、对预混合的原料在挤出机或高速混合器中进行熔融混合，其中，熔融温度为180~230℃；
S5、将熔融的混合物通过造粒机进行冷却和切割，制得颗粒状物料，冷却干燥后，得到所述温变ABS材料。
有益效果：本发明提供的温变ABS材料通过加入兼容剂、稳定剂、增塑剂和色素分散剂，通过加入所述稳定剂，延长温变ABS材料的使用寿命，保证其长期稳定性；通过加入所述增塑剂和所述色素分散剂，改善ABS共混材料的流动性，使得温变色素更加均匀分散，并提高成品的柔韧性，提升温变ABS材料的整体性能，提供一种颜色变化效果好、温变效果佳的温变ABS材料。
附图说明
图1是本发明提供的温变ABS材料的制备方法的步骤流程图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”，或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对相同的实施例或示例。而且，本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供一种温变ABS材料，其包括以下质量分数的原料：
ABS树脂基材：80~95%；
温度敏感性颜料：0.1~5%；
兼容剂：1~5%；
稳定剂：0.1~2%；
增塑剂：1~10%；以及
色素分散剂：0.1~3%。
进一步的，温变ABS材料包括以下质量分数的原料：
ABS树脂基材：90~94%；
温度敏感性颜料：05~3%；
兼容剂：2~5%；
稳定剂：0.2~1%；
增塑剂：2~8%；以及
色素分散剂：0.5~1%。
具体的，所述ABS树脂基材可以是通用级ABS，耐冲击级ABS或高流动性ABS。具体的，所述ABS树脂基材可以包括ABS高胶粉，高韧性ABS或高橡胶含量ABS，含有较高比例的丁二烯成分，这使得材料具有更好的韧性和冲击强度。在温变ABS材料中加入ABS高胶粉可以增强材料的机械性能，特别是提高其冲击强度和柔韧性。
具体的，所述温度敏感染料或色素包括热敏感性染料、液晶色素、微胶囊热敏颜料和配位化合物色素中的任意一种。
其中，热敏感性染料（Thermochromic Dyes）可以在达到特定的温度阈值时改变颜色。热敏感染料往往是由分子结构在温度变化下发生改变的有机化合物组成，这种变化可能导致分子对光的吸收或反射特性改变，从而引起颜色转变。所述热敏感性染料包括LeucoDyes或花青素类化合物。
所述液晶色素（Liquid Crystals）在不同的温度下可以呈现多种颜色，因为它们具有特定的光学和电气属性，随着温度的变化，其分子排列方式也会发生改变。所述液晶色素包括胆甾苯甲酸酯或胆甾醇类化合物，所述胆甾苯甲酸酯或胆甾醇类化合物，在温度变化时会通过改变其分子排列来改变颜色。
所述微胶囊热敏颜料（Microencapsulated Thermochromic Pigments）由微小的胶囊包裹，每个胶囊内含有热敏变色体和溶剂，当温度升高或降低超过指定阈值时，溶剂的状态会发生改变，导致变色体的分子排列发生变化，进而引发颜色变化。所述微胶囊热敏颜料包括壳聚糖微胶囊包裹的热敏颜料或聚合物微胶囊包裹的亚甲基蓝。具体的，壳聚糖微胶囊包裹的热敏颜料是利用壳聚糖或其他聚合物作为壳材，内含有热敏染料和溶剂，温度变化导致颜色转变。聚合物微胶囊包裹的亚甲基蓝是通过亚甲基蓝等有机染料被微胶囊化，以响应温度变化。
所述配位化合物色素（Chelated Compounds）在热应力作用下会发生配位状态的转变，由此导致对光的吸收谱发生变化，从而改变颜色。所述配位化合物色素包括镍配合物或钴配合物。
具体的，所述兼容剂为马来酸酐接枝聚乙烯（MA-g-PE）或聚醚多元醇，用以提高ABS和非兼容材料的相容性。
具体的，所述稳定剂包括光稳定剂和/或热稳定剂，所述光稳定剂为HALS（Hindered Amine Light Stabilizers），所述热稳定剂为有机锡化合物。所述稳定剂用来确保ABS材料在加工和使用过程中的热稳定性和光稳定性。
具体的，所述增塑剂包括己内酯、邻苯二甲酸酯类增塑剂和柠檬酸酯类增塑剂中的任意一种，用于增加所述温变ABS材料的柔韧性和加工性能。其中，作为一种增塑剂，己内酯能够增加ABS材料的柔韧性和韧性，从而对材料的机械性能产生积极影响。
具体的，所述色素分散剂包括木质素磺酸钠、非离子型表面活性剂、磷脂和聚乙二醇中的任意一种。其中，木质素磺酸钠因其极性和分子结构通常用作天然分散剂，可以帮助温变色素在ABS树脂中更均匀分散，改善着色效果。同时，作为一种自然的聚合物，木质素磺酸钠可以作为相容剂，提高ABS与其他非兼容材料的协同效果，增强产品的综合性能。
特别的，己内酯是一种环状酯，而木质素磺酸钠是一种表面活性剂，具有优良的亲水性和抗静电性能。
当增塑剂选择为己内酯，同时所述色素分散剂为木质素磺酸钠时，能够使得所述己内酯和所述色素分散剂有效地被共混挤出，以制备具有抗静电的温变ABS材料。制得的抗静电的温变ABS材料在需要抗静电特性的电子、电气产品制造、医疗设备和包装材料等领域具有广泛的潜在应用价值。
在一些实施例中，所述温变ABS材料还可以包括添加剂SOXA（二甲基聚硅氧烷），所述SOXA的添加量为0.4~0.8%，相应的，其他原料的质量分数为：ABS树脂基材：80~95%；温度敏感性颜料：0.1~5%；兼容剂：1~3%；稳定剂：0.1~2%；增塑剂：1~8%；色素分散剂：0.1~3%。
在一些实施例中，所述温变ABS材料还可以透明载体树脂，如PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯），用于提高所述温变ABS材料的亮度和透明度，从而增强颜色的可观效果。所述透明载体树脂的添加量为0.3~0.6%。相应的，其他原料的质量分数为：ABS树脂基材：80~95%；温度敏感性颜料：0.1~5%；兼容剂：1~3%；稳定剂：0.1~2%；增塑剂：1~8%；色素分散剂：0.1~3%。
本发明还提供一种温变ABS材料的制备方法，用于上述所述的温变ABS材料，其具体包括以下步骤：
S1、提供ABS树脂基材、温度敏感性颜料、兼容剂、稳定剂、增塑剂、色素分散剂；
S2、对上述原料进行干燥处理，其中，干燥温度为80~90℃，干燥时间为2~4小时；
S3、将上述干燥后的原料进行预混合，使得各组分均匀分布；
S4、对预混合的原料在挤出机或高速混合器中进行熔融混合，其中，熔融温度为180~230℃；
S5、将熔融的混合物通过造粒机进行冷却和切割，制得颗粒状物料，冷却干燥后，得到所述温变ABS材料。
实施例1
本实施例提供的温变ABS材料包含以下质量分数的原料：ABS树脂基材90%；温度敏感性颜料3%；兼容剂3%；稳定剂1%；增塑剂3%；色素分散剂0.5%。其中，所述ABS树脂基材为通用级ABS，所述温度敏感性颜料为胆甾苯甲酸酯，所述兼容剂为聚醚多元醇，所述稳定剂为HALS，所述增塑剂为己内酯，所述色素分散剂为木质素磺酸钠。
对比例1
本对比例提供的温变ABS材料包含以下质量分数的原料：ABS树脂基材95%；温度敏感性颜料5%。其中，所述ABS树脂基材为通用级ABS，所述温度敏感性颜料为胆甾苯甲酸酯。
实施例2
本实施例提供的温变ABS材料包含以下质量分数的原料：ABS树脂基材93%；温度敏感性颜料5%；兼容剂2%。
实施例3
本实施例提供的温变ABS材料包含以下质量分数的原料：ABS树脂基材：93.9%；温度敏感性颜料：5%；稳定剂：1.1%。其中，所述ABS树脂基材为通用级ABS，所述温度敏感性颜料为胆甾苯甲酸酯，所述稳定剂为HALS。
实施例4
本实施例提供的温变ABS材料包含以下质量分数的原料：ABS树脂基材94%；温度敏感性颜料5%；增塑剂1%。其中，所述ABS树脂基材为通用级ABS，所述温度敏感性颜料为胆甾苯甲酸酯，所述增塑剂为己内酯。
实施例5
本实施例提供的温变ABS材料包含以下质量分数的原料：ABS树脂基材94.9%；温度敏感性颜料5%；色素分散剂0.1%。其中，所述ABS树脂基材为通用级ABS，所述温度敏感性颜料为胆甾苯甲酸酯，所述色素分散剂为木质素磺酸钠。
实施例6
本实施例提供的温变ABS材料包含以下质量分数的原料：ABS树脂基材95%；温度敏感性颜料1%；增塑剂4%。其中，所述ABS树脂基材为通用级ABS，所述温度敏感性颜料为胆甾苯甲酸酯，所述增塑剂为己内酯。
实施例7
本实施例提供的温变ABS材料包含以下质量分数的原料：ABS树脂基材90%；温度敏感性颜料5%；兼容剂2%；稳定剂1%；增塑剂1%；色素分散剂1%。其中，所述ABS树脂基材为通用级ABS，所述温度敏感性颜料为胆甾苯甲酸酯，所述兼容剂为聚醚多元醇，所述稳定剂为HALS，所述增塑剂为己内酯，所述色素分散剂为木质素磺酸钠。
实施例8
本实施例提供的温变ABS材料包含以下质量分数的原料：ABS树脂基材89%；温度敏感性颜料5%；兼容剂3%；稳定剂1%；增塑剂1%；色素分散剂1%。其中，所述ABS树脂基材为通用级ABS，所述温度敏感性颜料为胆甾苯甲酸酯，所述兼容剂为聚醚多元醇，所述稳定剂为HALS，所述增塑剂为己内酯，所述色素分散剂为木质素磺酸钠。
实施例9
本实施例提供的温变ABS材料包含以下质量分数的原料：ABS树脂基材92%；温度敏感性颜料0.5%；兼容剂2%；稳定剂0.5%；增塑剂4%；色素分散剂0.4%；SOXA0.6%。其中，所述ABS树脂基材为通用级ABS，所述温度敏感性颜料为胆甾苯甲酸酯，所述兼容剂为聚醚多元醇，所述稳定剂为HALS，所述增塑剂为己内酯，所述色素分散剂为木质素磺酸钠。
实施例10
本实施例提供的温变ABS材料包含以下质量分数的原料：ABS树脂基材92%；温度敏感性颜料0.5%；兼容剂2%；稳定剂0.5%；增塑剂4%；色素分散剂0.6%；透明载体树脂0.4%。其中，所述ABS树脂基材为通用级ABS，所述温度敏感性颜料为胆甾苯甲酸酯，所述兼容剂为聚醚多元醇，所述稳定剂为HALS，所述增塑剂为己内酯，所述色素分散剂为木质素磺酸钠。
性能测试
对上述实施例和对比例所得样品，开展以下性能测试：
（1）温度敏感变色测试：使用温度控制装置逐渐改变样品的温度，观察并记录样品在不同温度下的颜色变化情况，特别注意记录颜色变化的起始温度和恢复原色的温度，重复多次，以评估颜色恢复的一致性。
测试结果：对比例1在30℃至40℃范围内颜色开始从蓝变绿，在40℃彻底转变完成。当温度下降至30℃以下时，颜色逐渐恢复至原始状态。实施例2至实施例10均显示了类似的变色温度范围，但变色速度和颜色恢复速度有所不同。实施例1具有最快的变色响应时间，表明添加剂的平衡组合优化了变色效果。实施例9颜色从蓝到绿的变化在28°C至38°C范围内开始，恢复速度比相较对比例1快，表明SOXA的加入可能增强了颜色恢复的迅速性。实施例10在30°C至40°C范围内呈现类似的颜色变化，但颜色变化略微平缓，可能是由于透明载体树脂的加入对颜色变化产生了缓冲作用。
（2）机械性能测试：通过拉伸试验和冲击试验，测试材料的力学性能。
测试结果：拉伸试验中，对比例1的最大拉伸强度为40 MPa，而实施例1展示出最高的拉伸强度，达到45 MPa。表明兼容剂和稳定剂的正确配比可以增强材料的力学性能。实施例9的拉伸强度略低于实施例8，但仍高于对照组，表明SOXA的加入对拉伸强度有轻微影响。实施例10：拉伸强度与实施例8接近。
冲击试验中，增塑剂含量较高的实施例6、实施例9和实施例10展示出了更高的冲击强度，但降低了硬度。实施例9冲击强度与实施例8相近，表明良好的平衡性。实施例10冲击强度略有下降，可能是由于透明载体树脂的加入对材料的韧性产生了一定影响。
（3）热性能测试：目的：评估材料的热稳定性和热分解温度，包括差示扫描量热（DSC）和热重分析（TGA），DSC测量材料在加热过程中的热流变化，确定熔点、结晶温度等；TGA测量材料在加热过程中的质量变化，评估热分解温度和稳定性。实施例9中，DSC测试显示熔点约为107°C，表明SOXA可能增强了热稳定性。实施例10中DSC测试显示熔点约为106°C，说明透明载体树脂对热稳定性的影响较小。
测试结果：DSC测试显示所有样品的熔点略有不同，对比例1熔点为105°C，而含有稳定剂的实施例（如实施例3）熔点稍高，为108°C；TGA测试表明，实施例5的热分解温度比对比例1稍低，表面色素分散剂掺杂导致的热稳定性降低。实施例9中，TGA测试显示热分解温度略高于实施例5，表明SOXA可能增强了热稳定性。实施例10中TGA测试显示与实施例9相似的热分解温度，说明透明载体树脂对热稳定性的影响较小。
（4）老化测试：通过紫外线暴露、温湿循环等测试，评估材料的抗老化性能。
紫外线暴露测试后，所有样品都显示出一定程度的颜色褪色，但实施例1、实施例3和实施例7-10因包含光稳定剂而表现出较佳的颜色稳定性。
在温湿循环测试后，发现增塑剂含量较高的样品（如实施例4）存在一定程度的尺寸不稳定，可能是因为增塑剂的迁移或挥发导致。
综上所述，本发明提供的温变ABS材料通过加入兼容剂、稳定剂、增塑剂和色素分散剂，通过加入所述稳定剂，延长温变ABS材料的使用寿命，保证其长期稳定性；通过加入所述增塑剂和所述色素分散剂，改善ABS共混材料的流动性，使得温变色素更加均匀分散，并提高成品的柔韧性，提升温变ABS材料的整体性能，提供一种颜色变化效果好、温变效果佳的温变ABS材料。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种温变ABS材料，其特征在于，包括以下质量分数的原料：
ABS树脂基材：80~95%；
温度敏感性颜料：0.1~5%；
兼容剂：1~5%；
稳定剂：0.1~2%；
增塑剂：1~10%；以及
色素分散剂：0.1~3%。
2.根据权利要求1所述的温变ABS材料，其特征在于，包括以下质量分数的原料：
ABS树脂基材：90~94%；
温度敏感性颜料：05~3%；
兼容剂：2~5%；
稳定剂：0.2~1%；
增塑剂：2~8%；以及
色素分散剂：0.5~1%。
3.根据权利要求1或2所述的温变ABS材料，其特征在于，所述温度敏感性颜料包括热敏感性染料、液晶色素、微胶囊热敏颜料和配位化合物色素中的任意一种。
4.根据权利要求3所述的温变ABS材料，其特征在于，所述热敏感性染料包括LeucoDyes或花青素类化合物，所述液晶色素包括胆甾苯甲酸酯或胆甾醇类化合物，所述微胶囊热敏颜料包括壳聚糖微胶囊包裹的热敏颜料或聚合物微胶囊包裹的亚甲基蓝，所述配位化合物色素包括镍配合物或钴配合物。
5.根据权利要求1或2所述的温变ABS材料，其特征在于，所述兼容剂为马来酸酐接枝聚乙烯或聚醚多元醇。
6.根据权利要求1或2所述的温变ABS材料，其特征在于，所述稳定剂包括光稳定剂和/或热稳定剂，所述光稳定剂为HALS，所述热稳定剂为有机锡化合物。
7.根据权利要求1或2所述的温变ABS材料，其特征在于，所述增塑剂包括己内酯、邻苯二甲酸酯类增塑剂和柠檬酸酯类增塑剂中的任意一种。
8.根据权利要求1或2所述的温变ABS材料，其特征在于，所述色素分散剂包括木质素磺酸钠、非离子型表面活性剂、磷脂和聚乙二醇中的任意一种。
9.根据权利要求1或2所述的温变ABS材料，其特征在于，所述温变ABS材料还可以包括添加剂SOXA（二甲基聚硅氧烷），所述SOXA的添加量为0.4~0.8%。
10.一种温变ABS材料的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1~9任意一项所述的温变ABS材料，其具体包括以下步骤：
S1、提供ABS树脂基材、温度敏感性颜料、兼容剂、稳定剂、增塑剂、色素分散剂；
S2、对上述原料进行干燥处理，其中，干燥温度为80~90℃，干燥时间为2~4小时；
S3、将上述干燥后的原料进行预混合，使得各组分均匀分布；
S4、对预混合的原料在挤出机或高速混合器中进行熔融混合，其中，熔融温度为180~230℃；
S5、将熔融的混合物通过造粒机进行冷却和切割，制得颗粒状物料，冷却干燥后，得到所述温变ABS材料。
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