ABS缓燃级色母粒的研制

刘 鹏

（广东波斯科技股份有限公司，广东 广州510530）

0 前言

ABS树脂是由丙烯腈、苯乙烯和丁二烯3个组分组成的热塑性塑料，是在苯乙烯-丙烯腈共聚物（AS）的连续相中分散着聚丁二烯橡胶相的两相结构高分子材料，其不仅具有韧性、硬度、刚性相均衡的优良力学性能，而且具有较好的耐化学药品性、尺寸稳定性、表面光泽度、耐低温性、着色性能和加工流动性等性能，广泛应用于汽车、器具、电子器件、家用电器、建筑等诸多领域［1］。

ABS树脂多采用色母粒进行着色。色母粒着色具有更好的分散性、颜色稳定性，还具有污染小、转色简单、使用方便等优点。通常，ABS树脂的燃烧性能符合UL 94HB级标准。但目前大多数ABS色母粒会提高ABS制品的燃烧速率，导致ABS制品达不到HB级要求。本文研究了ABS色母粒的配方组成对ABS燃烧速率的影响，并开发出符合UL 94HB级标准ABS色母粒。

1 实验部分

1.1 主要原料

ABS，121H，宁波LG甬兴化工有限公司；

钛白粉，R103，美国杜邦公司；

三氧化二锑，纯度98%，美国杜邦公司；

十溴二苯乙烷，8010，美国雅宝公司；

炭黑，M800，美国卡博特公司；

聚乙烯蜡，9610F，德国科莱恩公司；

乙撑双硬脂酰胺（EBS），B-50，印尼朝阳化学公司；

乙烯 -醋酸乙烯共聚物（EVA），631，日本东曹公司；

CPE，132C，淄博凯姆经贸有限公司。

1.2 主要设备及仪器

双螺杆挤出机，SHJ-35，南京广达化工装备有限公司；

高速混合机，GH2100Y，北京市塑料机械厂；

注塑机，HTF60，海天塑机集团有限公司；

悬臂梁冲击试验机，XJU-5.5，承德市金建检测仪器有限公司；

万能试验机，XWW-10A，承德市金建检测仪器有限公司；

水平垂直燃烧实验仪，HVR-4，广州市新纳电子设备有限公司。

1.3 样品制备

色母粒颜料为钛白粉10%（质量分数，下同），炭黑0.1%。样品制备工艺过程如图1所示。工艺条件：将颜料、助剂和载体树脂在高速混合器中混合2～5min，用双螺杆挤出机造粒制备色母粒，挤出机二～六区温度设置依次为190、200、200、210、200 ℃；将色母粒和ABS按照1∶25的质量比加入注塑机（加料口）中，注射色板和力学性能测试样条；注塑机一～三区温度设置依次为190、200、200℃，射嘴温度210℃使用前将ABS在鼓风干燥箱中恒温80℃干燥3h。

图1 样品制备工艺流程图Fig.1 Preparation flow chart of the samples

1.4 性能测试与结构表征

冲击性能按GB／T 1843—1996进行测试，A型缺口，摆锤冲击能量为1J；

拉伸性能按GB／T 1040.2—2006进行测试，测试时拉伸速率为50mm／min，测试环境温度25℃，所得测试结果为同组样品10次测试数据的平均值；

样品中水分按GB／T 6284—2006干燥减量法进行测定测定；

燃烧速率按GB 5169.16—2008的50W水平火焰试验方法进行测定。

2 结果与讨论

2.1 分散剂对燃烧速率的影响

色母粒生产的关键之一是颜料的分散，分散剂是色母粒中最常用的助剂。在整个加工阶段，分散剂可以打开颜料团聚体颗粒并使其稳定化，以保障其着色效果。另外，分散剂的还可以改善颜料与树脂的相容性，改善母粒的流动性，提高产率，改善制品加工性能等［2］。从图2可以看出，随着分散剂在色母粒中含量的增加，ABS制品的燃烧速率也迅速增加，其中采用EBS分散剂的燃烧速率略低于采用聚乙烯蜡分散剂的。在实验中还发现分散剂在色母中含量为5%时，分散效果最好；分散剂含3%时，分散尚可；分散剂含2%时，注塑制品上可明显发现较大的黑点。为保证色母粒有较好的分散性能，分散剂的添加量最好不低于色母粒总质量的3%。

图2 分散剂对ABS制品燃烧速率的影响Fig.2 Effect of dispersants on the burning rate of ABS products

2.2 阻燃剂对燃烧速率的影响

添加阻燃剂提高ABS阻燃性能是如今使用最多、应用最广的阻燃方法。目前常用的阻燃剂主要是无机阻燃剂、有机含磷、氮阻燃剂和卤系阻燃剂。通常无机阻燃剂添加量大，导致ABS的加工性能和力学性能下降，影响使用。有机含磷、氮阻燃体系多用于含氧化合物，应用于ABS树脂时阻燃作用不明显。而卤系阻燃剂阻燃效率高，是纯ABS树脂的重要阻燃体系。为提高卤系阻燃剂的阻燃效率，常采用氧化锑作为协效剂［3］。图3给出了阻燃剂（三氧化二锑与十溴二苯乙烷的质量比为1∶3）对ABS燃烧速率的影响。其中，分散剂为EBS，在色母粒中的含量为3%。从图3可以看出，随着阻燃剂在色母粒中含量的增加，ABS制品的燃烧速率逐渐降低，当色母粒中阻燃剂含量大于24%时，ABS制品的燃烧速率小于40mm／min，达到UL 94HB级燃烧要求。实验中发现，阻燃剂在色母粒中含量为48%时，色母粒制备过程中可以明显闻到溴化氢的味道，且色母粒有明显发泡现象，这是由于色母粒中载体树脂含量降低，螺杆剪切热较多，阻燃剂分解所致。实验中还发现，阻燃剂在色母粒中的含量越高，制品的冲击强度越低。因此，为保证色母粒顺利生产和ABS制品能够达到缓燃级别，阻燃剂在色母粒中的含量最好在30%左右。

图3 阻燃剂对ABS制品燃烧速率的影响Fig.3 Effect of flame retardants on the burning rate of ABS products

2.3 载体对燃烧速率的影响

理想的载体一是作为颜料预分散防止颜料再度结团；二是在熔融后带着颜料（在助剂的帮助下）均匀地分散到基材树脂中，完成着色的功能［4］。为降低阻燃剂对ABS制品冲击性能的影响，减轻阻燃剂在色母粒制造过程中的分解，ABS载体中还应适当加入韧性树脂。图4是载体对ABS制品燃烧速率的影响，其中，阻燃剂在色母粒中的含量为36%，CPE和EVA在色母粒中添加量均为20%，其余为ABS。从图中可以看出，色母粒中添加载体EVA后，燃烧速率较纯ABS作为载体大，而添加CPE作为载体，燃烧速率较慢。实验中还发现，添加载体EVA后，ABS制品，有时有分层现象，而添加载体CPE的ABS制品则没有出现分层现象。此外添加载体CPE的色母粒，表面更光滑，且不会有气孔。因此，在研制ABS缓燃级色母时，选择CPE作为增韧载体更好。

2.4 ABS缓燃级色母粒的主要性能指标

通过对色母粒中分散剂、阻燃剂和载体树脂的优化，开发了一种ABS缓燃级色母粒。其中钛白粉、炭黑、EBS、三氧化二锑、十溴二苯乙烷、CPE和ABS含量分 别 为 10%、0.1%、3%、8%、24%、30% 和24.9%。从表1中可以看出，该色母粒分散效果优良，对被着色树脂的力学性能影响小，燃烧速率为33mm／min，能够达到UL 94HB级的要求。

表1 ABS缓燃级色母粒的性能测试Tab.1 Performance of slowly-burning masterbatch for ABS Resin

3 结论

（1）适当添加分散剂能够提高色母粒的分散性能，但分散剂的加入会提高被着色树脂的燃烧速率；

（2）阻燃剂能够降低被着色树脂的燃烧速率，但色母中阻燃剂含量较高，不利于色母粒的生产加工；

（3）载体CPE能够改善ABS色母粒的加工，同时能够降低被着色树脂的燃烧速率，减少色母粒对被着色制品冲击强度的影响；

（4）研制的ABS缓燃级色母粒分散优良且对被着色树脂的力学性能影响小，燃烧速率为33mm／min，能够达到UL 94HB级的要求。

［1］张 猛，刘振国，杨海东，等.两种不同橡胶粒径的ABS树脂协同作用研究［J］.中国塑料，2012，26（4）：50-53.Zhang Meng，Liu Zhengguo，Yang Haidong，et al.Synergistic Toughening Effect of ABS Resin Blends with Different Rubber Particle Sizes［J］.China Plastics，2012，26（4）：50-53.

［2］赵秀英，张丽叶，吴立峰.ABS色母粒用分散剂的研究［J］.中国塑料，2001，15（3）：68-72.Zhao Xiuying，Zhang Liye，Wu Lifeng.Study on Dispersants for ABS Color Masterbatch［J］.China Plastics，2001，15（3）：68-72.

［3］柳乐仙，唐宇航，柳志学，等.ABS树脂阻燃技术的研究进展［J］.广东化工，2011，38（5）：9-10.Liu Yuexian，Tang Yuhang，Liu Zhixue，et al.The Development of Research on ABS Flame Retardancy［J］.Guangdong Chemical Industry，2011，38（5）：9-10.

［4］王 鑫.注塑级ABS专用易分散色母粒的研制及应用［J］.上海塑料，1998，104（4）：40-42.Wang Xin.Development and Application of Easily Dispersed Masterbatch for Injection Molding ABS［J］.Shanghai Plastics，1998，104（4）：40-42.