免漆高光黑色ABS树脂的制备*

2019-01-03谢洪涛尹大雨徐耀辉陆书来赵雪悠

弹性体 2018年6期

谢洪涛，郝刚，尹大雨，徐耀辉，陆书来，赵雪悠

(中国石油吉林石化公司合成树脂厂，吉林吉林 132021)

免漆高光黑色丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS树脂)是一种黑色、表面光亮度高的ABS专用料产品，具有熔融指数高、光泽度高、易于加工成型等特点，同时，免漆高光黑色ABS树脂可免去用户再进行制品表面处理，在环保、生产成本等方面具有明显的优势，广泛应用于LED电视机外壳、边框、底座等要求表面光泽度高的电器设备[1-3]。

利用双螺杆挤出机，向ABS树脂中添加一定比例的炭黑色母熔融共混，是制备黑色ABS树脂常用方法。炭黑在基材树脂中均匀地分散，是研制免漆高光黑色ABS树脂关键技术之一[4-5]。本文通过筛选色母、优化产品组成，制备出免漆高光黑色ABS树脂，研究了黑色母种类、添加量和苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN树脂)相对分子质量对黑色ABS树脂性能的影响，并对炭黑在基体树脂中的相容性进行了定性分析。

1 实验部分

1.1 原料

ABS高胶粉、SAN树脂:中国石油吉林石化公司合成树脂厂；N，N-乙撑双硬脂酰胺(EBA):中国石油吉林石化公司精细化学品厂；其它试剂均为市售产品。

1.2 仪器及设备

双螺杆挤出机：TEM-48，日本东芝公司；注塑机：IS80FWP-2A，日本东芝公司；高速混合机：H-5，连云港白熊集团；冲击强度试验仪：CEAST 9050，美国Instron公司；电子万能测试机：Z005，德国Zwick公司；熔体流动速率测试仪：mini2，德国Goettfert公司；光泽度仪：VG 7000 GLOSS METER，日本NIPPON DENSHOKU公司；光谱色度仪：UltraSean VIS，美国Hunterlab公司。

1.3 实验过程

按比例称取ABS高胶粉、SAN树脂、黑色母及相关助剂，在高速混合器上预混合3 min，用双螺杆挤出机熔融挤出造粒。将粒料在80 ℃的鼓风干燥箱中干燥1 h，在注塑机上加工成标准试样，注塑温度为220 ℃。注塑后的试样在23 ℃、湿度为50%的环境下调节2 h后进行性能测试。

1.4 性能测试

(1) 熔融指数：按照GB/T 3682—2000进行测试，测试温度为220 ℃，砝码质量为10 kg。

(2) 力学性能：按照GB/T 1843—2008，采用悬臂梁冲击试验机对试样进行缺口冲击强度测试；按照GB/T 1040.2—2006标准，采用电子万能试验机进行拉伸强度测试，测试速度为50 mm/min。

(3) 黑度：按照GB/T 2913—1982进行测试。

2 结果与讨论

2.1 黑色母种类筛选

ABS树脂着色一般采用色母粒，目前市场上的ABS色母粒采用的载体主要有聚乙烯、SAN树脂及ABS树脂。通过对国内ABS黑色料生产厂家的调研以及色母料生产企业的交流，初步确定了4种炭黑母料:卡博特公司XP6399A和2817、东莞韩杰5093，宁波色母粒公司Z203。色母料的主要技术指标见表1。

表1 色母料主要技术指标

利用上述4种黑色母，按照相同的炭黑含量开展挤出共混造粒，制备ABS黑色料，并测试产品的各项性能指标，具体结果如表2所示。从表2可以看出，采用卡博特2817制备的黑色料产品冲击性能下降明显，产品的亮度(L)偏高，这是因为黑色母中的载体聚乙烯树脂与ABS树脂的相容性差，从而导致黑色料的力学性能出现了下降。

表2 不同色母粒制备黑色料性能测试结果

1) 1#为 XP6399A；2#为2817；3#为5093；4#为Z203。

卡博特XP6399A色母(1#)和韩杰5093色母(3#)制备的ABS树脂黑度高，产品综合性能好，主要是由于二者都采用SAN树脂为载体，提高炭黑在ABS树脂中的分散程度。但由于韩杰5093色母炭黑含量高，综合考虑产品成本及生产操作等因素，宜选用韩杰5093牌号黑色母。

2.2 黑色母含量对产品性能的影响

通过免漆高光黑色ABS树脂应用制品质量要求的分析可以看出，免漆高光黑色ABS树脂需要满足两方面的性能：第一，免漆高光黑色ABS产品需要具有良好的力学性能，如冲击强度、拉伸强度等；第二，免漆高光黑色ABS产品应用制品具有良好的外观质量，如光泽度、黑度等[6-8]。

采用韩杰5093黑色母，将不同比例的黑色母添加到ABS高胶粉、SAN树脂中混合后挤出造粒、注塑成标准样条，考察黑色母粒对ABS树脂性能的影响。图1为不同用量的黑色母对ABS黑度的影响。利用光谱色度仪的L表达黑度，由图1可知，随着黑色母用量的增加，ABS树脂的L值越来越小，产品的黑度逐渐增加[9-11]。在色母添加的质量分数在0～1.0%的范围内，树脂的L值迅速下降，产品由本色(白色)逐渐变为黑色。当色母的质量分数高于1.0%后，树脂的颜色下降趋势变缓，因此想获得黑度较高的免漆ABS树脂难度比较大，不仅需要添加大量的色母，而且对色母品质要求也很高，需要基体树脂与色母很好地分散，提高炭黑的遮盖作用。

w(黑色母)/%图1 黑色母用量对产品黑度影响

通常免漆高光ABS树脂要求L值小于22.6，因此以韩杰5093色母为例，色母添加的质量分数要大于1.1%。

图2为不同用量的黑色母对ABS冲击强度的影响。由图2可知，随着炭黑色母用量的增加，ABS的冲击强度基本呈逐渐降低趋势,从20.2 kJ/m2下降到16.8 kJ/m2。这是因为当炭黑无机粒子加入到ABS聚合物中，会分散在聚合物相中，起到小分子的作用，使得聚合物分子间的相互作用力降低，在受到外力作用时，使得有机连续相更加容易产生局部受力不均，从而导致冲击性能下降。

w(黑色母)/%图2 黑色母用量对产品冲击性能的影响

材料的拉伸强度表征物体抵抗塑性形变的能力，拉伸强度越大表明物体抵抗塑性形变的能力越强。图3为不同用量的炭黑色母对ABS拉伸强度的影响。

w(炭黑色母)/%图3 炭黑色母用量对产品拉伸性能影响

由图3可知，炭黑色母的质量分数为0.5%时，ABS树脂拉伸强度达到46.5 MPa，随着黑色母用量的增加，产品的拉伸强度呈逐渐降低趋势，当黑色母添加的质量分数逐步提高到1.5%时，产品的拉伸强度降到44.3 MPa。

综上所述，添加一定量的黑色母对ABS树脂的性能带来很大影响，随着黑色母添加量的增加，产品的黑度逐渐增加，但产品的力学性能呈现下降趋势。当黑色母质量分数为1.1%时，ABS产品的冲击强度达到18 kJ/m2，黑度为22.6，满足免漆高光黑色ABS树脂产品需求。

2.3 SAN树脂相对分子质量对产品性能影响

SAN树脂作为ABS树脂的连续相，对ABS树脂的力学性能、流动性能及加工性能都起着重要作用。采用不同相对分子质量的SAN树脂制备的ABS黑色料的性能数据如表3所示。

表3 不同SAN树脂配比ABS树脂性能数据

从表3可知，随着SAN树脂相对分子质量的增加，产品的熔融指数逐渐下降，冲击强度和拉伸强度逐渐上升，黑度保持不变；SAN树脂的相对分子质量越高，基体树脂的拉伸强度也越高，相应ABS树脂的拉伸强度也提高。ABS树脂的冲击强度有所提高，这是由于SAN树脂相对分子质量较大，基体中SAN链段之间，以及基体SAN链段与橡胶粒子上的SAN接枝链间的缠结程度都很大，缠结过程中吸收较多的能量而造成。

2.4 色母分散性分析

对于黑色ABS树脂来说，黑色母的分散水平是影响产品黑度的一个主要因素。粉末状的黑色母颗粒往往是以凝聚状态存在，在ABS树脂中分散往往并不理想。采用相位显微镜，按照GB/T 18251—2000对黑色母在ABS树脂中的分散性进行测试，结果如图4所示。结果从图4可以看出，利用韩杰5093色母制备的黑色料产品分散性较好，黑色母的表观分散等级达到了A1级。

图4 炭黑分散情况(×100)

利用红外光谱分析仪对黑色母、黑色ABS树脂和本色ABS树脂的薄片进行红外定性分析，结果如图5所示。由图5可知，三种产品的红外吸收峰完全相同。由于图5(a)中黑色母含有SAN树脂，在2 917 cm-1及2 850 cm-1处出现的较强吸收峰分别属于亚甲基C—H的非对称伸缩振动与对称伸缩振动；对于添加了黑色母的ABS黑色料如图5(b)所示，在2 922 cm-1及2 852 cm-1处的吸收峰对应亚甲基C—H的非对称及对称伸缩振动。对比谱图5(a)、(b)，由于黑色母与ABS树脂间的相互作用，导致黑色母亚甲基的两个吸收峰都向高频处移动，说明黑色母与ABS树脂之间具有很好的相容性，可以抑制色母向树脂表面的迁移，更有效改善ABS树脂的性能；另外，图5(c)中本色ABS树脂亚甲基的C—H对称伸缩振动吸收峰，在添加黑色母后[图5(b)]，吸收强度增加，说明本色ABS树脂与黑色母之间可能形成氢键。