ABS/PET共混物研究

2021-07-06郭清海

炼油与化工 2021年3期

郭清海

（中国石油大庆石化公司化工三厂，黑龙江大庆 163714）

ABS树脂是指聚丁二烯与单体苯乙烯和丙烯腈的接枝共聚物，其中A代表丙烯腈，提供耐化学性和热稳定性，B代表丁二烯，提供韧性和抗冲性，S代表苯乙烯，提供刚性和易加工性。但实际上得到的是聚丁二烯与苯乙烯、丙烯腈接枝共聚物和游离SAN的混合物。ABS树脂有复杂的2相结构。橡胶是分散相，SAN作为基本树脂是连续相。橡胶颗粒分散在基本树脂中。但其拉伸强度、硬度、耐热性和耐化学试剂性能存在不足［1］。聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）拉伸强度，耐热和耐有机溶剂性能较高，可以提升ABS树脂的性能［2］。由于PET价格低廉可大大降低成本，因此ABS/PET混合物市场潜力较大，适合研究工业化生产及应用。

PET与ABS直接混合，形成的相形态极不稳定，后续加工成型过程中受到较低的剪切作用，发生聚集，使共混物力学性能降低［3］。所以制备高性能ABS/PET合金的关键是相容剂和相容技术的研发。文中采用乳液接枝聚合的方法将不同的功能单体接枝到ABS上，制备相容剂，探讨含有不同功能单体及不同质量份数的相容剂对ABS/PET共混物相容性及力学性能影响。

1 实验部分

1.1 主要原料

ABS-g-X：橡胶含量为60%，自制；

ABS树脂：750A，大庆石化公司化工三厂；

抗氧剂：1076，168，江苏汉光有限公司。

1.2 主要设备及仪器

电热恒温鼓风干燥箱，生产厂家：大连仪表集团工业仪表有限公司；

高速混合机，50 L，生产厂家：韩国油研SEWON公司；

同向双螺杆挤出机，型号：FES-40A，生产厂家：南京瑞亚高聚物装备有限公司；

注塑机，型号：YJ400-Ⅱ，生产厂家：宁波江北微型塑料机械有限公司；

摆锤冲击试验机，型号：892，生产厂家：美国Tinius Olsen公司；

万能拉力测试仪，型号：H10KT，生产厂家：深圳市美国Tinius Olsen公司。

1.3 试样制备

制备ABS/PET共混物的工艺流程见图1。

图1 ABS/PET共混物的制备工艺流程

转速为60 r/min条件下，造粒过程工艺指标参数见表1。

表1 双螺杆挤出机挤出造粒工艺指标

采用乳液聚合的方法合成含有不同功能单体的ABS-g-X，备用。将ABS-g-X、ABS树脂和PET树脂的干燥条件分别为85、80、100℃，干燥10 h，按一定配比在高速混合机中混合。混合均匀后，使用同向双螺杆挤出机造粒，产出ABS/PET共混物。温度控制在80℃下，将挤出的ABS/PET共混物颗粒干燥6h，控制注塑温度在210～240℃范围内，用注塑机注塑成标准试样。

1.4 性能测试

悬臂冲击强度：按ASTM D256测试；

弯曲强度：按ASTM D790测试；

拉伸强度：按ASTM D638测试；

断裂伸长率：按ASTM D638测试。

2 结果与讨论

2.1 不同相容剂对ABS/PET共混物的影响

PET树脂结构式是结晶型，ABS树脂结构是非结晶型。

简单地将2种互不相容的聚合物进行机械共混，会导致PET分散不均匀，注射成型时共混物相易分离，2相界面黏结较弱且制品脆。得到综合性能优良的共混物，必须改变共混物相结构。加入增容剂可以改变共混物相结构。但是增容剂不同，制成的共混物的性能影响也不同［4］。

含有不同功能单体的相容剂ABS-g-X对ABS/PET共混物力学性能的影响见表2。

表2 ABS-g-X对ABS/PET共混物力学性能的影响

由表2可以看出，添加相容剂后，ABS/PET共混物力学性能得到了改善。但不同功能单体制备的相容剂对ABS/PET共混物的相容性有所差异。

相容剂A中的功能单体为甲基丙烯酸，此相容剂可以和ABS有很好的相容性，但是其官能团羧基与PET端羟基及端羧基发生反应的能力相对较弱，所以它在共混物中所起的相容作用有限。

相容剂B中的功能单体是马来酸酐，它不但可以和ABS有很好的相容性，而且其酸酐官能团还可以和PET中的端羟基发生较弱的反应。故而，其相容效果较相容剂A有所改善。

相容剂C中的功能单体是甲基丙烯酸缩水甘油酯，其所含环氧官能团与PET的反应活性更高，不但能和PET的端羧基高效反应，还可与其端羟基反应，得到最理想的相容性体系，而且相容剂C在ABS/PET合金中所起的相界面活化作用达到最大，使得空间更为稳定，且界面粘合力明显增强，2组分之间界面张力降低。

以上特性使ABS/PET共混物朝产生更好的相分散和更稳定的相形态结构方向移动，从而改善了ABS/PET共混物的相容性［5］。

2.2 ABS-g-GMA加入量对共混物的影响

将合成的相容剂ABS-g-GMA分别按照1%、3%、5%、7%与ABS、PET树脂混合，ABS与PET按70/30共混，测试不同相容剂用量条件下ABS/PET共混物力学性能的变化规律，见表3。

表3 相容剂用量对ABS/PET共混物力学性能的影响

由表3可见，随着相容剂用量提高，ABS/PET共混物的性能都有随着提高，说明随着相容剂C中功能单体GMA的引入，使PET与功能单体GMA发生反应生成了ABS-g-PET共混物。该共混物存在于2相界面之间，2相间的界面强度明显增强，ABS与PET之间的界面张力有所降低。更为重要的是通过空间排斥作用，原位生成的ABS-g-PET共混物减少了分散相生成，使PET相在ABS相基体中均匀分散［6］。

但是当相容剂C（ABS-g-GMA）质量分数超过5%时，ABS/PET共混物的性能反而有所下降。体系中功能单体GMA的含量对体系中交联反应的程度起关键性作用，功能单体GMA含量越高，交联反应越剧烈，交联反应导致体系翻度上升，分散相PET不易分散，在ABS基体中聚集。因此，相容剂填加过量不仅不能提高性能，反而会产生使性能降低的负面影响；反之相容剂填加量不够，则不能满足2相界面处粘接需要，使ABS与PET2相不能充分相容，且容易分离相容性得不到最大程度的改善，也影响共混物的性能［7］。