CN105778183B - 一种高韧性abs树脂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高韧性ABS树脂的制备方法,由丁二烯60‑90重量份,丙烯腈10‑40重量份,引发剂0.1‑1份,乳化剂2‑10份,去离子水100‑300份,交联剂0.1‑10重量份,反应温度为50‑85摄氏度,经乳液聚合制得。经凝聚、干燥后,获得丁腈粉料与SAN树脂、抗氧剂、润滑剂一起熔融共混,共混温度为200℃,获得高韧性ABS树脂。
Description
技术领域
本发明涉及一种高韧性ABS树脂的制备方法。
背景技术
苯乙烯系共混物主要包括聚苯乙烯(PS)和苯乙烯-丙烯腈(SAN)共聚物,由于本身具有脆性不利于日常使用,通常采用加入橡胶的方式进行增韧,才能使用。高抗冲聚苯乙烯(HIPS)和ABS树脂就是典型的、应用最广泛的橡胶增韧塑料。HIPS和ABS树脂是两相高分子共混体系,其连续相为PS或SAN基体,分散相为橡胶。橡胶的种类很多,包括顺丁橡胶,聚丁二烯橡胶,丙烯酸酯类橡胶,丁苯橡胶,丁腈橡胶等。为了达到良好的增韧效果,必须保证橡胶在基体树脂中要有良好的分散,所以一般会在橡胶粒子表面进行接枝基体树脂类高分子,以提高橡胶与基体树脂的相容性促进分散。因此橡胶接枝共聚物的制备工艺成为关键。
对于ABS树脂而言,橡胶接枝共聚物一般是采用乳液聚合方法制备的以聚丁二烯为内核,苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)作为外层的两层核壳接枝共聚物,粒子尺寸一般都在100nm-400nm范围内,如CN1803911A,CN100562533C,US2010048798A,US2007142524A等,制备工艺需要多步进行。因此需要提供一种简单的,能够直接用于提高SAN树脂综合力学性能的橡胶制备方法,以制备具有高韧性的ABS树脂。
另外在丁腈橡胶增韧苯乙烯系共聚物体系制备研究中(如SAN树脂),通常采用低交联度的丁腈橡胶,与SAN共混,通过动态交联制备SAN/丁腈橡胶共混物。而动态交联的缺点在于动态交联程度不同、配合剂以及工艺条件、混炼设备不同,导致产品最终性能的不稳定。
为了解决以上技术上存在的问题,本发明提供了一个方法简单的交联丁腈橡胶的合成工艺,将其与通过溶液、本体或悬浮聚合方法制备的乙烯基氰-乙烯基芳香族共聚物熔融共混,进而开发了一种具有高韧性的ABS树脂。
发明内容
本发明的目的是提供一种高韧性ABS树脂的制备方法及新型的合成方法合成交联丁腈橡胶改性剂,大大提高了SAN树脂的冲击性能,并能保持产品各项性能的稳定性。
本发明提供一种高韧性ABS树脂的制备方法,包括如下步骤:
(a)丁腈胶乳的制备
采用乳液聚合法,反应体系中,丁二烯为60-90份,丙烯腈为10-40份,引发剂0.1-1份,乳化剂2-10份,去离子水100-300份,交联剂0.1份-10份,氮气保护,搅拌,于50℃-85℃聚合12-24小时,交联程度为65%-85%,转化率90%以上,得到丁腈胶乳;
(b)凝聚溶液的制备
预配无机盐或者酸类的水溶液作为凝聚体系,高速搅拌下,将步骤(a)中的丁腈胶乳倒入凝聚体系中,升温,直至出现粉料与水溶液分离,形成凝聚溶液;
(c)后处理过程
采用高速离心机将凝聚溶液的粉料进行冲洗,洗掉乳化剂和其他助剂,将过滤分离出的丁腈粉料烘干,得到交联丁腈橡胶。
(d)熔融共混
获得的丁腈橡胶粉料与SAN树脂、抗氧剂、润滑剂,按照一定的比例共混,然后将掺混物倒入双螺杆挤出机中进行挤出造粒,获得高韧性ABS树脂。
其中,所述乳化剂优选自由烷基芳基磺酸盐、甲烷基碱金属硫酸盐、磺化烷基酯、脂肪酸盐、松香酸烷基盐所构成的群组中的至少一种。
所述乳化剂优选自由油酸钾、硬酯酸钾、歧化松香酸钾,十二烷基苯磺酸钠所构成的群组中的至少一种。
所述引发剂优选为过硫酸钾、过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈或过氧化氢二异丙苯-硫酸亚铁。
所述交联剂优选为二乙烯基苯或乙二醇二甲基丙烯酸酯。
所述凝聚体系中无机盐优选为MgSO4或NaCl。
所述凝聚体系中酸类物质优选为H2SO4,HCl,H3PO4或HNO3。
步骤(d)中步骤(d)中丁腈橡胶粉料与SAN树脂的质量用量比值为60/40-90/10,抗氧剂用量为丁腈橡胶粉料与SAN树脂总质量的1%、润滑剂用量为丁腈橡胶粉料与SAN树脂总质量的1%。
步骤(d)中将掺混物倒入双螺杆挤出机中进行挤出造粒,挤出机的7个分区温度均为200℃,螺杆转速为90r/min。
抗氧剂为普通橡塑加工所使用的普通助剂,如二亚磷酸季戊四醇二硬脂醇酯。
润滑剂为普通橡塑加工所使用的普通助剂,如乙撑双硬脂酰胺(EBA)。
本发明可概述如下:
本发明是通过如下技术方案予以实现的:本发明提供的高韧性ABS树脂漆关键在于丁腈橡胶改性剂的制备。其制备方法是以乳液聚合的方法聚合丁二烯和丙烯腈两种单体,并加入交联剂实现丁腈橡胶的高交联度。由于丁腈橡胶改性剂剂中的氰基与SAN树脂的氰基都是极性基团,有助于提高增韧剂粒子与SAN树脂的相容性,促进了丁腈橡胶在SAN树脂中的均匀分散,并且由于丁腈橡胶粒子具有高交联度,能够保持粒子尺寸可控,加工时粒子尺寸不变。该改性剂能在冲击过程中能诱导SAN树脂发生剪切屈服,从而吸收大量冲击能而达到提高韧性的目的,在拉伸过程中,并具有很好的延展性,断裂伸长率较高。
本发明合成了不同苯乙烯和丙烯腈比例,不同交联程度,不同粒子尺寸的交联丁腈橡胶抗冲击改性剂,以提高对SAN的增韧效果,制备高韧性的ABS树脂。制备过程如下:
1)采用一步乳液聚合法。反应体系中,丁二烯为60-90重量份,丙烯腈含量为10-40重量份,引发剂0.1-1重量份,乳化剂2-10重量份,去离子水100-300重量份,交联剂0.1-10重量份,氮气保护,搅拌,于50℃-85℃聚合12小时-24小时。得到交联丁腈橡胶的乳化剂为油酸钾、硬酯酸钾、歧化松香酸钾,十二烷基苯磺酸钠或它们的复配物。引发剂为过硫酸钾或过氧化氢二异丙苯(过氧化氢异丙苯)-硫酸亚铁复合引发体系。交联剂为二乙烯基苯,乙二醇二甲基丙烯酸酯等.
2)凝聚过程:
丁腈胶乳的凝聚过程采用无机盐或者酸类物质。凝聚体系为预配无机盐或 者酸类的水溶液中,在高速搅拌下,将丁腈胶乳倒入凝聚体系中,升温,直至出现粉料与水相分离,形成凝聚溶液。凝聚体系中采用的无机盐为MgSO4,NaCl等无机物,采用的酸类物质包括H2SO4,HCl,H3PO4,HNO3,等酸类物质。
3)后处理过程
采用高速离心机将凝聚溶液的粉料进行冲洗,洗掉乳化剂和其他助剂。然后将湿丁腈粉料烘干,用于与SAN树脂熔融共混。
4)共混物的制备过程
将预先烘干的丁腈橡胶粉料、SAN树脂、抗氧剂和润滑剂,按照不同共混配方加入到高速搅拌混合机中进行机械掺混,然后将掺混物倒入双螺杆挤出机中进行挤出造粒,挤出机的7个分区温度均为200℃,螺杆转速为90r/min;将得到的共混物粒料放入电热真空干燥箱中,温度为80℃,烘干2h后,使用注射机进行注塑成型,加工温度为200℃,获得冲击和拉伸试验样条;样条在23℃环境中恒温24h后进行性能测试。
按照ASTM-D256标准测量共混物样条的悬臂梁冲击强度值,按照ASTM D 638标准测量共混物样条的拉伸强度和断裂伸长率。测试结果表明:当交联丁腈橡胶用量为15份,SAN树脂为85份时,抗冲击强度可达280J/m,样条为韧性断裂;拉伸强度为50Mpa,断裂伸长率为80%,相比传统通用型ABS树脂冲击强度和断裂伸长率都高。
具体实施方式
结合实施例及比较例详细地说明本发明的技术内容及特征。但是,本发明不限于这些实施例,凡在本发明中提及的相关内容,均包含在本发明范围内。
实施例1:
在装有搅拌器、冷凝装置的50L高压反应器中,通入氮气保护,恒温65℃,加入去离子水9kg,歧化松香酸皂0.6kg、硬酯酸钾0.2kg,丁二烯单体7.2kg,丙烯腈单体4.8kg,过硫酸钾0.03kg,二乙烯基苯0.12kg,搅拌聚合12小时,转化率为90%,得到交联丁腈胶乳,粒径为300nm,交联程度为75%,加入 抗氧剂后0.5h后凝聚,洗涤,干燥,得到交联丁腈粉料将预先烘干的丁腈橡胶粉料、SAN树脂、抗氧剂二亚磷酸季戊四醇二硬脂醇酯和润滑剂EBA,分别按照15/85/1/1和20/80/1/1的共混比例加入到高速搅拌混合机中进行机械掺混,然后将掺混物倒入双螺杆挤出机中进行挤出造粒,挤出机的7个分区温度均为200℃,螺杆转速为90r/min;将得到的共混物粒料放入电热真空干燥箱中,温度为80℃,烘干2h后,使用注射机进行注塑成型,加工温度为200℃,获得冲击和拉伸试验样条;样条在23℃环境中恒温24h后进行性能测试,作为比较例子,性能列于表1。
实施例2:
在装有搅拌器、冷凝装置的50L高压反应器中,通入氮气保护,恒温65℃,加入去离子水9kg,歧化松香酸皂0.6kg、硬酯酸钾0.2kg,丁二烯单体9.6kg,丙烯腈单体2.4kg,过硫酸钾0.03kg,二乙烯基苯0.12kg,搅拌聚合12小时,转化率为90%,得到交联丁腈胶乳,粒径为300nm,交联程度为75%,加入抗氧剂后0.5h后凝聚,洗涤,干燥,得到交联丁腈粉料。将预先烘干的丁腈橡胶粉料、SAN树脂、抗氧剂二亚磷酸季戊四醇二硬脂醇酯和润滑剂EBA,分别按照15/85/1/1和20/80/1/1的共混比例加入到高速搅拌混合机中进行机械掺混,然后将掺混物倒入双螺杆挤出机中进行挤出造粒,挤出机的7个分区温度均为200℃,螺杆转速为90r/min;将得到的共混物粒料放入电热真空干燥箱中,温度为80℃,烘干2h后,使用注射机进行注塑成型,加工温度为200℃,获得冲击和拉伸试验样条;样条在23℃环境中恒温24h后进行性能测试,作为比较例子,性能列于表1。
实施例3:
在装有搅拌器、冷凝装置的50L高压反应器中,通入氮气保护,恒温65℃,加入去离子水9kg,歧化松香酸皂0.6kg、硬酯酸钾0.2kg,丁二烯单体10.8kg,丙烯腈单体1.2kg,过硫酸钾0.03kg,二乙烯基苯0.12kg,搅拌聚合12小时,转化率为90%,交联程度为75%,得到交联丁腈胶乳,粒径为300nm,加入抗氧剂后0.5h后凝聚,洗涤,干燥,得到交联丁腈粉料。将预先烘干的丁腈橡胶粉料、SAN树脂、抗氧剂二亚磷酸季戊四醇二硬脂醇酯和润滑剂EBA,分别按照15/85/1/1和20/80/1/1的共混比例加入到高速搅拌混合机中进行机械掺混,然后将掺混物倒入双螺杆挤出机中进行挤出造粒,挤出机的7个 分区温度均为200℃,螺杆转速为90r/min;将得到的共混物粒料放入电热真空干燥箱中,温度为80℃,烘干2h后,使用注射机进行注塑成型,加工温度为200℃,获得冲击和拉伸试验样条;样条在23℃环境中恒温24h后进行性能测试,作为比较例子,性能列于表1。
实施例4:
在装有搅拌器、冷凝装置的50L高压反应器中,通入氮气保护,恒温65℃,加入去离子水28kg,歧化松香酸皂0.6kg、硬酯酸钾0.2kg,丁二烯单体9.6kg,丙烯腈单体2.4kg,过硫酸钾0.03kg,二乙烯基苯0.12kg,搅拌聚合12小时,转化率为98%,得到交联丁腈胶乳,粒径为130nm,交联程度为85%,加入抗氧剂后0.5h后凝聚,洗涤,干燥,得到交联丁腈粉料。将预先烘干的丁腈橡胶粉料、SAN树脂、抗氧剂二亚磷酸季戊四醇二硬脂醇酯和润滑剂EBA,分别按照15/85/1/1和20/80/1/1的共混比例加入到高速搅拌混合机中进行机械掺混,然后将掺混物倒入双螺杆挤出机中进行挤出造粒,挤出机的7个分区温度均为200℃,螺杆转速为90r/min;将得到的共混物粒料放入电热真空干燥箱中,温度为80℃,烘干2h后,使用注射机进行注塑成型,加工温度为200℃,获得冲击和拉伸试验样条;样条在23℃环境中恒温24h后进行性能测试,作为比较例子,性能列于表1。
实施例5:
在装有搅拌器、冷凝装置的50L高压反应器中,通入氮气保护,恒温65℃,加入去离子水20kg,歧化松香酸皂0.6kg、硬酯酸钾0.2kg,丁二烯单体9.6kg,丙烯腈单体2.4kg,过硫酸钾0.03kg,二乙烯基苯0.12kg,搅拌聚合12小时,转化率为95%,得到交联丁腈胶乳,粒径为180nm,交联程度为82%,加入抗氧剂后0.5h后凝聚,洗涤,干燥,得到交联丁腈粉料。将预先烘干的丁腈橡胶粉料、SAN树脂、抗氧剂二亚磷酸季戊四醇二硬脂醇酯和润滑剂EBA,分别按照15/85/1/1和20/80/1/1的共混比例加入到高速搅拌混合机中进行机械掺混,然后将掺混物倒入双螺杆挤出机中进行挤出造粒,挤出机的7个分区温度均为200℃,螺杆转速为90r/min;将得到的共混物粒料放入电热真空干燥箱中,温度为80℃,烘干2h后,使用注射机进行注塑成型,加工温度为200℃,获得冲击和拉伸试验样条;样条在23℃环境中恒温24h后进行性能测试,作为比较例子,性能列于表1。
实施例6:
在装有搅拌器、冷凝装置的50L高压反应器中,通入氮气保护,恒温65℃,加入去离子水12kg,歧化松香酸皂0.6kg、硬酯酸钾0.2kg,丁二烯单体9.6kg,丙烯腈单体2.4kg,过硫酸钾0.03kg,二乙烯基苯0.12kg,搅拌聚合12小时,转化率为93%,得到交联丁腈胶乳,粒径为240nm,交联程度为80%,加入抗氧剂后0.5h后凝聚,洗涤,干燥,得到交联丁腈粉料。将预先烘干的丁腈橡胶粉料、SAN树脂、抗氧剂二亚磷酸季戊四醇二硬脂醇酯和润滑剂EBA,分别按照15/85/1/1和20/80/1/1的共混比例加入到高速搅拌混合机中进行机械掺混,然后将掺混物倒入双螺杆挤出机中进行挤出造粒,挤出机的7个分区温度均为200℃,螺杆转速为90r/min;将得到的共混物粒料放入电热真空干燥箱中,温度为80℃,烘干2h后,使用注射机进行注塑成型,加工温度为200℃,获得冲击和拉伸试验样条;样条在23℃环境中恒温24h后进行性能测试,作为比较例子,性能列于表1。
实施例7:
在装有搅拌器、冷凝装置的50L高压反应器中,通入氮气保护,恒温65℃,加入去离子水9kg,歧化松香酸钾0.6kg、自由油酸钾0.2kg,丁二烯单体9.6kg,丙烯腈单体2.4kg,过硫酸钾0.03kg,二乙烯基苯0.12kg,搅拌聚合12小时,转化率为91%,得到交联丁腈胶乳,粒径为300nm,交联程度为75%,加入抗氧剂后0.5h后凝聚,洗涤,干燥,得到交联丁腈粉料。将预先烘干的丁腈橡胶粉料、SAN树脂、抗氧剂二亚磷酸季戊四醇二硬脂醇酯和润滑剂EBA,分别按照15/85/1/1和20/80/1/1的共混比例加入到高速搅拌混合机中进行机械掺混,然后将掺混物倒入双螺杆挤出机中进行挤出造粒,挤出机的7个分区温度均为200℃,螺杆转速为90r/min;将得到的共混物粒料放入电热真空干燥箱中,温度为80℃,烘干2h后,使用注射机进行注塑成型,加工温度为200℃,获得冲击和拉伸试验样条;样条在23℃环境中恒温24h后进行性能测试,作为比较例子,性能列于表1。
实施例8:
在装有搅拌器、冷凝装置的50L高压反应器中,通入氮气保护,恒温65℃,加入去离子水9kg,歧化松香酸钾0.6kg、十二烷基苯磺酸钠0.2kg,丁二烯单体9.6kg,丙烯腈单体2.4kg,过硫酸钾0.03kg,二乙烯基苯0.12kg,搅 拌聚合12小时,转化率为92%,得到交联丁腈胶乳,粒径为300nm,交联程度为78%,加入抗氧剂后0.5h后凝聚,洗涤,干燥,得到交联丁腈粉料。将预先烘干的丁腈橡胶粉料、SAN树脂、抗氧剂二亚磷酸季戊四醇二硬脂醇酯和润滑剂EBA,分别按照15/85/1/1和20/80/1/1的共混比例加入到高速搅拌混合机中进行机械掺混,然后将掺混物倒入双螺杆挤出机中进行挤出造粒,挤出机的7个分区温度均为200℃,螺杆转速为90r/min;将得到的共混物粒料放入电热真空干燥箱中,温度为80℃,烘干2h后,使用注射机进行注塑成型,加工温度为200℃,获得冲击和拉伸试验样条;样条在23℃环境中恒温24h后进行性能测试,作为比较例子,性能列于表1。
表1交联丁腈橡胶增韧改性SAN样品基本力学性能
测试温度:23度。
Claims (8)
1.一种高韧性ABS树脂的制备方法,包括如下步骤:
(a)丁腈胶乳的制备
采用乳液聚合法,反应体系中,丁二烯为60-90份,丙烯腈为10-40份,引发剂0.1-1份,乳化剂2-10份,去离子水100-300份,交联剂0.1份-10份,氮气保护,搅拌,于50℃-85℃聚合12-24小时,交联程度为65%-85%,转化率90%以上,得到丁腈胶乳;其中,所述交联剂为二乙烯基苯;
(b)凝聚溶液的制备
预配无机盐或者酸类的水溶液作为凝聚体系,高速搅拌下,将步骤(a)中的丁腈胶乳倒入凝聚体系中,升温,直至出现粉料与水溶液分离,形成凝聚溶液;
(c)后处理过程
采用高速离心机将凝聚溶液的粉料进行冲洗,洗掉乳化剂和其他助剂,将过滤分离出的丁腈粉料烘干,得到交联丁腈橡胶。
(d)熔融共混
获得的丁腈橡胶粉料与SAN树脂、抗氧剂、润滑剂,按照一定的比例共混,然后将掺混物倒入双螺杆挤出机中进行挤出造粒,获得高韧性ABS树脂。
2.根据权利要求1所述的高韧性ABS树脂的制备方法,其特征在于:所述乳化剂选自由烷基芳基磺酸盐、甲烷基碱金属硫酸盐、磺化烷基酯、脂肪酸盐、松香酸烷基盐所构成的群组中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的高韧性ABS树脂的制备方法,其特征在于:所述乳化剂选自由油酸钾、硬酯酸钾、歧化松香酸钾,十二烷基苯磺酸钠所构成的群组中的至少一种。
4.根据权利要求1~3任一项所述的高韧性ABS树脂的制备方法,其特征在于:所述引发剂为过硫酸钾、过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈或过氧化氢二异丙苯-硫酸亚铁。
5.根据权利要求1~3任一项所述的高韧性ABS树脂的制备方法,其特征在于:所述凝聚体系中无机盐为MgSO4或NaCl。
6.根据权利要求1~3任一项所述的高韧性ABS树脂的制备方法,其特征在于:所述凝聚体系中酸类物质为H2SO4,HCl,H3PO4或HNO3。
7.根据权利要求1~3任一项所述的高韧性ABS树脂的制备方法,其特征在于:步骤(d)中丁腈橡胶粉料与SAN树脂的质量用量比值为60/40-90/10。
8.根据权利要求1~3任一项所述的高韧性ABS树脂的制备方法,其特征在于:步骤(d)中将掺混物倒入双螺杆挤出机中进行挤出造粒,挤出机的7个分区温度均为200℃,螺杆转速为90r/min。
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