CN106280227A - 一种抗静电高韧性abs复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抗静电高韧性ABS复合材料及其制备方法，由以下重量份的组分制成：ABS为60份‑80份；纳米氮化钛为10份‑16份；EPDM‑g‑GMA为0.2份‑0.6份；抗氧剂为0.1份‑0.5份；润滑剂为0.4份‑0.8份。本技术方案提供的纳米氮化钛经硅烷偶联剂处理后，能更好地分散在ABS中，这有利于保持ABS复合材料的物理性能。EPDM是非极性的而ABS是极性的，两者不相容。本技术方案创造性的把甲基丙烯酸环氧丙酯接枝到EPMD上，形成EPDM‑g‑GMA，这样使非极性的EPDM获得极性，解决了EPDM和ABS的相容问题。

Description

一种抗静电高韧性ABS复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，特别是指一种抗静电高韧性ABS复合材料及其制备方法。
背景技术
丙烯晴-丁二烯-苯乙烯(ABS)因其价格低廉、性能优异、来源广、易加工，成为现代应用最广泛的塑料之一。随着人民生活水平的提高，对材料的要求(抗静电性、韧性)也在逐步提高。三元乙丙橡胶(EPDM)是常用的增韧剂，但它是非极性的，与极性的ABS不相容。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗静电高韧性ABS复合材料及其制备方法，以解决ABS与EPDM相容性不佳的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种抗静电高韧性ABS复合材料，由以下重量份的组分制成：
所述EPDM-g-GMA的制备方法，包括以下步骤：
(1)将三元乙丙橡胶、甲基丙烯酸环氧丙酯及过氧化二异丙苯在密炼机反应5-10分钟，将接枝物EPDM-g-GMA取出，切碎成颗粒状；
(2)将步骤(1)中的接枝物EPDM-g-GMA用二甲苯完全溶解，80-120℃下回流10-15h，向溶液中添加丙酮进行提纯；
(3)将步骤(2)溶液过滤，80-100℃下真空干燥2-4h，得到提纯后的EPDM-g-GMA材料。
所述步聚(1)的三元乙丙橡胶、甲基丙烯酸环氧丙酯及过氧化二异丙苯的质量比为40-60：30-50：2-8。
所述密炼机包括顺次排布的六个温度区，一区温度120～150℃，二区温度170～200℃，三区温度170～200℃，四区温度170～200℃，五区温度170～200℃，六区温度170～200℃，机头温度170～200℃；螺杆转速180～260r/min。
所述纳米氮化钛为粒径为3-7nm的纳米氮化钛。
所述纳米氮化钛经过偶联剂处理。
所述抗氧剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯中的一种或多种。
所述润滑剂为硬脂酸钙或硬质酸钠中的一种或两种组合。
一种上述任一项的抗静电高韧性ABS复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取重量份为60份-80份的ABS、10份-16份的纳米氮化钛、0.1份-0.5份的抗氧剂和0.4份-0.8份的润滑剂混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料挤出造粒，即得到ABS复合材料。
步骤(1)中的所述纳米氮化钛为经过偶联剂处理的纳米氮化钛，处理方法为，将纳米氮化钛加入偶联剂的乙醇溶液中超声分散，过滤后进行干燥，得到处理的纳米氮化钛；
所述纳米氮化钛与所述偶联剂的质量比为40-60：2-6；
所述偶联剂为硅烷偶联剂KH560或者KH570中的一种。
优选地，所述步骤(2)具体为：
将步骤(1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，其中，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度190～210℃，二区温度230～270℃，三区温度230～270℃，四区温度230～270℃，五区温度230～270℃，六区温度230～270℃，机头温度230～270℃；螺杆转速200～260r/min。
本发明的有益效果是：
1、本技术方案提供的纳米氮化钛经硅烷偶联剂处理后，能更好地分散在ABS中，这有利于保持ABS复合材料的物理性能。
2、纳米氮化钛的加入降低了材料的表面电阻率，提升了材料的抗静电性能，这对ABS材料的应用领域的扩展起到了很大的作用。
3、EPDM是非极性的而ABS是极性的，两者不相容。本技术方案创造性的把甲基丙烯酸环氧丙酯接枝到EPMD上，形成EPDM-g-GMA，这样使非极性的EPDM获得极性，解决了EPDM和ABS的相容问题。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
本申请提供一种抗静电高韧性ABS复合材料及其制备方法，由以下重量份的组分制成：
所述纳米氮化钛为粒径为3-7nm的纳米氮化钛。
所述纳米氮化钛经过偶联剂处理。
所述EPDM-g-GMA的制备方法，包括以下步骤：
(1)将三元乙丙橡胶(EPDM)、甲基丙烯酸环氧丙酯(GMA)和过氧化二异丙苯(DCP)在密炼机反应5-10分钟，将接枝物EPDM-g-GMA取出，切碎成颗粒状。
(2)将步骤(1)中的接枝物EPDM-g-GMA用二甲苯完全溶解，80-120℃下回流10-15h，向溶液中添加丙酮进行提纯。
(3)将步骤(2)溶液过滤，80-100℃下真空干燥2-4h，得到提纯后的EPDM-g-GMA材料。
优选地，步骤(1)中的EPDM、GMA、DCP的质量比为(40-60)：(30-50)：(2-8)，所述密炼机包括顺次排布的六个温度区，一区温度120～150℃，二区温度170～200℃，三区温度170～200℃，四区温度170～200℃，五区温度170～200℃，六区温度170～200℃，机头温度170～200℃；螺杆转速180～260r/min。
所述抗氧剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯(Irganox168)、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(Irganox1010)和1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯(Irganox1330)中的一种或多种。
所述的润滑剂为硬脂酸钙或硬质酸钠中的一种或两种组合。
一种上述任一项的抗静电高韧性ABS复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取重量份为60份-80份的ABS、10份-16份的纳米氮化钛、0.1份-0.5份的抗氧剂和0.4份-0.8份的润滑剂混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料挤出造粒，即得到ABS复合材料。
步骤(1)中的各原料在混合前可先在100℃下干燥5h。
优选地，所述步骤(1)中的纳米氮化钛经过偶联剂处理，具体步骤如下：
将纳米氮化钛加入偶联剂的乙醇溶液中超声分散，过滤后进行干燥。
更优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH560或者KH570中的一种。
更优选地，所述纳米氮化钛和偶联剂的质量比为(40-60)：2-6)。
优选地，所述步骤(2)具体为：将步骤(1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到ABS复合材料，其中，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度190～210℃，二区温度230～270℃，三区温度230～270℃，四区温度230～270℃，五区温度230～270℃，六区温度230～270℃，机头温度230～270℃；螺杆转速200～260r/min。
本发明的各实施例中所用的原料如下：
PS(型号PA-747R),台湾奇美；纳米氮化钛，上海超威纳米材料；抗氧剂(型号Irganox1010、Irganox168、Irganox1330)，瑞士汽巴精化；硬脂酸钙，湖北中料化工；硬质酸钠，湖北兴银河化工；EDPM(型号3722P)，美国陶氏；GMA，宁波泰值化工；DCP，合肥安海化工；硅烷偶联剂(KH560、KH570)，南京奥诚化工。
本发明所用的测试仪器如下：
ZSK30型双螺杆挤出机，德国W&P公司；密炼机，大连华韩橡塑；JL-1000型拉力试验机，广州市广才实验仪器公司生产；HTL900-T-5B型注射成型机，海太塑料机械有限公司生产；XCJ-500型冲击测试机，承德试验机厂生产；QT-1196型拉伸测试仪，东莞市高泰检测仪器有限公司；QD-GJS-B12K型高速搅拌机，北京恒奥德仪器仪表有限公司。
实施例1
(1)称取重量份为60份ABS、10份经过偶联剂处理的纳米氮化钛、0.2份EPDM-g-GMA、0.1份Irganox1330和0.4份硬质酸钠混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到ABS复合材料P1，其中，双螺杆挤出机的第一温度区的温度为190℃，第二温度区的温度为230℃，第三温度区的温度为230℃，第四温度区的温度为230℃，第五温度区的温度为230℃，第六温度区的温度为230℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为230℃，螺杆转速为200r/min。
实施例2
(1)称取重量份为80份ABS、16份经过偶联剂处理的纳米氮化钛、0.6份EPDM-g-GMA、0.3份Irganox1010、0.2份Irganox168、0.4份硬质酸钠和0.4份硬质酸钾混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到ABS复合材料P2，其中，双螺杆挤出机的第一温度区的温度为210℃，第二温度区的温度为270℃，第三温度区的温度为270℃，第四温度区的温度为270℃，第五温度区的温度为270℃，第六温度区的温度为270℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为270℃，螺杆转速为260r/min。
实施例3
(1)称取重量份为70份ABS、13份经过偶联剂处理的纳米氮化钛、0.4份EPDM-g-GMA、0.2份Irganox1330、0.1份Irganox168、0.3份硬质酸钙和0.3份硬质酸钠混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到ABS复合材料P3，其中，双螺杆挤出机的第一温度区的温度为200℃，第二温度区的温度为250℃，第三温度区的温度为250℃，第四温度区的温度为250℃，第五温度区的温度为250℃，第六温度区的温度为250℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为250℃，螺杆转速为230r/min。
实施例4
(1)称取重量份为75份ABS、12份经过偶联剂处理的纳米氮化钛、0.3份EPDM-g-GMA、0.1份Irganox1330、0.1份Irganox1010、0.5份硬质酸钠混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到ABS复合材料P4,其中，双螺杆挤出机的第一温度区的温度为205℃，第二温度区的温度为240℃，第三温度区的温度为240℃，第四温度区的温度为240℃，第五温度区的温度为240℃，第六温度区的温度为240℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为240℃，螺杆转速为240r/min。
实施例5
(1)称取重量份为75份ABS、11份经过偶联剂处理的纳米氮化钛、0.3份EPDM-g-GMA、0.2份Irganox1010、0.1硬脂酸钙和0.5份硬质酸钠混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到ABS复合材料P5,其中，双螺杆挤出机的第一温度区的温度为200℃，第二温度区的温度为245℃，第三温度区的温度为245℃，第四温度区的温度为245℃，第五温度区的温度为245℃，第六温度区的温度为245℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为245℃，螺杆转速为260r/min。
对比例1
(1)称取重量份为75份ABS、0.2份Irganox1010、0.1硬脂酸钙和0.5份硬质酸钠混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到ABS复合材料D1,其中，双螺杆挤出机的第一温度区的温度为200℃，第二温度区的温度为240℃，第三温度区的温度为240℃，第四温度区的温度为240℃，第五温度区的温度为240℃，第六温度区的温度为240℃℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为240℃，螺杆转速为250r/min。
将上述实施例1-5及对比例1制备的ABS复合材料用注塑机制成样条测试，测试数据如下表：
通过上表对比可看出，本发明制得的ABS复合材料较对比例中ABS相比，不但抗静电性能得到了很大的提升，而且韧性也得到了提高，这大大扩展ABS复合材料的应用领域，具有非常现实的意义。
以上仅是本发明的优选实施方式的描述，应当指出，由于文字表达的有限性，而在客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种抗静电高韧性ABS复合材料，其特征在于，由以下重量份的组分制成：
所述EPDM-g-GMA的制备方法，包括以下步骤：
(1)将三元乙丙橡胶、甲基丙烯酸环氧丙酯及过氧化二异丙苯在密炼机反应5-10分钟，将接枝物EPDM-g-GMA取出，切碎成颗粒状；
(2)将步骤(1)中的接枝物EPDM-g-GMA用二甲苯完全溶解，80-120℃下回流10-15h，向溶液中添加丙酮进行提纯；
(3)将步骤(2)溶液过滤，80-100℃下真空干燥2-4h，得到提纯后的EPDM-g-GMA材料。
2.根据权利要求1所述的抗静电高韧性ABS复合材料，其特征在于，步聚(1)的三元乙丙橡胶、甲基丙烯酸环氧丙酯及过氧化二异丙苯的质量比为40-60：30-50：2-8。
3.根据权利要求1所述的抗静电高韧性ABS复合材料，其特征在于，所述密炼机包括顺次排布的六个温度区，一区温度120～150℃，二区温度170～200℃，三区温度170～200℃，四区温度170～200℃，五区温度170～200℃，六区温度170～200℃，机头温度170～200℃；螺杆转速180～260r/min。
4.根据权利要求1所述的抗静电高韧性ABS复合材料，其特征在于，所述纳米氮化钛为粒径为3-7nm的纳米氮化钛。
5.根据权利要求1所述的抗静电高韧性ABS复合材料，其特征在于，所述纳米氮化钛经过偶联剂处理。
6.根据权利要求1所述的抗静电高韧性ABS复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的抗静电高韧性ABS复合材料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸钙或硬质酸钠中的一种或两种组合。
8.一种上述权利要求1至7中任一项的抗静电高韧性ABS复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)称取重量份为60份-80份的ABS、10份-16份的纳米氮化钛、0.1份-0.5份的抗氧剂和0.4份-0.8份的润滑剂混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料挤出造粒，即得到ABS复合材料。
9.根据权利要求8所述的抗静电高韧性ABS复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的所述纳米氮化钛为经过偶联剂处理的纳米氮化钛，处理方法为，将纳米氮化钛加入偶联剂的乙醇溶液中超声分散，过滤后进行干燥，得到处理的纳米氮化钛；
所述纳米氮化钛与所述偶联剂的质量比为40-60：2-6；
所述偶联剂为硅烷偶联剂KH560或者KH570中的一种。
10.根据权利要求8所述的抗静电高韧性ABS复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：将步骤(1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，其中，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度190～210℃，二区温度230～270℃，三区温度230～270℃，四区温度230～270℃，五区温度230～270℃，六区温度230～270℃，机头温度230～270℃；螺杆转速200～260r/min。
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