CN114181491B - 一种耐热、高韧的pla/abs组合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐热、高韧的PLA/ABS组合物及其制备方法和应用。所述PLA/ABS组合物,包括如下重量份的组分:ABS 40~70份,PLA 10~40份,相容剂10~20份,增韧剂5~13份,成核剂1~5份,抗氧剂0.1~0.3份,润滑剂0.1~0.8份。本发明通过选择特定的相容剂,利用相容剂中的本体与接枝单体分别与ABS树脂和PLA树脂具有良好的相容性,从而使得ABS对PLA耐热、增韧性能的提升显著,制得的PLA/ABS组合物的耐热性能优异,韧性良好。
Description
技术领域
本发明涉及工程塑料技术领域,更具体的,涉及一种耐热、高韧的PLA/ABS组合物及其制备方法和应用。
背景技术
生物基聚合物已成为化石基聚合物的有价值的替代品,可以制备碳足迹减少且不依赖于石油化工产品的材料。其中,聚乳酸(PLA)拥有高模量、高强度且能完全生物降解,具有石油基树脂同样的成型加工方式等诸多优点,成为近20年来商业化最成功的生物可降解塑料之一。广泛应用于包装材料和生物医药领域。但同时PLA结晶速度较慢,结晶度低导致耐热性差,且韧性差限制了PLA的应用范围。
ABS树脂具有较好的耐热性能和较高韧性,已有现有技术研究了将ABS与PLA共混制得合金材料。有现有技术公开了一种聚乳酸-ABS树脂复合材料,通过ABS的加入提高聚乳酸抗冲击性能和热变形温度,但是ABS和聚乳酸相容性很差,ABS对PLA的耐热、增韧性能的提升有限。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的PLA/ABS合金的耐热性能差、韧性差的缺陷,提供一种耐热、高韧的PLA/ABS组合物。
本发明的另一目的在于提供上述PLA/ABS组合物的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述PLA/ABS组合物的应用。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
一种耐热、高韧的PLA/ABS组合物,包括如下重量份的组分:
ABS40~70份,
PLA10~40份,
相容剂10~20份,
增韧剂5~13份,
成核剂1~5份,
抗氧剂0.1~0.3份,
润滑剂0.1~0.8份;
所述相容剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-马来酸酐共聚物或苯乙烯-丙烯腈-丁二烯-马来酸酐共聚物中的一种或几种。
ABS树脂为非极性材料,不存在活性反应基团,无法利用反应活性选择相容剂;苯乙烯和苯乙烯-丙烯腈树脂(SAN)同样作为非极性材料,与ABS的分子链相互缠绕,相容性优异。PLA具有较多的活性基团,如酸、羟基、酯基,相容剂中共聚接枝的马来酸酐极性基团可以与其发生反应,反应活性较高,从而相容性优异。
本发明的相容剂中的共聚单体分别与ABS树脂和PLA树脂具有良好的相容性,从而使得本发明的PLA/ABS体系各组分间相容性优异,ABS对PLA耐热、增韧性能的提升显著,制得的PLA/ABS组合物的耐热性能优异,在0.45MPa的负荷条件下热变形温度≥74℃;且韧性良好,特别是经60℃、60%RH条件湿热处理15天后PLA/ABS组合物仍保持较好韧性,缺口冲击强度≥16.3kJ/m2。
优选地,所述苯乙烯-马来酸酐共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-马来酸酐共聚物或苯乙烯-丙烯腈-丁二烯-马来酸酐共聚物中,马来酸酐的共聚占比均为5~20wt.%。
马来酸酐的共聚占比为5~20wt.%时,PLA/ABS组合物在具有良好耐热性能的基础上,韧性更优。
优选地,所述增韧剂为ABS高胶粉、MBS或SEBS中的一种或多种。
更优选地,所述增韧剂为ABS高胶粉和/或MBS。这两种增韧剂可以提供更优的增韧效果。
优选地,所述ABS在220℃,10kg的条件下的熔体流动速率为20~40g/10min。
更优选地,所述ABS在220℃,10kg的条件下的熔体流动速率为22~33g/10min。
优选地,所述PLA在190℃,2.16kg的条件下的熔体流动速率为1~10g/10min。
更优选地,所述PLA在190℃,2.16kg的条件下的熔体流动速率为5~7g/10min。
熔体流动速率按照ISO 1133-1-2011测试标准。
优选地,所述ABS和PLA的重量比为(5~7):(1~3)。
更优选地,所述ABS和PLA的重量比为(6~7):(1~2)。
优选地,所述成核剂为酰胺类成核剂、酰肼类成核剂或者滑石粉中的一种或几种。
优选地,所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸脂抗氧剂或硫代酯类抗氧剂中的一种或几种。
可选地,所述抗氧剂为抗氧剂1010(四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)、抗氧剂168(三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯)、抗氧剂1790(1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮)或抗氧剂412S(季戊四醇四3-月桂基硫代丙酸酯)中的一种或多种。
优选地,所述润滑剂为聚硅氧烷、硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸锌或PE蜡中的一种或几种。
本发明还保护上述PLA/ABS组合物的制备方法,包括如下步骤:
S1.将ABS、相容剂、抗氧剂、润滑剂混合后加至挤出机,经熔融混合、挤出造粒,得到预混母粒;
S2.将步骤S1制得的预混母粒、PLA、增韧剂和成核剂混合后,加至挤出机,经熔融混合、挤出造粒,得到所述PLA/ABS组合物。
优选地,所述挤出机为双螺杆挤出机。
优选地,所述挤出造粒的加工温度为180~210℃,螺杆长径比为40~48:1,螺杆转速为200~800rpm。
本发明还保护上述PLA/ABS组合物在制备玩具或消费电子制品中的应用。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明开发了一种耐热、高韧的PLA/ABS组合物。通过选择特定的相容剂,利用相容剂中的本体与接枝单体分别与ABS树脂和PLA树脂具有良好的相容性,从而使得本发明的PLA/ABS体系各组分间相容性优异,ABS对PLA耐热、增韧性能的提升显著,制得的PLA/ABS组合物的耐热性能优异,韧性良好,在经过湿热条件的劣化处理后,PLA/ABS组合物缺口冲击强度仍≥16.3kJ/m2。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例及对比例中的原料均可通过市售得到;
本发明平行的实施例和对比例中使用的成核剂、抗氧剂和润滑剂相同。
除非特别说明,本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1~19
实施例1~19分别提供一种PLA/ABS组合物,组分含量见表1,制备方法如下:
S1.按照表1将ABS、相容剂、抗氧剂、润滑剂混合后加至双螺杆挤出机,经熔融混合、挤出造粒,得到预混母粒;
S2.将步骤S1制得的预混母粒、PLA、增韧剂和成核剂混合后,加至双螺杆挤出机,经熔融混合、挤出造粒,挤出造粒的加工温度为180~210℃,螺杆长径比为40~48:1,螺杆转速为200~800rpm,得到PLA/ABS组合物。
表1实施例1~19的PLA/ABS组合物的组分含量(重量份)
对比例1~7
对比例1~7分别提供一种PLA/ABS组合物,组分含量见表2,制备方法与实施例相同。
表2对比例1~7的PLA/ABS组合物的组分含量(重量份)
性能测试
对上述实施例和对比例制备的PLA/ABS组合物进行性能测试,具体方法如下:
相容性:采用DMA测试仪测试PLA/ABS组合物的Tan(delta),得到玻璃化转变温度,由于PLA/ABS组合物的树脂基体包括PLA和ABS两种树脂材料,DMA测试仪会显示两个玻璃化转变温度峰值:Tg1和Tg2(默认Tg2的玻璃化转变温度峰值更高),计算得到其差值Tg2-Tg1;Tg2-Tg1的值越小,说明PLA/ABS组合物中各组分相容性越好;
玻璃化转变温度具体测试参数设置为振幅为20μm,频率为1Hz,从25℃以3℃/min的升温速率至150℃;
热变形温度(HDT):采用GB/T 1633-2000标准进行测试,测试负荷条件为0.45MPa;
缺口冲击强度:在60℃、60%RH条件下放置15天后,根据ISO180:2000测定,A型缺口,23℃,50%湿度。
实施例1~19的测试结果见表3,对比例1~7的测试结果见表4。
表3实施例1~19的测试结果
根据表3的测试结果,本发明各实施例制备的PLA/ABS组合物的Tg2-Tg1≤34℃,组分相容性优异;在0.45MPa的负荷条件下HDT≥74℃,PLA/ABS组合物耐热性能良好;经湿热条件处理后,缺口冲击强度仍≥16.3kJ/m2,说明PLA/ABS组合物具有良好韧性。
由实施例1~3,苯乙烯-马来酸酐共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-马来酸酐共聚物或苯乙烯-丙烯腈-丁二烯-马来酸酐共聚物作为相容剂,在本发明的PLA/ABS体系中均具有更优的促相容作用,使得材料的耐热性能较好、缺口冲击强度较高。
由实施例1、4、5,增韧剂优选为ABS高胶粉和/或MBS,这两种增韧剂可以提供更优的增韧效果。
由实施例1、实施例6~9的测试结果,可以看出ABS在220℃,10kg的条件下的熔体流动速率优选为20~40g/10min;PLA在190℃,2.16kg的条件下的熔体流动速率优选为1~10g/10min。在此范围内,PLA/ABS组合物的耐热性能和韧性更好。
由实施例1、实施例12~14,相容剂的含量优选为15~18份,在此范围内,PLA/ABS组合物的缺口冲击强度更高。
由实施例1、实施例15~17,ABS和PLA的重量比为(5~7):(1~3)时,PLA/ABS组合物的HDT和缺口冲击强度更高;ABS和PLA的重量比为(6~7):(1~2)时,PLA/ABS组合物的HDT和缺口冲击强度相对最优。
表4对比例1~7的测试结果
对比例1中,使用的相容剂为SAN接枝GMA,虽然制得的PLA/ABS组合物的耐热性能良好,但由于SAN接枝GMA自身韧性较差,造成PLA/ABS组合物过于硬脆,缺口冲击强度过低。特别是经湿热处理后,缺口冲击强度仅为13.3kJ/m2。
对比例2和3中,使用其他种类的马来酸酐接枝型相容剂,均无法实现良好相容的效果,制得的PLA/ABS组合物相容性差,Tg2-Tg1≥43℃,且材料韧性差。
对比例4中,相容剂含量过低,对于ABS和PLA树脂的促相容效果不明显。
对比例5中,PLA含量过高,PLA/ABS组合物的耐热性能较差,ABS和PLA树脂基体在过高含量PLA体系下难以良好相容。
对比例6中不含成核剂,对比例7中不含增韧剂,制得的PLA/ABS组合物不能兼具较高的热变形温度和韧性。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种耐热、高韧的PLA/ABS组合物,其特征在于,包括如下重量份的组分:
ABS 40~70份,PLA 10~40份,相容剂10~20份,增韧剂5~13份,成核剂1~5份,抗氧剂0.1~0.3份,润滑剂0.1~0.8份;
所述相容剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-马来酸酐共聚物或苯乙烯-丙烯腈-丁二烯-马来酸酐共聚物中的一种或几种;
所述ABS在220℃,10kg的条件下的熔体流动速率为20~40g/10min
所述PLA在190℃,2.16kg的条件下的熔体流动速率为1~10g/10min。
2.根据权利要求1所述PLA/ABS组合物,其特征在于,所述相容剂中马来酸酐的共聚占比为5~20wt.%。
3.根据权利要求1所述PLA/ABS组合物,其特征在于,所述增韧剂为ABS高胶粉、MBS或SEBS中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述PLA/ABS组合物,其特征在于,所述成核剂为酰胺类成核剂、酰肼类成核剂或者滑石粉中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述PLA/ABS组合物,其特征在于,所述ABS和PLA的重量比为(5~7):(1~3)。
6.权利要求1~5任一项所述PLA/ABS组合物的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1.将ABS、相容剂、抗氧剂、润滑剂混合后加至挤出机,经熔融混合、挤出造粒,得到预混母粒;
S2.将步骤S1制得的预混母粒、PLA、增韧剂和成核剂混合后,加至挤出机,经熔融混合、挤出造粒,得到所述PLA/ABS组合物。
7.根据权利要求6所述制备方法,其特征在于,所述挤出造粒的加工温度为180~210℃;挤出机的螺杆长径比为40~48:1,螺杆转速为200~800rpm。
8.权利要求1~5任一项所述PLA/ABS组合物在制备玩具或消费电子制品中的应用。
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