CN114213799A - 一种耐热的abs组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

一种耐热的abs组合物及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐热的ABS组合物及其制备方法和应用。本发明所述ABS组合物，包括如下重量份的组分：ABS树脂20～80份，玻璃纤维10～30份，耐热剂20～50份，第一耐热协效剂10～30份，第二耐热协效剂0.2～2份，润滑剂0.1～5份，抗氧剂0～5份；所述耐热剂为苯乙烯/N‑苯基马来酰亚胺/马来酸酐三元共聚物；所述第一耐热协效剂为苯乙烯‑马来酸酐共聚物和/或苯乙烯‑丙烯腈‑马来酸酐共聚物；所述第二耐热协效剂为硅烷偶联剂。通过加入苯乙烯/N‑苯基马来酰亚胺/马来酸酐三元共聚物，协同两种耐热协效剂，可以大幅改善ABS材料的耐热性能。本发明的ABS组合物在1.8MPa负荷下的热变形温度≥110℃，球压温度≥120℃。

Description

一种耐热的ABS组合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，更具体的，涉及一种耐热的ABS组合物及其制备方法和应用。
背景技术
ABS树脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑性高分子材料。ABS加工出的产品表面光洁，易于染色和电镀。因此可广泛用于机械电子及汽车内外饰件或结构件、家用电器、玩具等日常用品。使用玻璃纤维增强是ABS材料很重要的一种改性方式，玻纤的加入可以明显的提高材料强度、尺寸稳定性。
现在越来越多的应用行业对材料的耐热性能有更高的要求，例如制暖设备结构件、扇叶、滚轮结构等，玻璃纤维增强ABS材料的耐热性能还不能满足实际的使用要求。
现有技术公开了一种阻燃耐热ABS组合物，包括ABS树脂、阻燃剂、阻燃协效剂、抗氧剂、耐热剂等组分。但是该ABS组合物的热变形温度仅达到86～99.9℃，不能满足实际使用的耐热要求。
此外，对于一些电子电器类产品，尤其是插排、插座类产品，除了要求良好的热变形温度外，还需要进行球压实验，确保产品有较高的球压温度。这是因为这些产品在使用过程中会和其他物体接触、受到外来物品的压力。这就要求了产品在高温下耐负荷性能好。球压温度代表产品在一定温度下的耐负荷能力，塑料材料的球压温度越高说明其在高温下耐负荷性能越好。
因此，需要开发出一种具有较高的热变形温度和球压温度的ABS组合物。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的耐热性能差的缺陷，提供一种耐热的ABS组合物，具有优异的热变形温度和球压温度。
本发明的另一目的在于提供上述ABS组合物的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述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：
一种耐热的ABS组合物，包括如下重量份的组分：
Figure BDA0003384240610000021
所述耐热剂为苯乙烯/N-苯基马来酰亚胺/马来酸酐三元共聚物，
所述第一耐热协效剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物和/或苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物；所述第二耐热协效剂为硅烷偶联剂。
苯乙烯/N-苯基马来酰亚胺/马来酸酐三元共聚物作为耐热剂，在ABS树脂中添加量较大时，具有一定的耐热性能提升作用，但改善程度仍然有限，且较大的添加量极易引起ABS材料的流动性下降，进而影响了ABS组合物中各组分的均匀分布，使得材料整体的耐热性能不够好。发明人研究发现，通过引入两种耐热协效剂，可以大幅改善ABS材料的耐热性能。
所述耐热剂和第一耐热协效剂中均含有马来酸酐共聚单体，在熔融状态下可以与第二耐热协效剂中的硅烷基团发生微交联反应。第二耐热协效剂中的硅烷基团能够与玻璃纤维表面残留的水分发生水解反应，形成羟基，该羟基与玻璃纤维表面的羟基产生自缩合反应，进而形成牢固的化学键，从而与玻璃纤维产生较强结合力。第二耐热协效剂中有机官能基团与ABS树脂通过反应，形成物理缠绕的网络结构。通过第一耐热协效剂和第二耐热协效剂与玻璃纤维、耐热剂和ABS树脂基体的协同增效作用，使得本发明所述ABS组合物、具有优异的耐热性能，ABS组合物在1.8MPa负荷下热变形温度≥110℃，球压温度≥120℃。
优选地，所述耐热剂中的马来酸酐的含量为8～12wt.％。
优选地，所述第一耐热协效剂中马来酸酐的含量为18～25wt.％。
马来酸酐为上述含量范围时，耐热剂、第一耐热协效剂与第二耐热协效剂的协同作用更优，ABS组合物的耐热性能更优。
优选地，所述耐热剂中N-苯基马来酰亚胺的含量为18～22wt.％。
更优选地，所述耐热剂中N-苯基马来酰亚胺的含量为20wt.％。
优选地，所述硅烷偶联剂为双氨基硅烷偶联剂、单氨基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂、甲基硅烷偶联剂、苯基硅烷偶联剂或长链烷基硅烷偶联剂中的一种或几种。
更优选地，所述硅烷偶联剂为双氨基硅烷偶联剂。
氨基基团与ABS具有更优的相容性，双氨基硅烷偶联剂在本发明的ABS组合物中能够起到更优的耐热协效作用。
优选地，所述ABS树脂在220℃，10kg负荷下的熔体流动速率为5～40g/10min。
ABS树脂的熔体流动速率按照ASTM D-1238-2013标准方法进行测试。
优选地，所述ABS组合物，包括如下重量份的组分
ABS树脂30～50份，玻璃纤维15～25份，耐热剂30～40份，第一耐热协效剂20～25份，第二耐热协效剂0.5～1份，润滑剂0.5～1份，抗氧剂0.3～1份。
优选地，所述润滑剂为脂肪酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯、固体石蜡、液体石蜡、硬脂酸盐、硅酮或N,N'-乙撑双硬脂酸酰胺中的一种或几种。
优选地，所述抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)和/或三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧剂168)。
本发明还保护上述ABS组合物的制备方法，包括如下步骤：
将ABS树脂、耐热剂、第一耐热协效剂、润滑剂和抗氧剂混合后加至挤出机的主喂料***，将玻璃纤维加至挤出机的侧喂料***，将第二耐热协效剂通过溶剂泵经挤出机侧喂料***的前一节螺筒加至挤出机；
经熔融混合、挤出造粒，得到所述ABS组合物。
优选地，所述挤出机为双螺杆挤出机。
更优选地，所述双螺杆挤出机喂料转速为200～350rpm；双螺杆挤出机的各段螺杆温度从加料口到机头的温度分别为一区220～250℃，二区220～240℃，三区210～220℃，四区210～230℃，五区210～230℃，口模温度220～230℃，主机转速100～500rpm，真空度≤0.1MPa。
本发明还保护上述ABS组合物在制备插排、插座或制暖设备结构件中的应用。
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性能优异的ABS组合物。通过加入苯乙烯/N-苯基马来酰亚胺/马来酸酐三元共聚物，协同两种耐热协效剂，可以大幅改善ABS材料的耐热性能。本发明的ABS组合物的在1.8MPa负荷下热变形温度≥110℃，球压温度≥120℃。
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，具体如下：
Figure BDA0003384240610000041
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ABS组合物，组分含量见表1，制备方法如下：
按照表1，将ABS树脂、耐热剂、第一耐热协效剂、润滑剂和抗氧剂混合，混合温度20～50℃，转速为100～800转/分钟，混合时间为2～5分钟，混合后加至双螺杆挤出机的主喂料***，
将玻璃纤维加至双螺杆挤出机的侧喂料***，将第二耐热协效剂通过溶剂泵经挤出机侧喂料***的前一节螺筒加至双螺杆挤出机；
经熔融混合、挤出造粒，得到ABS基组合物。
其中双螺杆挤出机的长径比为44:1，双螺杆挤出机喂料转速为200～350rpm；双螺杆挤出机的各段螺杆温度从加料口到机头的温度分别为一区220～250℃，二区220～240℃，三区210～220℃，四区210～230℃，五区210～230℃，口模温度220～230℃，主机转速100～500rpm，真空度≤0.1MPa。
表1实施例1～19的ABS组合物的组分含量(重量份)
Figure BDA0003384240610000051
Figure BDA0003384240610000052
对比例1～5
对比例1～5分别提供一种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1～5的ABS组合物的组分含量(重量份)
Figure BDA0003384240610000061
性能测试
对上述实施例和对比例制得的ABS组合物进行性能测试，具体方法如下：
热变形温度：将ABS组合物于90℃干燥4h后，使用宁波海天博创注射成型机BS650-Ⅲ制样，注塑温度设定为230-240-240-250℃，注塑为4mm×10mm×80mm的试样，按照ISO75-2-2013标准方法检测热变形温度，测试负荷为1.8MPa；
球压温度：将ABS组合物于90℃干燥4h后，使用宁波海天博创注射成型机BS650-Ⅲ制样，注塑温度设定为230-240-240-250℃，注塑成6mm厚20mm直径的圆片试样，按照IEC60695-10-2-2014标准方法测试球压温度。
实施例1～19的测试结果见表3，对比例1～5的测试结果见表4。
表3实施例1～19的测试结果
Figure BDA0003384240610000062
Figure BDA0003384240610000071
根据表3的测试结果，本发明各实施例的ABS组合物的热变形温度≥110℃，球压温度≥120℃，其中球压温度是代表了ABS组合物在一定负荷下的耐热变形能力。
由实施例1～3，ABS树脂的在220℃，10kg负荷下的熔体流动速率为5～40g/10min时，ABS组合物的热变形温度和球压温度更高，说明其耐热性能更优。由实施例2、实施例4和5，第一耐热协效剂中的马来酸酐含量显著影响ABS组合物的耐热性能，第一耐热协效剂中的马来酸酐含量优选为18～25wt.％。由实施例2、实施例6～8，第二耐热协效剂为双氨基硅烷偶联剂时，能与耐热剂和第一耐热协效剂起到更优的协同增效作用，ABS组合物的耐热性能更优。
由实施例2和实施例9～17，耐热剂优选为30～40重量份，第一耐热协效剂优选为20～25重量份，第二耐热协效剂优选为0.5～1重量份。
表4对比例1～5的测试结果
Figure BDA0003384240610000072
由表4的测试结果，根据对比例1和2，耐热剂含量过少或过多时，ABS组合物的耐热性能较差。由对比例3，当仅添加耐热剂，不含任一种耐热协效剂时，虽然与对比例1相比，对比例3的ABS组合物耐热性能有一定提升，但与本发明实施例相比仍有较大差距。由对比例4和对比例5，第一耐热协效剂或第二耐热协效剂含量过少时，ABS组合物无法获得优异的耐热性能。这表示耐热剂、第一耐热协效剂与第二耐热协效剂通过共同作用、协同增效，使得本发明的ABS组合物具有优异的耐热性能。
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 (10)

1.一种耐热的ABS组合物，其特征在于，包括如下重量份的组分：
ABS树脂20～80份，玻璃纤维10～30份，耐热剂20～50份，第一耐热协效剂10～30份，第二耐热协效剂0.2～2份，润滑剂0.1～5份，抗氧剂0～5份；
所述耐热剂为苯乙烯/N-苯基马来酰亚胺/马来酸酐三元共聚物；
所述第一耐热协效剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物和/或苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物；所述第二耐热协效剂为硅烷偶联剂。
2.根据权利要求1所述ABS组合物，其特征在于，所述耐热剂中的马来酸酐的含量为8～12wt.％。
3.根据权利要求1所述ABS组合物，其特征在于，所述耐热剂中的N-苯基马来酰亚胺的含量为18～22wt.％。
4.根据权利要求1所述ABS组合物，其特征在于，所述第一耐热协效剂中马来酸酐的含量为18～25wt.％。
5.根据权利要求1所述ABS组合物，其特征在于，所述硅烷偶联剂为双氨基硅烷偶联剂、单氨基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂、甲基硅烷偶联剂、苯基硅烷偶联剂或长链烷基硅烷偶联剂中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述ABS组合物，其特征在于，所述ABS树脂在220℃，10kg负荷下的熔体流动速率为5～40g/10min。
7.根据权利要求1所述ABS组合物，其特征在于，包括如下重量份的组分ABS树脂30～50份，玻璃纤维15～25份，耐热剂30～40份，第一耐热协效剂20～25份，第二耐热协效剂0.5～1份，润滑剂0.5～1份，抗氧剂0.3～1份。
8.权利要求1～7任一项所述ABS组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将ABS树脂、耐热剂、第一耐热协效剂、润滑剂和抗氧剂混合后加至挤出机的主喂料***，将玻璃纤维加至挤出机的侧喂料***，将第二耐热协效剂通过溶剂泵经挤出机侧喂料***的前一节螺筒加至挤出机；
经熔融混合、挤出造粒，得到所述ABS组合物。
9.根据权利要求8所述制备方法，其特征在于，所述挤出机为双螺杆挤出机，双螺杆挤出机喂料转速为200～350rpm；双螺杆挤出机的各段螺杆温度从加料口到机头的温度分别为一区220～250℃，二区220～240℃，三区210～220℃，四区210～230℃，五区210～230℃；口模温度220～230℃，主机转速为100～500rpm，真空度≤0.1MPa。
10.权利要求1～7任一项所述ABS组合物在制备插排、插座或制暖设备结构件中的应用。
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