CN115746493A - 一种发泡增强abs复合材料及其制备方法 - Google Patents
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- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
Abstract
本发明涉及一种发泡增强ABS复合材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。所述增强ABS复合材料包括以下重量份原料：ABS 72‑103份、相溶剂4‑15份、发泡剂2‑9份、抗氧化剂0.2‑1.5份、润滑剂0.3‑1.5份、防缩剂8‑40份。所述防缩剂通过采用静电自组装技术形成的负载海藻酸钠改性二氧化硅纳米颗粒的聚丙烯纤维，利用了聚丙烯纤维质量轻、防收缩、防裂的特性达到解决增强ABS复合材料制备厚制件出现缩痕的问题目的，同时，引入的海藻酸钠改性二氧化硅纳米颗粒可以增加聚丙烯纤维表面的粗糙程度，达到解决聚丙烯纤维因其表面光滑，对ABS复合材料的防收缩作用不明显的目的。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体地，涉及一种发泡增强ABS复合材料及其制备方法。
背景技术
丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物(简称ABS树脂)是五大合成树脂之一，其抗冲击性、耐热性、耐低温性均优良；具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等优点；同时容易涂装、着色，其可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工，广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域，是一种用途极广的热塑性工程塑料。同时，为达到以塑代钢的目的，增强ABS复合材料的注塑制件往往较厚，这大大增加了注塑过程中缩痕的产生概率，此外，注塑制件的质量较重，限制了增强ABS复合材料的利用范围。
因此，针对增强ABS复合材料的制备领域，有必要研究出注塑时缩痕少、轻量化的增强ABS复合材料，满足增强ABS复合材料的发展需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发泡增强ABS复合材料及其制备方法，以解决增强ABS复合材料制备厚制件出现缩痕的问题，同时获得的发泡增强ABS复合材料具有质量轻、高强度的优点。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种发泡增强ABS复合材料，包括以下重量份原料：ABS 72-103份、相溶剂4-15份、发泡剂2-9份、抗氧化剂0.2-1.5份、润滑剂0.3-1.5份、防缩剂8-40份。
进一步地，所述ABS为连续本体法制备得到的，重均分子量为2-4万。
进一步地，所述相溶剂为聚丙烯－马来酸酐共聚物。
进一步地，所述发泡剂为偶氮二碳酸铵、甲苯磺酞氨基崛、5－苯基四唑中的几种任意比的混合。
进一步地，所述抗氧化剂为抗氧化剂1010和抗氧化剂168按照质量比2-3:1-1.5混合组成。
进一步地，所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯、N,N－已撑双硬脂酰胺、甘油单脂酸酯、丁基硬脂酸酯、乙撑双硬脂酰胺中的几种任意比的混合。
进一步地，所述防缩剂包括以下步骤制成：
将处理的聚丙烯纤维浸入处理液中20-30min，在室温搅拌15-20min，然后抽滤，所得固体用水洗涤数次，得改性聚丙烯纤维，其中，表面处理的聚丙烯纤维、处理液的质量比为1:15-20。
进一步地，所述处理的聚丙烯纤维为1MPDDA水溶液浸渍并搅拌处理的聚丙烯纤维，利用PDDA优异的附着力以及柔韧性，使得浸渍于其中的聚丙烯纤维表面吸附包裹有PDDA膜层，一方面增加了聚丙烯纤维粗糙性，另一方面使得聚丙烯纤维表面带有正电。
进一步地，所述聚丙烯纤维与1MPDDA水溶液的质量比为1:10-15。
在防缩剂制备过程中，所述处理液为海藻酸钠改性的纳米二氧化硅处理液，且该溶液是以有机硅(硅来源)、海藻酸钠和催化剂(碱或酸)为原料，以去离子水和醇类有机溶剂为混合溶剂，采用本技术领域所熟知原位改性技术制成。且在防缩剂制备过程中，利用了处理的聚丙烯纤维表面带有的正电，与海藻酸钠改性的纳米二氧化硅表面的羧基离子存在静电吸附作用，使得聚丙烯纤维表面组装有二氧化硅颗粒，一方面，聚丙烯纤维对二氧化硅纳米颗粒产生“锚固”作用，降低二氧化硅纳米颗粒在有机基料中的团聚和迁移，提高纳米二氧化硅在有机基料中的分散，另一方面，“锚固”纳米二氧化硅颗粒增加聚丙烯纤维表面的粗糙程度，增加聚丙烯纤维和ABS基料之间的作用，促进聚丙烯纤维防收缩、防裂作用的挥发，以解决增强ABS复合材料制备厚制件出现缩痕的问题，同时聚丙烯纤维和二氧化硅的引入，可以发挥聚丙烯纤维和二氧化硅颗粒增强材料强度的作用，使获得的发泡增强ABS复合材料具有质量轻、高强度的优点。
进一步地，所述处理液包括以下步骤制成：
搅拌下向溶液b中缓慢滴加溶液a，滴加完全后，机械搅拌2-3h，停止搅拌，补加去离子水和无水乙醇的混合物(去离子水和无水乙醇质量比1:1)至二氧化硅的质量分数为6-8％，得处理液，溶液a为有机硅、无水乙醇、海藻酸钠按照质量比10-12:80-100:3-5混合形成，溶液b为烯烃类硅烷偶联剂、无水乙醇、去离子水、28wt％氨水质量比为0.5-1.2:20-30:15-25:0.1-0.6。
进一步地，所述溶液a与溶液b的质量比为2-2.6:1。
进一步地，所述有机硅为正硅酸甲酯，正硅酸乙酯，正硅酸丁酯中的一种。
在该进一步方案中，对处理液的制备方法采用的进一步限定，在原位改性技术中增加了烯烃类硅烷偶联剂原料,使得海藻酸钠改性的纳米二氧化硅表面引入硅氧烷链和双键，一方面，不但增加聚丙烯纤维表面的粗糙程度，且硅氧烷链的因其低表面能特性，易延伸入相溶剂的分子链中，进一步提高聚丙烯纤维与相溶剂、ABS分子链之间的相互作用，提高聚丙烯纤维防收缩、防裂作用；另一方面，引入了海藻酸钠吸水率较高，其的引入会导致ABS复合材料吸水率高，导致ABS复合材料吸收水蒸气量提高，增加体系中含水率，导致注塑时制品表面喷射痕和表面银丝的产生，虽然可以通过干燥操作降低所获ABS复合材料的含水率，不但增加生产成本以及复杂化ABS复合材料的注塑工艺，为此，引入了硅氧烷链，利用其低表面能特性，在海藻酸钠改性的纳米二氧化硅表面形成一层疏水层，避免海藻酸钠与水接触，进而避免因海藻酸钠引入造成的上述不利的影响，使得引入的海藻酸钠改性的纳米二氧化硅充分发挥增加聚丙烯纤维表面的粗糙程度，提高聚丙烯纤维与相溶剂、ABS分子链之间的相互作用的正面机制，而克服不利影响。
优选地，所述烯烃类硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH570。
一种上述发泡增强ABS复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将二分之一质量的ABS、相溶剂、抗氧化剂和防缩剂混合均匀后，然后加入剩余质量的ABS和润滑剂，继续混合均匀后，得混合料；
步骤二、将混合料转移至双螺杆挤出机，经熔融挤出，冷却、切粒，得到粒料，其中，挤出温度为200-225℃；
步骤三、所得的粒料与发泡剂混合均匀，并通过注塑机进行微孔注塑发泡成型,注塑温度为180-235℃。
本发明的有益效果：
本发明采用静电自组装技术形成负载海藻酸钠改性二氧化硅纳米颗粒的聚丙烯纤维为防缩剂，利用了聚丙烯纤维质量轻、防收缩、防裂的特性达到解决背景技术提到的问题的目的，同时，引入负载二氧化硅纳米颗粒可以增加聚丙烯纤维表面的粗糙程度，达到聚丙烯纤维因其表面光滑，对ABS复合材料的防收缩作用不明显的目的，且，聚丙烯纤维对二氧化硅纳米颗粒产生“锚固”作用，降低二氧化硅纳米颗粒在有机基料中的团聚和迁移，提高纳米二氧化硅在有机基料中的分散，发挥二氧化硅纳米颗粒对ABS复合材料的填充增强的作用，以及降低注塑过程时发泡产生的气泡的孔径的作用；
上述静电自组装技术时通过处理的聚丙烯纤维表面的正电，与海藻酸钠引入的羧基离子之间的静电吸附作用而实现的，因海藻酸钠属于易高吸水率物质，其的引入会导致ABS复合材料吸水率高，在注塑时制品表面易产生喷射痕和表面银丝的不利影响，为此，本发明人向海藻酸钠改性二氧化硅纳米颗粒中引入了硅烷偶联剂，在海藻酸钠改性的纳米二氧化硅表面形成一层疏水层，避免海藻酸钠与水接触，进而从源头杜绝上述不利影响的产生，使获得注塑制品性能更佳。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
处理液的制备：
搅拌下向50g溶液b中缓慢滴加100g溶液a，滴加完全后，机械搅拌2h，停止搅拌，补加去离子水和无水乙醇的混合物(去离子水和无水乙醇质量比1:1)至二氧化硅的质量分数为6％，得处理液，溶液a为有机硅、无水乙醇、海藻酸钠按照质量比10:80:3混合形成，溶液b为无水乙醇、去离子水、28wt％氨水质量比为0.5:20:15:0.1。
实施例2
处理液的制备：
搅拌下向50g溶液b中缓慢滴加130g溶液a，滴加完全后，机械搅拌3h，停止搅拌，补加去离子水和无水乙醇的混合物(去离子水和无水乙醇质量比1:1)至二氧化硅的质量分数为8％，得处理液，溶液a为有机硅、无水乙醇、海藻酸钠按照质量比12:100:5混合形成，溶液b为无水乙醇、去离子水、28wt％氨水质量比为1.2:30:25:0.6。
实施例3
处理液的制备：
搅拌下向50g溶液b中缓慢滴加100g溶液a，滴加完全后，机械搅拌2h，停止搅拌，补加去离子水和无水乙醇的混合物(去离子水和无水乙醇质量比1:1)至二氧化硅的质量分数为6％，得处理液，溶液a为有机硅、无水乙醇、海藻酸钠按照质量比10:80:3混合形成，溶液b为烯烃类硅烷偶联剂、无水乙醇、去离子水、28wt％氨水质量比为0.5:20:15:0.1。
实施例4
处理液的制备
搅拌下向50g溶液b中缓慢滴加130g溶液a，滴加完全后，机械搅拌3h，停止搅拌，补加去离子水和无水乙醇的混合物(去离子水和无水乙醇质量比1:1)至二氧化硅的质量分数为8％，得处理液，溶液a为有机硅、无水乙醇、海藻酸钠按照质量比12:100:5混合形成，溶液b为烯烃类硅烷偶联剂、无水乙醇、去离子水、28wt％氨水质量比为1.2:30:25:0.6。
实施例5
防缩剂的制备：
将1MPDDA水溶液浸渍并搅拌处理的聚丙烯纤维，聚丙烯纤维与1MPDDA水溶液的质量比为1:10，得处理的聚丙烯纤维；再将处理的聚丙烯纤维浸入实施例1制备的处理液中20min，在室温搅拌20min，然后抽滤，所得固体用水洗涤数次，得改性聚丙烯纤维，其中，表面处理的聚丙烯纤维、处理液的质量比为1:15。
实施例6
防缩剂的制备：
将1MPDDA水溶液浸渍并搅拌处理的聚丙烯纤维，聚丙烯纤维与1MPDDA水溶液的质量比为1:15，得处理的聚丙烯纤维；再将处理的聚丙烯纤维浸入实施例2制备的处理液中30min，在室温搅拌15min，然后抽滤，所得固体用水洗涤数次，得改性聚丙烯纤维，其中，表面处理的聚丙烯纤维、处理液的质量比为1:20。
实施例7
防缩剂的制备：
将1MPDDA水溶液浸渍并搅拌处理的聚丙烯纤维，聚丙烯纤维与1MPDDA水溶液的质量比为1:10，得处理的聚丙烯纤维；再将处理的聚丙烯纤维浸入实施例3制备的处理液中20min，在室温搅拌20min，然后抽滤，所得固体用水洗涤数次，得改性聚丙烯纤维，其中，表面处理的聚丙烯纤维、处理液的质量比为1:15。
实施例8
防缩剂的制备：
将1MPDDA水溶液浸渍并搅拌处理的聚丙烯纤维，聚丙烯纤维与1MPDDA水溶液的质量比为1:15，得处理的聚丙烯纤维；再将处理的聚丙烯纤维浸入实施例4制备的处理液中30min，在室温搅拌15min，然后抽滤，所得固体用水洗涤数次，得改性聚丙烯纤维，其中，表面处理的聚丙烯纤维、处理液的质量比为1:20。
实施例9
一种发泡增强ABS复合材料的制备：
步骤一、准备包括以下重量份原料：ABS72份、相溶剂4份、发泡剂2份、抗氧化剂0.2份、润滑剂0.3份、实施例5制备的防缩剂8份，所述ABS为连续本体法制备得到的，重均分子量为2-4万，所述相溶剂为聚丙烯－马来酸酐共聚物，所述发泡剂为偶氮二碳酸铵，所述抗氧化剂为抗氧化剂1010和抗氧化剂168按照质量比2:1混合组成，所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯；
步骤二、将二分之一质量的ABS、相溶剂、抗氧化剂和防缩剂混合均匀后，然后加入剩余质量的ABS和润滑剂，继续混合均匀后，得混合料；
步骤三、将混合料转移至双螺杆挤出机，经熔融挤出，冷却、切粒，得到粒料，其中，挤出温度为200-225℃；
步骤四、所得的粒料与发泡剂混合均匀，并通过注塑机进行微孔注塑发泡成型,注塑温度为180-235℃。
实施例10
一种发泡增强ABS复合材料的制备：
步骤一、准备包括以下重量份原料：ABS 103份、相溶剂15份、发泡剂9份、抗氧化剂1.5份、润滑剂1.5份、实施例6制备的防缩剂40份，所述ABS为连续本体法制备得到的，重均分子量为2-4万，所述相溶剂为聚丙烯-马来酸酐共聚物，所述发泡剂为甲苯磺酞氨基崛、5-苯基四唑，所述抗氧化剂为抗氧化剂1010和抗氧化剂168按照质量比3:1混合组成，所述润滑剂为N,N-已撑双硬脂酰胺；
步骤二、将二分之一质量的ABS、相溶剂、抗氧化剂和防缩剂混合均匀后，然后加入剩余质量的ABS和润滑剂，继续混合均匀后，得混合料；
步骤三、将混合料转移至双螺杆挤出机，经熔融挤出，冷却、切粒，得到粒料，其中，挤出温度为200-225℃；
步骤四、所得的粒料与发泡剂混合均匀，并通过注塑机进行微孔注塑发泡成型,注塑温度为180-235℃。
实施例11
一种发泡增强ABS复合材料的制备：与实施例9相比，将防缩剂等量份替换成实施例7制备的防缩剂，其余相同。
实施例12
一种发泡增强ABS复合材料的制备：与实施例9相比，将防缩剂等量份替换成实施例8制备的防缩剂，其余相同。
对比例1
一种发泡增强ABS复合材料的制备：与实施例9相比，将防缩剂替换成等量份的聚丙烯纤维，其余相同。
对比例2
一种发泡增强ABS复合材料的制备：与实施例9相比，将步骤三获得粒料放置1天后，再进行步骤四的操作。
对比例3
一种发泡增强ABS复合材料的制备：与实施例9相比，将步骤三获得粒料放置1天后，再经干燥操作，控制粒料的含水率低于0.1％，再进行步骤四的操作。
对比例4
与实施例11相比，将步骤三获得粒料放置1天后，再进行步骤四的操作。
将上述实施例9-12和对比例1-4所得的发泡增强ABS复合材料按照相关标准进行性能测试，所得测试结果如表1所示。
在表1中，从对比例1和实施例9-12的数据对比中可以看出，相较于纯聚丙烯纤维的引入，实施例5-8制备的防缩剂的引入产生的防缩效果更好，从实施例9和对比例2-3的数据对比中可以看出，实施例5-6制备的防缩剂的引入，制成的粒料放置1天后，易吸收空气中的水分，不利于加工，从实施例9-10和实施例11-12的数据对比中可以看出，而对比例4的数据显示，实施例7-8制备的防缩剂无上述影响，实施例7-8制备的防缩剂的效果优于实施例5-6制备的防缩剂的效果。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种发泡增强ABS复合材料，其特征在于：包括以下重量份原料：ABS72-103份、相溶剂4-15份、发泡剂2-9份、抗氧化剂0.2-1.5份、润滑剂0.3-1.5份、防缩剂8-40份；
所述防缩剂包括以下步骤制成：
将处理的聚丙烯纤维浸入处理液中20-30min，在室温搅拌15-20min，抽滤，洗涤，得改性聚丙烯纤维，所述处理的聚丙烯纤维为PDDA水溶液浸渍处理获得；所述处理液为海藻酸钠改性的纳米二氧化硅处理液。
2.根据权利要求1所述的一种发泡增强ABS复合材料，其特征在于：表面处理的聚丙烯纤维、处理液的质量比为1:15-20。
3.根据权利要求1所述的一种发泡增强ABS复合材料，其特征在于：所述处理的聚丙烯纤维为1MPDDA水溶液浸渍并搅拌处理的聚丙烯纤维。
4.根据权利要求3所述的一种发泡增强ABS复合材料，其特征在于：所述聚丙烯纤维与1MPDDA水溶液的质量比为1:10-15。
5.根据权利要求1所述的一种发泡增强ABS复合材料，其特征在于：所述处理液包括以下步骤制成：
搅拌下向溶液b中缓慢滴加溶液a，滴加完全后，搅拌2-3h，停止搅拌，补加去离子水和无水乙醇的混合物至二氧化硅的质量分数为6-8％，得处理液，溶液a为有机硅、无水乙醇、海藻酸钠按照质量比10-12:80-100:3-5混合形成，溶液b为烯烃类硅烷偶联剂、无水乙醇、去离子水、28wt％氨水质量比为0.5-1.2:20-30:15-25:0.1-0.6。
6.根据权利要求5所述的一种发泡增强ABS复合材料，其特征在于：所述溶液a与溶液b的质量比为2-2.6:1。
7.根据权利要求5所述的一种发泡增强ABS复合材料，其特征在于：所述有机硅为正硅酸甲酯，正硅酸乙酯，正硅酸丁酯中的一种。
8.根据权利要求5所述的一种发泡增强ABS复合材料，其特征在于：所述烯烃类硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH570。
9.根据权利要求1所述一种上述发泡增强ABS复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、将二分之一质量的ABS、相溶剂、抗氧化剂和防缩剂混合均匀后，然后加入剩余质量的ABS和润滑剂，继续混合均匀后，得混合料；
步骤二、将混合料转移至双螺杆挤出机，经熔融挤出，冷却、切粒，得到粒料；
步骤三、所得的粒料与发泡剂混合均匀，并微孔注塑发泡成型。
10.根据权利要求9所述一种上述发泡增强ABS复合材料的制备方法，其特征在于：挤出温度为200-225℃，注塑温度为180-235℃。
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2022
- 2022-10-19 CN CN202211282148.XA patent/CN115746493A/zh active Pending
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