回收聚乙烯醇縮丁醛（PVB）／ABS共混體系的制備及力學(xué)性能＊

汪 慧，李小蘭，廖正福，肖武華，何曉紅，李 沖，李杰鴻，張堅偉

（1．廣東工業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院，廣東 廣州 510006；2．北京理工大學(xué)珠海學(xué)院化工與材料學(xué)院，廣東 珠海 519085）

回收聚乙烯醇縮丁醛（PVB）／ABS共混體系的制備及力學(xué)性能＊

汪 慧1，李小蘭1，廖正福1，肖武華1，何曉紅2，李 沖2，李杰鴻1，張堅偉1

（1．廣東工業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院，廣東 廣州 510006；2．北京理工大學(xué)珠海學(xué)院化工與材料學(xué)院，廣東 珠海 519085）

采用轉(zhuǎn)矩流變儀，通過共混方法制備了回收PVB／ABS合金、增容PVB／ABS合金和納米CaCO3填充改性PVB／ABS合金，研究了PVB對ABS、增容PVB／ABS合金和納米CaCO3對增容PVB／ABS合金力學(xué)性能的影響．結(jié)果表明，加入ABS－g－MAH和SAN－g－EPDM可改善PVB／ABS相容性和力學(xué)性能，ABS－g－MAH增容共混物力學(xué)性能優(yōu)于SAN－g－EPDM 增容體系，ABS－g－MAH 加入量為5%～7%，納米CaCO3添加量為5%時，PVB／ABS共混體系具有最優(yōu)的綜合力學(xué)性能．

PVB／ABS；共混；性能

ABS具有塑料相和橡膠相兩相組成的結(jié)構(gòu)特殊性，這決定了其在性能上具有優(yōu)越性，如良好的剛性、韌性，耐油耐腐蝕及良好的加工流動性等，廣泛用于汽車、家電等各行各業(yè)中，但其也存在耐熱性差、不阻燃及成本較通用塑料高的缺點．ABS結(jié)構(gòu)中的苯基、氰基等為ABS的改性提供了良好的條件［1］，已出現(xiàn)大量的ABS共混改性品種，如PVC／ABS，PC／ABS，PBT／ABS和PMMA／ABS等，它們在性能上各有所長［2］，逐漸代替了某些塑料品種，而出現(xiàn)在人們的生活中．

聚乙烯醇縮丁醛（PVB）廣泛用于汽車等安全夾層玻璃中，在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的邊角料，而且隨著交通業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)汽車等的報廢及拆裝回收問題，這些問題無論對資源、環(huán)境，還是對經(jīng)濟層面都日益嚴(yán)峻．若能對這些“廢料”加以利用，不僅可以降低產(chǎn)品的成本，改進產(chǎn)品的某些性能，還能響應(yīng)號召，起到節(jié)能、環(huán)保的作用．基于此，本文用轉(zhuǎn)矩流變儀，通過共混方法制備了PVB／ABS共混體系，并探討了增容劑種類、用量對PVB／ABS體系力學(xué)性能的影 響，以 及 納 米 CaCO3對 PVB／ABS／ABS－g－MAH體系的增強增韌效應(yīng)．

1 主要原料及設(shè)備

原料：ABS（牌號臺化15A1），臺灣化工產(chǎn)品；回收料PVB，珠海新創(chuàng)提供；ABS－g－MAH（KT－3）和SAN－g－EPDM，沈陽科通塑料科技有限公司產(chǎn)品；納米CaCO3，肇慶金益產(chǎn)超細碳酸鈣．

設(shè)備：CMT 5504型微機控制電子萬能試驗機，深圳市新三思材料檢測有限公司制造；平板硫化儀（熱壓，QLB－D（400×400）），上海第一橡膠機械廠制造；平板硫化儀（冷壓，ST92－70），廣州皮革機械廠制造；XJJ－50型沖擊試驗機，承德市大加儀器有限公司制造；SK－160B型開放式塑煉機，上海橡膠機械廠；HY－W型萬能制樣機，河北省承德試驗機廠．

2 結(jié)果與討論

2．1 PVB用量對PVB／ABS體系力學(xué)性能的影響

圖1～圖3分別為PVB用量對PVB／ABS體系拉伸、彎曲和沖擊強度影響的曲線．從圖1至圖3可以看出，添加少量PVB時，體系拉伸、彎曲和沖擊強度等綜合力學(xué)性能下降明顯．隨著PVB含量的增加，拉伸和彎曲強度總體呈下降趨勢，而體系沖擊強度則隨著PVB含量的增加先降低后有所回升．

一方面，由于PVB黏度高不易分散，造成ABS與PVB的相容性差，ABS樹脂基體與PVB顆粒間存在較多界面缺陷，導(dǎo)致應(yīng)力集中，引起強度下降．另一方面，由于PVB本身的強度和剛性較弱，當(dāng)m（ABS）∶m（PVB）低于16∶4時，體系沖擊強度逐漸回升，可以認(rèn)為是PVB在體系中起了增韌粒子的作用．

圖1 PVB用量對PVB／ABS體系拉伸強度的影響

圖2 PVB用量對PVB／ABS體系彎曲強度的影響

圖3 PVB用量對PVB／ABS體系沖擊強度的影響

2．2 增容劑對PVB／ABS體系的力學(xué)性能影響

圖4至圖6分別為增容劑SAN－g－EPDM 和ABS－g－MAH對 PVB／ABS體系的拉伸強度、彎曲強度和沖擊強度影響的曲線，其中m（PVB）∶m（ABS）＝1∶3．從圖4至圖6可以發(fā)現(xiàn)：添加了增容劑ABS－g－MAH的體系，隨著增容劑加入量的增大曲線先上升后下降，當(dāng)添加量為5%時，拉伸強度達到最大值30．16 MPa，沖擊強度達最大值9．70 kJ／m2，當(dāng)加入量為7%時，彎曲強度達最大值37．05 MPa；添加增容劑SAN－g－EPDM 的體系，當(dāng)增容劑加入量少時，拉伸、彎曲和沖擊強度變化不大，甚至還有微小的下降，當(dāng)加入量達到一定時，體系的力學(xué)性能開始上升；ABS－g－MAH的增容效果要好于SAN－g－EPDM．體系中ABS為連續(xù)相，PVB構(gòu)成體系的分散相，增容劑中的ABS部分可以與基體ABS達到完全混容，且其中的馬來酸酐基團與PVB中縮醛基、未完全水解的乙酰氧基以及未參與縮醛的羥基等有較好的相容性，這樣增容劑在兩組份間減小了界面張力，增強了界面，起到空間穩(wěn)定的作用，防止PVB分散相粒子的相互團聚，從而提高了體系的力學(xué)強度．但是，當(dāng)增容劑的用量超過一定分量以后，過量的增容劑除了存在于兩相界面處外，還可能有一部分形成第三相，在共混體系中形成“膠束”［3］，不能更好地發(fā)揮增容作用，而且過量的增容劑中的基團能與更多的PVB相結(jié)合，在高溫及剪切作用下引起PVB熱降解，從而導(dǎo)致分子鏈的斷裂，使其強度下降．對增容劑SAN－g－EPDM而言，增容劑中的EPDM部分可以與ABS中的橡膠部分混容，而其中的SAN部分相比于PVB，更易與ABS中的塑料相混容，因此，當(dāng)增容劑加入量較少時，增容劑基本分

圖4 增容劑用量對PVB／ABS體系拉伸強度的影響

圖5 增容劑用量對PVB／ABS體系彎曲強度的影響

圖6 增容劑用量對PVB／ABS體系沖擊強度的影響

散在ABS基體中，起不到增容作用，甚至有可能增加體系界面缺陷，所以力學(xué)強度不升反降，而當(dāng)增容劑加入量足夠時，會有一部分?jǐn)U散到ABS和PVB界面間起到增容作用，因此力學(xué)強度上升．

2．3 納米CaCO3填充PVB／ABS體系的研究

圖7至圖9為納米CaCO3用量對PVB／ABS／ABS－g－MAH體系拉伸、彎曲和沖擊強度的影響，其中m（PVB）∶m（ABS）∶m（ABS－g－MAH）＝5∶15∶1．從圖中可以看出，體系的力學(xué)強度基本上是隨著納米CaCO3用量的增加，先增大后減小的，存在一個較佳的納米CaCO3用量．

圖7 Nano－CaCO3用量對體系拉伸強度的影響

圖8 Nano－CaCO3用量對體系彎曲強度的影響

當(dāng)加入納米CaCO3時，無機納米CaCO3粒子的存在可產(chǎn)生應(yīng)力集中效應(yīng)，易引發(fā)周圍樹脂產(chǎn)生微開裂，吸收一定的變形功；同時無機納米CaCO3粒子的存在使基體樹脂裂紋拓展受阻和鈍化，最終終止裂紋不致發(fā)展為破壞性開裂．當(dāng)納米CaCO3的加入量較少時，納米粒子雖然能引發(fā)微裂紋吸收變形功，卻不能阻止裂紋的拓展，因此，強度會下降．當(dāng)繼續(xù)增加至5%時，才能起到增強增韌的作用．納米粒子的量繼續(xù)增加，由于納米粒子的比表面積大，不能達到納米級分散，粒子間易發(fā)生團聚，形成缺陷，因此強度反而下降［4］．大量研究表明，5%以下納米碳酸鈣的加入對高分子復(fù)合材料存在增強增韌作用，但本文不論拉伸強度還是沖擊強度都有所降低，原因可能是復(fù)合材料中納米CaCO3團聚比較嚴(yán)重．

3 形貌分析

圖10為各種PVB／ABS共混體系的拉伸斷面形貌，其中m（PVB）∶m（ABS）＝1∶3．從圖10可以發(fā)現(xiàn)，在沒有添加增容劑時，PVB／ABS之間相互作用很弱，相容性比較差，存在明顯的分散相粒子（圖10（a））．而隨著增容劑 SAN－g－EPDM 以及ABS－g－MAH 的加入，PVB／ABS之間的界面相互作用得到明顯加強，已觀察不到明顯的分散相粒子（圖10（b）和圖10（c））．同時可以發(fā)現(xiàn)，ABS－g－MAH對PVB／ABS體系的增容效果要比SAN－g－EPDM好．因此，表現(xiàn)出的綜合力學(xué)性能也較好．圖10（d）為PVB／ABS－g－MAH／ABS體系經(jīng)過納米CaCO3填充以后的拉伸斷面形貌，可見體系中粒子分散存在一定的團聚，這與前述力學(xué)性能研究結(jié)果一致．

圖9 Nano－CaCO3用量對體系沖擊強度的影響

圖10 PVB／ABS共混體系的掃描電鏡圖

4 結(jié) 論

制備了PVB／ABS共混復(fù)合材料，探討了PVB對ABS性能的影響．研究了SAN－g－EPDM 以及ABS－g－MAH 對共混體系的增容作用，發(fā)現(xiàn) ABS－g－MAH具有更好的增容效應(yīng)，并以ABS－g－MAH為增容劑制備了 PVB／ABS共混體系；當(dāng) ABS－g－MAH用量為5%～7%時，增容效果較好；納米Ca－CO3對PVB／ABS體系具有一定的增強增韌作用，最佳填充量為5%．研究結(jié)果可為廢舊PVB的回收利用提供一定依據(jù)．

［1］王家龍，張雅娟，張新波．ABS共混合金研究進展［J］．安徽化工，2008，34（6）：11－13．

［2］BALAKRISHNAN S，NEELAKANTAN N R，JAISANKAR S N．Effect of functionality levels and compatibility of polycarbonate blends with maleic anhydride grafted ABS［J］．J Appl Polym Sci，1999，74（8）：2102－2110．

［3］王久芬，周?？?，姜麗萍．相容劑對PC／ABS合金性能的影響［J］．工程塑料應(yīng)用，2001，29（6）：1－3．

［4］胡圣飛，徐聲均，李純清．納米級（nm）無機粒子對塑料增強增韌研究進展［J］．塑料，1998（4）：13－16．

Preparation and properties of recycled polyvinyl butyral（PVB）and ABS blends

WANG Hui1，LI Xiao－lan1，LIAO Zheng－fu1，XIAO Wu－h(huán)ua1，HE Xiao－h(huán)ong2，LI Chong2，LI Jie－h(huán)ong1，ZHANG Jian－wei1
（1．Faculty of Materials and Energy，Guangdong University of Technology，Guangzhou，510006，China；2．College of Chemical Engineering and Materials Science，Zhuhai Campus of Beijing Institute of Technology，Zhuhai 519085，China）

In this paper，the blends of recycled PVB／ABS blends、compatabilized PVB／ABS blends and its blends filled with nano－CaCO3were prepared．The effect of PVB on mechanical properties of ABS，compatabilized PVB／ABS blends and its blends filled with nano－CaCO3were investigated．The results showed that addition of ABS－g－MAH and SAN－g－EPDM effectively increased mechanical properties of blends due to the improved compatibility between ABS and PVB．The mechanical properties of PVB／ABS blend compatabilized by ABS－g－MAH were higher than that of blends compatabilized by SAN－g－EPDM．The optimum mechanical properties of PVB／ABS blends were obtained at the amount of ABS－g－MAH of 5% －7%and nano－CaCO3of 5%．

PVB／ABS；blend；properties

TQ314．269

A

1673－9981（2010）04－0663－05

2010－10－10

廣東省高校人才引進專項（廳人才引進080118＃）；廣西科學(xué)基金（桂科自0679020）

汪慧（1985—），女，安徽池州人，碩士研究生．