高抗沖聚苯乙烯熔體加工穩(wěn)定化的研究＊

雷祖碧,馬 玫,陳金愛,苑麗紅,楊育農(nóng),王浩江,麥偉宗

(廣州合成材料研究院有限公司,廣東廣州,510665)

試驗(yàn)與研究

高抗沖聚苯乙烯熔體加工穩(wěn)定化的研究＊

雷祖碧,馬 玫,陳金愛,苑麗紅,楊育農(nóng),王浩江,麥偉宗

(廣州合成材料研究院有限公司,廣東廣州,510665)

針對復(fù)合穩(wěn)定劑 1010/168、GX2921、KY526對高抗沖聚苯乙烯熔體加工穩(wěn)定化技術(shù)的研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:選用合適的穩(wěn)定體系,在 260℃高溫加工高抗沖聚苯乙烯,該材料的懸臂梁沖擊性能保持率 85%以上,色差 (△E)維持 1.1以內(nèi)。

HIPS;抗氧劑;穩(wěn)定性;反復(fù)擠出;高溫加工;色差

聚苯乙烯是當(dāng)今世界上應(yīng)用最廣的熱塑性塑料,是通用塑料的五大品種之一,目前它的世界總產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到數(shù)百萬噸。國內(nèi)聚苯乙烯樹脂主用品種為通用型聚苯乙烯 (GPPS)和高抗沖型聚苯乙烯 (HIPS)兩大類,HIPS就是苯乙烯單體與丁二烯橡膠共聚的產(chǎn)物,具有更高的強(qiáng)度和較好的韌性。由于其高強(qiáng)度、高光澤、高剛性等性能,廣泛應(yīng)用于電子、家電、食品包裝、建材、醫(yī)療器械、音像、玩具、線圈骨架、紡織用紗管等各個(gè)領(lǐng)域。特別是最近面世的高光澤產(chǎn)品能夠部分替代 ABS應(yīng)用于高檔電器,制品質(zhì)量既能夠滿足用戶需求,而生產(chǎn)成本又可大大降低[1]。在注塑加工大型薄壁 HIPS電器產(chǎn)品 (如電腦、電視液晶顯示器等)時(shí)靠提高加工溫度來保證充模順利,由于溫度升高直接導(dǎo)致制品顏色變深、光澤度變差等問題;同時(shí)溫度升高也加速了 HIPS的降解導(dǎo)致性能惡化;有必要通過添加合適的抗氧劑抑制 HIPS樹脂高溫加工成型時(shí)的老化降解。本實(shí)驗(yàn)針對 HIPS材料進(jìn)行反復(fù) 8次雙螺桿擠出,通過檢測各次熔體流動(dòng)指數(shù)變化及色差,考察了不同穩(wěn)定化體系對 HIPS材料的加工穩(wěn)定效能,同時(shí)探討了 HIPS材料在高溫(260℃)注塑加工條件下的物理機(jī)械性能以及表觀性能,為塑料加工與應(yīng)用領(lǐng)域提供可靠的技術(shù)參考[2]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料及設(shè)備

HIPS樹脂:奇美 PH888G,鎮(zhèn)江奇美;助劑:抗氧劑 1010、168、GX2921,汽巴精化;復(fù)合抗氧劑 KY526,自制;雙螺桿擠出機(jī):HT-30,南京橡塑機(jī)械廠;注塑機(jī):BT-80V-I,廣州博創(chuàng)有限公司;色差儀:Dataflash100;熔融指數(shù)流動(dòng)儀: XNR-400,承德德盛試驗(yàn)機(jī)廠;懸臂梁沖擊儀: XJU-5.5,承德德盛試驗(yàn)機(jī)廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

按配方稱取 HIPS適量及抗氧劑 0.5% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))。工藝路線 1:在 140℃-160℃的雙螺桿擠出機(jī)反復(fù) 8次擠出造粒。工藝路線 2:高溫注塑加工,溫 度 條 件 分 別 設(shè) 為 200℃、 220℃、240℃、260℃。

1.3 試驗(yàn)與檢測

(1)分別測試每次擠出 HIPS粒料的熔體流動(dòng)速率數(shù)M FR(克/10m in)以及對應(yīng)批次材料的色差△E。熔指的測定按照 GB/T3682-89進(jìn)行。(2)測試 HIPS高溫注塑加工成型時(shí)的懸臂梁沖擊強(qiáng)度以及色差評價(jià)和灰卡評價(jià)。懸臂梁沖擊強(qiáng)度的測定根據(jù) GB/T1843-1996進(jìn)行;顏色評價(jià)按 GB/ T250-1995進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 復(fù)合抗氧劑對 HIPS的熔體流動(dòng)速率的影響

熔體流動(dòng)速率是指熱塑性高聚物在一定溫度、一定壓力的熔體在 10m in內(nèi)通過標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管的質(zhì)量克數(shù)[3]。通常材料老化過程中伴隨著分子量的變化,而材料的熔體流動(dòng)速率 (M FR)的大小與分子量相關(guān),可以通過測定M FR值,用其變化評價(jià)老化與防老化的配方體系。

本實(shí)驗(yàn)分別選擇了傳統(tǒng)的抗氧劑 1010/168體系和汽巴精化的 GX2921復(fù)合抗氧劑以及自制的丙烯酸酯抗氧劑復(fù)合物 KY526三種穩(wěn)定體系進(jìn)行比較。KY526能捕獲碳自由基、過氧自由基,能改善材料顏色穩(wěn)定性、加工穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性[4]。配方料分別經(jīng)雙螺桿擠出造粒,檢測粒料的熔體流動(dòng)速率,測試結(jié)果見表 1。

表 1 反復(fù)擠出 HIPS熔體流動(dòng)速率 (M FR)變化Table 1 Change of HIPS melt MFR

從表 1可知,選用傳統(tǒng)的抗氧劑 1010/168體系,熔體至第五次擠出熔融指數(shù)的變化已經(jīng)超過100%,隨著加工次數(shù)的增加,助劑不斷被消耗和遷移,熔融指數(shù)不斷地變大,到第六次擠出時(shí)物料已經(jīng)降解,熔體破裂無法測定M FR,說明該體系多次反復(fù)擠出耐老化能力較差,老化比較嚴(yán)重; GX2921系列熔體經(jīng)過第八次的擠出,熔融指數(shù)從原始的 4.0g/10m in激增至 8.7g/10m in,變化率超過 100%;KY526體系熔體到第八次的擠出仍能保持在 50%的熔融指數(shù)的變化率,KY系列對熔體的加工穩(wěn)定效果優(yōu)于 GX系列。

從圖 1看出,1010/168體系熔融指數(shù)變化率最大,抑制基材體系分子熱老化速度的能力較弱, GX2921抗氧穩(wěn)定體系其熔體流動(dòng)隨擠出次數(shù)變化曲線居于 1010/168與 KY526體系之間,KY526系列熔融指數(shù)變化率趨于平緩,能較好地抑制熔體的破裂,有效地降低塑料大分子發(fā)生熱老化的速度,保護(hù)了材料的多次擠出加工穩(wěn)定性。

圖1 反復(fù)擠出HIPS熔體流動(dòng)速率變化趨勢Fig.1 Change of HIPS melt MFR

由上述幾種穩(wěn)定化復(fù)配體系對 HIPS熔體流動(dòng)速率影響的變化趨勢來看,KY復(fù)配體系的防熱老化降解效果較佳、多次加工其穩(wěn)定化效果較好。

2.2 加工工藝條件對 HIPS力學(xué)性能的影響

高分子材料的性能是由它的微觀結(jié)構(gòu)所決定的,高分子材料在老化過程中微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生的變化,一定會反映到宏觀性能上,其中材料的力學(xué)性能是一項(xiàng)重要的檢測指標(biāo)[5]。在聚合物加工過程中,隨著溫度的提高,因熱老化發(fā)生降解、交聯(lián)導(dǎo)致材料性能惡化,尤其是較高的加工溫度影響更為明顯,有必要添加一些與聚合物有較好相容性的防老化助劑加以保護(hù)。根據(jù)以上配方體系的研究,進(jìn)一步評價(jià)復(fù)合穩(wěn)定體系對 HIPS樹脂耐高溫加工的力學(xué)性能,為改善加工工藝提供優(yōu)選方案。以下是分別在 200℃、220℃、240℃、260℃工藝條件下測得相關(guān)的力學(xué)性能,結(jié)果列于表 2。

表 2 HIPS高溫條件下注塑加工的相關(guān)性能Table 2 Correlation property of HIPS with high temperature processing

由表 2可知,KY526穩(wěn)定體系,200℃與240℃高溫注塑HIPS樹脂的沖擊強(qiáng)度變化不大,沖擊強(qiáng)度保持率在 90%以上,力學(xué)性能可以滿足產(chǎn)品的使用要求。GX系列 HIPS樹脂沖擊強(qiáng)度保持率在 90%以上僅能維持在 220℃以下,在 240℃中高溫段體系的抗熱老化能力明顯下降,熔體的大分子結(jié)構(gòu)開始變松弛,分子量變小而導(dǎo)致力學(xué)性能下降。

從圖 2可看出,兩種熔體的沖擊強(qiáng)度變化曲線在 220℃前基本重疊,區(qū)別在于溫度升至 220℃之后,KY體系曲線變化較為平緩,而 GX體系由此至 240℃強(qiáng)度發(fā)生明顯下降,前者的抗高溫?zé)崂匣阅茌^理想,強(qiáng)度受溫度升高發(fā)生變化率較低。

圖2 沖擊強(qiáng)度變化曲線Fig.2 Change of impact strength curves

綜合看來,KY復(fù)合穩(wěn)定劑的耐高溫性能較佳,能更好地抑制體系的熱老化。

2.3抗氧劑穩(wěn)定體系對 HIPS表觀性能的影響

高抗沖聚苯乙烯樹脂多用于制作電器外殼等制品,產(chǎn)品外觀品質(zhì)亦不容忽視,通常用色差、灰卡進(jìn)行表征。將多次擠出材料制成片狀標(biāo)樣進(jìn)行色差、灰卡檢測,所測得結(jié)果見表 3。

表 3 抗氧劑體系對試樣顏色的影響Table 3 Influence of antioxidanton color

從表 3可知,KY526系列的穩(wěn)定體系,對HIPS顏色控制較為穩(wěn)定,第八次擠出灰卡仍然保持在 3級以上,而 1010/168體系的在第三次擠出灰卡就已經(jīng)降至 3級,至于汽巴精化的復(fù)合穩(wěn)定劑,第八次擠出灰卡降至 1-2級左右。從反復(fù)多次擠出來看,GX復(fù)合體系灰卡比 KY526復(fù)合體系要降低 1個(gè)數(shù)量級。

高溫加工方面,KY體系與汽巴精化兩者的色差大致相當(dāng),能滿足淺色制品外觀的質(zhì)量要求,至260℃時(shí) GX復(fù)合體系稍顯優(yōu)勢。

3 結(jié)論

(1)GX2921復(fù)合系列穩(wěn)定劑可以承受短期的高溫加工工藝,而 KY526復(fù)合穩(wěn)定劑在長效加工穩(wěn)定性方面更顯優(yōu)勢。

(2)KY526可以替代 GX2921用于高抗沖聚苯乙烯樹脂的穩(wěn)定化,在控制熔體多次擠出的流動(dòng)速度變化率以及灰卡級別變化方面有顯著的功效。

[1]林楚瑜.國內(nèi)聚苯乙烯樹脂的應(yīng)用與發(fā)展[J].廣東化工,2002,29(6):3-4.

[2]王娜,郝殿成,朱學(xué)多,等.抗氧劑對 ABS樹脂加工穩(wěn)定性的影響[J].合成材料老化與應(yīng)用,2008,37(1):22-25.

[3]周維祥.塑料測試技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1997:212.

[4]葉苑梣,劉紹基,郭永武,等.聚合物防老化使用手冊 [M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 1999:314.

[5]楊育農(nóng),胡行俊,龔瀏澄.塑料老化與防老化技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007:173.

Study on the Processing Stability of HIPS Melt

LEI Zu-bi,MA Mei,CHEN Jin-ai,YUAN L i-hong,YANG Yu-nong,WANG Hao-jiang,MAI Wei-zong
(Guangzhou Synthetic Materials Co.Ltd.,Guangzhou 510665, Guangdong,China)

The research on the processing stability of the HIP Smelt by compound stabilizers,such as1010/168, and GX2921 of ciba,KY526.The results show ed that selectting suit stabilizers system,the Izod impact fracture energy of High Impact Polystyrene(HIPS)was above 85%and chromatism △E was within 1.1with the high temperature processing of 260℃.

High Impact Polystyrene; stability; repeated extrusion; high temperature processing; chromatism △E

TQ 325.2

2010-10-09

科技部專項(xiàng)資金項(xiàng)目NCSTE-2007-JKZX-104