高性能低VOC環(huán)保PC/ABS合金材料的制備

申娟，蘇昱

(1.北京航天試驗(yàn)技術(shù)研究所，北京 530004； 2.北京航天凱恩化工科技有限公司，北京 530004)

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高性能低VOC環(huán)保PC/ABS合金材料的制備

申娟1，2，蘇昱1，2

(1.北京航天試驗(yàn)技術(shù)研究所，北京 530004； 2.北京航天凱恩化工科技有限公司，北京 530004)

摘要：以聚碳酸酯(PC)、丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料(ABS)為基體樹(shù)脂，加入聚烯烴彈性體(POE)、抗氧劑及其它助劑共混擠出造粒，制成低揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)的環(huán)保PC/ABS合金材料。在用增韌劑POE及抗氧劑對(duì)PC/ABS體系進(jìn)行改性的同時(shí)，探討PC/ABS基料、增韌劑、抗氧劑對(duì)PC/ABS合金的力學(xué)性能、VOC及氣味等級(jí)的影響，從而得到具有高性能、低VOC、低氣味的環(huán)保PC/ABS合金材料，以期在汽車(chē)內(nèi)飾件等方面得到應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：PC/ABS合金材料；增韌；抗氧劑；低揮發(fā)性有機(jī)化合物

聯(lián)系人：申娟，工程師，主要從事改性塑料的研究

近年來(lái)，隨著汽車(chē)行業(yè)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)汽車(chē)的依賴(lài)性越來(lái)越強(qiáng)，車(chē)內(nèi)的空氣質(zhì)量與人民生活及健康息息相關(guān)。揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)可作為衡量車(chē)內(nèi)有害氣體含量的指標(biāo)也越來(lái)越受到人們的關(guān)注，而汽車(chē)排放VOC及氣味的來(lái)源主要是汽車(chē)地毯、儀表板塑料件、車(chē)頂氈、座椅和其它裝飾時(shí)使用的膠水等。近年來(lái)，汽車(chē)內(nèi)飾的有機(jī)物揮發(fā)污染問(wèn)題引起了世界汽車(chē)制造業(yè)的高度關(guān)注，歐美大多數(shù)汽車(chē)廠家如寶馬、奔馳、奧迪、別克等已經(jīng)生產(chǎn)并推廣了其低VOC車(chē)型。因此，高性能、低VOC環(huán)保型內(nèi)飾部件及其原材料的應(yīng)用已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)的一種潮流[1-3]。

聚碳酸酯(PC)和丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料(ABS)可共混而成PC/ABS合金塑料，PC/ ABS合金結(jié)合了兩種材料的優(yōu)異特性，即ABS材料的成型性和PC的力學(xué)性能和耐溫、抗紫外線等性質(zhì)，可廣泛應(yīng)用在汽車(chē)內(nèi)外飾上[4-10]。

筆者通過(guò)對(duì)PC/ABS合金配方進(jìn)行分析，探討PC/ABS基料、增韌劑聚烯烴彈性體(POE)、抗氧劑對(duì)PC/ABS合金的力學(xué)性能、VOC及氣味的影響，從而得到具有高性能低VOC低氣味的環(huán)保PC/ ABS合金材料。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要原材料

PC：1837，注塑級(jí)，德國(guó)拜耳公司；

PC：010，注塑級(jí)，俄羅斯喀山公司；

PC：1100，注塑級(jí)，韓國(guó)樂(lè)天石化公司；

PC：1250Y，注塑級(jí)，日本帝人公司；

PC：103R，注塑級(jí)，沙比克公司；

ABS：AG15A1，注塑級(jí)，臺(tái)灣臺(tái)化公司；

ABS：121H，注塑級(jí)，LG甬興公司；

ABS：DG–417，注塑級(jí)，天津大沽化工有限公司；

ABS：8391，注塑級(jí)，臺(tái)灣奇美公司；

ABS：CU–301，注塑級(jí)，日本電氣公司；

POE：VI6202，注塑級(jí)，美國(guó)埃克森美孚公司；

POE：DF740，注塑級(jí)，日本三井化學(xué)公司；

POE：8150，8003，注塑級(jí)，美國(guó)陶氏公司；

POE：LC170，注塑級(jí)，LG化學(xué)公司；

抗氧劑：1010，1076，168，德國(guó)巴斯夫公司；

抗氧劑：BHT，德國(guó)拜耳公司。

1.2主要設(shè)備與儀器

高速混合機(jī)：SHR–10A型，張家港市桓豐機(jī)械廠；

真空干燥烘箱：PH型，南京鑫達(dá)干燥臭氧設(shè)備廠；

注塑機(jī)：128T型，常州豪屹塑化有限公司；

雙螺桿擠出機(jī)：SHJ–35型，德國(guó)MELCHERS公司；

復(fù)合式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)：HIT–2492型，承德市金健檢測(cè)設(shè)備有限公司；

氣質(zhì)聯(lián)用儀：7890A–5975C型，美國(guó)Agilent (安捷倫)科技公司；

萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)：UTM–1422型，承德市金建檢測(cè)設(shè)備有限公司；

熱吸附儀：UNITY2TD–100型，英國(guó)Markes國(guó)際公司。

1.3試樣制備

PC，ABS在100℃下烘干2 h，加入POE、抗氧劑等共混擠出造粒，之后通過(guò)注塑機(jī)注塑成型，得到試樣樣條。

1.4性能測(cè)試

沖擊性能測(cè)試：按ISO 179–2000進(jìn)行測(cè)試；

拉伸性能測(cè)試：按ISO 527–2012進(jìn)行測(cè)試，拉伸速率為5 mm/min；

VOC測(cè)試：將待測(cè)產(chǎn)品按照測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)放入測(cè)試袋中，填充高純氮?dú)?，轉(zhuǎn)入烘箱，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定烘箱溫度，到達(dá)規(guī)定時(shí)間后取出晾置，通過(guò)大氣采樣儀將待測(cè)氣體采入TENAX管中，待測(cè)。按VS–01.00–T–14012–A1–2014進(jìn)行測(cè)試，袋式法，袋子大小10 L，65℃，2 h；

氣味測(cè)試：按VS–01.00–T–14004–A1–2014進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試瓶大小1 L，2類(lèi)。

2　結(jié)果討論

2.1PC對(duì)PC/ABS合金材料性能的影響

為對(duì)比出不同牌號(hào)PC原料對(duì)PC/ABS合金材料性能的影響，現(xiàn)固定其它原料為ABS 121H，POE 8003，抗氧劑1010。主料配比為：PC∶ABS∶POE∶抗氧劑=62∶30∶7∶1，測(cè)試PC/ABS樣品性能，對(duì)其進(jìn)行對(duì)比研究。圖1～圖4為不同牌號(hào)PC對(duì)PC/ABS合金材料的拉伸強(qiáng)度、缺口沖擊強(qiáng)度、VOC及氣味等級(jí)的影響。

圖1　不同牌號(hào)PC對(duì)PC/ABS合金材料拉伸強(qiáng)度的影響

圖2　不同牌號(hào)PC對(duì)PC/ABS合金材料沖擊強(qiáng)度的影響

圖3　不同牌號(hào)PC對(duì)PC/ABS合金材料VOC的影響

圖4　不同牌號(hào)PC對(duì)PC/ABS合金材料氣味等級(jí)的影響

由圖1～圖4可看出，當(dāng)PC為PC 010時(shí)，缺口沖擊強(qiáng)度最高，而PC 1100具有最高的拉伸強(qiáng)度、VOC及較低的氣味等級(jí)。這是因?yàn)樯鲜鯬C的合成方法不同，常用的酯交換法因其原理為雙酚A與碳酸二苯酯熔融縮聚，進(jìn)行酯交換，在高溫減壓條件下不斷排除苯酚，提高了反應(yīng)程度和分子量，但會(huì)存在較多小分子，導(dǎo)致氣味等級(jí)較高。綜上所述，選擇PC 1100作為高性能低VOC合金材料的PC原料。

2.2ABS對(duì)PC/ABS合金材料性能的影響

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)，已確定PC基料為PC 1100，固定PC選材，探討不同ABS原料對(duì)PC/ABS合金材料性能的影響，現(xiàn)固定其它原料為POE 8003，抗氧劑 1010。主料配比為：PC∶ABS∶POE∶抗氧劑=62∶30∶7∶1，測(cè)試PC/ABS合金材料性能，對(duì)其進(jìn)行對(duì)比研究。圖5～圖8為不同牌號(hào)ABS 對(duì)PC/ABS合金材料拉伸強(qiáng)度、缺口沖擊強(qiáng)度、VOC及氣味等級(jí)的影響。

圖5　不同牌號(hào)ABS對(duì)PC/ABS合金材料拉伸強(qiáng)度的影響

圖6　不同牌號(hào)ABS對(duì)PC/ABS合金材料沖擊強(qiáng)度的影響

圖7　不同牌號(hào)ABS對(duì)PC/ABS合金材料VOC的影響

圖8　不同牌號(hào)ABS對(duì)PC/ABS合金材料氣味等級(jí)的影響

由圖5～圖8可看出，ABS為DG–417時(shí)，缺口沖擊強(qiáng)度最高，而相較之下ABS 8391具有最高的拉伸強(qiáng)度、VOC及較低的氣味等級(jí)。ABS的VOC含量和氣味等級(jí)是由其中膠含量決定的，膠含量較大時(shí)，耐熱溫度不夠，加工過(guò)程中易導(dǎo)致分解而產(chǎn)生小分子氣體。ABS 8391的膠含量比較低，所以在保證力學(xué)性能的同時(shí)也具有較低的VOC和氣味等級(jí)。

2.3POE對(duì)合金材料性能的影響

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)，已確定PC基料為PC 1100，ABS基料為ABS 8391，探討不同牌號(hào)POE對(duì)合金性能的影響，現(xiàn)固定抗氧劑 1010。主料配比為PC∶ABS∶POE：抗氧劑=62∶30∶7∶1。測(cè)試PC/ABS合金樣品性能，對(duì)其進(jìn)行對(duì)比研究。

圖9～圖12為不同牌號(hào)POE對(duì)PC/ABS合金材料拉伸強(qiáng)度、缺口沖擊強(qiáng)度、VOC及氣味等級(jí)的影響。由圖9～圖12可看出，POE為8003時(shí)，合金材料VOC和氣味等級(jí)最優(yōu)；POE LC170具有最高的拉伸強(qiáng)度，但其VOC及氣味等級(jí)較高；相較之下POE 8150具有最優(yōu)的力學(xué)性能，而氣味性能與POE 8003相近，因此選擇POE 8150作為POE基料。

圖9　不同牌號(hào)POE對(duì)PC/ABS合金材料拉伸強(qiáng)度的影響

圖10　不同牌號(hào)POE對(duì)PC/ABS合金材料沖擊強(qiáng)度的影響

圖11　不同牌號(hào)POE對(duì)PC/ABS合金材料VOC的影響

圖12　不同牌號(hào)POE對(duì)PC/ABS合金材料氣味等級(jí)的影響

2.4抗氧劑對(duì)合金材料性能的影響

塑料改性過(guò)程中經(jīng)常要加入抗氧劑以提高制品綜合性能，添加適宜的抗氧劑至關(guān)重要，選錯(cuò)抗氧劑，助劑分解會(huì)給VOC和氣味把控帶來(lái)新的污染源；選對(duì)抗氧劑，不僅可以起到助劑應(yīng)有的作用，還可抑制其它基材的分解，減少小分子物的釋放。

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)，已確定PC 1100，ABS 8391，POE 8150為基材，固定PC，ABS，POE選材，探討不同抗氧劑原料對(duì)PC/ABS合金材料性能的影響，主料配比為PC∶ABS∶POE∶抗氧劑=62∶30∶7∶1。測(cè)試PC/ABS合金樣品性能，對(duì)其進(jìn)行對(duì)比研究。圖13～圖16為不同牌號(hào)抗氧劑對(duì)PC/ABS合金材料拉伸強(qiáng)度、缺口沖擊強(qiáng)度、VOC及氣味等級(jí)的影響。由圖13～圖16可看出，抗氧劑為1010時(shí)，合金材料VOC和氣味等級(jí)最優(yōu)，相較之下抗氧劑BHT具有最優(yōu)的力學(xué)性能及VOC和氣味等級(jí)，因此，選擇抗氧劑BHT作為高性能低VOC合金材料的抗氧劑基料。

圖13　不同牌號(hào)抗氧劑對(duì)PC/ABS合金材料拉伸強(qiáng)度的影響

圖14　不同牌號(hào)抗氧劑對(duì)PC/ABS合金材料沖擊強(qiáng)度的影響

圖15　不同牌號(hào)抗氧劑對(duì)PC/ABS合金材料VOC的影響

圖16　不同牌號(hào)抗氧劑對(duì)PC/ABS合金材料氣味等級(jí)的影響

3　結(jié)論

(1)選用PC 1100，ABS 8391，POE 8150，抗氧劑BHT 可制得高性能的環(huán)保PC/ABS合金材料。

(2) ABS的VOC含量和氣味等級(jí)是由其中膠含量決定的，膠含量較大時(shí)，耐熱溫度不夠，加工過(guò)程中易導(dǎo)致分解而產(chǎn)生小分子氣體。

參 考 文 獻(xiàn)

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Preparation of High-performance and Low-VOC PC/ABS Alloy Material With Environmental Friendly

Shen Juan1，2， Su Yu1，2
(1. Beijing Institute of Aerospace Testing Technology，Beijing 530004， China；2. Beijing Aerospace Kaien Chemical Engineering Technology Co. Ltd.， Beijing 530004， China)

Abstract：Based on polycarbonate (PC)，acrylonitrile –butadiene –styrene plastic (ABS) as matrix resin，by adding polyolefin elastomer (POE)，antioxidants and other additives blended extrusion granulation，low-volatile organic compounds (VOC) PC /ABS alloy material which is always be friendly to environment was made. With toughening POE and antioxidants for PC /ABS system modified，the impact of PC/ABS binder，plasticizer，antioxidant on mechanical properties，VOC and odor level of PC /ABS alloys was explored. Thereby，a high-performance low-VOC PC /ABS alloy material was obtained in order to get application in the automotive interior.

Keywords：PC/ABS alloy materials；toughening；antioxidants；low volatile organic compounds

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ325.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-3539(2016)04-0039-05

doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2016.04.009

收稿日期：2016-01-30