ABS/PET共混物研究

郭清海

（中國石油大慶石化公司化工三廠，黑龍江 大慶 163714）

ABS樹脂是指聚丁二烯與單體苯乙烯和丙烯腈的接枝共聚物，其中A代表丙烯腈，提供耐化學(xué)性和熱穩(wěn)定性，B代表丁二烯，提供韌性和抗沖性，S代表苯乙烯，提供剛性和易加工性。但實(shí)際上得到的是聚丁二烯與苯乙烯、丙烯腈接枝共聚物和游離SAN的混合物。ABS樹脂有復(fù)雜的2相結(jié)構(gòu)。橡膠是分散相，SAN作為基本樹脂是連續(xù)相。橡膠顆粒分散在基本樹脂中。但其拉伸強(qiáng)度、硬度、耐熱性和耐化學(xué)試劑性能存在不足［1］。聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）拉伸強(qiáng)度，耐熱和耐有機(jī)溶劑性能較高，可以提升ABS樹脂的性能［2］。由于PET價(jià)格低廉可大大降低成本，因此ABS/PET混合物市場潛力較大，適合研究工業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用。

PET與ABS直接混合，形成的相形態(tài)極不穩(wěn)定，后續(xù)加工成型過程中受到較低的剪切作用，發(fā)生聚集，使共混物力學(xué)性能降低［3］。所以制備高性能ABS/PET合金的關(guān)鍵是相容劑和相容技術(shù)的研發(fā)。文中采用乳液接枝聚合的方法將不同的功能單體接枝到ABS上，制備相容劑，探討含有不同功能單體及不同質(zhì)量份數(shù)的相容劑對(duì)ABS/PET共混物相容性及力學(xué)性能影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

ABS-g-X：橡膠含量為60%，自制；

ABS樹脂：750A，大慶石化公司化工三廠；

抗氧劑：1076，168，江蘇漢光有限公司。

1.2 主要設(shè)備及儀器

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，生產(chǎn)廠家：大連儀表集團(tuán)工業(yè)儀表有限公司；

高速混合機(jī)，50 L，生產(chǎn)廠家：韓國油研SEWON公司；

同向雙螺桿擠出機(jī)，型號(hào)：FES-40A，生產(chǎn)廠家：南京瑞亞高聚物裝備有限公司；

注塑機(jī)，型號(hào)：YJ400-Ⅱ，生產(chǎn)廠家：寧波江北微型塑料機(jī)械有限公司；

擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)，型號(hào)：892，生產(chǎn)廠家：美國Tinius Olsen公司；

萬能拉力測試儀，型號(hào)：H10KT，生產(chǎn)廠家：深圳市美國Tinius Olsen公司。

1.3 試樣制備

制備ABS/PET共混物的工藝流程見圖1。

圖1 ABS/PET共混物的制備工藝流程

轉(zhuǎn)速為60 r/min條件下，造粒過程工藝指標(biāo)參數(shù)見表1。

表1 雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒工藝指標(biāo)

采用乳液聚合的方法合成含有不同功能單體的ABS-g-X，備用。將ABS-g-X、ABS樹脂和PET樹脂的干燥條件分別為85、80、100℃，干燥10 h，按一定配比在高速混合機(jī)中混合?；旌暇鶆蚝?，使用同向雙螺桿擠出機(jī)造粒，產(chǎn)出ABS/PET共混物。溫度控制在80℃下，將擠出的ABS/PET共混物顆粒干燥6h，控制注塑溫度在210～240℃范圍內(nèi)，用注塑機(jī)注塑成標(biāo)準(zhǔn)試樣。

1.4 性能測試

懸臂沖擊強(qiáng)度：按ASTM D256測試；

彎曲強(qiáng)度：按ASTM D790測試；

拉伸強(qiáng)度：按ASTM D638測試；

斷裂伸長率：按ASTM D638測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同相容劑對(duì)ABS/PET共混物的影響

PET樹脂結(jié)構(gòu)式是結(jié)晶型，ABS樹脂結(jié)構(gòu)是非結(jié)晶型。

簡單地將2種互不相容的聚合物進(jìn)行機(jī)械共混，會(huì)導(dǎo)致PET分散不均勻，注射成型時(shí)共混物相易分離，2相界面黏結(jié)較弱且制品脆。得到綜合性能優(yōu)良的共混物，必須改變共混物相結(jié)構(gòu)。加入增容劑可以改變共混物相結(jié)構(gòu)。但是增容劑不同，制成的共混物的性能影響也不同［4］。

含有不同功能單體的相容劑ABS-g-X對(duì)ABS/PET共混物力學(xué)性能的影響見表2。

表2 ABS-g-X對(duì)ABS/PET共混物力學(xué)性能的影響

由表2可以看出，添加相容劑后，ABS/PET共混物力學(xué)性能得到了改善。但不同功能單體制備的相容劑對(duì)ABS/PET共混物的相容性有所差異。

相容劑A中的功能單體為甲基丙烯酸，此相容劑可以和ABS有很好的相容性，但是其官能團(tuán)羧基與PET端羥基及端羧基發(fā)生反應(yīng)的能力相對(duì)較弱，所以它在共混物中所起的相容作用有限。

相容劑B中的功能單體是馬來酸酐，它不但可以和ABS有很好的相容性，而且其酸酐官能團(tuán)還可以和PET中的端羥基發(fā)生較弱的反應(yīng)。故而，其相容效果較相容劑A有所改善。

相容劑C中的功能單體是甲基丙烯酸縮水甘油酯，其所含環(huán)氧官能團(tuán)與PET的反應(yīng)活性更高，不但能和PET的端羧基高效反應(yīng)，還可與其端羥基反應(yīng)，得到最理想的相容性體系，而且相容劑C在ABS/PET合金中所起的相界面活化作用達(dá)到最大，使得空間更為穩(wěn)定，且界面粘合力明顯增強(qiáng)，2組分之間界面張力降低。

以上特性使ABS/PET共混物朝產(chǎn)生更好的相分散和更穩(wěn)定的相形態(tài)結(jié)構(gòu)方向移動(dòng)，從而改善了ABS/PET共混物的相容性［5］。

2.2 ABS-g-GMA加入量對(duì)共混物的影響

將合成的相容劑ABS-g-GMA分別按照1%、3%、5%、7%與ABS、PET樹脂混合，ABS與PET按70/30共混，測試不同相容劑用量條件下ABS/PET共混物力學(xué)性能的變化規(guī)律，見表3。

表3 相容劑用量對(duì)ABS/PET共混物力學(xué)性能的影響

由表3可見，隨著相容劑用量提高，ABS/PET共混物的性能都有隨著提高，說明隨著相容劑C中功能單體GMA的引入，使PET與功能單體GMA發(fā)生反應(yīng)生成了ABS-g-PET共混物。該共混物存在于2相界面之間，2相間的界面強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，ABS與PET之間的界面張力有所降低。更為重要的是通過空間排斥作用，原位生成的ABS-g-PET共混物減少了分散相生成，使PET相在ABS相基體中均勻分散［6］。

但是當(dāng)相容劑C（ABS-g-GMA）質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過5%時(shí)，ABS/PET共混物的性能反而有所下降。體系中功能單體GMA的含量對(duì)體系中交聯(lián)反應(yīng)的程度起關(guān)鍵性作用，功能單體GMA含量越高，交聯(lián)反應(yīng)越劇烈，交聯(lián)反應(yīng)導(dǎo)致體系翻度上升，分散相PET不易分散，在ABS基體中聚集。因此，相容劑填加過量不僅不能提高性能，反而會(huì)產(chǎn)生使性能降低的負(fù)面影響；反之相容劑填加量不夠，則不能滿足2相界面處粘接需要，使ABS與PET2相不能充分相容，且容易分離相容性得不到最大程度的改善，也影響共混物的性能［7］。

2.3 ABS/PET共混物與ABS樹脂比較

從以上的實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)可知，通過加入自制相容劑ABS-g-GMA后，ABS/PET共混物性能有了很大程度的改善，提高了共混物的力學(xué)性能，最終優(yōu)良的合金。將ABS/PET共混物與通用ABS 750A樹脂力學(xué)性能進(jìn)行比較，見表4。

表4 ABS/PET共混物與通用ABS 750A樹脂性能比較

從表4數(shù)據(jù)可以看出，ABS/PET共混物與通用ABS 750A樹脂的力學(xué)性能接近。但PET價(jià)格低廉制成的ABS/PET共混物更經(jīng)濟(jì)適用，總體比較ABS/PET共混物更具有優(yōu)勢。

3 結(jié)論

（1）添加自制ABS-g-X相容劑后，ABS/PET共混物相容性得到改善。但不同的功能單體制備的相容劑對(duì)ABS/PET共混物的相容性有所差異，其中ABS-g-GMA相容劑的相容效果最好。

（2）隨著共混物中相容劑ABS-g-GMA用量的增加，ABS-g-GMA官能團(tuán)與PET樹脂分子鏈端基的化學(xué)反應(yīng)程度提高，兩相間界面作用增強(qiáng)。當(dāng)中相容劑質(zhì)量份數(shù)為5%時(shí)，ABS/PET合金樹脂的力學(xué)性能最突出。

（3）通過對(duì)比ABS/PET共混物與通用ABS 750A的力學(xué)性能相差無幾，但PET樹脂的價(jià)格更便宜，ABS/PET共混物更具有市場競爭力。