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EMI流動改性劑賦予ABS樹脂優異的性能

作者:admin    添加時間:2013-9-17 15:22:29    瀏覽量:7336

南通日之升高分子新材料科技有限公司研發生產的EMI系列樹脂(EMI-100、EMI-200)是一類以苯乙烯與丙烯腈為主單體的低分子量無規共聚物,為國內塑料改性行業一種新型的添加劑。其在塑料改性中表現出超高的流動性﹑熱穩定性及良好的分散性,能顯著降低塑料熔體的粘度,促進塑化,降低注塑成型加工溫度,縮短成型加工周期,據報導其已經在硬質PVC、CPVC、PC/ABS合金、ABS類樹脂等高分子材料中獲得了成功地應用。

 

目前EMI的研究與應用主要集中在提高塑料的加工性能領域,但是在塑料改性的外觀方面、熱穩定性方面等研究還是很少的。本文著重研究了EMI樹脂在阻燃ABS、高光產品領域的應用。

 

1、 EMI大幅度改善阻燃ABS的熱穩定性

 

表1 阻燃ABS配方

 

1#

2#

ABS

80

80

溴系阻燃劑

15

15

Sb2O3

5

5

EBS

1.0

1.0

B900

0.3

0.3

EMI-200

 

5

物性性能(ASTM)

拉伸強度(MPa)

42

41

沖擊強度(J/m)

210

205

維卡軟化點(℃)

83

84

熔融指數(g/10min)

4.5

5.4

 

從表1所示的EMI在阻燃ABS樹脂中應用結果可以看出,正如所預料的那樣,EMI對熔融指數的提升是非常明顯的。5phr 的EMI-200就可以提升20%的流動性,這對于提升阻燃ABS的加工性能、拓寬加工窗口是非常顯著的。因為眾所周知,阻燃ABS的致命弱點就是由于大量阻燃劑的存在導致其熱穩定性差,尤其在成型大尺寸制件時極易導致降解、變色之類的不良問題產生,這大大限制了其應用范圍。而EMI的加入可以進一步降低ABS的粘度,降低樹脂熔體在流動過程中的摩擦生熱,從而延緩熱敏性的溴系阻燃劑的分解。表2的阻燃ABS在220℃的熱停留實驗表明,添加5phr的EMI-200就可以明顯改善色差和銀絲的問題。但是這與增加潤滑劑以降低摩擦的整體作用是不可相提并論的。因為提高潤滑劑的添加量確實可以提高流動性,降低摩擦生熱的作用,但是高濃度的潤滑劑不僅僅會引起析出惡化表面的問題,而且還會導致阻燃ABS本已偏低的耐熱性能進一步雪上加霜,嚴重影響阻燃ABS在電器行業的應用。

 

表2 阻燃ABS在220℃熱停留后色差及外觀

 

1#

2#

停留5min

 

 

色差△E

2.8

2.2

銀絲

細小銀絲

停留10min

 

 

色差△E

6.1

5.2

銀絲

大片銀絲

細小銀絲

 

2、 EMI賦予高光ABS更高的黑度與光澤

EMI在高光ABS中的應用極為廣泛,因為高光ABS配方設計中除橡膠粒徑有一定的要求之外,還需要提高材料高流動,確保染顏料、助劑等不遷移到制品表面的要求。結合EMI本身的分子結構設計可知,其最基本特點之一就是可以大幅度地有效提高工程塑料的加工性能。國內市場上流通的高流動SAN樹脂(熔融指數大于5g/10min)是很少的,其基本上都是被跨國公司所壟斷的。表3列舉了某韓國公司兩個高流動的SAN及其與EMI-200的對比情況,由此可知,EMI-200的流動性是遠遠高于SAN1與SAN2的。

 

但是一般來說,SAN樹脂的分子量越低,熱穩定性越差,所以高流動往往意味著低的熱穩定性。圖1顯示了230℃氮氣氛圍下30min的TGA停留曲線,由此可知SAN2相比SAN1的分子量更低,熱穩定更差,30min的熱失重由SAN1的1.1%增加至1.3%。值得注意的是,分子量只有4.2萬的EMI-200反而顯示了極佳的熱穩定性,30min熱停留的失重率僅為0.3%。這是由于EMI系列懸浮聚合的工藝決定了其分子量分布比本體聚合更窄,容易造成熱分解的低分子量組分含量也就更低,從而表現出更佳的熱穩定性,這一點對于保持ABS樹脂表面的高光澤也是至關重要的。

 

表3 高流動的SAN樹脂參數對比

 

SAN1

SAN2

EMI-200

重均分子量(萬)

10

8.5

4.2

熔融指數(g/10min)

(200℃*5kg)

12

22

65

 

圖2高光ABS在高低溫循環的實驗(每個周期90℃2h,-40℃ 2h,濕度70%)表明潤滑劑EBS在高低溫、高濕度條件下對ABS制品表面的發霧會產生很大的影響。也就意味著在該苛刻的條件下,1.5phr的EBS遷移與析出現象也是比較嚴重的。但是3phr EMI代替1.0phr EBS(見表4)后,可以發現在保持熔融指數基本相同的情況下,耐高低溫循環的光澤保持率明顯較優,經兩次高低溫循環實驗后其光澤保持率可以達到60%以上。

 

表4 高光ABS配方

 

3#

4#

ABS

100

100

抗氧劑

0.3

0.3

EBS

1.5

0.5

EMI-200

 

3

 

圖1 不同高流動SAN樹脂的熱穩定性

 

高光ABS的其中一個重要領域就是“黑又亮”美學樹脂,其廣泛應用與LCD,顯示器、音箱、遙控器外殼等家電產品。由于這些產品對黑度的要求極高,所以對炭黑色母的選擇也就顯得極為重要。從理論上來說,為了防止不相容小分子的遷移與析出所造成的發霧問題進而影響ABS樹脂表面的光澤度與黑度,黑又亮ABS的最佳炭黑色母應該選擇ABS或者SAN作為載體。然而由于市售SAN的粘度大、浸潤性差,作為炭黑母粒載體時為了保持炭黑分散足夠均勻,炭黑的濃度通常只能在30%左右,盡管如此,在相同炭黑含量時,其著色能力通常也不盡人意,與市場上主流的PE蠟、EVA蠟為載體的炭黑色母相比時,仍有一定的差距。EMI系列樹脂是一類超低分子量的樹脂,尤其是EMI-100,其粘度低,對填料、色粉等浸潤性好,分散能力強。所以用EMI-100作為炭黑色母載體時,炭黑濃度可以達到40%-45%,而且從表5可以看出,40%炭黑濃度的EMI-100載體色母在相同0.5%炭黑濃度時的L值明顯低于普通的SAN載體的色母,與PE蠟載體的相當,意味著其著色力相比普通市售SAN載體的炭黑色母有明顯提升,幾乎與PE蠟載體的炭黑色母相當。而且當需要進一步提高黑度時,EMI-100為載體的炭黑色母可以在均衡物理性能的情況下大幅度提高添加量,但是實驗過程中發現當PE蠟載體的炭黑色母添加量超過2.5%時,就會產生明顯的發霧現象,所以EMI-100可以作為一種優異的色母載體,尤其是適合在與ABS相關的塑料基材中應用。

 

表5 不能炭黑色母的著色力對比

 

PE蠟

(50%炭黑)

市售SAN

(30%炭黑)

EMI-100(40%炭黑)

黑度L值

26.8

27.7

26.9

注:PE蠟、SAN、EMI-100載體炭黑母粒的添加量分別為1%、1.7%、1.3%

 

綜上所述,EMI系列樹脂除了大幅度改善樹脂加工性能之外,還有以下明顯的作用:

1、 可以明顯改善阻燃ABS的熱穩定性,而且可以代替部分潤滑劑以進一步提高阻燃ABS的耐熱性能。

2、 改善高光ABS的熱穩定性,代替部分潤滑劑以提高在高低溫循環條件下的光澤保持率,進一步降低高光ABS發霧的風險。EMI-100可以作為一種優異的炭黑色母載體,其炭黑濃度高,著色力好且分散均勻。

圖2 高光ABS在高低溫循環后的光澤保持率

 

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