ABS-粉末添加劑體系界面相容性的定量研究.pdf

1、ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene)樹脂是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯構成的三元共聚物，由于其具有優(yōu)良的抗沖擊強度、良好的加工性能和化學穩(wěn)定性、易于模塑成型和制品富有光澤等優(yōu)點而被廣泛應用于汽車、電子電器、輕工、紡織和建筑等行業(yè)。
　　在實際生產中，為改善成型加工或賦予ABS某種性能，通常采用添加助劑的方式將相應的添加劑加入到ABS樹脂基體中，常用的添加劑包括穩(wěn)定劑、抗氧劑、抗靜電劑、著色劑、填充劑

2、和阻燃劑等等，這些添加劑大多以粉末的形式加入到基體樹脂中。阻燃劑是其中最重要的粉末添加劑之一，這是因為ABS樹脂屬于易燃材料，氧指數僅為18.8-20.2％。另外，由于ABS樹脂價格比較高，為降低成本，通常會加入一些填充劑，纖維素材料（如木粉）因其價廉、易得已受到越來越多的關注和應用。相較于其他添加劑，阻燃劑和填充劑的添加量通常要大很多，可達到百分之十幾甚至幾十，這不可避免會影響ABS/添加劑體系的力學性能，尤其是使制品的抗沖擊性能大幅

3、度下降，這在一定程度上限制了ABS樹脂的應用。對于含有粉末型添加劑的高分子復合材料而言，粉末顆粒與基體樹脂之間的界面相容性好壞是影響其力學性能的關鍵。而目前還沒有關于定量研究ABS/粉末添加劑體系界面相容性與力學性能關系的研究報道。
　　本論文采用兩種較新的界面相容性研究方法:Hansen溶解度參數法(HSP)和表面張力組成/界面張力法(STC-IT)，對ABS與阻燃劑(FR-245(2，4，6-tris(2，4，6-tribro

4、mophenoxy)-1,3,5 triazine)、 DBDPO(decabromodiphenyl oxide)、 CFA（charringefoaming agent））和多種木粉等粉末添加劑之間的相容性及與其制備的共混材料力學性能之間的關系進行了定量的研究。在此基礎上，還對多種高分子材料的溶解度參數和表面張力的關系進行了理論分析，具體在以下四個方面開展了研究工作并取得了一些創(chuàng)新性研究成果。
　　(1)采用Hansen溶解度

5、參數法測定了ABS樹脂和三種阻燃劑的Hansen溶解度參數;測定了ABS/阻燃劑共混物的力學性能并分析了兩者之問的關系。研究發(fā)現:ABS樹脂和SAN(Styrene-Acrylonitrile)樹脂的Hansen溶解度參數僅由聚苯乙烯(PS)的Hansen溶解度參數決定，與聚丙烯腈(PAN)和聚丁二烯(PB)的Hansen溶解度參數之間沒有明顯關系。這意味著強極性成分在溶解度參數方法中的“不可見性”。實驗還發(fā)現:當填充的三種阻燃劑顆粒在

6、共混物截面的表面積相等時，ABS/阻燃劑共混物的沖擊強度隨著Hansen溶解度參數半徑的增加而線性降低，其線性相關系數為0.9583。這意味著對于不同的ABS/阻燃劑體系，ABS和阻燃劑間的Hansen溶解度參數半徑決定了其共混物的沖擊強度。
　　(2)為了更加準確的測定接觸角，制造了具有加速進樣功能的動態(tài)接觸角測定裝置;利用該裝置和表面張力組成方法(STC)測定了ABS體系的表面張力組成。論文還首次采用反相氣相色譜(IGC)和接

7、觸角(CA)組合技術測定了粉末阻燃劑FR-245、CFA和DBDPO的表面張力組成;定量研究了界面張力(IT)與ABS/阻燃劑共混材料力學性能間的關系。研究發(fā)現:對于表面張力的色散部分，ABS和SAN樹脂都大于它們對應的均聚物組分PAN、PB和PS。而對于酸堿部分，SAN和ABS的表面張力實驗值與用構成它們的均聚物組分的實驗值之間，存在著摩爾比例線性對應關系。也就是共聚物的表面酸堿參數可以由組成它們的均聚物的酸堿參數通過摩爾線性加和法計

8、算出來。實驗還發(fā)現:當ABS/阻燃劑共混物中阻燃劑顆粒在截面上的表面積相等時，共混物的沖擊強度隨著界面張力的增加而線性下降，其線性相關性達到了0.9969。這說明對于不同的ABS/阻燃劑體系，在共混物截面上，當填充的阻燃劑與基體相間界面面積相等時，沖擊強度取決于ABS-阻燃劑之間的界面張力。對比兩種方法，我們認為對于選定的幾種ABS/阻燃體系而言，表面張力組成方法在定量解釋界面相容性與沖擊性能關系方面要優(yōu)于溶解度參數方法。
　　(

9、3)采用反相氣相色譜技術(IGC)測定了樟木粉、楊木粉和桉木粉的色散表面張力，并研究了ABS-木粉填充劑體系的界面相容性對其共混物力學性能的影響。研究發(fā)現:樟木粉、楊木粉與桉木粉的表面色散張力都隨著溫度的升高而下降。在25℃時，三種粉末的表面色散張力分別為36.1、40.8和38.8 mJ/m2。研究還發(fā)現:在等比例添加時，由樟木粉、楊木粉、桉木粉與ABS制成的共混物的沖擊強度隨界面張力的增大而減小，二者之間的關系與阻燃劑體系所表現出來

10、的關系存在一些差別，造成這種差別的原因目前還很難被確定，需要以后進行更深入的研究才能解釋清楚。
　　(4)深入研究了多種高分子材料體系的表面張力和其溶解度參數之間的關系。研究發(fā)現:對于30種有機溶劑，它們的色散表面張力與一個經驗組合參數1/ρ2MW0.2之間存在著很好的關系。對于12種常見聚合物，當用重復單元的分子量代替該經驗參數中的MW時，二者之間仍舊存在著同樣的匹配關系。另外還發(fā)現:對于37種有機溶劑和22種常見聚合物材料，它