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(shù)脂是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯構(gòu)成的三元共聚物，由于其具有優(yōu)良的抗沖擊強(qiáng)度、良好的加工性能和化學(xué)穩(wěn)定性、易于模塑成型和制品富有光澤等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、電子電器、輕工、紡織和建筑等行業(yè)。
　　在實(shí)際生產(chǎn)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(yīng)的添加劑加入到ABS樹(shù)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(shù)脂中。阻燃劑是其中最重要的粉末添加劑之一，這是因?yàn)锳BS樹(shù)脂屬于易燃材料，氧指數(shù)僅為18.8-20.2％。另外，由于ABS樹(shù)脂價(jià)格比較高，為降低成本，通常會(huì)加入一些填充劑，纖維素材料（如木粉）因其價(jià)廉、易得已受到越來(lái)越多的關(guān)注和應(yīng)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(dá)到百分之十幾甚至幾十，這不可避免會(huì)影響ABS/添加劑體系的力學(xué)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(shù)脂的應(yīng)用。對(duì)于含有粉末型添加劑的高分子復(fù)合材料而言，粉末顆粒與基體樹(shù)脂之間的界面相容性好壞是影響其力學(xué)性能的關(guān)鍵。而目前還沒(méi)有關(guān)于定量研究ABS/粉末添加劑體系界面相容性與力學(xué)性能關(guān)系的研究報(bào)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(shù)法(HSP)和表面張力組成/界面張力法(STC-IT)，對(duì)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(xué)性能之間的關(guān)系進(jìn)行了定量的研究。在此基礎(chǔ)上，還對(duì)多種高分子材料的溶解度參數(shù)和表面張力的關(guān)系進(jìn)行了理論分析，具體在以下四個(gè)方面開(kāi)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(shù)法測(cè)定了ABS樹(shù)脂和三種阻燃劑的Hansen溶解度參數(shù);測(cè)定了ABS/阻燃劑共混物的力學(xué)性能并分析了兩者之問(wèn)的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn):ABS樹(shù)脂和SAN(Styrene-Acrylonitrile)樹(shù)脂的Hansen溶解度參數(shù)僅由聚苯乙烯(PS)的Hansen溶解度參數(shù)決定，與聚丙烯腈(PAN)和聚丁二烯(PB)的Hansen溶解度參數(shù)之間沒(méi)有明顯關(guān)系。這意味著強(qiáng)極性成分在溶解度參數(shù)方法中的“不可見(jiàn)性”。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn):當(dāng)填充的三種阻燃劑顆粒在

6、共混物截面的表面積相等時(shí)，ABS/阻燃劑共混物的沖擊強(qiáng)度隨著Hansen溶解度參數(shù)半徑的增加而線(xiàn)性降低，其線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)為0.9583。這意味著對(duì)于不同的ABS/阻燃劑體系，ABS和阻燃劑間的Hansen溶解度參數(shù)半徑?jīng)Q定了其共混物的沖擊強(qiáng)度。
　　(2)為了更加準(zhǔn)確的測(cè)定接觸角，制造了具有加速進(jìn)樣功能的動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)定裝置;利用該裝置和表面張力組成方法(STC)測(cè)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(shù)測(cè)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(xué)性能間的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn):對(duì)于表面張力的色散部分，ABS和SAN樹(shù)脂都大于它們對(duì)應(yīng)的均聚物組分PAN、PB和PS。而對(duì)于酸堿部分，SAN和ABS的表面張力實(shí)驗(yàn)值與用構(gòu)成它們的均聚物組分的實(shí)驗(yàn)值之間，存在著摩爾比例線(xiàn)性對(duì)應(yīng)關(guān)系。也就是共聚物的表面酸堿參數(shù)可以由組成它們的均聚物的酸堿參數(shù)通過(guò)摩爾線(xiàn)性加和法計(jì)

8、算出來(lái)。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn):當(dāng)ABS/阻燃劑共混物中阻燃劑顆粒在截面上的表面積相等時(shí)，共混物的沖擊強(qiáng)度隨著界面張力的增加而線(xiàn)性下降，其線(xiàn)性相關(guān)性達(dá)到了0.9969。這說(shuō)明對(duì)于不同的ABS/阻燃劑體系，在共混物截面上，當(dāng)填充的阻燃劑與基體相間界面面積相等時(shí)，沖擊強(qiáng)度取決于ABS-阻燃劑之間的界面張力。對(duì)比兩種方法，我們認(rèn)為對(duì)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(guān)系方面要優(yōu)于溶解度參數(shù)方法。
　　(

9、3)采用反相氣相色譜技術(shù)(IGC)測(cè)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(duì)其共混物力學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn):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(shí)，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(xiàn):在等比例添加時(shí)，由樟木粉、楊木粉、桉木粉與ABS制成的共混物的沖擊強(qiáng)度隨界面張力的增大而減小，二者之間的關(guān)系與阻燃劑體系所表現(xiàn)出來(lái)

10、的關(guān)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(jìn)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(shù)之間的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn):對(duì)于30種有機(jī)溶劑，它們的色散表面張力與一個(gè)經(jīng)驗(yàn)組合參數(shù)1/ρ2MW0.2之間存在著很好的關(guān)系。對(duì)于12種常見(jiàn)聚合物，當(dāng)用重復(fù)單元的分子量代替該經(jīng)驗(yàn)參數(shù)中的MW時(shí)，二者之間仍舊存在著同樣的匹配關(guān)系。另外還發(fā)現(xiàn):對(duì)于37種有機(jī)溶劑和22種常見(jiàn)聚合物材料，它