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新型透明阻燃ABS材料的制备及性能研究

发布日期:2015-01-26   浏览次数:956



具有工业价值的聚合物通常是多相非均质材料,光学上的不均一性归因于材料内部织态结构的不同所造成的微区之间折射率的不相同。从力学性能角度看,高度分散的多相材料可能是均相的,但其外观不透明或浑浊,在入射光波长这一探针尺度上显示出光学上的非均一性,这是因为一方面探针的长度标尺决定均相与非均相材料的界限,另一方面材料表面粗糙度也会导致材料外观的不透明性。因此,为获得所需的透明材料,各微区的折射率应尽可能相匹配,尤其是降低可见光在微区相界面的折射,或者尽可能使各微区的尺寸远小于可见光的波长。



目前,光学透明高分子材料的种类已有数百种,既有应用面广泛的工业化产品,也有热塑性光学塑料,如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)等。其PMMAPS本身质脆,且不耐刻划,如果作进一步的增韧或阻燃改性,均将变成非透明材料,而PC力学性能优异,同时也具有非常好的透明度,但其价格较贵,同时易应力开裂。上述透明材料往往在达到对其性能的要求的同时,却失去了其外观的美学价值及其他功能。



透明ABS树脂(MABS)则是在通用ABS树脂基础上发展起来的一种4组分高分子共混体系,其组成为甲基丙烯酸甲(MMA)、丙烯腈(AN)、丁二烯(Bd)和苯乙烯(St),其中甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丙烯腈三元共聚物(MSAN)树脂为连续相,聚丁苯胶乳(SRB)为分散相,分别选用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN-T)混合树脂和MSAN树脂作为透明ABS树脂的两种基体,采用熔融掺混技术制备透明ABS树脂(MABS)。因此,该产品除了具有通用ABS树脂的力学性能外,还具有良好的透明性,被用作生产大屏幕电视机的保护屏等多种高档透明制品,并已成为其他透明塑料无法替代的一种新型高分子材料。但其和ABS树脂一样,MABS亦属于易燃材料,因而限制了其在电子电气领域的进一步应用。因此,如何在不影响MABS透明性的前提下对其进行阻燃增韧改性具有一定的现实意义。



阻燃增韧改性会在MABS基体树脂相引入阻燃剂、增韧剂及其他添加助剂。由于这些添加剂在体系的散射,导致MABS变成不透明材料,在获得了阻燃增韧性能的同时,也失去了其外观的美学价值。但如果添加的各组分的折射率和基体树脂的折射率相同或相近,这时材料就仍然会是透明或半透明材料。基于上述原理,如想同时获得高透明、阻燃增韧的ABS材料,主要采用两种方法:第一,加入的增韧剂和阻燃剂的粒径足够小,应远小于可见光的波长,并且粒子分布均一;第二,调整各组分的折射率,使其相互匹配。但增韧剂粒径太小会使共混体系的韧性下降,甚至起不到增韧的作用,同时阻燃剂的粒径也很难做到分布均一。因此通过物理共混的方法获得透明阻燃ABS材料,方法一实现起来非常困难。所以本实验通过选用一定粒径的具有核-壳结构的增韧剂及相应的阻燃剂体系,调整其折射率和基体树脂的折射率尽可能接近,来达到共混物透明的同时,达到阻燃增韧的目的。



制备透明阻燃ABS的关键是要选用弱剪切的螺杆。由于TE-10S是粒子,FR-245是粉体,而BDP是黏稠的液体,这3种不同状态的组分加到一起共混通过弱剪切很难使体系分散均匀,而且黏稠的BDP极易导致FR-245团聚,最终会导致制备的透明阻燃ABS材料的性能不稳定。而通过二步法,即首先通过强剪切的螺杆制备出透明阻燃剂母粒TCMB-100,再通过较弱剪切的螺杆将MABS树脂和阻燃剂母粒共混,可制备出透明阻燃ABS材料。同时,可以看出,通过一步共混法制备的透明阻燃ABS材料局部发生了明显的相分离。这是由于基体树脂和阻燃体系是一个不相容体系,但通过两步母粒加工工艺则可以明显改善相分离状态,进一步提高体系的相容性。进一步可以看出,相同配方不同工艺制备的透明阻燃ABS各项性能明显不同。






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