高抗沖聚苯乙烯熔體加工穩定化的研究＊

雷祖碧,馬 玫,陳金愛,苑麗紅,楊育農,王浩江,麥偉宗

(廣州合成材料研究院有限公司,廣東廣州,510665)

試驗與研究

高抗沖聚苯乙烯熔體加工穩定化的研究＊

雷祖碧,馬 玫,陳金愛,苑麗紅,楊育農,王浩江,麥偉宗

(廣州合成材料研究院有限公司,廣東廣州,510665)

針對復合穩定劑 1010/168、GX2921、KY526對高抗沖聚苯乙烯熔體加工穩定化技術的研究。實驗結果表明:選用合適的穩定體系,在 260℃高溫加工高抗沖聚苯乙烯,該材料的懸臂梁沖擊性能保持率 85%以上,色差 (△E)維持 1.1以內。

HIPS;抗氧劑;穩定性;反復擠出;高溫加工;色差

聚苯乙烯是當今世界上應用最廣的熱塑性塑料,是通用塑料的五大品種之一,目前它的世界總產量已經達到數百萬噸。國內聚苯乙烯樹脂主用品種為通用型聚苯乙烯 (GPPS)和高抗沖型聚苯乙烯 (HIPS)兩大類,HIPS就是苯乙烯單體與丁二烯橡膠共聚的產物,具有更高的強度和較好的韌性。由于其高強度、高光澤、高剛性等性能,廣泛應用于電子、家電、食品包裝、建材、醫療器械、音像、玩具、線圈骨架、紡織用紗管等各個領域。特別是最近面世的高光澤產品能夠部分替代 ABS應用于高檔電器,制品質量既能夠滿足用戶需求,而生產成本又可大大降低[1]。在注塑加工大型薄壁 HIPS電器產品 (如電腦、電視液晶顯示器等)時靠提高加工溫度來保證充模順利,由于溫度升高直接導致制品顏色變深、光澤度變差等問題;同時溫度升高也加速了 HIPS的降解導致性能惡化;有必要通過添加合適的抗氧劑抑制 HIPS樹脂高溫加工成型時的老化降解。本實驗針對 HIPS材料進行反復 8次雙螺桿擠出,通過檢測各次熔體流動指數變化及色差,考察了不同穩定化體系對 HIPS材料的加工穩定效能,同時探討了 HIPS材料在高溫(260℃)注塑加工條件下的物理機械性能以及表觀性能,為塑料加工與應用領域提供可靠的技術參考[2]。

1 實驗部分

1.1 原料及設備

HIPS樹脂:奇美 PH888G,鎮江奇美;助劑:抗氧劑 1010、168、GX2921,汽巴精化;復合抗氧劑 KY526,自制;雙螺桿擠出機:HT-30,南京橡塑機械廠;注塑機:BT-80V-I,廣州博創有限公司;色差儀:Dataflash100;熔融指數流動儀: XNR-400,承德德盛試驗機廠;懸臂梁沖擊儀: XJU-5.5,承德德盛試驗機廠。

1.2 實驗方案

按配方稱取 HIPS適量及抗氧劑 0.5% (質量分數)。工藝路線 1:在 140℃-160℃的雙螺桿擠出機反復 8次擠出造粒。工藝路線 2:高溫注塑加工,溫 度 條 件 分 別 設 為 200℃、 220℃、240℃、260℃。

1.3 試驗與檢測

(1)分別測試每次擠出 HIPS粒料的熔體流動速率數M FR(克/10m in)以及對應批次材料的色差△E。熔指的測定按照 GB/T3682-89進行。(2)測試 HIPS高溫注塑加工成型時的懸臂梁沖擊強度以及色差評價和灰卡評價。懸臂梁沖擊強度的測定根據 GB/T1843-1996進行;顏色評價按 GB/ T250-1995進行。

2 結果與討論

2.1 復合抗氧劑對 HIPS的熔體流動速率的影響

熔體流動速率是指熱塑性高聚物在一定溫度、一定壓力的熔體在 10m in內通過標準毛細管的質量克數[3]。通常材料老化過程中伴隨著分子量的變化,而材料的熔體流動速率 (M FR)的大小與分子量相關,可以通過測定M FR值,用其變化評價老化與防老化的配方體系。

本實驗分別選擇了傳統的抗氧劑 1010/168體系和汽巴精化的 GX2921復合抗氧劑以及自制的丙烯酸酯抗氧劑復合物 KY526三種穩定體系進行比較。KY526能捕獲碳自由基、過氧自由基,能改善材料顏色穩定性、加工穩定性及熱穩定性[4]。配方料分別經雙螺桿擠出造粒,檢測粒料的熔體流動速率,測試結果見表 1。

表 1 反復擠出 HIPS熔體流動速率 (M FR)變化Table 1 Change of HIPS melt MFR

從表 1可知,選用傳統的抗氧劑 1010/168體系,熔體至第五次擠出熔融指數的變化已經超過100%,隨著加工次數的增加,助劑不斷被消耗和遷移,熔融指數不斷地變大,到第六次擠出時物料已經降解,熔體破裂無法測定M FR,說明該體系多次反復擠出耐老化能力較差,老化比較嚴重; GX2921系列熔體經過第八次的擠出,熔融指數從原始的 4.0g/10m in激增至 8.7g/10m in,變化率超過 100%;KY526體系熔體到第八次的擠出仍能保持在 50%的熔融指數的變化率,KY系列對熔體的加工穩定效果優于 GX系列。

從圖 1看出,1010/168體系熔融指數變化率最大,抑制基材體系分子熱老化速度的能力較弱, GX2921抗氧穩定體系其熔體流動隨擠出次數變化曲線居于 1010/168與 KY526體系之間,KY526系列熔融指數變化率趨于平緩,能較好地抑制熔體的破裂,有效地降低塑料大分子發生熱老化的速度,保護了材料的多次擠出加工穩定性。

圖1 反復擠出HIPS熔體流動速率變化趨勢Fig.1 Change of HIPS melt MFR

由上述幾種穩定化復配體系對 HIPS熔體流動速率影響的變化趨勢來看,KY復配體系的防熱老化降解效果較佳、多次加工其穩定化效果較好。

2.2 加工工藝條件對 HIPS力學性能的影響

高分子材料的性能是由它的微觀結構所決定的,高分子材料在老化過程中微觀結構發生的變化,一定會反映到宏觀性能上,其中材料的力學性能是一項重要的檢測指標[5]。在聚合物加工過程中,隨著溫度的提高,因熱老化發生降解、交聯導致材料性能惡化,尤其是較高的加工溫度影響更為明顯,有必要添加一些與聚合物有較好相容性的防老化助劑加以保護。根據以上配方體系的研究,進一步評價復合穩定體系對 HIPS樹脂耐高溫加工的力學性能,為改善加工工藝提供優選方案。以下是分別在 200℃、220℃、240℃、260℃工藝條件下測得相關的力學性能,結果列于表 2。

表 2 HIPS高溫條件下注塑加工的相關性能Table 2 Correlation property of HIPS with high temperature processing

由表 2可知,KY526穩定體系,200℃與240℃高溫注塑HIPS樹脂的沖擊強度變化不大,沖擊強度保持率在 90%以上,力學性能可以滿足產品的使用要求。GX系列 HIPS樹脂沖擊強度保持率在 90%以上僅能維持在 220℃以下,在 240℃中高溫段體系的抗熱老化能力明顯下降,熔體的大分子結構開始變松弛,分子量變小而導致力學性能下降。

從圖 2可看出,兩種熔體的沖擊強度變化曲線在 220℃前基本重疊,區別在于溫度升至 220℃之后,KY體系曲線變化較為平緩,而 GX體系由此至 240℃強度發生明顯下降,前者的抗高溫熱老化性能較理想,強度受溫度升高發生變化率較低。

圖2 沖擊強度變化曲線Fig.2 Change of impact strength curves

綜合看來,KY復合穩定劑的耐高溫性能較佳,能更好地抑制體系的熱老化。

2.3抗氧劑穩定體系對 HIPS表觀性能的影響

高抗沖聚苯乙烯樹脂多用于制作電器外殼等制品,產品外觀品質亦不容忽視,通常用色差、灰卡進行表征。將多次擠出材料制成片狀標樣進行色差、灰卡檢測,所測得結果見表 3。

表 3 抗氧劑體系對試樣顏色的影響Table 3 Influence of antioxidanton color

從表 3可知,KY526系列的穩定體系,對HIPS顏色控制較為穩定,第八次擠出灰卡仍然保持在 3級以上,而 1010/168體系的在第三次擠出灰卡就已經降至 3級,至于汽巴精化的復合穩定劑,第八次擠出灰卡降至 1-2級左右。從反復多次擠出來看,GX復合體系灰卡比 KY526復合體系要降低 1個數量級。

高溫加工方面,KY體系與汽巴精化兩者的色差大致相當,能滿足淺色制品外觀的質量要求,至260℃時 GX復合體系稍顯優勢。

3 結論

(1)GX2921復合系列穩定劑可以承受短期的高溫加工工藝,而 KY526復合穩定劑在長效加工穩定性方面更顯優勢。

(2)KY526可以替代 GX2921用于高抗沖聚苯乙烯樹脂的穩定化,在控制熔體多次擠出的流動速度變化率以及灰卡級別變化方面有顯著的功效。

[1]林楚瑜.國內聚苯乙烯樹脂的應用與發展[J].廣東化工,2002,29(6):3-4.

[2]王娜,郝殿成,朱學多,等.抗氧劑對 ABS樹脂加工穩定性的影響[J].合成材料老化與應用,2008,37(1):22-25.

[3]周維祥.塑料測試技術[M].北京:化學工業出版社,1997:212.

[4]葉苑梣,劉紹基,郭永武,等.聚合物防老化使用手冊 [M].北京:化學工業出版社, 1999:314.

[5]楊育農,胡行俊,龔瀏澄.塑料老化與防老化技術[M].北京:化學工業出版社,2007:173.

Study on the Processing Stability of HIPS Melt

LEI Zu-bi,MA Mei,CHEN Jin-ai,YUAN L i-hong,YANG Yu-nong,WANG Hao-jiang,MAI Wei-zong
(Guangzhou Synthetic Materials Co.Ltd.,Guangzhou 510665, Guangdong,China)

The research on the processing stability of the HIP Smelt by compound stabilizers,such as1010/168, and GX2921 of ciba,KY526.The results show ed that selectting suit stabilizers system,the Izod impact fracture energy of High Impact Polystyrene(HIPS)was above 85%and chromatism △E was within 1.1with the high temperature processing of 260℃.

High Impact Polystyrene; stability; repeated extrusion; high temperature processing; chromatism △E

TQ 325.2

2010-10-09

科技部專項資金項目NCSTE-2007-JKZX-104