ABS緩燃級色母粒的研制

劉 鵬

（廣東波斯科技股份有限公司，廣東 廣州510530）

0 前言

ABS樹脂是由丙烯腈、苯乙烯和丁二烯3個組分組成的熱塑性塑料，是在苯乙烯-丙烯腈共聚物（AS）的連續相中分散著聚丁二烯橡膠相的兩相結構高分子材料，其不僅具有韌性、硬度、剛性相均衡的優良力學性能，而且具有較好的耐化學藥品性、尺寸穩定性、表面光澤度、耐低溫性、著色性能和加工流動性等性能，廣泛應用于汽車、器具、電子器件、家用電器、建筑等諸多領域［1］。

ABS樹脂多采用色母粒進行著色。色母粒著色具有更好的分散性、顏色穩定性，還具有污染小、轉色簡單、使用方便等優點。通常，ABS樹脂的燃燒性能符合UL 94HB級標準。但目前大多數ABS色母粒會提高ABS制品的燃燒速率，導致ABS制品達不到HB級要求。本文研究了ABS色母粒的配方組成對ABS燃燒速率的影響，并開發出符合UL 94HB級標準ABS色母粒。

1 實驗部分

1.1 主要原料

ABS，121H，寧波LG甬興化工有限公司；

鈦白粉，R103，美國杜邦公司；

三氧化二銻，純度98%，美國杜邦公司；

十溴二苯乙烷，8010，美國雅寶公司；

炭黑，M800，美國卡博特公司；

聚乙烯蠟，9610F，德國科萊恩公司；

乙撐雙硬脂酰胺（EBS），B-50，印尼朝陽化學公司；

乙烯 -醋酸乙烯共聚物（EVA），631，日本東曹公司；

CPE，132C，淄博凱姆經貿有限公司。

1.2 主要設備及儀器

雙螺桿擠出機，SHJ-35，南京廣達化工裝備有限公司；

高速混合機，GH2100Y，北京市塑料機械廠；

注塑機，HTF60，海天塑機集團有限公司；

懸臂梁沖擊試驗機，XJU-5.5，承德市金建檢測儀器有限公司；

萬能試驗機，XWW-10A，承德市金建檢測儀器有限公司；

水平垂直燃燒實驗儀，HVR-4，廣州市新納電子設備有限公司。

1.3 樣品制備

色母粒顏料為鈦白粉10%（質量分數，下同），炭黑0.1%。樣品制備工藝過程如圖1所示。工藝條件：將顏料、助劑和載體樹脂在高速混合器中混合2～5min，用雙螺桿擠出機造粒制備色母粒，擠出機二～六區溫度設置依次為190、200、200、210、200 ℃；將色母粒和ABS按照1∶25的質量比加入注塑機（加料口）中，注射色板和力學性能測試樣條；注塑機一～三區溫度設置依次為190、200、200℃，射嘴溫度210℃使用前將ABS在鼓風干燥箱中恒溫80℃干燥3h。

圖1 樣品制備工藝流程圖Fig.1 Preparation flow chart of the samples

1.4 性能測試與結構表征

沖擊性能按GB／T 1843—1996進行測試，A型缺口，擺錘沖擊能量為1J；

拉伸性能按GB／T 1040.2—2006進行測試，測試時拉伸速率為50mm／min，測試環境溫度25℃，所得測試結果為同組樣品10次測試數據的平均值；

樣品中水分按GB／T 6284—2006干燥減量法進行測定測定；

燃燒速率按GB 5169.16—2008的50W水平火焰試驗方法進行測定。

2 結果與討論

2.1 分散劑對燃燒速率的影響

色母粒生產的關鍵之一是顏料的分散，分散劑是色母粒中最常用的助劑。在整個加工階段，分散劑可以打開顏料團聚體顆粒并使其穩定化，以保障其著色效果。另外，分散劑的還可以改善顏料與樹脂的相容性，改善母粒的流動性，提高產率，改善制品加工性能等［2］。從圖2可以看出，隨著分散劑在色母粒中含量的增加，ABS制品的燃燒速率也迅速增加，其中采用EBS分散劑的燃燒速率略低于采用聚乙烯蠟分散劑的。在實驗中還發現分散劑在色母中含量為5%時，分散效果最好；分散劑含3%時，分散尚可；分散劑含2%時，注塑制品上可明顯發現較大的黑點。為保證色母粒有較好的分散性能，分散劑的添加量最好不低于色母粒總質量的3%。

圖2 分散劑對ABS制品燃燒速率的影響Fig.2 Effect of dispersants on the burning rate of ABS products

2.2 阻燃劑對燃燒速率的影響

添加阻燃劑提高ABS阻燃性能是如今使用最多、應用最廣的阻燃方法。目前常用的阻燃劑主要是無機阻燃劑、有機含磷、氮阻燃劑和鹵系阻燃劑。通常無機阻燃劑添加量大，導致ABS的加工性能和力學性能下降，影響使用。有機含磷、氮阻燃體系多用于含氧化合物，應用于ABS樹脂時阻燃作用不明顯。而鹵系阻燃劑阻燃效率高，是純ABS樹脂的重要阻燃體系。為提高鹵系阻燃劑的阻燃效率，常采用氧化銻作為協效劑［3］。圖3給出了阻燃劑（三氧化二銻與十溴二苯乙烷的質量比為1∶3）對ABS燃燒速率的影響。其中，分散劑為EBS，在色母粒中的含量為3%。從圖3可以看出，隨著阻燃劑在色母粒中含量的增加，ABS制品的燃燒速率逐漸降低，當色母粒中阻燃劑含量大于24%時，ABS制品的燃燒速率小于40mm／min，達到UL 94HB級燃燒要求。實驗中發現，阻燃劑在色母粒中含量為48%時，色母粒制備過程中可以明顯聞到溴化氫的味道，且色母粒有明顯發泡現象，這是由于色母粒中載體樹脂含量降低，螺桿剪切熱較多，阻燃劑分解所致。實驗中還發現，阻燃劑在色母粒中的含量越高，制品的沖擊強度越低。因此，為保證色母粒順利生產和ABS制品能夠達到緩燃級別，阻燃劑在色母粒中的含量最好在30%左右。

圖3 阻燃劑對ABS制品燃燒速率的影響Fig.3 Effect of flame retardants on the burning rate of ABS products

2.3 載體對燃燒速率的影響

理想的載體一是作為顏料預分散防止顏料再度結團；二是在熔融后帶著顏料（在助劑的幫助下）均勻地分散到基材樹脂中，完成著色的功能［4］。為降低阻燃劑對ABS制品沖擊性能的影響，減輕阻燃劑在色母粒制造過程中的分解，ABS載體中還應適當加入韌性樹脂。圖4是載體對ABS制品燃燒速率的影響，其中，阻燃劑在色母粒中的含量為36%，CPE和EVA在色母粒中添加量均為20%，其余為ABS。從圖中可以看出，色母粒中添加載體EVA后，燃燒速率較純ABS作為載體大，而添加CPE作為載體，燃燒速率較慢。實驗中還發現，添加載體EVA后，ABS制品，有時有分層現象，而添加載體CPE的ABS制品則沒有出現分層現象。此外添加載體CPE的色母粒，表面更光滑，且不會有氣孔。因此，在研制ABS緩燃級色母時，選擇CPE作為增韌載體更好。

2.4 ABS緩燃級色母粒的主要性能指標

通過對色母粒中分散劑、阻燃劑和載體樹脂的優化，開發了一種ABS緩燃級色母粒。其中鈦白粉、炭黑、EBS、三氧化二銻、十溴二苯乙烷、CPE和ABS含量分 別 為 10%、0.1%、3%、8%、24%、30% 和24.9%。從表1中可以看出，該色母粒分散效果優良，對被著色樹脂的力學性能影響小，燃燒速率為33mm／min，能夠達到UL 94HB級的要求。

表1 ABS緩燃級色母粒的性能測試Tab.1 Performance of slowly-burning masterbatch for ABS Resin

3 結論

（1）適當添加分散劑能夠提高色母粒的分散性能，但分散劑的加入會提高被著色樹脂的燃燒速率；

（2）阻燃劑能夠降低被著色樹脂的燃燒速率，但色母中阻燃劑含量較高，不利于色母粒的生產加工；

（3）載體CPE能夠改善ABS色母粒的加工，同時能夠降低被著色樹脂的燃燒速率，減少色母粒對被著色制品沖擊強度的影響；

（4）研制的ABS緩燃級色母粒分散優良且對被著色樹脂的力學性能影響小，燃燒速率為33mm／min，能夠達到UL 94HB級的要求。

［1］張 猛，劉振國，楊海東，等.兩種不同橡膠粒徑的ABS樹脂協同作用研究［J］.中國塑料，2012，26（4）：50-53.Zhang Meng，Liu Zhengguo，Yang Haidong，et al.Synergistic Toughening Effect of ABS Resin Blends with Different Rubber Particle Sizes［J］.China Plastics，2012，26（4）：50-53.

［2］趙秀英，張麗葉，吳立峰.ABS色母粒用分散劑的研究［J］.中國塑料，2001，15（3）：68-72.Zhao Xiuying，Zhang Liye，Wu Lifeng.Study on Dispersants for ABS Color Masterbatch［J］.China Plastics，2001，15（3）：68-72.

［3］柳樂仙，唐宇航，柳志學，等.ABS樹脂阻燃技術的研究進展［J］.廣東化工，2011，38（5）：9-10.Liu Yuexian，Tang Yuhang，Liu Zhixue，et al.The Development of Research on ABS Flame Retardancy［J］.Guangdong Chemical Industry，2011，38（5）：9-10.

［4］王 鑫.注塑級ABS專用易分散色母粒的研制及應用［J］.上海塑料，1998，104（4）：40-42.Wang Xin.Development and Application of Easily Dispersed Masterbatch for Injection Molding ABS［J］.Shanghai Plastics，1998，104（4）：40-42.