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CN102627830B - 一种abs/凹凸棒土复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种abs/凹凸棒土复合材料及其制备方法 Download PDF

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CN102627830B CN2012100808457A CN201210080845A CN102627830B CN 102627830 B CN102627830 B CN 102627830B CN 2012100808457 A CN2012100808457 A CN 2012100808457A CN 201210080845 A CN201210080845 A CN 201210080845A CN 102627830 B CN102627830 B CN 102627830B
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Abstract

本发明公开了一种ABS/凹凸棒土复合材料，由以下重量百分比49％～70％的ABS、15％～35％的凹凸棒土、3％～20％的相容剂和0％～1％的润滑剂的原料制成。凹凸棒土属于天然矿物质，属于棒状结构，有利于提高ABS/凹凸棒土复合材料的表面光滑性，相容剂提高了ABS和凹凸棒土的相容性，从而使得本发明ABS/凹凸棒土复合材料具有较好的硬度、较好的弯曲强度等优点，从而表现出优异的力学性能。本发明还公开了一种ABS/凹凸棒土复合材料制备方法，其制备简单、操作方便，通过简单的步骤就可以使得ABS、凹凸棒土和相容剂均匀融合，制备出性能优异的ABS/凹凸棒土复合材料。

Description

一种ABS/凹凸棒土复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及塑料材料及其制备领域，具体涉及一种ABS/凹凸棒土复合材料及其制备方法。
背景技术
塑料工业迅速发展，其用途已经渗透到国民经济的各个领域，使用已十分广泛。中国每年产生的废弃塑料约为500万吨左右。丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)作为塑料材料中的重要一种，也得到了广泛的应用，主要是由于ABS作为丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的共聚物，具有良好的综合性能、好的耐化学腐蚀性和好的加工流动性以及较高耐热性、韧性、抗冲击性能和刚性。
ABS主要广泛应用于家用电器、机械配件、办公用品、电子器件、汽车工业等领域，如用于制造电子电器产品的面板、汽车内饰板等，而由ABS制备的各种零部件的表面硬度相对较低，制品表面的耐刮擦性能较差，容易刮伤，不能满足部分制品的使用要求。为了维持长久的外观美感，需要进一步提高ABS制品的表面硬度。
公开号为CN 101113225A的中国专利申请公开了一种运用玻璃纤维增强ABS复合材料及其制备方法，该ABS复合材料包括以下重量份的组分：65～89份的ABS、5～20份的玻璃纤维、5～10份的增容剂、1～5份的增韧剂、0.1～0.5份的抗氧剂和0.05～0.2的偶联剂，该技术方案虽能一定程度上提高ABS的性能，但玻璃纤维价格较高，且加工工艺中各组分的添加也较为复杂，且玻璃纤维添加至一定比例容易出现表面浮纤现象，从而导致复合材料的生产成本偏高以及性能下降。
公开号为CN 101475727A的中国专利申请公开了一种ABS/PMMA复合材料，包括下列重量百分比的组分：25％～66％的ABS树脂，30％～60％PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)和4％～15％MBS(丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物)，其中MBS为橡胶粒径在100～400纳米的范围内具有双峰分布的结构。该技术方案通过在ABS树脂加入PMMA和MBS来提高ABS/PMMA复合材料的表面硬度、拉伸强度和弯曲性能，并具有较高的光泽度，但是PMMA的价格很高，从而导致该ABS/PMMA复合材料的制备成本很高，不利于ABS/PMMA复合材料市场化推广和应用。
发明内容
本发明提供了一种ABS/凹凸棒土复合材料，通过在ABS中添加凹凸棒土和相容剂来提高复合材料的硬度、韧性等力学性能。
一种ABS/凹凸棒土复合材料，由以下重量百分比的原料制成：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物        49％～70％；
凹凸棒土                              15％～35％；
相容剂                                3％～20％；
润滑剂                                0～1％。
作为优选，所述的ABS/凹凸棒土复合材料，由以下重量百分比的原料制成：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物        49％～70％；
凹凸棒土                              15％～35％；
相容剂                                3％～20％；
润滑剂                                0.1％～1％。
所述的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)可选用市售的通用牌号，作为优选，选择熔融指数(g/10min)为8～20的ABS，选择该熔融指数的目的在于添加较大比例的凹凸棒土的情况下，ABS/凹凸棒土复合材料仍能够保持良好的流动性，易于注塑成型。
所述的凹凸棒土可选用市售产品，凹凸棒土的长度为微米级，直径为纳米级，属于棒状结构，有利于提高ABS/凹凸棒土复合材料的表面光滑性，能够克服原ABS易刮伤的缺陷。所述的凹凸棒土的理想化学式为Mg5(H2O)4[Si4O10]2(OH)2·4H2O，作为优选，选择尺寸为50～1000目的凹凸棒土，尺寸太大容易使性能下降明显，尺寸太小虽然性能会得到一定程度的提高，但价格偏高。进一步优选，选择尺寸为100～300目的凹凸棒土。
作为优选，所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、硅烷偶联剂、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)、乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)中的一种或两种；相容剂能够促进ABS和凹凸棒土相容，使得ABS和凹凸棒土在ABS/凹凸棒土复合材料中均匀分布并提高界面相容性，从而提高该ABS/凹凸棒土复合材料的性能。硅烷偶联剂可具体选用硅烷偶联剂KH-57、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷等中的一种。
进一步优选，所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，马来酸酐接枝聚丙烯中马来酸酐的接枝率为0.8～1.2，，如果接枝率太低且需达到较好的增容效果的情况下，那么相容剂的添加比例较高，容易造成ABS/凹凸棒土复合材料的力学性能严重下降。
作为优选，所述的润滑剂为聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酸酰胺、乙撑双-12-羟基硬脂酰胺、芥酸酰胺、高纯油酸酰胺、茶油油酸酰胺、动物油酸酰胺中的一种或两种以上。在少量润滑剂存在的情况下，能进一步增加材料的熔体流动性，在保证ABS/凹凸棒土复合材料的力学性能的同时，增加了该ABS/凹凸棒土复合材料的加工性能，并使得采用本发明ABS/凹凸棒土复合材料制备的塑料表面具有较好的平滑性。进一步优选，所述的润滑剂为乙撑双-12-羟基硬脂酰胺。
作为优选，所述的ABS/凹凸棒土复合材料，由以下重量百分比的原料制成：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物        60％～65％；
凹凸棒土                              25％～35％；
相容剂                                3％～15％；
润滑剂                                0～1％。
进一步优选，所述的ABS/凹凸棒土复合材料，由以下重量百分比的原料制成：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物        60％；
凹凸棒土                              30％；
马来酸酐接枝聚丙烯                    10％。
进一步优选，所述的ABS/凹凸棒土复合材料，由以下重量百分比的原料制成：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物        60％；
凹凸棒土                              29.5％；
马来酸酐接枝聚丙烯                    10％；
乙撑双-12-羟基硬脂酰胺                0.5％。
本发明提供了一种ABS/凹凸棒土复合材料制备方法，其制备简单、操作方便，通过简单的步骤就可以使得ABS、凹凸棒土和相容剂均匀融合，制备出性能优异的ABS/凹凸棒土复合材料。
所述的ABS/凹凸棒土复合材料制备方法，包括以下步骤：
将丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、凹凸棒土、相容剂和选择性添加的润滑剂通过混合设备充分混合均匀，得到混合物料；将混合物料加入至双螺杆挤出机中熔融共混后熔融挤出，造粒，得到ABS/凹凸棒土复合材料。
进一步优选，所述的双螺杆挤出机的螺杆长径比为35～45∶1；所述的熔融共混的温度为210℃～230℃。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明ABS/凹凸棒土复合材料中，原料配方简单，其中，凹凸棒土属于天然矿物质，其价格低廉、处理简单并对环境污染小，具有良好的环境效益和社会价值。凹凸棒土的长度为微米级，直径为纳米级，属于棒状结构，有利于提高ABS/凹凸棒土复合材料的表面光滑性，能够克服原ABS的易刮伤的特点。通过相容剂提高了ABS和凹凸棒土的相容性，从而使得本发明ABS/凹凸棒土复合材料具有较好的硬度、较好的弯曲强度等优点，从而表现出优异的力学性能。本发明ABS/凹凸棒土复合材料中，少量润滑剂的加入能进一步增加材料的熔体流动性，在保证ABS/凹凸棒土复合材料的力学性能的同时，增加了该ABS/凹凸棒土复合材料的加工性能，并使得采用本发明ABS/凹凸棒土复合材料制备的塑料表面具有较好的平滑性。
本发明ABS/凹凸棒土复合材料制备方法，其制备简单、操作方便，通过简单的步骤就可以使得ABS、凹凸棒土、相容剂和润滑剂均匀融合，制备出性能优异的ABS/凹凸棒土复合材料，该制备的ABS/凹凸棒土复合材料性能优异和稳定，易于工业化生产并具有很好的经济效益，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
以下实施例和对比例进一步描述本发明，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
1)对凹凸棒土(200目，甘肃靖远)在80℃条件下进行真空干燥4小时，得到干燥后凹凸棒土；
2)分别称取ABS(日本东丽，T-300，熔融指数为10)6.5公斤、干燥后凹凸棒土2.5公斤和马来酸酐接枝聚丙烯(353D，美国杜邦，接枝率为1.0)1.0公斤在预混机中(200转/分钟)进行预混合，得到混合物料；
3)将混合物料加入双螺杆挤出机中熔融共混后挤出，造粒，得到颗粒状ABS/凹凸棒土复合材料。其中，混合物料在双螺杆挤出机中各段的温度分别为：喂料段温度210℃，压缩段温度220℃，计量段温度225℃，机头温度225℃，双螺杆挤出机的转速为300转/分。双螺杆挤出机的螺杆长径比为40∶1。
将上述得到的颗粒状ABS/凹凸棒土复合材料加入至注塑机中注塑成型，得到抗冲击样条及拉伸样条，其中，注塑区温度220℃，模板区温度35℃。最终的性能测试数据详见表1。
实施例2
1)对凹凸棒土(200目，甘肃靖远)在80℃条件下进行真空干燥4小时，得到干燥后凹凸棒土；
2)分别称取ABS(日本东丽，T-300，熔融指数为10)6.5公斤、干燥后凹凸棒土3.0公斤和马来酸酐接枝聚丙烯(353D，美国杜邦，接枝率为1.0)0.5公斤在预混机中(200转/分钟)进行预混合，得到混合物料；
3)将混合物料加入双螺杆挤出机中熔融共混后挤出，造粒，得到颗粒状ABS/凹凸棒土复合材料。其中，混合物料在双螺杆挤出机中各段的温度分别为：喂料段温度210℃，压缩段温度220℃，计量段温度225℃，机头温度225℃，双螺杆挤出机的转速为300转/分。双螺杆挤出机的螺杆长径比为40∶1。
将上述得到的颗粒状ABS/凹凸棒土复合材料加入至注塑机中注塑成型，得到抗冲击样条及拉伸样条，其中，注塑区温度220℃，模板区温度35℃。最终的性能测试数据详见表1。
实施例3
1)对凹凸棒土(200目，甘肃靖远)在80℃条件下进行真空干燥4小时，得到干燥后凹凸棒土；
2)分别称取ABS(日本东丽，T-300，熔融指数为10)6.5公斤、干燥后凹凸棒土3.2公斤和马来酸酐接枝聚丙烯(353D，美国杜邦，接枝率为1.0)0.3公斤在预混机中(200转/分钟)进行预混合，得到混合物料；
3)将混合物料加入双螺杆挤出机中熔融共混后挤出，造粒，得到颗粒状ABS/凹凸棒土复合材料。其中，混合物料在双螺杆挤出机中各段的温度分别为：喂料段温度210℃，压缩段温度220℃，计量段温度225℃，机头温度225℃，双螺杆挤出机的转速为300转/分。双螺杆挤出机的螺杆长径比为40∶1。
将上述得到的颗粒状ABS/凹凸棒土复合材料加入至注塑机中注塑成型，得到抗冲击样条及拉伸样条，其中，注塑区温度220℃，模板区温度35℃。最终的性能测试数据详见表1。
实施例4
1)对凹凸棒土(200目，甘肃靖远)在80℃条件下进行真空干燥4小时，得到干燥后凹凸棒土；
2)分别称取ABS(日本东丽，T-300，熔融指数为10)6.0公斤、干燥后凹凸棒土2.5公斤和马来酸酐接枝聚丙烯(353D，美国杜邦，接枝率为1.0)1.5公斤在预混机中(200转/分钟)进行预混合，得到混合物料；
3)将混合物料加入双螺杆挤出机中熔融共混后挤出，造粒，得到颗粒状ABS/凹凸棒土复合材料。其中，混合物料在双螺杆挤出机中各段的温度分别为：喂料段温度210℃，压缩段温度220℃，计量段温度225℃，机头温度225℃，双螺杆挤出机的转速为300转/分。双螺杆挤出机的螺杆长径比为40∶1。
将上述得到的颗粒状ABS/凹凸棒土复合材料加入至注塑机中注塑成型，得到抗冲击样条及拉伸样条，其中，注塑区温度220℃，模板区温度35℃。最终的性能测试数据详见表1。
实施例5
1)对凹凸棒土(200目，甘肃靖远)在80℃条件下进行真空干燥4小时，得到干燥后凹凸棒土；
2)分别称取ABS(日本东丽，T-300，熔融指数为10)6.0公斤、干燥后凹凸棒土3.0公斤和马来酸酐接枝聚丙烯(353D，美国杜邦，接枝率为1.0)1.0公斤在预混机中(200转/分钟)进行预混合，得到混合物料；
3)将混合物料加入双螺杆挤出机中熔融共混后挤出，造粒，得到颗粒状ABS/凹凸棒土复合材料。其中，混合物料在双螺杆挤出机中各段的温度分别为：喂料段温度210℃，压缩段温度220℃，计量段温度225℃，机头温度225℃，双螺杆挤出机的转速为300转/分。双螺杆挤出机的螺杆长径比为40∶1。
将上述得到的颗粒状ABS/凹凸棒土复合材料加入至注塑机中注塑成型，得到抗冲击样条及拉伸样条，其中，注塑区温度220℃，模板区温度35℃。最终的性能测试数据详见表1。
实施例6
1)对凹凸棒土(200目，甘肃靖远)在80℃条件下进行真空干燥4小时，得到干燥后凹凸棒土；
2)分别称取ABS(日本东丽，T-300，熔融指数为10)6.0公斤、干燥后凹凸棒土2.95公斤、马来酸酐接枝聚丙烯(353D，美国杜邦，接枝率为1.0)1.0公斤和乙撑双-12-羟基硬脂酰胺0.05公斤在预混机中(200转/分钟)进行预混合，得到混合物料；
3)将混合物料加入双螺杆挤出机中熔融共混后挤出，造粒，得到颗粒状ABS/凹凸棒土复合材料。其中，混合物料在双螺杆挤出机中各段的温度分别为：喂料段温度210℃，压缩段温度220℃，计量段温度225℃，机头温度225℃，双螺杆挤出机的转速为300转/分。双螺杆挤出机的螺杆长径比为40∶1。
将上述得到的颗粒状ABS/凹凸棒土复合材料加入至注塑机中注塑成型，得到抗冲击样条及拉伸样条，其中，注塑区温度220℃，模板区温度35℃。最终的性能测试数据详见表1。
实施例7
1)对凹凸棒土(200目，甘肃靖远)在80℃条件下进行真空干燥4小时，得到干燥后凹凸棒土；
2)分别称取ABS(日本东丽，T-300，熔融指数为10)6.0公斤、干燥后凹凸棒土3.5公斤和马来酸酐接枝聚丙烯(353D，美国杜邦，接枝率为1.0)0.5公斤在预混机中(200转/分钟)进行预混合，得到混合物料；
3)将混合物料加入双螺杆挤出机中熔融共混后挤出，造粒，得到颗粒状ABS/凹凸棒土复合材料。其中，混合物料在双螺杆挤出机中各段的温度分别为：喂料段温度210℃，压缩段温度220℃，计量段温度225℃，机头温度225℃，双螺杆挤出机的转速为300转/分。双螺杆挤出机的螺杆长径比为40∶1。
将上述得到的颗粒状ABS/凹凸棒土复合材料加入至注塑机中注塑成型，得到抗冲击样条及拉伸样条，其中，注塑区温度220℃，模板区温度35℃。最终的性能测试数据详见表1。
对比例1
将称取ABS(日本东丽，T-300，熔融指数为10)10.0公斤加入双螺杆挤出机中熔融共混后挤出，造粒，得到颗粒状ABS材料。其中，混合物料在双螺杆挤出机中各段的温度分别为：喂料段温度210℃，压缩段温度220℃，计量段温度225℃，机头温度225℃，双螺杆挤出机的转速为300转/分。双螺杆挤出机的螺杆长径比为40∶1。
将上述得到的颗粒状ABS材料加入至注塑机中注塑成型，得到抗冲击样条及拉伸样条，其中，注塑区温度220℃，模板区温度35℃。最终的性能测试数据详见表1。
对比例2
1)对凹凸棒土(200目，甘肃靖远)在80℃条件下进行真空干燥4小时，得到干燥后凹凸棒土；
2)分别称取ABS(日本东丽，T-300，熔融指数为10)7.0公斤和干燥后凹凸棒土3.0公斤在预混机中(200转/分钟)进行预混合，得到混合物料；
3)将混合物料加入双螺杆挤出机中熔融共混后挤出，造粒，得到颗粒状ABS/凹凸棒土复合材料。其中，混合物料在双螺杆挤出机中各段的温度分别为：喂料段温度210℃，压缩段温度220℃，计量段温度225℃，机头温度225℃，双螺杆挤出机的转速为300转/分。双螺杆挤出机的螺杆长径比为40∶1。
将上述得到的颗粒状ABS/凹凸棒土复合材料加入至注塑机中注塑成型，得到抗冲击样条及拉伸样条，其中，注塑区温度220℃，模板区温度35℃。最终的性能测试数据详见表1。
将实施例1～7以及对比例1～2制备的抗冲击样条及拉伸样条，进行性能测试，按照GBT1843-1996进行冲击性能测试(切口冲击试验，摆锤5.5J，四组实验取平均值)，按照GB1040-2006进行断裂伸长率和拉伸强度的测试(四组实验取平均值)，按照GBT6739-1996进行硬度的测试(四组实验取平均值)，其测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0000146455320000091

Claims (4)

1.一种ABS/凹凸棒土复合材料，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物            60%；
凹凸棒土                                  30%；
相容剂                                    10%；
所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，马来酸酐接枝聚丙烯中马来酸酐的接枝率为0.8～1.2。
2.一种ABS/凹凸棒土复合材料，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：
Figure FDA00003497547100011
所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，马来酸酐接枝聚丙烯中马来酸酐的接枝率为0.8～1.2；
所述的润滑剂为乙撑双-12-羟基硬脂酰胺。
3.根据权利要求1～2任一项所述的ABS/凹凸棒土复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、凹凸棒土、相容剂和选择性添加的润滑剂通过混合设备充分混合均匀，得到混合物料；将混合物料加入至双螺杆挤出机中熔融共混后熔融挤出，造粒，得到ABS/凹凸棒土复合材料。
4.根据权利要求3所述的ABS/凹凸棒土复合材料的制备方法，其特征在于，所述的双螺杆挤出机的螺杆长径比为35～45:1；所述的熔融共混的温度为210℃～230℃。
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