ABS 阻燃抗靜電體系的研究

1、第28卷第4期福州大學學報(自然科學版Vol.28No.42000年8月Journal of Fuzhou University(Natural ScienceAug.2000文章編號:1000-2243(200004-0095-04ABS阻燃抗靜電體系的研究鄭玉嬰(福州大學化學工程系,福建福州350002摘要:采用抗靜電劑、阻燃劑和協(xié)同劑復合改性ABS,研制一種抗靜電阻燃材料,并對各自作用的機理進行初步探討.結果表明,選用優(yōu)化配方的阻燃抗靜電ABS復合體系具有良好的阻燃和抗靜電性能,并基本保持了ABS的耐沖擊和拉伸性能.關鍵詞:ABS;阻燃;抗靜電中圖分類號:TQ320.4文獻標識碼:AAB

2、S樹脂具有良好的機械性能與使用性能,但是由于它的可燃性(氧指數(shù)為21%,容易產(chǎn)生靜電現(xiàn)象(表面電阻率為4.61015cm,限制了其使用范圍.研究發(fā)現(xiàn),正確選擇抗靜電及阻燃體系可避免二者相互干擾,并保證抗靜電性能持久、穩(wěn)定和解決加入阻燃劑后沖擊強度大幅度下降及加工性能顯著變差的問題.本文報道了采用抗靜電劑、阻燃劑、協(xié)同劑、改性劑及其它助劑與ABS共混造粒的方法,研制具有良好的阻燃和抗靜電性能及加工性能的ABS材料.1實驗1.1鹵素阻燃劑選擇鹵素化合物在熱分解過程中產(chǎn)生鹵化氫,當聚合物燃燒時,鹵化氫能阻止羥基游離基生成,不燃的鹵化氫還可稀釋熱分解的可燃氣體,使氧難于擴散到燃燒著的材料上,達到阻燃目

3、的1,2.鹵素元素都具有阻燃性,其阻燃順序是IBrClF.由于C-F鍵很穩(wěn)定,難分解,阻燃效果差;碘化合物不穩(wěn)定,因此,通常使用溴化物和氯化物作為阻燃劑.C-Cl鍵的離解能為280.5kJ/mol,C-Br鍵為226kJ/mol.另外,在發(fā)揮同樣阻燃效果時,溴化物用量少,燃燒殘留量也少,所以使用溴化物更為普遍.在篩選試驗中,設計一個特定配方:ABS80份,鹵素阻燃劑12份,Sb2O33份,硼酸鋅3份,其他助劑2份.比較四溴雙酚A、FR-10、FR-8、氯化石蠟、FR-2等鹵素阻燃劑對ABS氧指數(shù)的影響,結果FR-10氧指數(shù)最高.1.2協(xié)同劑選擇雖然在聚合物中加入足夠量的鹵素化合物可以得到自熄的

4、聚合物,但是鹵化物含量過大會不同程度影響塑料的物理機械性能.目前應用較廣的協(xié)同劑是Sb2O3.Sb2O3的主要缺點是成本高,而且有毒性,對眼睛有刺激作用,會引起皮膚過敏和設備腐蝕,在聚合物燃燒情況下使煙霧增多.為了克服這些缺點,在使用脂肪族和脂環(huán)族的氯化物和溴化物作阻燃劑時,收稿日期:1999-08-20作者簡介:鄭玉嬰(1959-,女,副教授.硼酸鋅是氧化銻最有效的取代物.選擇的硼酸鋅在使用時不需特殊處理,它是一種高流動的細晶粉末,容易分散于各種樹脂中,ZnB/Sb 2O 3復合的阻燃效果要比單獨使用Sb 2O 3為好,而且可以減少發(fā)煙量,因此無論從阻燃效果,毒性方面還是經(jīng)濟效益來看都是合理

5、的.1.3靜電的消除機理及抗靜電劑選擇塑料制品中的靜電現(xiàn)象目前主要靠抗靜電劑來消除,抗靜電劑絕大多數(shù)是表面活性劑3,它的分類方法常用的是按化學結構和使用方法分類.按照化學結構可將抗靜電劑分為4類:陽離子型、陰離子型、兩性離子型和非離子型.無論是離子型的或非離子型的,其結構中都含有親水基團和疏水基團(親油基團,疏水基團的作用是使抗靜電劑與高聚物有一定的相溶性,而親水基團使它有一定的吸水性,從而在塑料表面形成一層含水導電層,起到抗靜電作用.抗靜電劑按使用方法可分為外涂型和內(nèi)加型兩類.外涂型抗靜電劑是通過刷涂、噴涂或浸涂等方法涂敷于制品表面,它們見效快,但容易因摩擦、洗滌而脫失,因此它們只能提供暫時

6、的或短期的抗靜電效應.內(nèi)加型抗靜電劑是在配料時加入塑料材料中,成型后慢慢遷移到制品表面起抗靜電效果,它們耐摩擦、耐洗滌、效能持久,是塑料中廣泛使用的抗靜電劑主要類型.抗靜電劑的作用是盡量控制電荷發(fā)生和使已產(chǎn)生的電荷盡快泄漏.因此,抗靜電劑還應具有:潤滑性和吸濕性.潤滑性可減弱摩擦,控制電荷發(fā)生.吸濕性則吸附空氣中的水分迅速在制品表面形成導電膜,使產(chǎn)生的電荷盡快傳導消失;與聚合物有適當?shù)南嗳苄砸员ＷC抗靜電劑能擴散到制品表面,從而補償損失的導電膜;易于與其他助劑混合,有較好的分散性和熱穩(wěn)定性.因此選擇合適的抗靜電劑是消除靜電工作的重要環(huán)節(jié).根據(jù)上述抗靜電劑的作用機理及其所選用的抗靜電劑既要具有高效

7、的抗靜電性能又不影響阻燃效果,經(jīng)大量試驗,結果見表1.從表1數(shù)據(jù)看出,抗靜電劑H KD -230對ABS 復合體系效果較好,因此選用H KD -230作為抗靜電劑.表1不同抗靜電劑對ABS 復合體系抗靜電性能的影響材料ABS +HZ -1ABS +HK D -331ABS +HK D -230表面電阻率/cm1.810133.110125.11092結果與討論2.1Sb 2O 3與鹵素阻燃劑的協(xié)同效應為考察二者的協(xié)同效應,固定阻燃劑的總用量,變更溴化物與Sb 2O 3的比例,測試結果如表2.由表2數(shù)據(jù)可見,Sb 2O 3與鹵素阻燃劑的比例為1.5/3時,氧指數(shù)值最高,比單獨使用鹵素化合物時明顯

8、增加.表2Sb 2O 3與鹵素阻燃劑的不同配比對ABS 復合體系氧指數(shù)的影響Sb 2O 3/鹵素阻燃劑0/30.5/31/3 1.5/32/3LOI/%22.024.027.130.020.269福州大學學報(自然科學版第28卷2.2抗靜電劑含量對ABS 抗靜電性能的影響由表3所示的實驗結果可知,共混體系的表面電阻率隨抗靜電劑含量的增加而下降.含量高于2.5%時,表面電阻率不再下降,反而有上升趨勢.這可能是高濃度抗靜電劑在ABS 表面排列混亂不利于吸附水的單分子層的形成,所以H KD -230在配方中有一個臨界值.表3H D K-230含量與ABS 復合體系表面電阻率的關系HK D -230/

9、%01 1.52 2.53表面電阻率/cm4.610152.510125.11092.1109210991092.3環(huán)境溫度和濕度對抗靜電效果的影響從表4看出,環(huán)境溫度和濕度對抗靜電效果影響較明顯.當相對濕度大、溫度高時,抗靜電效果較好.這是由于制品表面的抗靜電劑分子層是依靠吸附空氣中水分而顯示其作用的.溫度高,分子鏈段運動激烈,有利于抗靜電劑的析出;濕度大,抗靜電劑分子層吸附水分多,易于形成導電的水膜,所以均可顯示較好的抗靜電效果.表4濕度和溫度對ABS 復合體系抗靜電性能的影響實驗項目相對濕度/%4060T /2030表面電阻率/cm 5.81092.01099.51092.21092.4

10、阻燃劑對ABS 樹脂燃燒性能的影響為考察阻燃劑對ABS 的阻燃效率,在ABS 復合體系中分別添加10%和20%的阻燃劑,其測試結果見表5.由表5數(shù)據(jù)可見ABS 添加阻燃劑后具有優(yōu)良的阻燃性.表5阻燃劑含量對ABS 復合體系燃燒性能的影響材料氧指數(shù)水平測試法UL -94燃燒法ABS21.0G B2408-80/ABS +10%阻燃劑26.5G B2408-80/ABS +20%阻燃劑34.5G B2408-80/V -O2.5ABS 改性復合體系的流變性能考察改性復合體系的流變性,為實際成型加工工藝提供依據(jù),圖1和圖2為ABS 樹脂改性前后的轉矩曲線.從圖1和圖2可知,ABS 改性復合體系與純A

11、BS 相比,轉矩值降低,達到平衡值的塑化時間較短,說明ABS 改性復合體系的熔體粘度較低,流動性較好.2.6ABS 改性前后綜合性能對比ABS 與改性后的ABS 在氧指數(shù)、垂直燃燒等級、水平燃燒等級、表面電阻率、拉伸強度、缺口沖擊強度、熱變形溫度等性能上的對比結果如表6所示.79第4期鄭玉嬰:ABS 阻燃抗靜電體系的研究 圖1ABS 轉矩曲線圖2改性ABS 轉矩曲線表6ABS 改性前后的性能對比材料氧指數(shù)/%垂直燃燒等級水平燃燒等級表面電阻率/cm拉伸強度/MPa缺口沖擊強度a k /kJ m -2熱變形溫度T /ABS214.6101543.126.180改性ABS 34.5FV -05.1

12、10941.624.280參考文獻:1徐應麟,王元宏,夏國梁編.高聚物材料的實用阻燃技術M .北京:化學工業(yè)出版社,1987.68-88.2鐘明強.ABS 的阻燃及力學性能研究J .塑料工業(yè),1996(4:25-28.3范衛(wèi)娟.抗靜電劑及其開發(fā)研究進展J .現(xiàn)代塑料加工應用,1997(4:39-41.A study on the flame -retardant and antistatic system of ABSZHEN G Yu -ying(Department of Chemical Engineering ,Fuzhou University ,Fuzhou ,Fujian 350

13、002,China Abstract :The flame -retardant and antistatic system of ABS was studied in this paper.The flame -retardant and antistatic properties of ABS were improved by adding flame -retardant ,an 2tistatic agent ,coordinate agent and the mechanism of each of them was investigated.The experi 2mental results show that the excellent flame -retardant and antistatic ABS were pre