HIPS合金的制備研究,化工論文

無鹵阻燃PPO/HIPS合金的制備研究,化工論文聚苯醚〔PPO〕屬于五大工程塑料之一，是由美國通用電氣公司〔GE〕于20世紀60年代中期開發(fā)的熱塑性樹脂。PPO具有優(yōu)良的力學性能、耐熱性、電氣絕緣性以及在高溫下蠕變較小的優(yōu)點，同時PPO的密度及吸濕性較低、強度較高、尺寸穩(wěn)定性1流動性較差、成型加工困難，需要在300℃高溫下加工，極大地限制了其應用范圍。為克制PPO的缺點，擴大其應用領(lǐng)域，必須對其進行改性[1].PPO通過摻混高沖擊強度聚苯乙烯〔HIPS〕進行改性后，可大大改善其成型加工性能，因而得到了廣泛應用。由于PPO分子構(gòu)造中無強極性基團，可在較寬的頻率及溫度范圍內(nèi)保持良好的電性能。PPO的介電常數(shù)非常低，且?guī)缀醪皇軠囟?、濕度的影響；而其體積電阻率很高，能夠廣泛用于生產(chǎn)電器產(chǎn)品，尤其是耐高壓及戶外使用的部件，如光伏行業(yè)使用的各種接線盒、彩電中的行輸出變壓器等，因而要求PPO具有優(yōu)異的阻燃及力學性能[2].隨著歐盟(關(guān)于報廢電子電氣設(shè)備指令〕〔WEEE〕和(關(guān)于限制在電子電器設(shè)備中使用某些有害成分的指令〕〔ROHS〕等環(huán)保法規(guī)的發(fā)布，研究開發(fā)符合國際阻燃和環(huán)保要求的無鹵阻燃PPO/HIPS合金已成為塑料改性領(lǐng)域的一個研究熱門。當前有關(guān)無鹵阻燃PPO/HIPS合金的研究主要集中在材料阻燃性能的提高，進一步改善其力學性能卻少有報道[3].改性PPO產(chǎn)品主要應用在電子電氣及汽車行業(yè)，全球每年的用量在100萬t以上。由于受原料和關(guān)鍵技術(shù)的制約，當前我們國家尚無大規(guī)模生產(chǎn)改性PPO的廠家，市場上的改性PPO產(chǎn)品一直依靠進口，價格一直居高不下，改性PPO產(chǎn)品成為發(fā)達國家壟斷的核心產(chǎn)品之一。長期以來我們國家尚不能生產(chǎn)PPO原料，隨著近年來藍星化工新材料股份有限公司國產(chǎn)PPO原粉進入市場，國內(nèi)的PPO改性也隨之成為開發(fā)熱門[4-5].1實驗部分1.1主要原料PPO,LXR040C,藍星化工新材料股份有限公司；HIPS,425,韓國錦湖石油化學株式會社；苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物接枝馬來酸酐〔SEBS-g-MAH〕，接枝率0.8%~1%,沈陽科通塑膠有限公司；抗氧劑168、抗氧劑1010,瑞士Ciba公司；雙酚A雙〔二苯基磷酸酯〕阻燃劑〔BDP〕，江蘇雅克科技股份有限公司。1.2儀器與設(shè)備雙螺桿擠出機，CTE-20,科倍隆科亞機械公司；高速混合機，SHR-25A,張家港市萬凱機械有限公司；注射機，CJ80M3V,廣州震德塑料機械有限公司；電子萬能試驗機，WDW-10C,上海華龍測試儀器廠；懸臂梁沖擊試驗機，XJU-5.5,承德金建檢測儀器有限公司；熔體流動速率測定儀，XRL-400A/B/C/D,承德精致細密試驗機有限公司；維卡軟化點試驗機，ZWK1302-2,深圳市新三思材料檢測有限公司；燃燒試驗機，YN52031,蘇州宇諾儀器有限公司。1.3試樣制備將枯燥后的PPO及HIPS、SEBS-g-MAH、抗氧劑等經(jīng)高速混合機混勻后，置于加料器中，定量從雙螺桿擠出機第一進料口參加，阻燃劑BDP通過液體喂料系統(tǒng)定量參加，在270~290℃、螺桿轉(zhuǎn)速280~320r/min下，經(jīng)雙螺桿共混、擠出、冷卻、切粒得到高性能、無鹵阻燃PPO/HIPS合金成品；該合金粒子經(jīng)120℃、4h枯燥后，用注射機在280~300℃、60~80MPa下注塑成標準試樣，以備性能測試。1.4性能測試沖擊強度〔懸臂梁法，帶缺口〕按ASTMD256測定；拉伸強度按ASTMD638測定；彎曲強度按ASTMD790測定；熱變形溫度按ASTMD648測定；熔體流動速率按ASTMD1238測定；阻燃性能按UL94標準測定，試樣厚度1.5mm.2結(jié)果與討論2.1PPO/HIPS配比對合金力學性能和熱變形溫度的影響PPO與HIPS在聚合物合金中屬于少數(shù)完全相容的材料，通過任意比例共混可得到耐溫達80~170℃范圍的工程塑料合金。圖1為PPO/HIPS配比對合金力學性能的影響。從圖1能夠看出，PPO/HIPS配比為60/40時合金材料的綜合性能最好。隨著HIPS用量的逐步增加，PPO/HIPS合金的缺口沖擊強度略有提高，這是由于HIPS的主鏈中沒有苯環(huán)，其苯環(huán)在側(cè)鏈上，而PPO主鏈上有苯環(huán)，HIPS對PPO起到增韌劑的作用，但其增韌效果并不是很好。而合金的拉伸強度、彎曲強度則隨著HIPS用量的增加而下降，十分當PPO/HIPS配比為50/50時下降較為明顯，講明PPO主鏈的苯環(huán)構(gòu)造在PPO用量大于50份時受聚烯烴柔性鏈的影響很小，而HIPS中的苯乙烯對合金耐熱性影響較大。圖2為PPO/HIPS配比對合金熱變形溫度和熔體流動速率的影響。從圖2能夠看出，隨著HIPS用量的增加，PPO/HIPS合金的熱變形溫度逐步下降，同時合金的熔體流動速率明顯提高，其加工性能大幅改善。這是由于HIPS具有優(yōu)良的加工性能，但其耐熱性較差，對合金的熱變形溫度和熔體流動速率影響較大。2.2阻燃劑用量對PPO/HIPS合金綜合性能的影響PPO具有自熄性，因而具有良好的阻燃改性基礎(chǔ)；PPO的氧指數(shù)為28%,HIPS的氧指數(shù)為18.1%,PPO/HIPS合金材料由于HIPS的參加導致其阻燃性能明顯降低，必須參加適宜的阻燃劑使其知足使用要求。磷系阻燃劑與PPO具有協(xié)同阻燃作用，阻燃效果明顯，而且不含鹵素，避免含鹵阻燃材料燃燒時釋放出有毒的鹵化氫氣體和大量煙霧，甚至產(chǎn)生二惡英等致癌物，知足環(huán)保要求。因而選用磷系阻燃劑BDP〔雙酚A雙〔二苯基磷酸酯〕〕作為阻燃劑，通過改變BDP用量制備不同的阻燃PPO/HIPS合金，華而不實PPO/HIPS/抗氧劑的用量固定為60/40/0.2.BDP用量對PPO/HIPS合金性能的影響如表1所示。從表1能夠看出，隨著阻燃劑BDP用量的增加，PPO/HIPS合金的阻燃性能有較大的改善，當BDP用量超過12份時，合金的阻燃性能能夠知足使用要求，到達UL94V-0級。同時由于BDP中含有苯環(huán)，與PPO的相容性較好，在PPO/HIPS合金體系中也充當了增塑劑的作用，提高了PPO分子鏈的活動能力，導致合金缺口沖擊強度、熱變形溫度大幅下降。2.3SEBS-g-MAH用量對PPO/HIPS合金綜合性能的影響SEBS與HIPS的相容性很好，而在SEBS上接枝MAH后能夠提高與PPO的相容性，當合金材料遭到外力作用時，SEBS-g-MAH作為彈性體在體系中能有效地引發(fā)銀紋，并阻止銀紋擴展，吸收了沖擊能，起到增韌的作用。保持PPO/HIPS/BDP/抗氧劑配比為60/40/12/0.2,通過添加SEBS-g-MAH作為阻燃PPO/HIPS合金的增韌劑，分析SEBS-g-MAH用量對合金物理力學性能和阻燃性能的影響，結(jié)果如表2所示。從表2能夠看出，在PPO/HIPS合金中添加SEBS-g-MAH后，合金的缺口沖擊強度明顯提高，并且熱變形溫度基本不受影響，但SEBS-g-MAH用量為10份時，PPO/HIPS合金的阻燃性能明顯下降，這是由于SEBS-g-MAH中的MAH和彈性體對阻燃性能產(chǎn)生較大影響，不能知足實際使用要求。3結(jié)論通過研究PPO/HIPS的不同配比、阻燃劑BDP對PPO/HIPS合金阻燃性能的影響及SEBS-g-MAH對PPO/HIPS的增韌作用，表示清楚有機磷系阻燃劑BDP對PPO/HIPS合金體系具有良好的阻燃協(xié)同作用。SEBS-g-MAH能夠明顯提高PPO/HIPS阻燃合金材料的缺口沖擊強度；PPO/HIPS為60/40時合金的綜合性能最佳，在這里PPO/HIPS合金中添加12份BDP及8份SEBS-g-MAH能夠使其具有優(yōu)異的阻燃性能〔到達UL94V-0級〕，同時保持較高的力學性能，到達阻燃與沖擊性能的完美統(tǒng)一，采用該方式方法制備的無鹵阻燃PPO/HIPS合金具有較高的實用價值。以下為參考文獻：[1]王勇。改性聚苯醚國內(nèi)外進展[J].化工新型材料，2002,30〔12〕：[2]趙云芳。磷酸酯阻燃劑在聚苯醚中的應用研究[J].當代塑料加工應用，2008,20〔4〕：41-43.[3]張奇，徐康銘，鄧豪杰，等。SEBS-g-