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          深度研究阻燃ABS

          文章出處:行業資訊 責任編輯:東莞市方春塑膠造粒機械有限公司 發表時間:2022-09-14
                 方春塑料知識小百科和你一起探討阻燃ABS的研究所得!ABS屬于易燃材料,但讓ABS起到阻燃效果的方法卻有不少,但遺憾的是單純用某種辦法來進行的話,雖然達到目的,但同時卻存在不少其它的確定,例如會影響到ABS的其它性能!那究竟有什么完美的處理方案呢?接下來帶著這個疑問,我們一下來看下文。

               ABS樹脂是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯組成的三元共聚物,所以能表現三種組份之間的協同性能。但是ABS屬于易燃材料,這在一定程度上限制了它的應用。因此阻燃ABS的研究也就具有了相當重要的意義。

               ABS樹脂是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯組成的三元共聚物,三種聚合物協同作用,所以具有表面硬度高、堅韌、耐低溫沖擊性好、耐蠕變性好、尺寸穩定性好、成型收縮率小等優異性能,但其氧指數僅18.3 3~20 (< 21 ),屬于易燃材料,這已成為ABS樹脂進一步推廣應用和發展的一大障礙。在ABS消費結構中主要是家用電器 、機械配件 、辦公用品和用具等。如電視機、電冰箱、洗衣機、電風扇、空調、計算機、復印機、電話、吸塵器等,此外還有汽車、摩托車和管道等。上述用途中ABS主要做內外殼體、支撐和各種零配件,同時ABS在通訊器材、商品器材、文教娛樂用品及建材的需求前景也十分看好。隨著科技進步和生活質量的提高,人們安全意識越來越強,國內外對汽車、建筑、家用電器、辦公用品等方面使用的塑料材料提出了嚴格的防火阻燃要求,制定了相應的技術標準與規范。為此,研究和開發ABS阻燃新技術已顯得十分重要。

               目前ABS樹脂的阻燃研究主要采用的方法有以下幾種:

               ● 在合成中添加反應型阻燃劑作為第四單體進行聚合,其缺點是工藝復雜,成本高且不易控制。

               ● 加入具有阻燃性且與ABS有一定相容性的聚合物,如PVC、CPE等。

               ● 添加阻燃劑。添加的阻燃劑分為無機和有機兩大類,其中含鹵有機類的阻燃劑阻燃效果好,但存在燃燒時發黑煙和耐候性差的缺點。無機的阻燃劑主要是氫氧化鋁、氫氧化鎂等,這類阻燃劑只有大量添加才能達到一定的阻燃效果,但會使ABS的力學性能和加工性能惡化。

               ● 復合方法。即將上述第2、3種方法結合起來,對ABS的阻燃性能、力學性能、消煙性能進行綜合的研究,從而得到較為理想的阻燃ABS合金材料。

               ABS的“阻燃添加劑”

               對ABS塑料具有較好阻燃作用的主要有磷系、鹵系有機物及某些無機化合物,其中無機阻燃劑在ABS中添加量需要達到 40%以上才有較明顯的效果,同時由于其添加量大,因此會嚴重損害ABS的物理力學性能。而磷系阻燃劑品種、數量較少,且多數又為液體和低熔點化合物,不適用于ABS的造粒加工工藝。因此,當前對于ABS的阻燃體系主要采用鹵系阻燃劑,其中阻燃效果最好的為含溴有機化合物,如十溴聯苯醚 (DBDPO)、四溴雙酚A等。

               聚氯乙烯和CPE由于其與ABS良好的相容性和高含氯量,因而既是ABS的一種高效阻燃劑,又可作為ABS的共混改性組份。用它還可以降低小分子阻燃劑對ABS的力學損失,但在使用過程中應充分考慮到其熱穩定性差的缺點。研究表明,十溴聯苯醚和Sb2O3共同使用具有協同效應。當DBDPO/Sb2O3為 2∶ 1時,阻燃效率最好,氧指數最高。其阻燃機理為:鹵素阻燃劑分解產生的鹵化氫氣體是不燃性氣體,有稀釋作用,且鹵化氫能夠抑制高聚物燃燒的連鎖反應,同時加入輔助阻燃劑Sb2O3與HBr反應得SbBr3相對密度很大,覆蓋于聚合物表面。另外,生成的SbBr3 在高溫下分解,產生固體小顆粒分散于氣相中,起到隔絕空氣和熱的作用。

               提高阻燃ABS沖擊性能

              大部分阻燃劑的加入肯定會對ABS的力學性能帶來影響,尤其是沖擊強度會有所下降。為提高阻燃ABS的沖擊強度,主要采用以下幾種方法:

               ● 添加與ABS相容性好的樹脂。大量的研究表明,PVC、CPE在提高ABS的阻燃效果的同時都能改善它的沖擊性能,而SBS等橡膠也能提高阻燃ABS的沖擊強度,但會不同程度降低體系的阻燃性,需補充一定的阻燃劑用量以保持阻燃效果。ABS中添加 PC可明顯提高阻燃性能,從而達到減少阻燃劑的添加量的目的,減少由于阻燃劑的加入而對沖擊強度帶來的影響。

               ● 對阻燃劑的表面進行偶聯處理。這一點尤其在大量使用無機阻燃劑如A1(OH)3、Mg(OH)2時尤為重要。經鈦酸酯偶聯劑表面處理過的Mg(OH)2,因與ABS樹脂的相容性有所改善,沖擊強度略有增加,同時有利于阻燃效果的提高。

              ● 使用粒徑更小的無機阻燃劑,對沖擊性能的損失會更小。

              ● 不同的溴類阻燃劑對ABS的力學性能的影響也不同

              ABS的低煙化研究

              在阻燃ABS的研究中,采用溴類的阻燃劑雖然添加量少,阻燃效果好,但在燃燒時冒黑煙,且有許多黑色的揚灰,對環境帶來嚴重的污染。因此在使用溴類阻燃體系時,最好同時加入抑煙劑,A1(OH) 3、Mg(OH)2和MoO3等。研究表明,阻燃體系中引入ATH以后,不僅提高了體系的阻燃效果,同時有效地抑制了體系燃燒時產生的大量煙霧。這一結果是由于三水合氫氧化鋁含有 34.6 %的鍵合水,受熱后會釋放出大量水蒸氣,起到了降溫作用。且每克ATH要吸收1.97KJ熱量,同時在燃源和基材間形成不燃屏障,起到了阻燃的作用。另外A1(OH)3有較大的表面積,能吸附煙核和煙顆粒,起到消煙作用。三氧化鉬亦有阻燃和抑煙的雙重作用,它與三水合氫氧化鋁和氧化銻都顯示出了一定的協同效果。

              阻燃ABS的耐候性

             ABS分子鏈中由于存在不穩定的雙鍵,易熱氧老化和光老化,而一些鹵素阻燃劑的光穩定性較差,使得阻燃ABS的耐侯性不好,顏色穩定性差,限制了ABS在戶外的應用。因此,對于ABS耐侯性的研究主要集中在三個方面。

               首先,使用耐侯性、穩定性好的阻燃劑,這方面無機阻燃劑就有它的優點。而不同溴類阻燃劑的耐侯性是有差異的,十溴聯苯醚是目前我國用量最大的阻燃劑之一,但由于分子結構中存在醚鍵,鍵間的結合力較差,所需的能級躍遷的能量低,易吸收紫外光能量而產生活性自由基,既影響阻燃劑本身的紫外光穩定性,又會引發ABS分子鏈自由基的降解。四溴雙酚A在ABS中的耐紫外光老化性能就要優于十溴聯苯醚,這是因為十溴聯苯醚的兩個苯環之間是由氧原子連接,氧上的孤對電子與其兩邊的苯環上的電子云產生共軛效應,從而可使聯苯醚自由基穩定存在,導致更多的溴自由基產生引發ABS的降解。而四溴雙酚A兩個苯環之間是由碳原子連接,沒有共軛效應,使自由基引發ABS的降解能力降低。

               其次,紫外吸收劑、熱穩定劑和光穩定劑復合使用。在TBBPA/Sb2O3復配阻燃的ABS共混物中單獨添加苯并三唑類紫外光吸收劑或受阻胺光穩定劑都能使共混物在300h氙燈照射后的ΔE減小,同時共混物力學性能的下降幅度也有所減緩。苯并三唑類紫外光吸收劑是一種具有共軛大π鍵分子結構的化合物,當氙燈照射到測試樣品表面時,分散在共混物中的苯并三唑類化合物能夠吸收300~380nm波長的紫外光并導致苯環中的電子向高能級躍遷。由于其存在共軛大π鍵,能保持化合物的穩定性,因而減弱了紫外光對ABS的降解作用。受阻胺光穩定劑則是一種含有氮雜環的化合物。由于這種化合物的分子結構中存在大量空穴,能夠吸收自由電子,因此,當共混物受氙燈照射并產生溴自由基,受阻胺光穩定劑可以捕捉一部份溴自由基,減弱紫外光對ABS的降解程度。但大部分受阻胺類的光穩定劑顯弱堿性,而大多數鹵素阻燃劑屬于酸性,二者的復合使用降低了這類光穩定劑的效果。

               第三,TiO2 紫外線屏蔽劑能提高ABS耐候性能。金紅石晶態的TiO2 是一種白色顏料,其粒子直徑為 200~ 300nm,正好是可見光波長的一半,因此添加到聚合物中能夠對日光起到折射作用。大量TiO2 粒子產生的折射光會發生漫射,從而使聚合物變成白色。TiO2 粒徑又恰好與日光中的紫外光波長相當,能夠對紫外線產生反射和阻隔作用。同時能夠與起化學作用的苯并三唑類紫外光吸收劑和受阻胺光穩定劑產生協同效應,使ABS具有優異的耐候性能,且在長期使用過程中的力學性能不出現下降。    

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