EMI流动改性剂赋予ABS树脂优异的性能

南通日之升高分子新材料科技有限公司研发生产的EMI系列树脂(EMI-100、EMI-200)是一类以苯乙烯与丙烯腈为主单体的低分子量无规共聚物,为国内塑料改性行业一种新型的添加剂。其在塑料改性中表现出超高的流动性﹑热稳定性及良好的分散性,能显著降低塑料熔体的粘度,促进塑化,降低注塑成型加工温度,缩短成型加工周期,据报导其已经在硬质PVC、CPVC、PC/ABS合金、ABS类树脂等高分子材料中获得了成功地应用。

 

目前EMI的研究与应用主要集中在提高塑料的加工性能领域,但是在塑料改性的外观方面、热稳定性方面等研究还是很少的。本文着重研究了EMI树脂在阻燃ABS、高光产品领域的应用。

 

1、 EMI大幅度改善阻燃ABS的热稳定性

 

表1 阻燃ABS配方

 

1#

2#

ABS

80

80

溴系阻燃剂

15

15

Sb2O3

5

5

EBS

1.0

1.0

B900

0.3

0.3

EMI-200

 

5

物性性能(ASTM)

拉伸强度(MPa)

42

41

冲击强度(J/m)

210

205

维卡软化点(℃)

83

84

熔融指数(g/10min)

4.5

5.4

 

从表1所示的EMI在阻燃ABS树脂中应用结果可以看出,正如所预料的那样,EMI对熔融指数的提升是非常明显的。5phr 的EMI-200就可以提升20%的流动性,这对于提升阻燃ABS的加工性能、拓宽加工窗口是非常显著的。因为众所周知,阻燃ABS的致命弱点就是由于大量阻燃剂的存在导致其热稳定性差,尤其在成型大尺寸制件时极易导致降解、变色之类的不良问题产生,这大大限制了其应用范围。而EMI的加入可以进一步降低ABS的粘度,降低树脂熔体在流动过程中的摩擦生热,从而延缓热敏性的溴系阻燃剂的分解。表2的阻燃ABS在220℃的热停留实验表明,添加5phr的EMI-200就可以明显改善色差和银丝的问题。但是这与增加润滑剂以降低摩擦的整体作用是不可相提并论的。因为提高润滑剂的添加量确实可以提高流动性,降低摩擦生热的作用,但是高浓度的润滑剂不仅仅会引起析出恶化表面的问题,而且还会导致阻燃ABS本已偏低的耐热性能进一步雪上加霜,严重影响阻燃ABS在电器行业的应用。

 

表2 阻燃ABS在220℃热停留后色差及外观

 

1#

2#

停留5min

 

 

色差△E

2.8

2.2

银丝

细小银丝

停留10min

 

 

色差△E

6.1

5.2

银丝

大片银丝

细小银丝

 

2、 EMI赋予高光ABS更高的黑度与光泽

EMI在高光ABS中的应用极为广泛,因为高光ABS配方设计中除橡胶粒径有一定的要求之外,还需要提高材料高流动,确保染颜料、助剂等不迁移到制品表面的要求。结合EMI本身的分子结构设计可知,其最基本特点之一就是可以大幅度地有效提高工程塑料的加工性能。国内市场上流通的高流动SAN树脂(熔融指数大于5g/10min)是很少的,其基本上都是被跨国公司所垄断的。表3列举了某韩国公司两个高流动的SAN及其与EMI-200的对比情况,由此可知,EMI-200的流动性是远远高于SAN1与SAN2的。

 

但是一般来说,SAN树脂的分子量越低,热稳定性越差,所以高流动往往意味着低的热稳定性。图1显示了230℃氮气氛围下30min的TGA停留曲线,由此可知SAN2相比SAN1的分子量更低,热稳定更差,30min的热失重由SAN1的1.1%增加至1.3%。值得注意的是,分子量只有4.2万的EMI-200反而显示了极佳的热稳定性,30min热停留的失重率仅为0.3%。这是由于EMI系列悬浮聚合的工艺决定了其分子量分布比本体聚合更窄,容易造成热分解的低分子量组分含量也就更低,从而表现出更佳的热稳定性,这一点对于保持ABS树脂表面的高光泽也是至关重要的。

 

表3 高流动的SAN树脂参数对比

 

SAN1

SAN2

EMI-200

重均分子量(万)

10

8.5

4.2

熔融指数(g/10min)

(200℃*5kg)

12

22

65

 

图2高光ABS在高低温循环的实验(每个周期90℃2h,-40℃ 2h,湿度70%)表明润滑剂EBS在高低温、高湿度条件下对ABS制品表面的发雾会产生很大的影响。也就意味着在该苛刻的条件下,1.5phr的EBS迁移与析出现象也是比较严重的。但是3phr EMI代替1.0phr EBS(见表4)后,可以发现在保持熔融指数基本相同的情况下,耐高低温循环的光泽保持率明显较优,经两次高低温循环实验后其光泽保持率可以达到60%以上。

 

表4 高光ABS配方

 

3#

4#

ABS

100

100

抗氧剂

0.3

0.3

EBS

1.5

0.5

EMI-200

 

3

 

图1 不同高流动SAN树脂的热稳定性

 

高光ABS的其中一个重要领域就是“黑又亮”美学树脂,其广泛应用与LCD,显示器、音箱、遥控器外壳等家电产品。由于这些产品对黑度的要求极高,所以对炭黑色母的选择也就显得极为重要。从理论上来说,为了防止不相容小分子的迁移与析出所造成的发雾问题进而影响ABS树脂表面的光泽度与黑度,黑又亮ABS的最佳炭黑色母应该选择ABS或者SAN作为载体。然而由于市售SAN的粘度大、浸润性差,作为炭黑母粒载体时为了保持炭黑分散足够均匀,炭黑的浓度通常只能在30%左右,尽管如此,在相同炭黑含量时,其着色能力通常也不尽人意,与市场上主流的PE蜡、EVA蜡为载体的炭黑色母相比时,仍有一定的差距。EMI系列树脂是一类超低分子量的树脂,尤其是EMI-100,其粘度低,对填料、色粉等浸润性好,分散能力强。所以用EMI-100作为炭黑色母载体时,炭黑浓度可以达到40%-45%,而且从表5可以看出,40%炭黑浓度的EMI-100载体色母在相同0.5%炭黑浓度时的L值明显低于普通的SAN载体的色母,与PE蜡载体的相当,意味着其着色力相比普通市售SAN载体的炭黑色母有明显提升,几乎与PE蜡载体的炭黑色母相当。而且当需要进一步提高黑度时,EMI-100为载体的炭黑色母可以在均衡物理性能的情况下大幅度提高添加量,但是实验过程中发现当PE蜡载体的炭黑色母添加量超过2.5%时,就会产生明显的发雾现象,所以EMI-100可以作为一种优异的色母载体,尤其是适合在与ABS相关的塑料基材中应用。

 

表5 不能炭黑色母的着色力对比

 

PE蜡

(50%炭黑)

市售SAN

(30%炭黑)

EMI-100(40%炭黑)

黑度L值

26.8

27.7

26.9

注:PE蜡、SAN、EMI-100载体炭黑母粒的添加量分别为1%、1.7%、1.3%

 

综上所述,EMI系列树脂除了大幅度改善树脂加工性能之外,还有以下明显的作用:

1、 可以明显改善阻燃ABS的热稳定性,而且可以代替部分润滑剂以进一步提高阻燃ABS的耐热性能。

2、 改善高光ABS的热稳定性,代替部分润滑剂以提高在高低温循环条件下的光泽保持率,进一步降低高光ABS发雾的风险。EMI-100可以作为一种优异的炭黑色母载体,其炭黑浓度高,着色力好且分散均匀。

图2 高光ABS在高低温循环后的光泽保持率