高溫對(duì)ABS樹(shù)脂和聚碳酸酯塑料降解的影響

王首駿

1. 引言

PC樹(shù)脂和ABS樹(shù)脂均是是世界上五大通用工程塑料之一，聚碳酸酯（PC）具有突出的沖擊韌性、寬的使用溫度、良好的電絕緣性能和尺寸穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，但是其不足之處為熔體粘度大、加工成型困難（特別是加工大型制品），容易產(chǎn)生應(yīng)力開(kāi)裂、缺口敏感性大、不耐溶劑，且價(jià)格昂貴。丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物（ABS）具有良好的耐沖擊性和加工流動(dòng)性，價(jià)格也比較便宜，因而得到廣泛的應(yīng)用，但是因耐熱性、耐候性能差，力學(xué)性能不夠理想而限制了它的應(yīng)用。PC和ABS共混所得到的PC/ABS合金在性能上可形成互補(bǔ)：一方面共混合金的耐熱性、沖擊強(qiáng)度及拉伸強(qiáng)度優(yōu)于ABS;另一方面其熔體粘度比PC低，加工性能比PC好，制品內(nèi)應(yīng)力和沖擊強(qiáng)度對(duì)制品厚度的敏感性也大大降低。但是由于PC/ABS在高溫加工過(guò)程中存在降解現(xiàn)象，對(duì)產(chǎn)品有很大的影響，所以加工溫度對(duì)PC/ABS影響的研究，可以為加工工藝的改進(jìn)提供依據(jù)。

2. 實(shí)驗(yàn)方法

將ABS和PC原料在恒溫干燥箱中于100℃下烘干兩小時(shí)，開(kāi)啟密煉機(jī)預(yù)熱設(shè)定密煉機(jī)各區(qū)溫度、加工時(shí)間、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等參數(shù)。

取50gABS原料于密煉室中，開(kāi)動(dòng)轉(zhuǎn)子煉制10min后打開(kāi)，立即趁熱用小鏟子刮凈膠料，此為洗滌密煉機(jī)，去除金屬壁表面雜質(zhì)。稱取烘干的ABS原料60g左右，分別在260℃、300℃條件下，放入密煉室密煉10min后打開(kāi)，用洗凈烘干的瓷盤(pán)盛裝取下的膠塊，待冷卻后裝入塑料袋貼上標(biāo)簽，注明加工溫度。

同上用PC洗滌后加工得到260℃和300℃下PC的樣品，最后稱取PC/ABS共混物60g左右（PC和ABS質(zhì)量比為3：1）分別在260℃和300℃下加工制得兩個(gè)PC/ABS混合樣。

使用傅里葉紅外光譜儀（FTIR）和凝膠滲透色譜儀（GPC）分別分析用密煉機(jī)高溫（260℃和300℃）加工后的ABS、PC、PC/ABS共混物的化學(xué)結(jié)構(gòu)變化和相對(duì)分子量變化情況，從而了解升高加工溫度對(duì)PC/ABS共混物的影響。

3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1傅里葉紅外光譜的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

圖3-1～圖3-8分別為未加工的ABS、260℃加工后的ABS、300℃加工后的ABS、未加工的PC、260℃加工后的PC、300℃加工后的PC、260℃加工后的PC/ABS、300℃加工后的PC/ABS紅外譜圖。

由圖3-9未加工的ABS和260℃加工后的ABS的譜圖對(duì)比（A曲線表示未加工的ABS譜圖;B曲線表示260℃加工后的ABS譜圖），看出未加工的ABS比260℃加工后的ABS在1640cm-1附近的羰基（C=O）特征吸收峰大，這可能是由于未加工的ABS存放過(guò)久發(fā)生了表面氧化，但其內(nèi)部未被氧化。而在加工密閉環(huán)境中，氧氣進(jìn)入很少，幾乎不發(fā)生氧化反應(yīng)。加工過(guò)程中被氧化的表面和未被氧化的內(nèi)部均勻混合，所以未加工的ABS的羰基的特征吸收峰大。同理，由圖3-10未加工的PC和260℃加工后的PC的譜圖對(duì)比（A曲線表示未加工的PC譜圖;B曲線表示260℃加工后的PC譜圖），發(fā)現(xiàn)未加工的PC也發(fā)生了表面氧化。

由圖3-11 260℃加工后的ABS和300℃加工后的ABS譜圖對(duì)比（A曲線表示260℃加工后的ABS譜圖;B曲線表示300℃加工后的ABS譜圖）和圖3-12 260℃加工后的PC和300℃加工后的PC譜圖對(duì)比（A曲線表示260℃加工后的PC譜圖;B曲線表示300℃加工后的PC譜圖），看出不同加工溫度下的ABS、PC的各個(gè)特征吸收峰的形狀基本不變，說(shuō)明加工溫度對(duì)ABS、PC化學(xué)結(jié)構(gòu)影響不大。

由圖3-13 260℃加工后的PC/ABS和300℃加工后的PC/ABS譜圖對(duì)比（A曲線表示260℃加工后的PC/ABS譜圖;B曲線表示300℃加工后的PC/ABS譜圖），看出260℃加工后的PC/ABS比300℃加工后的PC/ABS在3500cm-1附近的羥基（-OH）特征吸收峰大，應(yīng)該是加工前PC/ABS未完全干燥有水，高溫下PC對(duì)水敏感，溫度升高水解加劇，所以導(dǎo)致羥基的特征吸收變大。

3.2凝膠滲透色譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

圖3-14～圖3-17為未加工的PC、未加工的ABS、260℃加工后的PC/ABS、300℃加工后的PC/ABS的GPC測(cè)試結(jié)果。根據(jù)GPC譜圖計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果列于表3-1。表中，Mn為數(shù)均相對(duì)分子量，Mw為重均相對(duì)分子量，D=Mw/Mn為多分散系數(shù)。

從圖3-14中可以看出PC的大多數(shù)分子相對(duì)重均分子量是5 x103～105g/mol，峰的最大值出現(xiàn)在5x104g/mol左右，是一個(gè)寬度比較窄的單峰，說(shuō)明PC分子量分布比較集中。

從圖3-15中可以看出ABS的大多數(shù)分子相對(duì)重均分子量是104～106 g/mol，峰的最大值出現(xiàn)在105g/mol左右，也是一個(gè)寬度比較窄的單峰，說(shuō)明ABS分子量分布也比較集中。

從圖3-16中可以看出260℃下加工后的PC/ABS的大多數(shù)分子相對(duì)重均分子量是5x103～5x105g/mol，峰的最大值也出現(xiàn)在5x104g/mol左右，它的分布不再是個(gè)單峰，說(shuō)明PC和ABS重均分子量分布沒(méi)有完全重合。且260℃下加工后的PC/ABS大多數(shù)分子的相對(duì)重均分子量（5x103～5x105g/mol）分布處于PC（5x103～105g/mol）和ABS（104～106g/mol）之間。圖3-16中，小于104g/mol區(qū)間的分子應(yīng)該主要來(lái)自于PC。

從圖3-17中可以看出300℃下加工后的PC/ABS的大多數(shù)分子相對(duì)重均分子量是104～105g/mol，峰的最大值出現(xiàn)在略小于5x104g/mol左右的地方，是個(gè)單峰，PC和ABS重均分子量分布基本重合。這可能是由于PC在300℃加工時(shí)降解加劇，使PC的相對(duì)分子量分布曲線稍向左移，與ABS相對(duì)分子質(zhì)量分布曲線重合，同時(shí)使多分散系數(shù)減小。

4. 結(jié)論

紅外圖譜表明加工溫度對(duì)PC/ABS共混物的化學(xué)結(jié)構(gòu)影響不大;GPC結(jié)果表明加工溫度升高，PC/ABS共混物中PC降解加劇，所以溫度過(guò)高不利于PC/ABS的加工。

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