《武汉工程大学学报》 2013年09期
59-63
出版日期：2013-10-10
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
纳米碳酸钙对回收丙烯腈\|丁二烯\|苯乙烯共聚物性能的影响
0引言丙烯腈\|丁二烯\|苯乙烯共聚物（ABS树脂）是一种可回收的热塑性树脂.ABS塑料产品在使用过程中，受服役环境的影响，在一定程度上有所老化，并且在回收过程中粉碎、挤出造粒、注塑成型等工艺过程还会进一步加速其老化，因此回收的ABS的力学性能下降幅度较大，限制了应用［1］.因此，有必要采取措施对回收ABS进行改性，增强其冲击强度和韧性，以恢复其综合性能. 近几年来，使用纳米CaCO3粒子改性聚合物成为研究热点［2\|5］.张雪琴等［6］研究了纳米CaCO3复合微粒对ABS性能的影响，发现在ABS基体中添加纳米CaCO3 复合微粒, 一定范围内可提高塑料的冲击强度.于建［7］等研究了聚丙烯（PP）/CaCO3复合体系的力学性能及其影响因素，发现铝酸酯或烷基羧酸盐偶联剂可以和CaCO3发生某种物理化学作用, 被牢固地键接在CaCO3表面上,改善CaCO3 与PP基体之间的相容性.陈可娟等［8］对马来酸酐接枝(丙烯腈/苯乙烯)共聚物(AS\|g\|MAH)增容聚碳酸酯（PC）/ABS合金进行了研究，发现AS\|g\|MAH用量为4\|5份时合金的综合性能最优. 本工作利用熔融共混方法制备出纳米碳酸钙/回收ABS（nano\|CaCO3/R\|ABS）复合材料.研究了纳米CaCO3、偶联剂、相容剂用量对回收ABS性能的影响，以期获得最佳比例，使回收的ABS可直接用于生产制品.1实验部分1.1实验原料 纳米CaCO3，粒径≤80 nm，市售工业品； 纯ABS树脂，757，台湾奇美； ABS回收料，电器外壳，市售； KH\|550，分析纯，武汉市洪山区华昌应用技术研究所； 四氢呋喃，分析纯，南京化学试剂有限公司.1.2实验仪器与设备 同向平行啮合双螺杆共混挤出机，SHJ\|36，南京诚盟化机械有限公司； 四缸全液压螺杆注塑机，JPH\|50，广东泓利机械有限公司； 冲击实验机，XJU\|22，承德实验机有限责任公司；电子拉力机，WDW\|20，深圳凯强利机械有限公司. 扫描电子显微镜，Hitachi S\|2150，日本精工.1.3生产工艺将适量硅烷偶联剂KH\|550溶于四氢呋喃中，搅拌均匀，再将适量的纳米CaCO3加入混合溶液中，快速搅拌，均匀混合后，将处理好的CaCO3在80 ℃电热鼓风箱中干燥30 min，待用. 将干燥好的纳米CaCO3，和回收ABS按一定比例混合均匀后，利用双螺杆挤出机（螺杆长径比为34∶1）挤出，加热段温度230～250 ℃，机头温度245 ℃，螺杆转速150 r／min.经切粒，干燥后，将所得粒料加入注塑机中注塑成型，注塑温度为240 ℃.得到标准样条，进行性能测试.1.4性能测试 拉伸性能按GB／T 1040\|92测试. 冲击性能按GB／T 2189\|2007测试. 采用扫描电子显微镜 ( SEM) 对复合材料的冲击断口进行形貌观察.2结果与讨论2.1原材料分析 经过溶剂溶解再析出所回收的ABS，测试其与新料ABS的性能.所得结果如表1，从中看出，与新料ABS相比，回收的ABS性能有所下降，热变形温度也降低.表1回收ABS与新料ABS 的性能比较Table 1Performance comparison of recycled ABS and ABS项目回收ABSABS拉伸强度／MPa37.943.7冲击强度／(kJ/m2)6.2813.14热变形温度／℃70.085.0第9期张富青，等：纳米碳酸钙对回收丙烯腈\|丁二烯\|苯乙烯共聚物性能的影响武汉工程大学学报第35卷2.2纳米CaCO3粒子对回收ABS性能的影响 图1是纳米CaCO3用量对R\|ABS拉伸强度和冲击强度的影响，从图中可以看出，加入纳米CaCO3后，回收ABS的冲击强度和拉伸强度先升后降.表明纳米CaCO3对回收ABS有明显的增韧、增强效果.而进一步增加纳米CaCO3的用量时，由于纳米CaCO3粒子比表面积大，易发生团聚，团聚粒子在复合材料中成为应力集中点，使复合材料的强度和韧性随之降低［9］.综合考虑，纳米CaCO3的用量为回收ABS的2%为宜.图1纳米CaCO3用量对R\|ABS冲击强度(a)和拉伸强度(b)的影响Fig.1Effect of the content of nano\|CaCO3 on tensile strength and impact strength of R\|ABS 2.3偶联剂用量对nano\|CaCO3/R\|ABS复合材料性能影响 图2 是偶联剂用量对nano\|CaCO3/R\|ABS复合材料(nano\|CaCO3质量分数为2%)冲击强度和拉伸强度的影响.可以看出经偶联剂处理的nano\|CaCO3对R\|ABS的力学性能有一定的提高，偶联剂加入量为nano\|CaCO3质量的5%时表面处理效果最好.这是由于偶联剂的加入使nano\|CaCO3表面由亲水性变为亲油性，粒子积聚倾向减小，改善与 ABS 树脂浸润、亲和，在R\|ABS中的分散更均匀，两者更好的互容.而当偶联剂用量超过5%后，材料的性能又下降.这说明偶联剂用量有一最佳值，过量的偶联剂降低nano\|CaCO3与 R\|ABS的界面作用，从而降低复合材料的强度［10］.图2偶联剂用量对nano\|CaCO3/R\|ABS复合材料冲击强度(a)和拉伸强度(b)的影响Fig.2Effect of the content of coupling agent on tensile strength and impact strength of nano\| CaCO3/R\|ABS2.4增容剂AS\|g\|MAH用量对纳米CaCO3/R\|ABS复合材料图3 是增容剂AS\|g\|MAH用量对纳米CaCO3/R\|ABS复合材料冲击强度和拉伸强度的影响.在复合材料中加入AS\|g\|MAH后，AS\|g\|MAH对CaCO3填充的ABS复合物的缺口冲击强度和拉伸强度均有增强作用.AS\|g\|MAH与CaCO3之间存在化学键合，有反应性增容作用.AS\|g\|MAH在填料和ABS之间还起到了界面活性剂的作用［11\|12］，使填料和ABS之间的相容性得到了提高.当AS\|g\|MAH的质量为纳米CaCO3质量的2%时，复合体系的拉伸强度和冲击强度较好，当AS\|g\|MAH的质量大于纳米CaCO3质量的2%，复合材料的拉伸强度有所降低.这说明过多AS\|g\|MAH，会降低填料和ABS之间界面作用，图3增容剂用量对CaCO3/R\|ABS复合材料冲击强度(a)和拉伸强度(b)的影响Fig.3Effect of the content of solubilizers on tensile strength and impact strength of nano\|CaCO3/R\|ABS 导致拉伸强度降低.2.5形貌观察 为了考察AS\|g\|MAH对回收ABS/纳米CaCO3复合体系微观结构的影响，对其进行扫描电镜观察(如图4所示).图4CaCO3/R\|ABS/AS\|g\|MAH复合材料的SEMFig.4SEM micrographs of CaCO3/R\|ABS/AS\|g\|MAH composites加入增容剂AS\|g\|MAH后，nano\|CaCO3粒子能均匀混合在R\|ABS中，且粒径分布较窄，分散性好.无增容剂时有nano\|CaCO3团聚粒子出现.故AS\|g\|MAH能使纳米CaCO3粒子在复合体系中均匀混合，使材料的力学性能有很大提高.3结语 当纳米碳酸钙含量为回收ABS质量的2%，硅烷偶联剂含量为纳米碳酸钙质量的5%，或增容剂AS\|g\|MAH为纳米碳酸钙质量的2%时，回收ABS的力学性能较好.致谢：本文研究内容得到湖北省科技厅和武汉工程大学的资金资助，在此表示感谢！