深度研究阻燃ABS

　　     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(lái)進(jìn)行的話(huà)，雖然達到目的，但同時(shí)卻存在不少其它的確定，例如會(huì )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(lái)帶著(zhù)這個(gè)疑問(wèn)，我們一下來(lái)看下文。

     ABS樹(shù)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(xié)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(shù)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(xié)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(yōu)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(shù)脂進(jìn)一步推廣應用和發(fā)展的一大障礙。在A(yíng)BS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(fēng)扇、空調、計算機、復印機、電話(huà)、吸塵器等，此外還有汽車(chē)、摩托車(chē)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(shí)ABS在通訊器材、商品器材、文教娛樂(lè )用品及建材的需求前景也十分看好。隨著(zhù)科技進(jìn)步和生活質(zhì)量的提高，人們安全意識越來(lái)越強，國內外對汽車(chē)、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(shù)標準與規范。為此，研究和開(kāi)發(fā)ABS阻燃新技術(shù)已顯得十分重要。

     目前ABS樹(shù)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(jìn)行聚合，其缺點(diǎn)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(wú)機和有機兩大類(lèi)，其中含鹵有機類(lèi)的阻燃劑阻燃效果好，但存在燃燒時(shí)發(fā)黑煙和耐候性差的缺點(diǎn)。無(wú)機的阻燃劑主要是氫氧化鋁、氫氧化鎂等，這類(lèi)阻燃劑只有大量添加才能達到一定的阻燃效果，但會(huì )使ABS的力學(xué)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(lái)，對ABS的阻燃性能、力學(xué)性能、消煙性能進(jìn)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(wú)機化合物，其中無(wú)機阻燃劑在A(yíng)BS中添加量需要達到 40%以上才有較明顯的效果，同時(shí)由于其添加量大，因此會(huì )嚴重損害ABS的物理力學(xué)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(diǎn)化合物，不適用于A(yíng)BS的造粒加工工藝。因此，當前對于A(yíng)BS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(lián)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(xué)損失，但在使用過(guò)程中應充分考慮到其熱穩定性差的缺點(diǎn)。研究表明，十溴聯(lián)苯醚和Sb2O3共同使用具有協(xié)同效應。當DBDPO/Sb2O3為 2∶ 1時(shí)，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(chǎn)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(shí)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(chǎn)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(huì )對ABS的力學(xué)性能帶來(lái)影響，尤其是沖擊強度會(huì )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(shù)脂。大量的研究表明，PVC、CPE在提高ABS的阻燃效果的同時(shí)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(huì )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(lái)的影響。

     ● 對阻燃劑的表面進(jìn)行偶聯(lián)處理。這一點(diǎn)尤其在大量使用無(wú)機阻燃劑如A1(OH)３、Mg（OH）2時(shí)尤為重要。經(jīng)鈦酸酯偶聯(lián)劑表面處理過(guò)的Mg（OH）2，因與ABS樹(shù)脂的相容性有所改善，沖擊強度略有增加，同時(shí)有利于阻燃效果的提高。

    ● 使用粒徑更小的無(wú)機阻燃劑，對沖擊性能的損失會(huì )更小。

    ● 不同的溴類(lèi)阻燃劑對ABS的力學(xué)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(lèi)的阻燃劑雖然添加量少，阻燃效果好，但在燃燒時(shí)冒黑煙，且有許多黑色的揚灰，對環(huán)境帶來(lái)嚴重的污染。因此在使用溴類(lèi)阻燃體系時(shí)，最好同時(shí)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(shí)有效地抑制了體系燃燒時(shí)產(chǎn)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(huì )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(shí)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(xié)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(hù)外的應用。因此，對于A(yíng)BS耐侯性的研究主要集中在三個(gè)方面。

     首先，使用耐侯性、穩定性好的阻燃劑，這方面無(wú)機阻燃劑就有它的優(yōu)點(diǎn)。而不同溴類(lèi)阻燃劑的耐侯性是有差異的，十溴聯(lián)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(chǎn)生活性自由基，既影響阻燃劑本身的紫外光穩定性，又會(huì )引發(fā)ABS分子鏈自由基的降解。四溴雙酚A在A(yíng)BS中的耐紫外光老化性能就要優(yōu)于十溴聯(lián)苯醚，這是因為十溴聯(lián)苯醚的兩個(gè)苯環(huán)之間是由氧原子連接，氧上的孤對電子與其兩邊的苯環(huán)上的電子云產(chǎn)生共軛效應，從而可使聯(lián)苯醚自由基穩定存在，導致更多的溴自由基產(chǎn)生引發(fā)ABS的降解。而四溴雙酚A兩個(gè)苯環(huán)之間是由碳原子連接，沒(méi)有共軛效應，使自由基引發(fā)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(lèi)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(shí)共混物力學(xué)性能的下降幅度也有所減緩。苯并三唑類(lèi)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(shí)，分散在共混物中的苯并三唑類(lèi)化合物能夠吸收300～380nm波長(cháng)的紫外光并導致苯環(huán)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(huán)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(chǎn)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(lèi)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(lèi)光穩定劑的效果。

     第三，TiO2 紫外線(xiàn)屏蔽劑能提高ABS耐候性能。金紅石晶態(tài)的TiO2 是一種白色顏料，其粒子直徑為 200～ 300nm，正好是可見(jiàn)光波長(cháng)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(chǎn)生的折射光會(huì )發(fā)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(cháng)相當，能夠對紫外線(xiàn)產(chǎn)生反射和阻隔作用。同時(shí)能夠與起化學(xué)作用的苯并三唑類(lèi)紫外光吸收劑和受阻胺光穩定劑產(chǎn)生協(xié)同效應，使ABS具有優(yōu)異的耐候性能，且在長(cháng)期使用過(guò)程中的力學(xué)性能不出現下降。    

    更多塑料知識盡在方春塑料知識小百科，歡迎大家隨時(shí)登陸http://www.uidaadhaar.com  或給我們留言！