AS/POE共混体系的增容增韧改性研究

葛铁军，白红红

(沈阳化工大学 塑料工程研究中心，沈阳高性能化塑料工程重点实验室， 辽宁 沈阳 110142)

SAN 树脂(又叫AS 树脂)的全名为苯乙烯-丙烯腈共聚物，是由苯乙烯和丙烯腈进行共聚反应而制得的一种共聚产物.苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN) 树脂具有良好的加工流动性、耐化学药品腐蚀、耐老化、透明度高、表面光洁、高模量等优点，但由于SAN断裂伸长率低、冲击强度差，其应用范围受到很大限制[1-3]，因此，通过简洁的方法有效增加SAN基体的韧性一直是人们研究和关注的焦点问题.本文以SAN为原料，与POE共混[4-7]，在POE/AS共混体系加入不同类型的相容剂，考察其力学性能、维卡软化温度和加工流动性的变化，通过DSC和SEM研究共混体系的相容性[8-9].

1 实验部分

1.1 原料

AS(苯乙烯-丙烯腈共聚物)：127H，台湾奇美化工有限公司；POE：8150，美国Du Pont Dow Elastomers 有限公司生产；PE-g-MAH、POE-g-MAH:沈阳科通塑胶有限公司.

1.2 设备及仪器

同向双螺杆挤出机：TSE-35A，南京瑞亚高聚物装备有限公司；塑料注射成型机：NG120-A，无锡格兰机械有限公司；电热鼓风干燥箱：401A，无锡格兰机械厂；微机控制电子万能拉伸试验机：RGL-30A，深圳市瑞格尔仪器有限公司；摆锤式冲击试验机：GT-7045-MD，高铁科技股份有限公司；高低真空扫描电子显微镜：JSM-60LV，日本理学公司；示差扫描量热仪：Q2000，美国TA公司；电脑式热变形温度试验机：GT-HV2000W，高铁检测仪器有限公司.

1.3 试样制备

使用前，先把AS、PE-g-MAH、POE-g-MAH在电热鼓风干燥箱中干燥4 h.把POE、AS及相容剂按一定的比例在高速混合器中预先混匀，在同向双螺杆挤出机中挤出[10]造粒，各区温度分别为190、200、210、220、210、210 ℃，螺杆转速为100 r/min.挤出造粒之后，粒料在塑料注射成型机上制成标准样条.

1.4 力学性能测试

拉伸性能:按GB/T1040.1—2006 测试；

悬臂梁冲击性能:按GB/T1043.1—2008 标准测试.

1.5 熔体流动速率

熔体流动速率(MI)：选用负荷为5 kg表征热塑性聚合物熔体流动的性能.

1.6 扫描电子显微镜(SEM)分析

共混物冲击断面经喷金处理后，采用美国TA公司制造的Q2000示差扫描量热仪观察断面形貌.

1.7 差示扫描量热法(DSC)分析

实验是在氮气保护下，取质量为5 mg的试样，选取温度为30～180 ℃，先以10 ℃/min的速率升温，然后以20 ℃/min的速率降温，试样的玻璃化转变温度(Tg)取自第二次升温曲线.

2 结果与讨论

2.1 共混物的力学性能

2.1.1 POE含量对POE/AS冲击强度的影响

POE是非极性聚合物，SAN树脂是极性聚合物，由于两者相容性差，若直接共混，共混物的力学性能较差.相容剂是改善高分子共混物力学性能的有效物质，采用适宜的增容剂可提高POE与AS 的相容性，提高共混物的力学性能.根据相似相容性原理，在非极性分子链POE、PE上接入极性链MAH，然后与非极性POE、极性SAN树脂共混，可改善两者的相容性，且接枝的羧基基团越多，接枝率越高，改善效果越明显.POE-g-MAH、PE-g-MAH作为相容剂，可使共混物两相界面张力降低，促使两相更均匀分散，并保持较稳定的亚微观形态，有利于POE/AS共混体系力学性能的改善.因此，添加POE-g-MAH、PE-g-MAH作为相容剂来改善POE/AS 共混物的相容性和力学性能.图1为不同相容剂不同POE份数对SAN树脂缺口冲击强度的影响.从图1中可以看出：随着POE份数的增加，三种体系的缺口冲击强度都呈现上升的趋势.在POE/AS合金中，POE含量相同时，接枝率1.2 %的POE-g-MAH做相容剂，冲击强度提高最大，增容效果最好.当接枝率为1.2 %的POE-g-MAH做相容剂，POE含量为40份时，共混体系的缺口冲击强度最大，为3.5 kJ/m2，所以，接枝率1.2 %的POE-g-MAH作为相容剂时POE/AS合金力学性能更好.

固定相容剂的份数为5份

2.1.2 POE含量对POE/AS拉伸强度的影响

图2为不同相容剂不同POE份数对SAN树脂拉伸强度的影响.

固定相容剂的份数为5份

从图2中可以看出：随着POE份数的增加，三种体系的拉伸强度都呈现下降的趋势，纯POE/SAN 体系下降最为明显，接枝率为1.2 % 的POE-g-MAH/POE/SAN 体系下降幅度最少.显然，这是由于POE本身的刚性较低，因此，随着POE用量的增加，对体系的刚性造成本质上的下降；但随着MAH 基团的引入，体系的相容性得到改善，体系的刚性下降幅度也大为减少.

2.2 共混物的熔体流动速率

图3为不同相容剂不同POE份数对SAN树脂熔体流动速率的影响.从图4中可以看出：随着POE份数的增加，三种体系的熔体流动速率都呈现下降的趋势，加工流动性下降.

固定相容剂的份数为5份

2.3 共混物的SEM分析

图4为固定POE的含量为45份时不同相容剂的SEM图.观察图4(a)、(b) 可以发现区域分层较明显，为脆性断裂，这主要是由于POE与AS 的相容性相对较差造成的.比较图4(c) 、(d) 可以发现：以POE-g-MAH为相容剂的共混体系(c)中，POE粒子更好地分散在SAN基体中，且(c)、(d)中均可观察到银纹的存在，这些银纹产生于弹性体周围，其增长方向与受力方向垂直.弹性体粒子可以引发银纹，同样也能终止银纹，且弹性体粒子没有发生明显的变形.这说明以SAN为基体时，银纹是共混物的主要形变机理.

固定POE的份数为45份

2.4 共混物的DSC分析

DSC是一种研究聚合物体系热性能的很便利的方法.很多信息可以从DSC曲线中得到，如玻璃化转变温度、起始结晶温度、结晶温度、结晶焓以及熔融温度等等.这些信息可以在一定程度上反映添加物对聚合物基体的影响.通常，玻璃化转变温度可以用来评估两相聚合物体系的相容性.利用DSC 对POE/AS/POE-g-MAH及POE/AS/PE-g-MAH 共混物的玻璃化转变温度(Tg)进行测试.由DSC 谱图(图5)可以看出：在AS中加入POE 后，共混物的Tg降低.这是因为POE的玻璃化转变温度比AS低，随着POE含量的增加，更多的POE混入了AS中，使其玻璃化转变温度降低，且相容性越好，Tg越低.

固定POE的份数为45份

3 结 论

(1) POE-g-MAH 、PE-g-MAH由于接枝添加的马来酸酐属于极性基团，改善了POE与SAN树脂相界面的相容性，接枝率越高，体系的相容性越好.

(2) POE-g-MAH、PE-g-MAH的接枝率和POE在SAN/POE/相容剂体系中的含量对共混物的抗冲击韧性有明显的影响，当m(POE)/m(SAN)/m(POE-g-MAH)为45∶50∶5时，共混物的缺口冲击强度达到最好水平.

(3) 由于相容剂POE-g-MAH、PE-g-MAH接枝马来酸酐的接枝率有限，因此，体系的冲击强度的改善不是特别明显.提高接枝率及寻找其它带有极性基团或者反应性基团的物质来增韧SAN树脂将成为继续研究的方向.

参考文献：

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