高性能低VOC环保PC/ABS合金材料的制备

申娟，苏昱

(1.北京航天试验技术研究所，北京 530004； 2.北京航天凯恩化工科技有限公司，北京 530004)



高性能低VOC环保PC/ABS合金材料的制备

申娟1，2，苏昱1，2

(1.北京航天试验技术研究所，北京 530004； 2.北京航天凯恩化工科技有限公司，北京 530004)

摘要：以聚碳酸酯(PC)、丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料(ABS)为基体树脂，加入聚烯烃弹性体(POE)、抗氧剂及其它助剂共混挤出造粒，制成低挥发性有机化合物(VOC)的环保PC/ABS合金材料。在用增韧剂POE及抗氧剂对PC/ABS体系进行改性的同时，探讨PC/ABS基料、增韧剂、抗氧剂对PC/ABS合金的力学性能、VOC及气味等级的影响，从而得到具有高性能、低VOC、低气味的环保PC/ABS合金材料，以期在汽车内饰件等方面得到应用。

关键词：PC/ABS合金材料；增韧；抗氧剂；低挥发性有机化合物

联系人：申娟，工程师，主要从事改性塑料的研究

近年来，随着汽车行业的迅猛发展，人们对汽车的依赖性越来越强，车内的空气质量与人民生活及健康息息相关。挥发性有机物(VOC)可作为衡量车内有害气体含量的指标也越来越受到人们的关注，而汽车排放VOC及气味的来源主要是汽车地毯、仪表板塑料件、车顶毡、座椅和其它装饰时使用的胶水等。近年来，汽车内饰的有机物挥发污染问题引起了世界汽车制造业的高度关注，欧美大多数汽车厂家如宝马、奔驰、奥迪、别克等已经生产并推广了其低VOC车型。因此，高性能、低VOC环保型内饰部件及其原材料的应用已经成为世界范围内的一种潮流[1-3]。

聚碳酸酯(PC)和丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料(ABS)可共混而成PC/ABS合金塑料，PC/ ABS合金结合了两种材料的优异特性，即ABS材料的成型性和PC的力学性能和耐温、抗紫外线等性质，可广泛应用在汽车内外饰上[4-10]。

笔者通过对PC/ABS合金配方进行分析，探讨PC/ABS基料、增韧剂聚烯烃弹性体(POE)、抗氧剂对PC/ABS合金的力学性能、VOC及气味的影响，从而得到具有高性能低VOC低气味的环保PC/ ABS合金材料。

1　实验部分

1.1主要原材料

PC：1837，注塑级，德国拜耳公司；

PC：010，注塑级，俄罗斯喀山公司；

PC：1100，注塑级，韩国乐天石化公司；

PC：1250Y，注塑级，日本帝人公司；

PC：103R，注塑级，沙比克公司；

ABS：AG15A1，注塑级，台湾台化公司；

ABS：121H，注塑级，LG甬兴公司；

ABS：DG–417，注塑级，天津大沽化工有限公司；

ABS：8391，注塑级，台湾奇美公司；

ABS：CU–301，注塑级，日本电气公司；

POE：VI6202，注塑级，美国埃克森美孚公司；

POE：DF740，注塑级，日本三井化学公司；

POE：8150，8003，注塑级，美国陶氏公司；

POE：LC170，注塑级，LG化学公司；

抗氧剂：1010，1076，168，德国巴斯夫公司；

抗氧剂：BHT，德国拜耳公司。

1.2主要设备与仪器

高速混合机：SHR–10A型，张家港市桓丰机械厂；

真空干燥烘箱：PH型，南京鑫达干燥臭氧设备厂；

注塑机：128T型，常州豪屹塑化有限公司；

双螺杆挤出机：SHJ–35型，德国MELCHERS公司；

复合式冲击试验机：HIT–2492型，承德市金健检测设备有限公司；

气质联用仪：7890A–5975C型，美国Agilent (安捷伦)科技公司；

万能材料试验机：UTM–1422型，承德市金建检测设备有限公司；

热吸附仪：UNITY2TD–100型，英国Markes国际公司。

1.3试样制备

PC，ABS在100℃下烘干2 h，加入POE、抗氧剂等共混挤出造粒，之后通过注塑机注塑成型，得到试样样条。

1.4性能测试

冲击性能测试：按ISO 179–2000进行测试；

拉伸性能测试：按ISO 527–2012进行测试，拉伸速率为5 mm/min；

VOC测试：将待测产品按照测试标准放入测试袋中，填充高纯氮气，转入烘箱，根据标准设定烘箱温度，到达规定时间后取出晾置，通过大气采样仪将待测气体采入TENAX管中，待测。按VS–01.00–T–14012–A1–2014进行测试，袋式法，袋子大小10 L，65℃，2 h；

气味测试：按VS–01.00–T–14004–A1–2014进行测试，测试瓶大小1 L，2类。

2　结果讨论

2.1PC对PC/ABS合金材料性能的影响

为对比出不同牌号PC原料对PC/ABS合金材料性能的影响，现固定其它原料为ABS 121H，POE 8003，抗氧剂1010。主料配比为：PC∶ABS∶POE∶抗氧剂=62∶30∶7∶1，测试PC/ABS样品性能，对其进行对比研究。图1～图4为不同牌号PC对PC/ABS合金材料的拉伸强度、缺口冲击强度、VOC及气味等级的影响。

图1　不同牌号PC对PC/ABS合金材料拉伸强度的影响

图2　不同牌号PC对PC/ABS合金材料冲击强度的影响

图3　不同牌号PC对PC/ABS合金材料VOC的影响

图4　不同牌号PC对PC/ABS合金材料气味等级的影响

由图1～图4可看出，当PC为PC 010时，缺口冲击强度最高，而PC 1100具有最高的拉伸强度、VOC及较低的气味等级。这是因为上述PC的合成方法不同，常用的酯交换法因其原理为双酚A与碳酸二苯酯熔融缩聚，进行酯交换，在高温减压条件下不断排除苯酚，提高了反应程度和分子量，但会存在较多小分子，导致气味等级较高。综上所述，选择PC 1100作为高性能低VOC合金材料的PC原料。

2.2ABS对PC/ABS合金材料性能的影响

通过上述实验，已确定PC基料为PC 1100，固定PC选材，探讨不同ABS原料对PC/ABS合金材料性能的影响，现固定其它原料为POE 8003，抗氧剂 1010。主料配比为：PC∶ABS∶POE∶抗氧剂=62∶30∶7∶1，测试PC/ABS合金材料性能，对其进行对比研究。图5～图8为不同牌号ABS 对PC/ABS合金材料拉伸强度、缺口冲击强度、VOC及气味等级的影响。

图5　不同牌号ABS对PC/ABS合金材料拉伸强度的影响

图6　不同牌号ABS对PC/ABS合金材料冲击强度的影响

图7　不同牌号ABS对PC/ABS合金材料VOC的影响

图8　不同牌号ABS对PC/ABS合金材料气味等级的影响

由图5～图8可看出，ABS为DG–417时，缺口冲击强度最高，而相较之下ABS 8391具有最高的拉伸强度、VOC及较低的气味等级。ABS的VOC含量和气味等级是由其中胶含量决定的，胶含量较大时，耐热温度不够，加工过程中易导致分解而产生小分子气体。ABS 8391的胶含量比较低，所以在保证力学性能的同时也具有较低的VOC和气味等级。

2.3POE对合金材料性能的影响

通过上述实验，已确定PC基料为PC 1100，ABS基料为ABS 8391，探讨不同牌号POE对合金性能的影响，现固定抗氧剂 1010。主料配比为PC∶ABS∶POE：抗氧剂=62∶30∶7∶1。测试PC/ABS合金样品性能，对其进行对比研究。

图9～图12为不同牌号POE对PC/ABS合金材料拉伸强度、缺口冲击强度、VOC及气味等级的影响。由图9～图12可看出，POE为8003时，合金材料VOC和气味等级最优；POE LC170具有最高的拉伸强度，但其VOC及气味等级较高；相较之下POE 8150具有最优的力学性能，而气味性能与POE 8003相近，因此选择POE 8150作为POE基料。

图9　不同牌号POE对PC/ABS合金材料拉伸强度的影响

图10　不同牌号POE对PC/ABS合金材料冲击强度的影响

图11　不同牌号POE对PC/ABS合金材料VOC的影响

图12　不同牌号POE对PC/ABS合金材料气味等级的影响

2.4抗氧剂对合金材料性能的影响

塑料改性过程中经常要加入抗氧剂以提高制品综合性能，添加适宜的抗氧剂至关重要，选错抗氧剂，助剂分解会给VOC和气味把控带来新的污染源；选对抗氧剂，不仅可以起到助剂应有的作用，还可抑制其它基材的分解，减少小分子物的释放。

通过上述实验，已确定PC 1100，ABS 8391，POE 8150为基材，固定PC，ABS，POE选材，探讨不同抗氧剂原料对PC/ABS合金材料性能的影响，主料配比为PC∶ABS∶POE∶抗氧剂=62∶30∶7∶1。测试PC/ABS合金样品性能，对其进行对比研究。图13～图16为不同牌号抗氧剂对PC/ABS合金材料拉伸强度、缺口冲击强度、VOC及气味等级的影响。由图13～图16可看出，抗氧剂为1010时，合金材料VOC和气味等级最优，相较之下抗氧剂BHT具有最优的力学性能及VOC和气味等级，因此，选择抗氧剂BHT作为高性能低VOC合金材料的抗氧剂基料。

图13　不同牌号抗氧剂对PC/ABS合金材料拉伸强度的影响

图14　不同牌号抗氧剂对PC/ABS合金材料冲击强度的影响

图15　不同牌号抗氧剂对PC/ABS合金材料VOC的影响

图16　不同牌号抗氧剂对PC/ABS合金材料气味等级的影响

3　结论

(1)选用PC 1100，ABS 8391，POE 8150，抗氧剂BHT 可制得高性能的环保PC/ABS合金材料。

(2) ABS的VOC含量和气味等级是由其中胶含量决定的，胶含量较大时，耐热温度不够，加工过程中易导致分解而产生小分子气体。

参 考 文 献

[1] 庄梦梦，徐耀宗，刘雪峰，等.车用内饰塑料发展趋势及低VOC改进方法[J].绿色科技，2015(9):320–321.

Zhuang Mengmeng，Xu Yaozong，Liu Xuefeng，et al. Development trend of automotive interior plastic and low VOC improvement method[J].Green Technology，2015(9):320–321.

[2] Jansen D，Neubauer J，Goetz-Neunhoeffer F，et al. Change in reaction kinetics of a Portland cement caused by a superplasticizercalculation of heat flow curves from XRD data[J].Cement and Concrete Research，2012，42(4):327–332.

[3] Chih R C，Feng C C.Polymer blends of polyamide-6 (PA6)and poly(phenylene oxide)(PPO)compatibilized by styrene-maleic anhydride (SMA)copolymer Polymer[J].Polym Sci，1997，38(19):7–17.

[4] Lei L，Plank J. A concept for a polycarboxylate superplasticizer possessing enhanced clay tolerance[J].Cement and Concrete Research，2012，42(10):1 299–1 306.

[5] 周健，徐泽平，杨菁菁，等.改性PC/ABS合金的研究[J].工程塑料应用，2014，42(9):25–29.

Zhou Jian，Xu Zeping，Yang Jingjing，et al. Study of modifying PC /ABS alloy[J].Engineering Plastics Application，2014，42(9):25–29.

[6] Jiang B，Zhou S，Ji H，et al. Dispersion and rheological properties of ceramic suspensions using linear polyacrylate copolymers with carboxylic groups as superplasticizer[J].Colloids and Surfaces A–Physicochemical and Engineering Aspects，2012，396:310–316.

[7] Yamada K，Takahashi T，Hanehara S. Effects of the chemical structure on the properties of polycarboxylate-type superplasticizer[J]. Cement and Concrete Research，2000，30(2):197–207.

[8] Frank W，Stefan B，Joachi P. Effects of the molecular architecture of comb-shaped superplasticizers on their performance in cementitious systems[J].Cement and Concrete Composites，2007，29(4):251–262.

[9] Zingg A，Winnfel F，Holzer L. Adsorption of polyelectrolytes and its influence on the rheology，zeta potential and microstructure of various cement and hydrate phases[J].Journal of Colloid and Interface Science，2008，323(2):301–312.

[10] Plank，Zhimin D，Andres P R. Preparation and characterization of new Ca-Al-polycarboxylate layered double hydroxides[J].Materials Letters，2006，60(29):3 614–3 617.

Preparation of High-performance and Low-VOC PC/ABS Alloy Material With Environmental Friendly

Shen Juan1，2， Su Yu1，2
(1. Beijing Institute of Aerospace Testing Technology，Beijing 530004， China；2. Beijing Aerospace Kaien Chemical Engineering Technology Co. Ltd.， Beijing 530004， China)

Abstract：Based on polycarbonate (PC)，acrylonitrile –butadiene –styrene plastic (ABS) as matrix resin，by adding polyolefin elastomer (POE)，antioxidants and other additives blended extrusion granulation，low-volatile organic compounds (VOC) PC /ABS alloy material which is always be friendly to environment was made. With toughening POE and antioxidants for PC /ABS system modified，the impact of PC/ABS binder，plasticizer，antioxidant on mechanical properties，VOC and odor level of PC /ABS alloys was explored. Thereby，a high-performance low-VOC PC /ABS alloy material was obtained in order to get application in the automotive interior.

Keywords：PC/ABS alloy materials；toughening；antioxidants；low volatile organic compounds

中图分类号：TQ325.2

文献标识码：A

文章编号：1001-3539(2016)04-0039-05

doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2016.04.009

收稿日期：2016-01-30