ABS与PVC合金的热稳定性分析

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ABS/PVC合金的热稳定性分析

时间：2006-3-4 10:03:35

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)和聚氯乙烯(PVC)具备热力学相容性，在形态上是半相容的“海岛结构”。一方面PVC作为一种含氯的高聚物可用作ABS的阻燃剂，ABS/PVC合金的氧指数可高达33%以上，悬臂梁缺口冲击强度达11.5kJ/m。另一方面ABS是PVC很好的改性剂，可有效地提高PVC的韧性及耐热性。但由于PVC本身的热稳定性差，受热时将会分解生成氯化氢，需加入热稳定剂来加以保护。鉴于PVC的热稳定作用和机理与众不同，其热稳定剂已自成体系，但对ABS的热稳定却不一定有利，故有必要对PVC/ABS合金的热老化性能作探讨。颜色变化是表征高分子材料老化的一大重要因素。本文通过热烘变色直观的方法，分析了ABS/PVC合金的热稳定性。

1实验部分 1.1原料及设备

PVC，SE700，天津大沽；ABS，757，台湾奇美；助剂市售。

双辊混炼机，SK-160B，上海橡胶塑料厂；平板硫化机，XRB-70，广州皮革机械厂；数显鼓风干燥箱，101-2AS，上海成顺仪器仪表有限公司。 1.2 试样制备

按配方称取ABS、PVC及助剂适量，在165℃双辊机上混炼7min后，180℃平板硫化机5min热压成2mm厚片材，并裁成15mm×15mm的小方块。 1.3 性能测试

200℃热烘变色试验：烘箱升温至200℃恒定后，鼓风，放入试样，每隔5min取出一组试样，比较试样热老化前后颜色变化。并根据可分辨的色差分为5、4、3、2、1五个等级，在每两个级别中再补充半级。5级样品完全未变色；1级样品完全变色。 2 结果与讨论

2.1 热稳定剂对ABS热稳定性能的影响

ABS的热稳定是把某些金属化合物与抗氧剂并用来实现的，那么PVC专用热稳定剂的加入是否会影响其热老化呢?表1给出了答案。热稳定剂的加入，普遍使ABS的热稳定性下降，不管是铅盐、稀土，还是有机锡，ABS的颜色都变深，尤以铅盐热稳定剂最明显。

表1 热稳定剂对ABS树脂热稳定性的影响

配方 1 2 3 4 ABS/phr 100 100 100 100 1076/phr 0.2 0.2 ，0.2 0.2 铅盐热稳定剂/phr 3.5 稀土热稳定剂/phr 5 有机锡热稳定剂/phr 2 5min 5 5 5 5 200℃热烘 10min 5 4-5 4-5 4-5 25min 4 2-3 3-4 3-4 2.2 ABS、PVC合金比例对材料热稳定性的影响

虽然PVC专用热稳定剂会加速ABS树脂的热老化，但由于它可抑制PVC的分解因而在ABS与PVC的合金中必需添加。表2列出了添加3.5phr铅盐热稳定剂，5phrCPE作为第三组分的ABS、PVC合金热稳定性数据。 表2 ABS与PVC合金比例变化对其热稳定性的影响

配方 1 2 3 4 5 6 ABS/phr 100 80 60 40 20 PVC/phr 20 40 60 80 100 5min 4-5 4-5 4-5 4-5 4-5 4-5 200℃热烘 10min 4 4 4 3-4 3-4 3-4 25min 2-3 2 3 2 1 1-2 从表2可以发现，并不是PVC份量越多，合金的热烘变色就越差。ABS/PVC为20/80时，合金的变色最明显，25min就完全变色；而当ABS/PVC为60/40时，合金的颜色变化最小。在该组试验中1号配方未添加PVC树脂，其热稳定性却不如3号配方。这进一步证实了PVC热稳定剂对ABS热老化有不利影响，但同时它又抑制了PVC的分解，因而这两种作用相互变叉、重叠，造成了ABS、PVC合金的热稳定性不随PVC树脂比例而同步变化。在ABS与PVC树脂比例在60/40时，表现出最佳的热稳定效果。

2.3 CPE对ABS、PVC合金热稳定性的影响

在ABS、PVC共混体系中常加入第三组份CPE作为相容剂，提高共混体系的冲击强度等性能。CPE的热稳定性差，对ABS、PVC合金的热稳定性也有影响，如表2、表3所示。

表3 未添加CPE的ABS、PVC热烘变色评级

配方 8 9 10 ABS/phr 100 60 PVC/phr 40 100 5min 5 4-5 5 200℃热烘 10min 4-5 3-4 4 25min 3 2-3 2 注：添加的热稳定体系同表2 把表3的3组配方与表2的1、3、6号配方相比较。可以发现，CPE会加速ABS/PVC(100/0)或ABS/PVC(0/100)的热老化。对ABS/PVC(60/40)合金却有正面作用。总体而言CPE的影响还是比较小，在ABS、PVC的合金中可以添加。 2.4 热稳定剂对ABS/PVC合金热稳定性的影响

在ABS与PVC的共混合金中，以ABS/PVC的比例为60/40时热稳定效果最好，通过选用合适的热稳定剂，可改善ABS/PVC合金的热烘变色性能。 表4 热稳定剂对ABS/PVC合金热稳定性的影响

配方 3-1 3-2 3-3 复合铅稳定剂/phr 3.5 稀土稳定剂/phr 5 有机锡稳定剂/phr 2 5min 5 5 5 200℃热烘 10min 4 4-5 5 25min 2 3 3 表4说明了在本实验的三种PVC热稳定剂中，复合铅对ABS/PVC合金的热稳定作用效果最差，有机锡添加量少，效果最好。

由于有机锡热稳定剂成本高，复合铅效果差而且不利于环保，因此稀土热稳定剂是ABS与PVC合金较理想的热稳定剂。改变稀土热稳定剂的用量结果如表5。随着稀土稳定剂添加量的增大，ABS/PVC合金的热稳定性提高。但添加至5phr后，无明显效果。因此只添加4-5phr的稀土热稳定剂即可。 表5 稀土稳定剂用量对ABS/PVC合金热稳定性能的影响

配方 4-1 4-2 4-3 4-4 4-5 稀土稳定剂/Phr 2 3 4 5 6 5min 5 5 5 5 5 10min 4 4-5 4-5 4-5 4-5 200℃热烘 15min 2-3 3-4 4 4 4 25min 1 1-2 2-3 3 3 3 结论

(1)PVC三种专用热稳定剂都对ABS的热老化不利；

(2)在铅盐稳定剂作用下，改变ABS与PVC的配比，以ABS/PVC比例为60/40的合金稳定性最好； (3)CPE对ABS/PVC合金的热稳定性有一定的正面效应，但对非合金体系的ABS、PVC却不利；

(4)在本实验的三种热稳定体系中，有机锡稳定剂对ABS/PVC(60/40)合金的热稳定效果最佳；但从经济角度出发，以添加4phr-5phr的稀土热稳定剂性价比较高。

相容性不好

ABS/PVC共混合金的性能受多种因素的影响，从ABS与PVC的相容性来看。ABS中存在两相结构，苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN，δ=9.3-9.8)作为连续相，即树脂相；聚丁二烯（PB, δ=8.44）作为分散相，即橡胶相。PVC（δ=9.57）与ABS的树脂相相容性较好，而与橡胶相不相容，ABS/PVC共混物属“半相容”体系。因而在该体系中，PVC与SAN的界面状况是影响最佳相容性的重要因素。PVC与SAN界面状况又受到SAN中丙烯腈(AN)含量的影响。一般认为，ABS/PVC体系具有“海岛”结构，PVC与SAN一起构成连续相，而共混过程中ABS中的橡胶粒子作为分散相，其粒径基本没有变化。当材料受到外力冲击时，橡胶粒子成为应力集中点，使材料诱发银纹，同时橡胶粒子又可歧化、终止银纹或诱发新的银纹，从而提高了材料的抗冲性能。 当然ABS中的A相越高效果更好