深度研究阻燃ABS

　　     方春塑料知識(shí)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進(jìn)行的話，雖然達(dá)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？接下來帶著這個(gè)疑問，我們一下來看下文。

     ABS樹脂是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯組成的三元共聚物，所以能表現(xiàn)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(yīng)用。因此阻燃ABS的研究也就具有了相當(dāng)重要的意義。

     ABS樹脂是由丙烯腈、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(jiān)韌、耐低溫沖擊性好、耐蠕變性好、尺寸穩(wěn)定性好、成型收縮率小等優(yōu)異性能，但其氧指數(shù)僅18.3 3～20 (< 21 )，屬于易燃材料，這已成為ABS樹脂進(jìn)一步推廣應(yīng)用和發(fā)展的一大障礙。在ABS消費(fèi)結(jié)構(gòu)中主要是家用電器 、機(jī)械配件 、辦公用品和用具等。如電視機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、空調(diào)、計(jì)算機(jī)、復(fù)印機(jī)、電話、吸塵器等，此外還有汽車、摩托車和管道等。上述用途中ABS主要做內(nèi)外殼體、支撐和各種零配件，同時(shí)ABS在通訊器材、商品器材、文教娛樂用品及建材的需求前景也十分看好。隨著科技進(jìn)步和生活質(zhì)量的提高，人們安全意識(shí)越來越強(qiáng)，國內(nèi)外對(duì)汽車、建筑、家用電器、辦公用品等方面使用的塑料材料提出了嚴(yán)格的防火阻燃要求，制定了相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。為此，研究和開發(fā)ABS阻燃新技術(shù)已顯得十分重要。

     目前ABS樹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(yīng)型阻燃劑作為第四單體進(jìn)行聚合，其缺點(diǎn)是工藝復(fù)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機(jī)和有機(jī)兩大類，其中含鹵有機(jī)類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)。無機(jī)的阻燃劑主要是氫氧化鋁、氫氧化鎂等，這類阻燃劑只有大量添加才能達(dá)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(fù)合方法。即將上述第2、3種方法結(jié)合起來，對(duì)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(duì)ABS塑料具有較好阻燃作用的主要有磷系、鹵系有機(jī)物及某些無機(jī)化合物，其中無機(jī)阻燃劑在ABS中添加量需要達(dá)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(yán)重?fù)p害ABS的物理力學(xué)性能。而磷系阻燃劑品種、數(shù)量較少，且多數(shù)又為液體和低熔點(diǎn)化合物，不適用于ABS的造粒加工工藝。因此，當(dāng)前對(duì)于ABS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(jī)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(duì)ABS的力學(xué)損失，但在使用過程中應(yīng)充分考慮到其熱穩(wěn)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(yīng)。當(dāng)DBDPO/Sb2O3為 2∶ 1時(shí)，阻燃效率最好，氧指數(shù)最高。其阻燃機(jī)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(yīng)，同時(shí)加入輔助阻燃劑Sb2O3與HBr反應(yīng)得SbBr3相對(duì)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(duì)ABS的力學(xué)性能帶來影響，尤其是沖擊強(qiáng)度會(huì)有所下降。為提高阻燃ABS的沖擊強(qiáng)度，主要采用以下幾種方法：

     ● 添加與ABS相容性好的樹脂。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(qiáng)度，但會(huì)不同程度降低體系的阻燃性，需補(bǔ)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(dá)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(duì)沖擊強(qiáng)度帶來的影響。

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

    ● 使用粒徑更小的無機(jī)阻燃劑，對(duì)沖擊性能的損失會(huì)更小。

    ● 不同的溴類阻燃劑對(duì)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(yáng)灰，對(duì)環(huán)境帶來嚴(yán)重的污染。因此在使用溴類阻燃體系時(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(jié)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(wěn)定的雙鍵，易熱氧老化和光老化，而一些鹵素阻燃劑的光穩(wěn)定性較差，使得阻燃ABS的耐侯性不好，顏色穩(wěn)定性差，限制了ABS在戶外的應(yīng)用。因此，對(duì)于ABS耐侯性的研究主要集中在三個(gè)方面。

     首先，使用耐侯性、穩(wěn)定性好的阻燃劑，這方面無機(jī)阻燃劑就有它的優(yōu)點(diǎn)。而不同溴類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(jié)構(gòu)中存在醚鍵，鍵間的結(jié)合力較差，所需的能級(jí)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(wěn)定性，又會(huì)引發(fā)ABS分子鏈自由基的降解。四溴雙酚A在ABS中的耐紫外光老化性能就要優(yōu)于十溴聯(lián)苯醚，這是因?yàn)槭迓?lián)苯醚的兩個(gè)苯環(huán)之間是由氧原子連接，氧上的孤對(duì)電子與其兩邊的苯環(huán)上的電子云產(chǎn)生共軛效應(yīng)，從而可使聯(lián)苯醚自由基穩(wěn)定存在，導(dǎo)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，沒有共軛效應(yīng)，使自由基引發(fā)ABS的降解能力降低。

     其次，紫外吸收劑、熱穩(wěn)定劑和光穩(wěn)定劑復(fù)合使用。在TBBPA/Sb2O3復(fù)配阻燃的ABS共混物中單獨(dú)添加苯并三唑類紫外光吸收劑或受阻胺光穩(wěn)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。苯并三唑類紫外光吸收劑是一種具有共軛大π鍵分子結(jié)構(gòu)的化合物，當(dāng)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化合物能夠吸收300～380nm波長的紫外光并導(dǎo)致苯環(huán)中的電子向高能級(jí)躍遷。由于其存在共軛大π鍵，能保持化合物的穩(wěn)定性，因而減弱了紫外光對(duì)ABS的降解作用。受阻胺光穩(wěn)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(jié)構(gòu)中存在大量空穴，能夠吸收自由電子，因此，當(dāng)共混物受氙燈照射并產(chǎn)生溴自由基，受阻胺光穩(wěn)定劑可以捕捉一部份溴自由基，減弱紫外光對(duì)ABS的降解程度。但大部分受阻胺類的光穩(wěn)定劑顯弱堿性，而大多數(shù)鹵素阻燃劑屬于酸性，二者的復(fù)合使用降低了這類光穩(wěn)定劑的效果。

     第三，TiO2 紫外線屏蔽劑能提高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，正好是可見光波長的一半，因此添加到聚合物中能夠?qū)θ展馄鸬秸凵渥饔?。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相當(dāng)，能夠?qū)ψ贤饩€產(chǎn)生反射和阻隔作用。同時(shí)能夠與起化學(xué)作用的苯并三唑類紫外光吸收劑和受阻胺光穩(wěn)定劑產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使ABS具有優(yōu)異的耐候性能，且在長期使用過程中的力學(xué)性能不出現(xiàn)下降。    

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