Разновидности инженерных пластиков. Акрилонитрил-бутадиен-стирол. Часть 1

АБС-смолы — это термопластичные смолы, состоящие из трех видов мономеров — акрилонитрила, бутадиена и стирола. Они были созданы в виде смол с оптимальным сочетанием твердости и мягкости за счет улучшения хрупкости, которая является недостатком полистиролов, путем добавления резинового компонента при сохранении твердости и текучести, которые являются преимуществами полистиролов. Смолы АБС были разработаны в форме АБС привитого типа несколькими производственными компаниями, в том числе Borg-Warner (в настоящее время General Electric), Monsanto и JSR, а также введением смол АБС смешанного типа американской резиновой промышленностью США в 1948 году. Препарат АБС с помощью привитой полимеризации неоднократно разрабатывался после его введения в 1956 году, и в настоящее время он используется в качестве одного из основных методов получения закаленных термопластичных смол. Как хорошо известно, АБС-смолы представляют собой один тип смол, обладающих всеми желаемыми свойствами, включая ударопрочность, технологичность, глянцевые свойства, хорошие механические свойства и высокую температуру теплового искажения.

Поэтому смолы ABS используются во многих областях применения и постоянно расширяют свой диапазон применения. Однако на практике, поскольку получить смолы ABS с требуемыми сочетаниями различных свойств достаточно трудно, было проведено много исследований в течение последних 50 лет и более, и в настоящее время проводятся различные исследования с целью улучшения как свойств, так и производственных процессов в промышленной и научной областях. Характерные свойства смол ABS сильно зависят от молекулярных характеристик сополимера стирол / акрилонитрил (SAN), образующего эластомерную фазу и матрицу. Способы получения привитого АБС в основном подразделяются на три типа, где широко используются методы массовой и эмульсионной полимеризации и масса-суспензия. Среди этих способов в основном использовался метод эмульсионной полимеризации. В случае SAN-сополимера его получали либо эмульсионной полимеризацией, либо полимеризацией в массе. АБС-смолы, как правило, готовят в композиционном соотношении от 21 до 27% акрилонитрила, от 12 до 25% бутадиена и от 54 до 63% стирола в среднем.

При этом стирол придает конечному АБС хорошую технологичность и жесткость, бутадиен улучшает ударную вязкость, а акрилонитрил улучшает химическую стойкость. Увеличение молекулярной массы сополимера SAN вызывает снижение текучести, увеличение ударной вязкости и ингибирование ползучести; это также приводит к увеличению устойчивости к поверхностно-активным веществам и прочности на разрыв. Узкое молекулярно-массовое распределение (MWD) вызывает увеличение прочности на растяжение, уменьшение усадки, улучшенную стабильность размеров и увеличение сопротивления ползучести, тогда как широкое молекулярно-массовое распределение улучшает свойства текучести и заполнения формы, но также увеличивает чувствительность к нагреву и давлению. Увеличение композиционного соотношения эластомера приводит к увеличению вязкости расплава, устойчивости к термической деформации и устойчивости к старению и снижению жесткости, а также к увеличению ударной вязкости.

На такую многофазную систему влияет состояние границы раздела между резиной и термопластичной матрицей. Конечные смолы АБС, полученные путем смешивания привитых АБС и сополимера SAN, обычно делятся на акрилонитрил-бутадиен-стиролы общего назначения, огнестойкие , экструзионные АБС, а также термостойкие, прозрачные, атмосферостойкие АБС и некоторые другие типы, в зависимости от сырья и применяемых добавок. В последнее время применение таких смол ABS было распространено в сочетании с другими инженерными пластиками, и в результате образовывались компаунды, получаемые путем смешивания композитного сплава с другими смолами, например, ABS / PVC, ABS / поликарбонат, ABS / PA, ABS / полиметилметакрилат и некоторые другие. Крупные компании по производству пластиков, выпускающие такие различные виды смол и изделий из ABS, включают GE Plastic и Dow Chemical в США, Lanxess и BASF в Германии, Chimei на Тайване, LG Chem. в Корее. В этой части мы начнем рассмотрение процесса подготовки смол ABS, конечных продуктов, основных областей применения и т. д., чтобы лучше понять общие свойства смол ABS.

АБС включает дисперсную фазу сополимера стирола / акрилонитрила, привитую на полибутадиеновый каучук, и непрерывную фазу сополимера стирола / акрилонитрила. Использование SAN, привитого на полибутадиеновом каучуке, обеспечивает высокую ударную вязкость, технологичность, химическую стойкость, стойкое окрашивание и некоторые другие важные производственные и эксплуатационные характеристики, присущие смолам из ABS. Свойства ABS-смол можно контролировать путем изменения состава и молекулярной массы SAN, размера частиц и распределения размера полибутадиенового каучука, соотношения при прививании и т. д. При использовании ABS-смол продукты, имеющие различные свойства, можно изготавливать, изменяя базовую структуру и состав компаунда. В частности, можно изготавливать изделия, имеющие различное применение, включая жаростойкие изделия, прозрачные изделия и огнестойкие изделия.

Основным свойством смол ABS является ударопрочность. В связи с этим были созданы различные теории, касающиеся ударного свойства. Частицы каучука рассеивают энергию удара благодаря эффективному молекулярному образованию, что позволяет избежать появления трещин. Посредством такого рассеивания энергия аннигилирует с деформацией резиновых частиц, чтобы создать кавитацию резиновых частиц. Это явление можно подтвердить с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ). Основным механизмом разрушения HIPS является растрескивание с оптимальным размером частиц в диапазоне от 2 до 6 мкм, тогда как в случае смол ABS этот механизм дает сдвиг, который максимизируется с очень мелкими частицами (не более 0,1 мкм). В следующей части закончим предварительное рассмотрение свойств акрилонитрил-бутадиен-стирола и перейдем к особенностям производства.