高温对ABS树脂和聚碳酸酯塑料降解的影响

王首骏

1. 引言

PC树脂和ABS树脂均是是世界上五大通用工程塑料之一，聚碳酸酯（PC）具有突出的冲击韧性、宽的使用温度、良好的电绝缘性能和尺寸稳定性等优点，但是其不足之处为熔体粘度大、加工成型困难（特别是加工大型制品），容易产生应力开裂、缺口敏感性大、不耐溶剂，且价格昂贵。丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物（ABS）具有良好的耐冲击性和加工流动性，价格也比较便宜，因而得到广泛的应用，但是因耐热性、耐候性能差，力学性能不够理想而限制了它的应用。PC和ABS共混所得到的PC/ABS合金在性能上可形成互补：一方面共混合金的耐热性、冲击强度及拉伸强度优于ABS;另一方面其熔体粘度比PC低，加工性能比PC好，制品内应力和冲击强度对制品厚度的敏感性也大大降低。但是由于PC/ABS在高温加工过程中存在降解现象，对产品有很大的影响，所以加工温度对PC/ABS影响的研究，可以为加工工艺的改进提供依据。

2. 实验方法

将ABS和PC原料在恒温干燥箱中于100℃下烘干两小时，开启密炼机预热设定密炼机各区温度、加工时间、转子转速等参数。

取50gABS原料于密炼室中，开动转子炼制10min后打开，立即趁热用小铲子刮净胶料，此为洗涤密炼机，去除金属壁表面杂质。称取烘干的ABS原料60g左右，分别在260℃、300℃条件下，放入密炼室密炼10min后打开，用洗净烘干的瓷盘盛装取下的胶块，待冷却后装入塑料袋贴上标签，注明加工温度。

同上用PC洗涤后加工得到260℃和300℃下PC的样品，最后称取PC/ABS共混物60g左右（PC和ABS质量比为3：1）分别在260℃和300℃下加工制得两个PC/ABS混合样。

使用傅里叶红外光谱仪（FTIR）和凝胶渗透色谱仪（GPC）分别分析用密炼机高温（260℃和300℃）加工后的ABS、PC、PC/ABS共混物的化学结构变化和相对分子量变化情况，从而了解升高加工温度对PC/ABS共混物的影响。

3. 实验结果与分析

3.1傅里叶红外光谱的实验结果与讨论

图3-1～图3-8分别为未加工的ABS、260℃加工后的ABS、300℃加工后的ABS、未加工的PC、260℃加工后的PC、300℃加工后的PC、260℃加工后的PC/ABS、300℃加工后的PC/ABS红外谱图。

由图3-9未加工的ABS和260℃加工后的ABS的谱图对比（A曲线表示未加工的ABS谱图;B曲线表示260℃加工后的ABS谱图），看出未加工的ABS比260℃加工后的ABS在1640cm-1附近的羰基（C=O）特征吸收峰大，这可能是由于未加工的ABS存放过久发生了表面氧化，但其内部未被氧化。而在加工密闭环境中，氧气进入很少，几乎不发生氧化反应。加工过程中被氧化的表面和未被氧化的内部均匀混合，所以未加工的ABS的羰基的特征吸收峰大。同理，由图3-10未加工的PC和260℃加工后的PC的谱图对比（A曲线表示未加工的PC谱图;B曲线表示260℃加工后的PC谱图），发现未加工的PC也发生了表面氧化。

由图3-11 260℃加工后的ABS和300℃加工后的ABS谱图对比（A曲线表示260℃加工后的ABS谱图;B曲线表示300℃加工后的ABS谱图）和图3-12 260℃加工后的PC和300℃加工后的PC谱图对比（A曲线表示260℃加工后的PC谱图;B曲线表示300℃加工后的PC谱图），看出不同加工温度下的ABS、PC的各个特征吸收峰的形状基本不變，说明加工温度对ABS、PC化学结构影响不大。

由图3-13 260℃加工后的PC/ABS和300℃加工后的PC/ABS谱图对比（A曲线表示260℃加工后的PC/ABS谱图;B曲线表示300℃加工后的PC/ABS谱图），看出260℃加工后的PC/ABS比300℃加工后的PC/ABS在3500cm-1附近的羟基（-OH）特征吸收峰大，应该是加工前PC/ABS未完全干燥有水，高温下PC对水敏感，温度升高水解加剧，所以导致羟基的特征吸收变大。

3.2凝胶渗透色谱实验结果与分析

图3-14～图3-17为未加工的PC、未加工的ABS、260℃加工后的PC/ABS、300℃加工后的PC/ABS的GPC测试结果。根据GPC谱图计算机的计算结果列于表3-1。表中，Mn为数均相对分子量，Mw为重均相对分子量，D=Mw/Mn为多分散系数。

从图3-14中可以看出PC的大多数分子相对重均分子量是5 x103～105g/mol，峰的最大值出现在5x104g/mol左右，是一个宽度比较窄的单峰，说明PC分子量分布比较集中。

从图3-15中可以看出ABS的大多数分子相对重均分子量是104～106 g/mol，峰的最大值出现在105g/mol左右，也是一个宽度比较窄的单峰，说明ABS分子量分布也比较集中。

从图3-16中可以看出260℃下加工后的PC/ABS的大多数分子相对重均分子量是5x103～5x105g/mol，峰的最大值也出现在5x104g/mol左右，它的分布不再是个单峰，说明PC和ABS重均分子量分布没有完全重合。且260℃下加工后的PC/ABS大多数分子的相对重均分子量（5x103～5x105g/mol）分布处于PC（5x103～105g/mol）和ABS（104～106g/mol）之间。图3-16中，小于104g/mol区间的分子应该主要来自于PC。

从图3-17中可以看出300℃下加工后的PC/ABS的大多数分子相对重均分子量是104～105g/mol，峰的最大值出现在略小于5x104g/mol左右的地方，是个单峰，PC和ABS重均分子量分布基本重合。这可能是由于PC在300℃加工时降解加剧，使PC的相对分子量分布曲线稍向左移，与ABS相对分子质量分布曲线重合，同时使多分散系数减小。

4. 结论

红外图谱表明加工温度对PC/ABS共混物的化学结构影响不大;GPC结果表明加工温度升高，PC/ABS共混物中PC降解加剧，所以温度过高不利于PC/ABS的加工。

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