冲击性改善剂：如何令配混料更坚韧

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简介
适用於聚烯烃的新型弹性抗冲改性剂
实现耐冲击性和其他特性平衡
流动性
挺度
耐气候老化能力和低温冲击强度
高温性能

简介

添加剂的重要作用是改善配混料的冲击强度。抗冲改性剂对配混料的内在易脆性（或称零度以下易脆性）、缺口敏感性、豁裂蔓延性等具有改善作用。一般来说，其原理在於引进一种具有弹性或橡胶性质的组分，这一组分能吸收冲击能量或将冲击能量扩散。 Jennifer Markarian 特此爲需要改善韧性的配混商推介部分解决方案。

抗冲改性剂是一种主要添加剂，作用在於提高柔软度和冲击强度，使産品能满足刚性部件的物理特性要求。刚性聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、苯乙烯 - 丙烯腈共聚物（SAN）等非改性聚合物在环境温度下易於碎裂。聚酰胺、聚烯烃等其他非改性聚合物在环境温度下易於流延，同时，在低温下又易於碎裂。聚碳酸酯（PC）等聚合物具有良好的落镖冲击强度，但缺口冲击耐性较差。对於特定用途来说，如果聚合物体系不能满足冲击性要求，则必须采用抗冲改性剂加以改善。目前，市场上有多种抗冲改性剂，可根据主体聚合物和特定用途予以选择。

抗冲改性剂 主体聚合物类型 供应商(品牌)
ABS PVC Crompton (Blendex)
AMA PVC Crompton (Blendex)
MBS PVC、工程聚合物 Atofina (Clearstrength), Kaneka (Kane Ace)
SBS PS, HIPS, PPE, SMMA Atofina (FineClear), KRATON Polymers (Kraton D)
SEBS 聚烯烃、PS, PC KRATON Polymers (Kraton G)
MA 改性 SEBS 聚酰胺、聚酯 KRATON Polymers (Kraton FG)
丙烯酸 PVC、工程聚合物 Atofina (Durastrength), DuPont(Elvaloy and Elvaloy HP), Rohm and Haas(Paraloid, Advastab,Advalube),Kaneka
连续相交联聚丙烯酸酯 聚烯烃、聚酰胺、聚酯（根据连续相而定） Optatech(PACREL)
CPE 聚烯烃 Dupont-Dow(Tyrin)
EPDM 聚酰胺 Crompton (Royalene), Dupont-Dow(Nordel), ExxonMobil(Vistalon)
MA-改性 EPDM 工程树脂 Crompton (Royaltuf), Dupont (Fusabond)
SAN-改性 EPDM PS, HIPS, PPE, SMMA Crompton (Royaltuf)
改性乙烯 - 丙烯酸酯共聚物 聚酯 DuPont(Elvaloy PTW)
离子交联聚合物 聚酰胺 DuPont(Surlyn)
热塑性弹体和塑性体 聚烯烃 Dow (AFFINITY Polyolefin Plastomers, VERSIFY), DuPont-Dow Elastomers(Engage), ExxonMobil(Vistamaxx)
非反应类改性聚烯烃 聚烯烃 Atofina(Lotryl), DuPont(Elvaloy AC), Crompton (Interloy)
反应类改性聚烯烃 尼龙、聚酯 Dupont-Dow(Tyrin)


表 1 列出了较爲常用的某些抗冲改性剂

所有抗冲改性剂均具有弹性或橡胶性质，模量低於主体聚合物。均匀分布的橡胶相可吸收或扩散冲击能量，从而防止碎裂或豁裂蔓延。爲避免碎裂蔓延、获得理想的冲击改善，橡胶相必须均匀分布，而且抗冲改性剂必须与主体聚合物相容。同时，还必须具有良好的粘合力，才能防止碎裂在弹性微粒周围蔓延。橡胶微粒也必须具有良好的粘合力，以便防止碎裂通过橡胶微粒蔓延。爲确保低温冲击强度，抗冲改性剂必须具备极低的玻璃过渡温度（Tg）。

抗冲改性剂有时可通过聚合反应在反应釜中混入，例如：在散装 ABS 过程中将苯乙烯、丙烯腈接枝於聚丁二烯（PB）橡胶。抗冲改性剂也可作爲添加剂在配混过程中混入。在某些情况下，抗冲改性剂和主体聚合物自然相容，例如：乙烯 / 丙烯 / 二烯共聚物（EPDM）抗冲改性剂与聚丙烯（PP）相容。往往需要进行化学改性，才能使两种聚合物相容，并在连续相中获得均匀的分布和良好的粘合力。例如 SAN 接枝于EPDM时，会使EPDM 与 SAN 和 PC等其他极性聚合物相容。对於聚酰胺、聚酯等反应类工程聚合物，可通过将马来酸酐（MA）等反应类聚合物与抗冲改性剂接枝而获得相容性。目前，MA-改性EPDM、聚烯烃、苯乙烯嵌段共聚物（SBCs）可用於对聚酰胺和聚酯进行冲击性改善。DuPont Packaging and Industrial Polymers公司高级研究员表示，虽然非反应型抗冲改性剂可提供常规韧性，但只有反应型抗冲改性剂才能提供“超强韧性”和低温任性。

据塑胶工业谘询机构BRG Townsend添加剂産品经理Fred Gastrock估计，2001年全球抗冲改性剂産量达5.4亿吨，産值达12.5亿美元。其中，ABS和甲基丙烯酸甲脂/ 丁二烯/ 苯乙烯共聚物等苯乙烯类共聚物是最大的品类，大约占45%的市场份额；丙烯酸大约占30%的市场份额；EPDM、热塑性弹体等弹性体大约占10%的市场份额；氯化聚乙烯（CPE）大约占10%市场份额。据Gastrock预测，从 2001年到2006年，苯乙烯类抗冲改性剂以低於3%的平均年增长率增长，其他品类的平均年增长率达 5-6%。由於PVC 是抗冲改性剂的最大消费者，用量占总量的大约80%，因此，抗冲改性剂的增长与 PVC 用量息息相关。在抗冲改性剂总用量中，PC、聚酰胺、聚酯等工程树脂占有10% 的份额，该类树脂的快速增长将会促进抗冲改性剂的增长，剩余10%抗冲改性剂由聚烯烃使用。业内专家评论说，“质量更高、价格更低、交货更快速”这一趋势正推动抗冲改性剂的使用，有助维持或改善薄型部件的特性。



适用於聚烯烃的新型弹性抗冲改性剂

表示，热塑性弹体（TPE）抗冲改性剂的应用越来越广泛，不仅用於聚丙烯，也用於其他聚烯烃和聚酰胺。过去8年中，聚烯烃弹性体和塑性体在汽车内饰、外饰、工业模塑産品和其他应用领域（这些用途要求具备超低温韧性）所用TPOs中作爲抗冲改性剂代替EPDM。聚烯烃基抗冲改性剂在高温/ 紫外线老化、低温冲击强度、流动特性等方面具备优异的性能。同时，与 EPDM包料和碎屑相比，TPE粒料更易於运送和分散。

公司今年推出的VERSIFY? 丙烯-乙烯弹性体和塑性体采用Dow's 公司INSITE? 技术和溶解工艺制成。Dow Chemical高级技术主任Mark Murphy称，“丙烯和乙烯的含量可根据用户要求订制，以便在冲击强度、挺度、透明度、可加工性等方面实现合理平衡。” 增加乙烯含量、降低结晶度的産品可添加含量更高的阻燃剂和滑石粉等矿物添加剂。

另外，ExxonMobil Chemical 公司於2003年8月推出了Vistamaxx丙烯- 乙烯弹性体。Vistamaxx弹性体由位於美国路易斯安那州的新建溶解聚合厂生産，采用的工艺是Exxpol? 催化技术。传统型塑化体的乙烯含量较高，而Vistamaxx 的主要含量是丙烯，共聚单体含量极低。极高的丙烯结晶度，形成了高度的弹性和温度耐性。



实现耐冲击性和其他特性平衡

选择抗冲改性剂时，配方设计师必须考虑耐冲击性、流动特性、挺度、耐气候老化性、低温韧性、高温稳定性、成本等各个方面的平衡。供应商提供各类抗冲改性剂，配方设计师可选择适用的等级，以便控制成本。例如，Atofina公司的Finaclear 540、Kraton Polymers公司的KRATON 1403 等新型SBC采用专业设计，能以较低的成本在低端晶状PS食品包装中改进耐冲击性和透明度。Rohm and Haas公司北美塑胶添加剂总经理John Buckley表示，只有在整个配方过程中确保协和作用，并於抗冲改性剂、润滑剂、加工助剂、稳定剂等方面实现最佳平衡，才能降低成本；此外，加工商还采用效率更高的抗冲改性剂，例如Rohm and Haas於2004年4月专爲PVC建材及建筑行业推出的Paraloid 352抗冲改性剂。而DuPont Dow最近也开发了Tyrin?2500P等低密度CPE抗冲改性剂和低密度EnliteTM开发産品，这些抗冲改性剂内在效率更高，特别适用於建材建筑用刚性PVC。



流动性

抗冲改性剂一般会影响工程聚合物在挤塑机中的加工性，不过，业界却不断要求提高流动特性，尤其是注塑行业。Hausmann抗冲改性剂一般会影响工程聚合物在挤塑机中的加工性，不过，业界却不断要求提高流动特性，尤其是注塑行业。Dupont最近推出的AEB560産品是一种MA改性聚烯烃抗冲改性剂，能在不影响聚酰胺、聚酯等工程聚合物流动特性的前提下提高低温韧性。对於抗冲改性剂来说，注重反应性则会降低流动性。Atofina功能聚合物商业开发经理Richard认爲，将反应类和非反应类抗冲改性剂相结合，可实现冲击强度和流动性之间的平衡，更可降低成本。

最近推出了Lotader XX1336非反应类改性聚烯烃抗冲改性剂，与反应类改性聚烯烃抗冲改性剂结合使用时，可在尼龙6中实现冲击强度和流动性之间的平衡。Perrinaud说：“非反应类改性剂作用於反应类改性剂和尼龙之间的介面，深入两种材料的相位，从而改变相位介面的结晶作用。” Perrinaud表示，在其他体系中，非反应类Lotader丙烯酸/乙烯共聚物可与反应类改性剂结合使用。KRATON Polymers公司宣称，将马来化KRATON FG1901与KRATON G 1657（一种非功能性苯乙烯 - 乙烯/ 丁二烯 - 苯乙烯，SEBS）结合使用，同样能在尼龙6或尼龙6.6中改善冲击性能。配方设计师可选用马来酸酐（MA）含量不同的各种反应类改性剂，在冲击强度和流动性之间实现两全其美。MA 含量增高，可提高分散性和冲击强度，却会对流动性造成不良影响。

抗冲改性剂的分散程度是配混商所关注的。虽然双螺杆挤塑机是确保均匀分散的首选设备，但是配混商却希望采用单螺杆挤塑机，同时扩大加工温度范围。Perrinaud称，Lotader MAH改性剂采用专业设计，既适合於双螺杆挤塑机加工，又适合於单螺杆挤塑机加工。Hausmann博士补充，采用单螺杆挤塑工艺，能实现乙烯甲基丙烯酸离子交联聚合物树脂均匀分散。



挺度

抗冲改性剂本质上会降低聚合物的模量或挺度，而各种技术的应用就有助实现平衡。采用矿物填充剂可提高挺度，可是会降低耐冲击性。改进型矿物改性剂可降低负面影响，或者说，在某种情况下可与抗冲改性剂协作以增强耐冲击性。偶联剂与填充剂结合使用，也可增强耐冲击性。塑胶谘询机构Bob Eller公司总裁, Bob Eller表示，“新型SEBS和茂金属催化型聚烯烃都可大幅度提高挺度和冲击强度之间的平衡，并不会对加工性産生严重影响”。



耐气候老化能力和低温冲击强度

所谓耐气候老化能力，指的是承受紫外光照射时保持冲击强度和色彩的能力。在某些用途中，这种能力是十分重要的。PVC常用的抗冲改性剂中，EPDM和丙烯酸改性剂具有耐气候老化能力，MBS 和 ABS 则不具备这一能力。 Crompton 公司聚合物改性剂市场经理George McCarty指出，受门窗筒子板和门窗型材类建筑市场等应用领域的推动，耐气候老化性抗冲改性剂在PVC中的应用越来越广泛。丙烯酸改性剂存在的问题是，虽然具备耐气候老化能力，但耐低温冲击能力较差。在低温性能优良、含抗冲改性剂的芯层外部共挤一层纯丙烯酸或丙烯酸改性的外层，即可解决这问题。 McCarty补充说，由於乙烯栅栏在阳台栏杆等关键用途中的应用越广泛，低温冲击强度的标准也越严格。

lz2907186

不错，值得学习。

lz2907186

谢谢楼主!!!!!!!!!!