连续本体聚合ACS树脂特点及应用前景

连续本体聚合ACS树脂特点及应用前景

作者：沈曙光周文斌宁波镇洋化工发展有限公司

ACS树脂是丙烯腈（AN）和苯乙烯(ST）接枝到氯化聚乙烯（CPE）主链上形成的共聚物。ACS树脂与通用的ABS树脂相比基本物性相似，但由于采用了饱和性的氯化聚乙烯橡胶取代了不饱和性的聚丁二烯橡胶，因而具有优良的耐候性、耐老化性以及先天的阻燃性和抗静电性，弥补了ABS树脂的性能缺陷，能广泛地应用于电子、电器、通讯、仪表、建材、汽车零部件以及办公机械等领域，发展空间巨大，是一种很有前途的工程塑料。ACS树脂在国外已发展成为最为迅速的特种ABS品种，而国内目前还无工业化生产ACS。因此，ACS的国产工业化成为当前急需解决的热点问题，该技术的开发及成果转化具有非常巨大的经济效益和社会效益。

ACS产品的应用开发

ACS主要用于户外使用的工程塑料制品或阻燃抗静电塑料制品，特别是用于机电产品及仪器仪表的外壳及零件，如办公自动化设备、台式计算机、复印机、电子现金出纳机（AFM）；家用电器的外壳及零件，如电视机、电火炉、录音机及录像机、电器开关、电器联接件、交流电接插件、测量仪器及防火设备及组件，汽车车身和车轮部件、结构件、容器、安全帽、日用电器、室外照明广告等。美国还将ACS用于户外建筑表面装饰，太阳能设备管道及管件、道路标志等。

耐候塑料领域的开发

新型ACS树脂在耐候塑料领域的开发主要与耐候级ABS、ASA、AES等产品进行了应用比较。通常意义上“耐候级ABS”是指可以在户外使用的ABS，它是用二类材料组成，一类为普通ABS中加入较大量抗紫外线剂经物理混炼的方法制成，此类材料的耐老化性优于通用级ABS，但是室外使用时间也仅能达到1年左右；另一类是用耐候性橡胶代替聚丁二烯橡胶采用化学合成方法制成的高分子材料，如丙烯腈—丙烯酸酯橡胶—苯乙烯三元共聚物（ASA），丙烯腈—三元乙丙橡胶—苯乙烯三元共聚物（AES）和丙烯腈—氯化聚乙烯橡胶—苯乙烯三元共聚物（ACS）。此类材料的耐老化性大大优于以物理方法改性的（加入抗紫外线剂ABS）。

ABS经耐候试验仪短期照射，即会泛黄，AAS也有可以观察到的色泽变化，而ACS照射1000h后仍不变色，见表1。

比较ASA、AES、ACS三者具有相似的物理特性，用途也有较多重叠和交叉，但ACS具有更好的经济性。

依照我们对ACS市场的分析，在耐候性工程塑料应用领域，可以开发以下制品：

表2 UL94试验结果

建筑领域—户外用管材及管料、水槽、标志牌、建筑护墙板、门窗异型材装饰层；

工业领域—工艺管材、管道件配件;

休闲娱乐—户外家具、挡风板、游泳池泵及过滤器外壳、广告牌、游船船体;

汽车及运输—汽车仪光盘、侧车镜壳体、托架、保险杆壳及装饰。

目前已在建筑领域推广使用ACS，并获得初步成功。

和阻燃或抗静电级ABS对应的应用领域的开发

近年来阻燃ABS的市场需求越来越大，已占ABS生产总量的20%以上，世界年需量达到60万吨。阻燃ABS的生产方法一般是向通用级ABS树脂中添加溴系阻燃剂和无机阻燃剂。阻燃ACS的生产流程短，生产操作简便、控制容易、无须加入溴系阻燃剂、聚四氟乙烯，所以生产成本低，阻燃ACS的生产成本比阻燃ABS低约8%。

塑料阻燃性的试验方法有：UL规格、CSA规格、ASTM、JIS等各种方法。ACS树脂的阻燃性能达到被世界上认为最严格的加拿大CSA规格要求。日本昭和电工将ACS树脂和ABS等进行阻燃性对比试验，其结果如表2所示。

从表2可看出，几种阻燃级树脂比较，以阻燃级ACS级树脂效果好。这是由于ACS树脂中的橡胶成分CPE具有含氯的化学成分，本身就具有阻燃性。同时，ACS树脂还具有和无机阻燃剂亲合性较好的特性。

阻燃ACS可制成应用于电子、电器、仪表、通讯、录像机、复印机、电视机、吸尘器、电话机的壳体和零配件，还可应用于通讯器材、电磁波屏蔽材料、汽车内装饰品、仪表盘、广告板、轻质自选车架、时钟壳、耐日光直射的电器壳材料、发光二极管指示板、照明灯具零件、消防用具等。阻燃ACS还可以用于军事用途，如生产枪托、弹药的包装箱等。

ACS生产工艺比较

ACS树脂接枝共聚的方法可根据主体聚合物以不同的状态参加聚合反应分为：本体法、溶液法、乳液法和悬浮法或者上述共聚方法组合形成的分段聚合法等。

（1）水相悬浮聚合法：由于聚合是在水这种惰性介质中进行，聚合温度容易控制，该方法具有较大的优势。但是各单体和主体聚合物在水相中较难溶解或溶胀，并且废水处理量较大，加上最近世界各地对环保及污染控制力度的加大，限制了该方法的应用。

（2）乳液聚合法：该方法先要将主体聚合物制成胶乳，再经过聚合、盐析、洗涤、干燥的复杂操作工序，并且在该工艺过程中需要使用乳化剂、盐析剂、分散剂等多种化学添加剂类，因此产品性能往往受到残留乳化剂和盐析剂等杂质的影响。

（3）溶液聚合法：国外专利中早期有报道，该方法虽然没有本体聚合的缺陷，但所有溶剂需要回收，成本相对偏大，经济效益较低，因此给工业生产带来了一定程度上不利影响。

（4）本体聚合法：该方法的优点是产品质量优良，工艺流程简单，国外新建装置有向该工艺发展的趋势，但本体聚合工艺本身也具有一定的局限性，反应体系粘度较大，反应热不能及时移走，对设备要求较高。

综合比较上述各种聚合方法，以本体聚合法最好。此法工艺流程简单、设备投资少、三废处理量小、产品纯度高、产品质量优良，并且国内外各大公司及研究机构加大了对本体聚合方法的研究力度，各类新建装置有向该工艺发展的趋势。但是本体聚合工艺本身也具有反应体系粘度大、温度控制困难等局限性。本公司通过自主研究解决了本体聚合工艺的难点，生产出了高质量的ACS产品。

表3 连续本体聚合ACS各牌号主要技术指标

表4 日本昭和电工公司ACS性能技术指标

成果和开发计划

产品应用研究成果

镇洋化工自2008年1月15日被宁波市科技局列为2008年宁波市新产品开发第一批项目名单，公司成立了专门的ACS研发小组，在查阅大量文献资料的基础上自主开发连续本体聚合法工艺，积极围绕ACS树脂的工艺路线、共聚配方、共聚条件、后加工工艺、树脂结构与性能的内在联系等内容展开研究，并完成了ACS树脂的性能评价和加工与应用研究。产品的性能指标达到了日本昭和电工（株）同类产品水平，详见表3、表4。

公司开发的“连续本体聚合法ACS”已于09年3月通过了中国石油和化学工业协会的技术鉴定，并得出了以下结论：该项技术工艺流程合理，操作控制稳定，与“水相悬浮聚合法工艺生产ACS技术”相比，具有能耗低、产品收率高、生产成本低等优点；试验工艺过程中无有毒物质的工业废水排放，有利于环境保护。

下一步计划

根据ACS产品在应用开发过程中存在的问题目前已基本得到解决，性能上也有很多改进，在下一步的应用开发中，要根据客户反馈意见对产品进行改性，满足客户的加工性要求和性能指标要求。（完）