ABS получают полимеризацией стирола и акрилонитрила в присутствии полибутадиенового каучука, так что часть сополимера стирола и акрилонитрила (SAN) прививается к частицам каучука, а остальная часть образует жёсткую матрицу вокруг них. Три мономера поступают из типичных потоков, а полимеризованную смолу компаундируют и нарезают в гранулы перед отгрузкой.
В этой статье рассматривается, как ABS-смола производится; формование деталей из гранул методами литья под давлением, экструзии или термоформования — это отдельная тема.
Шаг 1: Производство мономеров
Каждый из трёх мономеров производится из типичного сырья по одному доминирующему маршруту на мономер:
- Акрилонитрил: производится аммооксидированием, процессом Сохайо, в котором пропилен, аммиак и воздух реагируют в паровой фазе на катализаторе.
- Бутадиен: извлекается из потока C4, который паровой крекер производит как побочный продукт этилена, затем концентрируется экстрактивной дистилляцией или экстракцией растворителем.
- Стирол: производится дегидрированием этилбензола, который сам производится алкилированием бензола этиленом.
В готовом ABS содержание каучука составляет от 5 до 30 % масс., а акрилонитрила — около 25 % масс., остальное приходится на стирол.
Шаг 2: Полимеризация ABS
Стирол и акрилонитрил полимеризуются в присутствии полибутадиенового каучука: часть цепей SAN прививается к каучуку, а остальная часть образует жёсткую матрицу SAN, в которой каучук находится в виде мелких частиц. Прививка удерживает две фазы вместе.
Заводы осуществляют этот этап по одному из двух основных маршрутов — эмульсионному и массовому, причём эмульсионный маршрут доминирует. Гибридная/эмульсионная технология, при которой прививочный каучук производится в эмульсии, а затем смешивается с отдельно произведённым SAN, обеспечивает около 97 % мирового производства ABS, согласно статье 2023 года авторы которой работают на лицензиара конкурирующего массового процесса.
Третий маршрут — суспензионный — начинается как массовый процесс и завершает реакцию в воде с суспендирующими агентами.
Эмульсионный ABS имеет более мелкие частицы каучука и глянцевую отделку и подходит для литья под давлением, но мыло и вода, в которых он производится, оставляют эмульгатор в продукте, и его базовый цвет варьируется, часто с лёгким жёлтым оттенком. Массовый ABS имеет стабильный светлый базовый цвет, но его более крупные частицы каучука дают матовую отделку, и он лучше подходит для экструзии.
Термостойкие и прозрачные марки производятся на этом этапе путём изменения рецептуры мономеров, добавления дополнительного мономера, такого как альфа-метилстирол или метилметакрилат.
Эмульсионная полимеризация
Эмульсионный ABS строится в воде, начиная с мономера бутадиена и заканчивая сухим порошком прививочного каучука:
- Каучуковый латекс: бутадиен полимеризуется в водной эмульсии в полибутадиеновый латекс, и частицы латекса выращиваются до размера, необходимого для марки.
- Прививка: стирол и акрилонитрил подаются в латекс и полимеризуются на частицах каучука.
- Коагуляция: добавляется раствор соли или кислоты для разрушения латекса, и привитый полимер осаждается из воды.
- Обезвоживание и сушка: осадок центрифугируется и высушивается в порошок прививочного каучука, готовый к компаундированию с SAN на Шаге 3.
Массовая полимеризация
Массовый ABS, также называемый блочным ABS, производится путём растворения предварительно полученного полибутадиенового каучука в стироле и акрилонитриле и непрерывной полимеризации раствора без воды. Промышленные массовые процессы часто содержат некоторое количество растворителя, такого как этилбензол, поэтому этот маршрут также называют полимеризацией в растворе.
По мере полимеризации мономеров растущий SAN становится непрерывной фазой, а каучук разбивается на частицы — изменение, называемое инверсией фаз.
Реакция останавливается до полной конверсии. Полимерный раствор проходит через вакуумные дегазаторы, которые удаляют непрореагировавший мономер и растворитель для рециркуляции, а дегазированный расплав направляется непосредственно на гранулирование.
Шаг 3: Компаундирование и гранулирование
ABS превращается в гранулы путём расплавной экструзии, и путь зависит от маршрута. Эмульсионный прививочный порошок смешивается в расплаве в двухшнековом экструдере с отдельно произведённым SAN и с добавками, такими как смазки, стабилизаторы и пигменты, а экструдированные жгуты нарезаются в гранулы. Массовый ABS не требует отдельной стадии смешивания: добавки дозируются в дегазированный расплав на пути к гранулятору.
Для эмульсионного ABS соотношение прививочного порошка и SAN определяет содержание каучука в готовой смоле, поэтому один богатый каучуком привитый полимер может быть разбавлен до марки ABS нескольких уровней ударной вязкости.
Перед отгрузкой каждая партия tested against the producer’s sales specification. Для одного универсального эмульсионного ABS договорная спецификация перечисляет четыре свойства: показатель объёмного расхода расплава, температура размягчения по Вика, ударная вязкость по Шарпи с надрезом и индекс желтизны — значения, которые сертификат анализа сообщает для каждой партии.