Anwendungstechnik von ACR- und MSB-Schlagzähmodifikatoren

PVC ist ein universell einsetzbarer Kunststoff mit einem breiten Anwendungsspektrum und hoher Produktionsleistung. Hart-PVC-Produkte zeichnen sich durch hohe Härte, Steifigkeit und Festigkeit, ausgezeichnete chemische Korrosions- und Alterungsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Flammschutzeigenschaften aus. Sie eignen sich daher als Baumaterial und ersetzen herkömmliche Stahl- und Holzprodukte. Zudem sind sie leicht zu verarbeiten und kostengünstig. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung von Hart-PVC-Produkten und deren steigendem Anteil übersteigt der Verbrauch von Hart-PVC-Produkten in Industrieländern weltweit den von Weich-PVC-Produkten deutlich. Vom Ende des 20. Jahrhunderts bis heute ist der Anteil von Hart-PVC-Produkten an der Gesamtmenge an PVC ein wichtiger Indikator für den Entwicklungsstand der Kunststoffverarbeitungstechnologie eines Landes. In den letzten Jahren haben sich Energieeinsparung und Verbrauchsreduzierung zu den wichtigsten Entwicklungstrends bei Hart-PVC-Produkten entwickelt. Die Entwicklung und Anwendung von Hart-PVC-Produkten als energiesparende Materialien bietet daher nicht nur wirtschaftliche Vorteile, sondern auch wichtige soziale Vorteile angesichts der Energie- und Holzknappheit in China. Seit den 1970er Jahren werden Hart-PVC-Produkte zur Herstellung von Rohren, Kunststofftüren und -fenstern, Baumaterialien, Dekorationsmaterialien usw. verwendet und finden breite Anwendung im Baugewerbe, in der chemischen Industrie, im Maschinenbau, in der Elektronik, in der Leichtindustrie, in der Landwirtschaft und in anderen Bereichen.

Allerdings sind gewöhnliche Hart-PVC-Produkte spröde Materialien und ihre Schlagfestigkeit ist gering. Die Kerbschlagzähigkeit des einfach gestützten Trägers beträgt bei 23 °C nur 2,5 kJ/m. Daher ist es oft notwendig, Schlagzähmodifikatoren In Verarbeitungsanwendungen wird es verwendet, um die Schlagzähigkeit zu verbessern, ohne die Zugfestigkeit, die thermische Verformung und andere Eigenschaften von PVC signifikant zu verringern. Schlagzähmodifikatoren für PVC umfassen hauptsächlich Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPDM), Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR), Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (EVA), chloriertes Polyethylen (CPE), Acrylat-Copolymer (ACR), Methylmethacrylat-Butadien-Styrol-Copolymer (MBS) und ABS. Die derzeit am häufigsten verwendeten Schlagzähmodifikatoren sind CPE, EVA, ACR und MBS.

Unter den oben genannten vier Arten von PVC-Schlagmodifikatoren ist ACR der beste Schlagmodifikator mit guter Gesamtleistung, guter Verarbeitungsleistung von modifiziertem PVC, hoher Zugfestigkeit, hohem Elastizitätsmodul, hoher thermischer Verformungstemperatur und ausgezeichneter Witterungsbeständigkeit. Neben der schlechten Witterungsbeständigkeit ist MBS auch ein PVC-Schlagmodifikator mit guter Gesamtleistung, insbesondere hat MBS einen ähnlichen Brechungsindex wie PVC und ist der einzige Schlagmodifikator, der für die Verarbeitung von transparenten, schlagmodifizierten PVC-Produkten verwendet wird.

ACR- und MBS-Schlagmodifikatoren sind im Allgemeinen Kern-Schale-Strukturverbundpolymere mit vernetztem Kautschuk als Kern und einem Polymer mit hoher Glasübergangstemperatur (Tg) und guter Kompatibilität mit PVC als Schale. Der Kautschuk der Kernschicht ist der Teil, der tatsächlich für die Schlagmodifizierung verantwortlich ist. Das Polymer der Schalenschicht wird mit dem Polymer der Kernschicht gepfropft, um eine Beschichtungswirkung auf der Kernschicht zu erzielen. Dies verbessert die Dispersion des Schlagmodifikators in PVC und seine Kompatibilität mit PVC. ACR-Schlagmodifikatoren bestehen im Allgemeinen aus vernetztem Acrylatkautschuk als Kern und Polymethylmethacrylat usw. Das höhere Polymer bildet die Schale. MBS besteht im Allgemeinen aus Styrol-Butadien-Kautschuk als Kern und einem Methylmethacrylat-Styrol-Copolymer als Schalenschicht.

Das US-Unternehmen Rohm-Hass entwickelt seit den 1950er Jahren ACR-Schlagzähmodifikatoren und brachte die ersten kommerziellen Produkte auf den Markt. Später beteiligten sich auch das französische Unternehmen Alto, die deutschen Unternehmen BASF und Huls sowie die japanischen Unternehmen Jabuchi und Kwuha Chemical an der Forschung und Entwicklung von ACR-Schlagzähmodifikatoren und förderten so die schnelle Entwicklung von ACR-Schlagzähmodifikatoren.

Die Forschung an MBS-Schlagmodifikatoren begann Ende der 1950er Jahre. Die US-Unternehmen Borg-Warner und Rohm-Hass begannen mit der Entwicklung von MBS-Harz und erhielten 1960 ein Patent für die Herstellung von PVC-Schlagmodifikatoren (MBS). Derzeit nimmt Japans MBS-Produktionstechnologie eine weltweit führende Position ein. Die beiden Unternehmen mit der größten Produktion und der fortschrittlichsten Technologie sind Jongyuan und Kurea.

Die Entwicklung und Anwendung von ACR-Schlagzähmodifikatoren in China begann Anfang der 1980er Jahre. Die Synthese- und Anwendungsforschung wurde vom Beijing Research Institute of Chemical Industry, dem Shanxi Research Institute of Chemical Industry, der Hebei University of Technology, dem Qilu Research Institute of Chemical Industry, der Zhejiang University und anderen Einrichtungen durchgeführt. Im Vergleich zu ausländischen ACR-Schlagzähmodifikatoren besteht jedoch noch eine gewisse Lücke in der Zähigkeitsmodifizierungswirkung, und die Produktion von ACR-Schlagzähmodifikatoren ist zudem auf wenige Kunststoffarten wie PVC beschränkt.

Ausländische Technologie entwickelte Länder bei der Verarbeitung von PVC-Hartprodukten und einer kleinen Anzahl anderer Kunststoffarten sind weit verbreitet
ACR und MBS sind Schlagzähmodifikatoren. Japan verwendet bei der PVC-Verarbeitung hauptsächlich MBS-Harz, wobei der Verbrauchsanteil des Harzes 40 bis 50 % des Schlagzähmodifikators beträgt. Europa verwendet hauptsächlich ACR-Schlagzähmodifikatoren. Die Produkte umfassen hauptsächlich Profile, Rohre und Profile, und die Menge an MBS-Schlagzähmodifikatoren ist ebenfalls groß. Insbesondere in der westeuropäischen Verpackungsindustrie sowie bei PVC-Platten und -Folienprodukten ist die Nachfrage nach MBS stark. Die USA sind ein weltweit bedeutender Hersteller von ACR und MBS und auch ein bedeutender Abnehmer von Anwendungen und nehmen eine wichtige Position ein. Aus Sicht der globalen Entwicklungstrends bei PVC-Schlagzähmodifikatoren steigt aufgrund des zunehmenden Volumens der PVC-Verarbeitung auch der Verbrauch von Schlagzähmodifikatoren. Derzeit wird in China hauptsächlich CPE als Schlagzähmodifikator verwendet. Dies ist jedoch nur vorübergehend. Laut einer Analyse der internationalen Entwicklungssituation wird der Verbrauch von Sorten mit minderer Qualität und relativ geringer Effizienz allmählich zurückgehen, während die Menge an hocheffizienten ACR- und MBS-Stoffen allmählich zunimmt. In Zukunft werden in China CPE, ACR und MBS als Schlagzähmodifikatoren auf den Markt kommen. Es wird erwartet, dass die Menge an inländischen PVC-Hartprodukten bis 2005 4 Millionen Tonnen bzw. 2010 6 Millionen Tonnen erreichen wird und die entsprechende Nachfrage nach Schlagzähmodifikatoren 80.000 bis 110.000 Tonnen bzw. 130.000 bis 150.000 Tonnen beträgt. Daher ist die aktive Entwicklung von hochleistungsfähigen ACR- und MBS-Schlagzähmodifikatoren vielversprechend.

Die Herstellung von ACR- und MBS-Schlagmodifikatoren umfasst hauptsächlich die Synthese von Gummikernpartikeln und Schalenpolymeren, die meist durch Emulsionspolymerisation synthetisiert werden. Die Gummikernpartikel werden hauptsächlich durch intermittierende, halbkontinuierliche oder Saatemulsionspolymerisation synthetisiert, wobei letztere durch Kern-Schale-Emulsionspolymerisation unter Verwendung von Latexkernpartikeln als Saat synthetisiert wird. Um für MBS Gummipartikel mit größerer Partikelgröße zu erhalten, verwenden einige Unternehmen auch die Methode der Kondensation von Gummipartikeln mit kleiner Partikelgröße zu Partikeln mit großer Partikelgröße und anschließender Polymerisation, um das Schalenpolymer zu bedecken. Durch Emulsionspolymerisation erhaltene ACR- und MBS-Latexpartikel werden kondensiert, getrocknet oder direkt gesprüht, um ACR- und MBS-Schlagmodifikatorpulver zu erhalten.