ABS – ein moderner Kunststoff

Volker Abetz, Makromolekulare Chemie II, Universität Bayreuth

Walter Wagner, Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth

Martin Weber, BASF-AG

1930: Beginn der großtechnischen Polystyrol–Produktion (BASF)

1936: Poly[styrol-co- acrylnitril]

1948: Schlagfestes Polystyrol (High impact polystyrene, HIPS)(DOW Chemical)

–

Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) -Polymerisate(US Rubber Company)

–

1967: Witterungsbeständige Acrylnitril-Styrol-Acrylat (ASA) -Polymerisate(BASF)

Transparente S/B-Blockpolymere (Phillips)1970:

Historische Entwicklung

Übersicht Styrolpolymerisate

Acrylnitril

Ersatz vonButadien-durch Acrylat-kautschuk

Butadien-kautschuk

Einbauvon MMA

PStransparentsteifspröde

Butadien-kautschuk

-Methylstyrol

PSANspannungsrißbeständig

P[S/-MS] P[-MS/AN]

wärmeformbeständig

ABSzähopakspannungsrißbeständigwenig witterungsbeständig

HIPSzähopakwenigwitterungsstabil

ASAzähspannungsrißbeständigwitterungsstabil

MBS, MABSzähtransparent

Vergleich: Schlagfeste+nicht schlagfeste Styrolpolymerisate

Spannung

Dehnung

ABSHIPS

SANPS

PS und PS/AN

– steif– spröde

HIPS und ABS

– steif– zäh

061/000.559

Einfluß der Morphologie auf die Eigenschaften

Matrix:

MolekulargewichtComonomergehaltSchmiermittelgehalt

Kautschukphase:

KautschukgehaltKautschukpartikelgröße

SteifigkeitWärmeformbeständigkeitFließfähigkeit

ZähigkeitOberfächenglanzSteifigkeitFließfähigkeitWärmeformbeständigkeit

061/000.560

Steifigkeit

0

Einfluß auf:Zähigkeit ( Fläche unter der Kurve)

Reißdehnung ( Abbruch der Kurve bei % Dehnung)

10 20

Dehnung [%]

Spannung [N/mm2]

60

0

40

20

0 10 20

Dehnung [%]

Spannung [N/mm2]

60

0

40

20 BruchenergieBruchenergie

0 10 20

Dehnung [%]

Spannung [N/mm2]

60

0

40

20 Bruchenergie

Einfluß der Kautschukpartikelgröße auf die mechanischen Eigenschaften

Bruchmechanismen in thermoplastischen Werkstoffen

Crazing Shear yielding

Polystyrol, Poly(SAN) Polyamid, Polypropylen, PMMA, PVC

– wird durch relativ große Teilchen initiiert

– tritt auf bei amorphen, relativ unpolaren Matrices – tritt auf bei teilkristallinen Thermoplasten

– tritt auf bei polaren Matrices

– wird durch kleine Teilchen initiiert

Es gibt Übergänge zwischen beiden Mechanismen

Kautschukteilchen

Scherband

Zugspannung

Kautschukteilchen

FibrilleCrazes

Acrylnitril - Butadien - Styrolcopolymere (ABS)

Herstellung analog zum HIPS-Verfahren,jedoch Verwendung von Acrylnitril alsComonomer

Lösungs - ABS Emulsions - ABS

Herstellung der "Weichkomponente"(dispergierte Kautschukteilchen)

Herstellung der "Hartkomponente"(Poly(styrol-co-acrylnitril)) durchkontinuierliche Lösungspolymerisation

ABS

Lösungspolymerisation

Polybutadien Styrol, Acrylnitril Poly(styrol-co-acrylnitril)

Micellen

Emulsionspolymerisation

Einfluß von Comonomeren auf die Eigenschaften

Chemikalienresistenz(CCl4)

Wärmeformbeständigkeit[ °C]

Poly[a-MS-AN](70/30)

+115

Poly[S-AN](65/35)

+100

Polystyrol –100

Poly[S-a-MS](60/40)

–128

polare Comonomere gute Chemikalienresistenz (Spannungsrißbeständigkeit)

sperrige Substituenten hohe Glastemeperatur, d.h. Wärmeformbeständigkeit

Multiaxiale Zähigkeit bei Wärmelagerung (80°C)

Witterungsbeständiger Acrylat-Kautschuk im ASA wesentlich geringererZähigkeitsabfall bei Wärmelagerung als Butadien-Kautschuk

ASA ist insbesondere für Außenanwendungen entwickelt worden

Multiaxiale ZähigkeitAS50 [Nm]

Lagerzeit [mon]

10

20

30

40

0 2 40

6 108

ASA

ABS mit Acrylat Butadien-Kautschuk

ABS

Kautschuktypen zur Modifizierung von SAN

Doppelbindungen viele keine

Temperaturbeständigkeit – +

Witterungsbeständigkeit – +

Glasübergangstemperatur -80°C -40°C

Kälteschlagzähigkeit + –

ABS(Butadien- Kautschuk)

ASA(Acrylester- Kautschuk)

SAN

SAN- Pfropfhülle

Kautschuk

061/000.557

Bordgeschirr aus Styrol/Acrylnitril – Copolymer

061/000.593

Telefongehäuse und Instrumententafel aus ABS

061/000.592

Surfbretter und Freizeitmöbel aus witterungsbeständigem ASA

Zusammenfassung

Einflußfaktoren Eigenschaften

Aufbau und Molmasseder Matrix

Steifigkeit

Comonomere Wärmeformbeständigkeit,Spannungsrißbeständigkeit

Kautschuk Zähigkeit,Witterungsbeständigkeit

BrechungsindexdifferenzMatrix Kautschuk

Transparenz