ABS – ein moderner Kunststoff Volker Abetz, Makromolekulare Chemie II, Universität Bayreuth Walter Wagner, Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth Martin Weber, BASF-AG

Historische Entwicklung 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) 1970: Transparente S/B-Blockpolymere (Phillips)

Übersicht Styrolpolymerisate PS transparent steif spröde Acrylnitril a-Methylstyrol PSAN spannungsrißbeständig P[S/a-MS] P[a-MS/AN] wärmeformbeständig Butadien- kautschuk Butadien- kautschuk ABS HIPS zäh opak wenig witterungsstabil zäh opak spannungsrißbeständig wenig witterungsbeständig Ersatz von Butadien- durch Acrylat- kautschuk Einbau von MMA ASA zäh spannungsrißbeständig witterungsstabil MBS, MABS zäh transparent

Vergleich: Schlagfeste+nicht schlagfeste Styrolpolymerisate Spannung s SAN PS HIPS ABS Dehnung e PS und PS/AN HIPS und ABS – steif – spröde – steif – zäh

Einfluß der Morphologie auf die Eigenschaften Kautschukphase: Kautschukgehalt Kautschukpartikelgröße Zähigkeit Oberfächenglanz Steifigkeit Fließfähigkeit Wärmeformbeständigkeit Matrix: Molekulargewicht Comonomergehalt Schmiermittelgehalt Steifigkeit Wärmeformbeständigkeit Fließfähigkeit 061/000.559

Einfluß der Kautschukpartikelgröße auf die mechanischen Eigenschaften Spannung [N/mm2] Spannung [N/mm2] Spannung [N/mm2] 60 60 60 40 40 40 20 Bruchenergie 20 Bruchenergie 20 Bruchenergie 10 20 10 20 10 20 Dehnung [%] Dehnung [%] Dehnung [%] Einfluß auf: Steifigkeit Zähigkeit ( Fläche unter der Kurve) Reißdehnung ( Abbruch der Kurve bei % Dehnung) 061/000.560

Bruchmechanismen in thermoplastischen Werkstoffen Crazing Shear yielding Polystyrol, Poly(SAN) Polyamid, Polypropylen, PMMA, PVC Kautschukteilchen Fibrille Crazes Kautschukteilchen Scherband Zugspannung – tritt auf bei amorphen, relativ unpolaren Matrices – tritt auf bei polaren Matrices – tritt auf bei teilkristallinen Thermoplasten – wird durch relativ große Teilchen initiiert – wird durch kleine Teilchen initiiert Es gibt Übergänge zwischen beiden Mechanismen

Acrylnitril - Butadien - Styrolcopolymere (ABS) Lösungs - ABS Emulsions - ABS Herstellung analog zum HIPS - V erfahren, Herstellung der "W eichkomponente" jedoch V erwendung von Acrylnitril als (dispergierte Kautschukteilchen) Comonomer Herstellung der "Hartkomponente" (Poly(styrol - co - acrylnitril)) durch kontinuierliche Lösungspolymerisation

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

Micellen

Emulsionspolymerisation

Einfluß von Comonomeren auf die Eigenschaften Wärmeformbeständigkeit Chemikalienresistenz [ °C ] (CCl ) 4 Polystyrol 100 – Poly[S - a - MS] 128 – (60/40) Poly[S - AN] 100 + (65/35) Poly[ a - MS - AN] 1 15 + (70/30) polare Comonomere gute Chemikalienresistenz (Spannungsrißbeständigkeit) sperrige Substituenten hohe Glastemeperatur , d.h. Wärmeformbeständigkeit

Multiaxiale Zähigkeit bei Wärmelagerung (80°C) [Nm] S50 40 30 ASA 20 ABS mit Acrylat Butadien-Kautschuk 10 ABS 2 4 6 8 10 Lagerzeit [mon] Witterungsbeständiger Acrylat-Kautschuk im ASA wesentlich geringerer Zähigkeitsabfall bei Wärmelagerung als Butadien-Kautschuk ASA ist insbesondere für Außenanwendungen entwickelt worden

Kautschuktypen zur Modifizierung von SAN SAN- Pfropfhülle Kautschuk Doppelbindungen viele keine T emperaturbeständigkeit – + Witterungsbeständigkeit Glasübergangstemperatur - 80°C 40°C Kälteschlagzähigkeit ABS (Butadien Kautschuk) ASA (Acrylester

Bordgeschirr aus Styrol/Acrylnitril – Copolymer 061/000.557

Telefongehäuse und Instrumententafel aus ABS 061/000.593

Surfbretter und Freizeitmöbel aus witterungsbeständigem ASA 061/000.592

Zusammenfassung Einflußfaktoren Eigenschaften Aufbau und Molmasse der Matrix Steifigkeit Comonomere Wärmeformbeständigkeit, Spannungsrißbeständigkeit Brechungsindexdifferenz Matrix Kautschuk Transparenz Kautschuk Zähigkeit, Witterungsbeständigkeit