ABS ТРИ В ОДНОМУ

Сьогодні неможливо прожити день, не наткнувшись на що-небудь з АБС-пластику. Він буквально всюди, від ручок та зубних щіток до холодильників, автомобільних приладових панелей та комп'ютерних клавіатур. Він використовується мільйонами 3D-принтерів. І у вигляді цегли LEGO, готових проколоти босі ноги, він ховається на килимах у дитячих кімнатах по всьому світу.
АБС настільки поширений, що має сенс поглянути на цей матеріал з погляду його хімічного складу та властивостей. ABS - це не просто пластик, а суміш, яка використовує найкращі властивості своїх компонентів для створення одного з найуніверсальніших пластмас у світі.

ВСЕ ЗА ОДНОГО 

На відміну від простих пластиків, таких як полімолочна кислота (PLA), про яку ми говорили раніше, АБС або акрилонітрил-бутадієн-стирол є кополімером. Це означає, що замість зв'язувати мономер одного типу в довгі ланцюги, кілька різних мономерів з'єднуються разом. У випадку з АБС це три мономери, і в назві всі вони в порядку - акрилонітрил, бутадієн і стирол.

Гранули зі стирол-акрилонітрильної смоли. Джерело: Ашвіні Полімерс

Як ці три компоненти зібралися разом – цікава історія. Ще в 30-х роках минулого століття хіміки ще не народженої дитячої промисловості полімерів експериментували як з поліакрилонітрилом (PAN), так і з полістиролом (ПС). PAN був раннім успіхом у пошуку синтетичних волокон, у результаті з'явилися такі продукти, як орлоновий акрил. Синтетичні волокна, як і інші кополімери PAN, знайшли своє застосування у всьому, від одягу до килимів. Приблизно в той же час був випущений у продаж полістирол, спочатку як заміна цинку при литті під тиском дрібних деталей. Прозорий пластик був твердим, але крихким та з низькою температурою плавлення.
До 1940-х років хіміки з'ясували, що кополімеризація мономерів стиролу та акрилонітрилу призведе до утворення пластику, який буде, як і раніше, прозорим, як полістирол, але менш крихким і з кращими термічними властивостями. Пластик отримав назву стирол-акрилонітрил (SAN) і знайшов застосування у харчовій промисловості та для виробництва різних споживчих товарів.
Хоча SAN був кращим за чистий полістирол, йому все ще не вистачало міцності. Тому наприкінці 1940-х років вирішили додати до суміші ще один полімер: полібутадієн. Полібутадієн, або синтетичний каучук, існує з 1910 року і має багато властивостей натурального каучуку - гнучкість, пластичність, високу зносостійкість - що призводить до його широкого застосування від автомобільних шин, ущільнень і прокладок до м'ячів для гольфу.

ДОДАТИ ТРОХИ ГУМИ 

Синтетичний каучук (полібутадієн). Джерело: Hills Rubber Co.
Бутадієн здавався природним доповненням до полімерної суміші SAN, і в 1948 був винайдений ABS. З міцністю акрилу, твердістю стиролу та ударною в'язкістю бутадієну кополімер став широко застосовується в різних сферах. Це було пов'язано головним чином з можливістю управління його властивостями шляхом зміни суміші трьох компонентів. Пластик можна оптимізувати і для виробництва – злегка підправте його, і ви отримаєте пластик із відмінними властивостями для екструзії, що дозволяє виготовляти такі вироби, як труби та нитки для 3D-принтера. Якщо трохи змінити склад, пластик підійде для лиття під тиском.
Було б помилкою думати, що АБС – це просто три різні компоненти з'єднаних разом. Виробництво – складний процес, який помітно змінився за останні роки. Спочатку був кращим емульсійний спосіб, в якому бутадієн був спочатку полімеризований у водному середовищі, акрилонітрильні та стирольні мономери потім були додані в синтетичний латексний склад і залишені для полімеризації. У рідині утворюються дрібні частинки АБС, які можуть бути вилучені центрифугуванням. 

Синтетичний каучук (полібутадієн). Джерело: Hills Rubber Co.

Метод масової полімеризації зараз кращий. У ньому полібутадієн виробляється окремо, подрібнюється на дрібні фрагменти та змішується з акрилонітрильними та стирольними мономерами. Партію енергійно перемішують під час полімеризації, що призводить до зсуву шматків полібутадієну ще менші розміри. Ступінь змішування контролює розмір гумових частинок і ударну в'язкість пластику. Він також контролює глянсуватість готового пластику, який завжди блищить при виробництві емульсійним методом, оскільки рідка латексна емульсія призводить до дуже маленьких частинок бутадієну.

НОВИЙ АБС ДЛЯ СТАРОГО

Ринок АБС величезний. У 2016 році було вироблено близько 10,8 млн. тонн, і попит збільшується, оскільки з'являються нові товари. Однак таке виробництво ресурсомістке. Усі мономери отримані частково з нафти, і їх створення потрібно багато енергії. На щастя, ABS придатний для вторинної переробки, при цьому використаний матеріал подрібнюється і поєднується з первинним і утворюються нові гранули майже такої ж якості, що і новий пластик.