白色ABS遮光效果評(píng)價(jià)方法研究

趙慶宗，李含春，張 雄，曾 賽，敬新柯

(金發(fā)科技股份有限公司企業(yè)技術(shù)中心，廣東 廣州 510663)

ABS(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物集聚丙烯腈的剛性和耐化學(xué)藥品性、聚苯乙烯的加工流動(dòng)性及聚丁二烯的抗沖擊性等特性于一身，具有良好的綜合性能，其價(jià)格適中，廣泛應(yīng)用于家用電器中[1]。電器的每年潮流顏色經(jīng)常會(huì)改變，但純凈美觀、大方簡(jiǎn)約的白色無論什么年代都那么時(shí)尚好看，所以很多家電產(chǎn)品和消費(fèi)電子產(chǎn)品都以白色為主。此外，產(chǎn)品設(shè)計(jì)上會(huì)對(duì)指示燈顯示有要求，特定厚度能透可見光，而在其他厚度不透光，也就是遮光效果。遮光產(chǎn)品可見光透過率低，透過率指的是通過試樣的光通量與射到試樣上的光通量之比，用百分?jǐn)?shù)表示。改性塑料一般通過添加鈦白粉來實(shí)現(xiàn)低的可見光透過率。

鈦白粉是一種重要的無機(jī)化工原料，也是當(dāng)今世界范圍內(nèi)公認(rèn)性能最優(yōu)秀的白色顏料。其主要成分為二氧化鈦(TiO2)，外觀呈白色固體或粉末顆粒狀。鈦白粉具有白度、光澤度優(yōu)越，折射率高，遮蓋力強(qiáng)，理化性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、油墨、化纖、橡膠等領(lǐng)域。鈦白粉工業(yè)化生產(chǎn)方法有兩種工藝(硫酸法和氯化法)，其中氯化法相比于硫酸法具有產(chǎn)品質(zhì)量高、工藝流程短、廢棄物排放少、環(huán)境友好性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，未來應(yīng)進(jìn)一步推廣氯化法在中國的應(yīng)用[2]。

二氧化鈦以3種結(jié)晶形態(tài)(金紅石型/銳鈦型/板鈦型) 存在于自然界中，板鈦型是不穩(wěn)定的晶型(屬斜方晶系)，可以轉(zhuǎn)化成金紅石型(在650 ℃以上)，在工業(yè)上實(shí)用價(jià)值不大。 銳鈦型二氧化鈦在常溫下能穩(wěn)定存在,但在高溫下向金紅石轉(zhuǎn)化[3]。

隨著鈦白粉添加量的增加，遮光效果越好，但需要兼顧成本，和品質(zhì)管控，需要在生產(chǎn)過程中檢測(cè)遮光效果一致性，葉淑英[4]提出遮光性量化評(píng)價(jià)方法來評(píng)價(jià)遮光性。

《透明塑料透光率和霧度的測(cè)定(GB/T 2410-2008)》[5]規(guī)定了透明塑料透過率的兩種測(cè)定方法，方法A是霧度計(jì)法，方法B是分光光度計(jì)法。該標(biāo)準(zhǔn)適合測(cè)量透過率比較高的效果，對(duì)于遮光產(chǎn)品，透過率低的時(shí)候誤差比較大，胡選生等[6]測(cè)量液體的透過率時(shí)，使用該液體透過率最大的可見光(400～700 nm)波長(zhǎng)來做為測(cè)量透過率的適合波長(zhǎng)，而朱懷球等[7]評(píng)估窗簾遮光性能時(shí)，是通過不同可見光波長(zhǎng)(400～700 nm)的平均透過率數(shù)據(jù)來衡量。

本文選擇《透明塑料透光率和霧度的測(cè)定(GB/T 2410-2008)》規(guī)定的霧度計(jì)法和分光光度計(jì)法評(píng)價(jià)遮光效果，以及用另外兩種方法——最大透過率波長(zhǎng)和可見光波長(zhǎng)的平均透過率來評(píng)價(jià)遮光效果，對(duì)比這四種遮光效果評(píng)價(jià)方法優(yōu)劣。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原 料

ABS原材料(ABS 8391)，北方華錦化學(xué)工業(yè)；鈦白粉(R103)，杜邦；抗氧劑(1010)，利安隆；抗氧劑(168)，利安隆。

1.2 主要儀器和設(shè)備

STS-35型同向雙螺桿擠出機(jī)，科倍隆(南京)機(jī)械有限公司；MA90 型注射機(jī)，海天注射機(jī)廠；X-rite Color-eye 7000A測(cè)色儀, 美國愛色麗；NDH7000Ⅱ透過率霧度儀， 日本電色。

1.3 試樣制備

將表1的配方中的各原料混合后送入雙螺桿擠出機(jī)中, 在 200～220 ℃下進(jìn)行熔融、 共混、 擠出和造粒, 取相同重量的原材料在200 ℃進(jìn)行注塑成厚度2 mm的樣板，用于做不同透過率測(cè)量方法的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

表1 不同鈦白粉含量的ABS配方設(shè)計(jì)

1.4 透過率測(cè)量方法

霧度計(jì)法和分光光度計(jì)法按GB/T 2410-2008測(cè)試；

不同可見光波長(zhǎng)透過率按CIE 15:2004測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 目視評(píng)判

采用相同功率的強(qiáng)光從背后照射厚度為2.0 mm的樣板， 通過目視觀察樣板上光斑大小及透過的光線強(qiáng)弱，同時(shí)采用直尺測(cè)量比較光斑直徑，以此來表征樣板的遮光性，如圖1所示。

圖1 不同鈦白粉含量的ABS透光效果對(duì)比

從光斑大小可以看到，ABS中鈦白粉含量從2%增加到14%，樣板上透過的光斑逐漸減小，透過的光線逐漸減弱，表明遮光性能逐漸提高，而且12#和13#完全沒有光透過，表明鈦白粉含量在13%以上可以實(shí)現(xiàn)2.0 mm完全遮光。并用該結(jié)果來衡量后面儀器測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.2 霧度計(jì)法

采用透光率霧度儀NDH7000Ⅱ測(cè)量透過率，儀器原理如圖2所示。

圖2 霧度計(jì)示意圖

霧度計(jì)法測(cè)量透過率結(jié)果如表2所示，從數(shù)據(jù)看出，隨著鈦白粉含量從2%增加到6%時(shí)，透過率數(shù)據(jù)隨之降低，表明遮光效果逐漸提高，跟目視效果一致；當(dāng)鈦白粉含量占7%～11%時(shí)，測(cè)量結(jié)果都是0.010%，從數(shù)據(jù)上沒法區(qū)分不同鈦白粉含量的不同遮光效果，但實(shí)際上目測(cè)還是看到有不同的遮光效果；當(dāng)鈦白粉含量占12%～14%時(shí)，測(cè)量結(jié)果都是0，但12%的鈦白粉含量的效果板還是有少量光透過，從數(shù)據(jù)上沒法區(qū)分不同鈦白粉含量的不同遮光效果，但實(shí)際上目測(cè)還是看到有不同的遮光效果。

表2 霧度計(jì)法測(cè)量透過率數(shù)據(jù)

所以透光率霧度儀測(cè)量透過率時(shí)，透過率在0.01%以上時(shí)，測(cè)量結(jié)果跟目視效果一致，透過率越低，遮光效果越好，但如果透過率在0.01%以下時(shí)，測(cè)量結(jié)果區(qū)分不出不同的遮光效果。

2.3 分光光度計(jì)法

采用分光測(cè)色儀X-rite Color-eye 7000A測(cè)量透過率，儀器原理如圖3所示。

圖3 分光光度計(jì)示意圖

分光光度計(jì)法測(cè)量透過率結(jié)果如下表2所示，從數(shù)據(jù)看出，隨著鈦白粉含量從2%增加到8%時(shí)，透過率數(shù)據(jù)隨之降低，表明遮光效果逐漸提高，跟目視效果一致；鈦白粉含量占9%～14%時(shí)，透光率數(shù)據(jù)都在0.01%左右波動(dòng)，從數(shù)據(jù)上沒法區(qū)分不同鈦白粉含量的遮光效果，但目測(cè)還是看到有不同的遮光效果。

所以分光光度計(jì)法測(cè)量透過率時(shí)，透過率在0.01%以上時(shí)，測(cè)量結(jié)果跟目視效果一致，透過率越低，遮光效果越好，但如果透過率在0.01%以下時(shí)，測(cè)量結(jié)果區(qū)分不出不同的遮光效果。

表3 分光光度計(jì)法測(cè)量透過率數(shù)據(jù)

續(xù)表3

2.4 最大透過率波長(zhǎng)

采用分光測(cè)色儀X-rite Color-eye 7000A測(cè)量試樣不同可見光波長(zhǎng)的透過率數(shù)據(jù)，如圖4所示，選取了2#、5#、8#和11#的透過率曲線，鈦白粉含量分別是3%、6%、8%和12%，最大透過率的可見光波長(zhǎng)都是700 nm，可能近紅外波長(zhǎng)的穿透性比較強(qiáng)，所以可以用700 nm透過率來對(duì)比遮光效果，如表4所示。

圖4 不同可見光波長(zhǎng)透過率

從表4最大透過率波長(zhǎng)透過率數(shù)據(jù)可以看到，不同鈦白粉含量的700 nm波長(zhǎng)的透過率，隨著鈦白粉含量從2%增加到14%，700 nm波長(zhǎng)的透過率逐漸降低，表明遮光效果逐漸提高，跟目視效果接近。但使用該測(cè)試方法時(shí)要注意，不同顏色的最大透過率的可見光波長(zhǎng)不一樣，需要提前找到該波長(zhǎng)。

表4 最大透過率波長(zhǎng)透過率數(shù)據(jù)

2.5 可見光波長(zhǎng)平均透過率

采用分光測(cè)色儀X-rite Color-eye 7000A測(cè)量試樣不同可見光波長(zhǎng)400 nm到700 nm的透過率數(shù)據(jù)，直接取平均值，測(cè)量結(jié)果比較符合人眼看到的遮蓋效果。這種方法相對(duì)于測(cè)量最大透過率波長(zhǎng)來說，優(yōu)勢(shì)在于不用判斷采用哪個(gè)波長(zhǎng)測(cè)量，因?yàn)椴煌伾淖畲笸高^率波長(zhǎng)會(huì)不一致。可見光波長(zhǎng)的平均透過率如表5所示。從表5可以看出，不同鈦白粉含量的可見光波長(zhǎng)的平均透過率，隨著鈦白粉含量的增加，平均透過率逐漸降低，表示遮光效果逐漸提高，跟目視效果接近。

表5 可見光波長(zhǎng)的平均透過率

3 結(jié) 論

白色ABS通過添加鈦白粉來實(shí)現(xiàn)遮光效果，但需要兼顧成本和品質(zhì)管控，需要對(duì)遮光效果做量化評(píng)價(jià)，制作不同鈦白粉含量的白色ABS樣板，且對(duì)比了不同遮光產(chǎn)品透過率的測(cè)量方法，通過以上實(shí)驗(yàn)得到以下結(jié)論：

(1)隨著鈦白粉添加量的增加，可見光透過率降低，遮光效果越好，當(dāng)鈦白粉含量到13%以上可以實(shí)現(xiàn)2.0 mm厚度完全遮光；

(2)使用透光率霧度儀和分光光度計(jì)法測(cè)量透過率時(shí)，透過率在0.01%以上時(shí)，測(cè)量結(jié)果跟目視效果一致，透過率越低，遮光效果越好，但如果透過率在0.01%以下時(shí)，測(cè)量結(jié)果區(qū)分不出不同的遮光效果；

(3)測(cè)量最大透過率波長(zhǎng)的透過率，或可見光波長(zhǎng)平均透過率，隨著鈦白粉含量的增加，透過率逐漸降低，跟目視效果接近。