白色ABS遮光效果评价方法研究

赵庆宗，李含春，张 雄，曾 赛，敬新柯

(金发科技股份有限公司企业技术中心，广东 广州 510663)

ABS(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物集聚丙烯腈的刚性和耐化学药品性、聚苯乙烯的加工流动性及聚丁二烯的抗冲击性等特性于一身，具有良好的综合性能，其价格适中，广泛应用于家用电器中[1]。电器的每年潮流颜色经常会改变，但纯净美观、大方简约的白色无论什么年代都那么时尚好看，所以很多家电产品和消费电子产品都以白色为主。此外，产品设计上会对指示灯显示有要求，特定厚度能透可见光，而在其他厚度不透光，也就是遮光效果。遮光产品可见光透过率低，透过率指的是通过试样的光通量与射到试样上的光通量之比，用百分数表示。改性塑料一般通过添加钛白粉来实现低的可见光透过率。

钛白粉是一种重要的无机化工原料，也是当今世界范围内公认性能最优秀的白色颜料。其主要成分为二氧化钛(TiO2)，外观呈白色固体或粉末颗粒状。钛白粉具有白度、光泽度优越，折射率高，遮盖力强，理化性质稳定等特点，因此被广泛应用于涂料、塑料、油墨、化纤、橡胶等领域。钛白粉工业化生产方法有两种工艺(硫酸法和氯化法)，其中氯化法相比于硫酸法具有产品质量高、工艺流程短、废弃物排放少、环境友好性强等优势，未来应进一步推广氯化法在中国的应用[2]。

二氧化钛以3种结晶形态(金红石型/锐钛型/板钛型) 存在于自然界中，板钛型是不稳定的晶型(属斜方晶系)，可以转化成金红石型(在650 ℃以上)，在工业上实用价值不大。 锐钛型二氧化钛在常温下能稳定存在,但在高温下向金红石转化[3]。

随着钛白粉添加量的增加，遮光效果越好，但需要兼顾成本，和品质管控，需要在生产过程中检测遮光效果一致性，叶淑英[4]提出遮光性量化评价方法来评价遮光性。

《透明塑料透光率和雾度的测定(GB/T 2410-2008)》[5]规定了透明塑料透过率的两种测定方法，方法A是雾度计法，方法B是分光光度计法。该标准适合测量透过率比较高的效果，对于遮光产品，透过率低的时候误差比较大，胡选生等[6]测量液体的透过率时，使用该液体透过率最大的可见光(400～700 nm)波长来做为测量透过率的适合波长，而朱怀球等[7]评估窗帘遮光性能时，是通过不同可见光波长(400～700 nm)的平均透过率数据来衡量。

本文选择《透明塑料透光率和雾度的测定(GB/T 2410-2008)》规定的雾度计法和分光光度计法评价遮光效果，以及用另外两种方法——最大透过率波长和可见光波长的平均透过率来评价遮光效果，对比这四种遮光效果评价方法优劣。

1 实验部分

1.1 原 料

ABS原材料(ABS 8391)，北方华锦化学工业；钛白粉(R103)，杜邦；抗氧剂(1010)，利安隆；抗氧剂(168)，利安隆。

1.2 主要仪器和设备

STS-35型同向双螺杆挤出机，科倍隆(南京)机械有限公司；MA90 型注射机，海天注射机厂；X-rite Color-eye 7000A测色仪, 美国爱色丽；NDH7000Ⅱ透过率雾度仪， 日本电色。

1.3 试样制备

将表1的配方中的各原料混合后送入双螺杆挤出机中, 在 200～220 ℃下进行熔融、 共混、 挤出和造粒, 取相同重量的原材料在200 ℃进行注塑成厚度2 mm的样板，用于做不同透过率测量方法的对比实验。

表1 不同钛白粉含量的ABS配方设计

1.4 透过率测量方法

雾度计法和分光光度计法按GB/T 2410-2008测试；

不同可见光波长透过率按CIE 15:2004测试。

2 结果与讨论

2.1 目视评判

采用相同功率的强光从背后照射厚度为2.0 mm的样板， 通过目视观察样板上光斑大小及透过的光线强弱，同时采用直尺测量比较光斑直径，以此来表征样板的遮光性，如图1所示。

图1 不同钛白粉含量的ABS透光效果对比

从光斑大小可以看到，ABS中钛白粉含量从2%增加到14%，样板上透过的光斑逐渐减小，透过的光线逐渐减弱，表明遮光性能逐渐提高，而且12#和13#完全没有光透过，表明钛白粉含量在13%以上可以实现2.0 mm完全遮光。并用该结果来衡量后面仪器测量结果的准确性。

2.2 雾度计法

采用透光率雾度仪NDH7000Ⅱ测量透过率，仪器原理如图2所示。

图2 雾度计示意图

雾度计法测量透过率结果如表2所示，从数据看出，随着钛白粉含量从2%增加到6%时，透过率数据随之降低，表明遮光效果逐渐提高，跟目视效果一致；当钛白粉含量占7%～11%时，测量结果都是0.010%，从数据上没法区分不同钛白粉含量的不同遮光效果，但实际上目测还是看到有不同的遮光效果；当钛白粉含量占12%～14%时，测量结果都是0，但12%的钛白粉含量的效果板还是有少量光透过，从数据上没法区分不同钛白粉含量的不同遮光效果，但实际上目测还是看到有不同的遮光效果。

表2 雾度计法测量透过率数据

所以透光率雾度仪测量透过率时，透过率在0.01%以上时，测量结果跟目视效果一致，透过率越低，遮光效果越好，但如果透过率在0.01%以下时，测量结果区分不出不同的遮光效果。

2.3 分光光度计法

采用分光测色仪X-rite Color-eye 7000A测量透过率，仪器原理如图3所示。

图3 分光光度计示意图

分光光度计法测量透过率结果如下表2所示，从数据看出，随着钛白粉含量从2%增加到8%时，透过率数据随之降低，表明遮光效果逐渐提高，跟目视效果一致；钛白粉含量占9%～14%时，透光率数据都在0.01%左右波动，从数据上没法区分不同钛白粉含量的遮光效果，但目测还是看到有不同的遮光效果。

所以分光光度计法测量透过率时，透过率在0.01%以上时，测量结果跟目视效果一致，透过率越低，遮光效果越好，但如果透过率在0.01%以下时，测量结果区分不出不同的遮光效果。

表3 分光光度计法测量透过率数据

续表3

2.4 最大透过率波长

采用分光测色仪X-rite Color-eye 7000A测量试样不同可见光波长的透过率数据，如图4所示，选取了2#、5#、8#和11#的透过率曲线，钛白粉含量分别是3%、6%、8%和12%，最大透过率的可见光波长都是700 nm，可能近红外波长的穿透性比较强，所以可以用700 nm透过率来对比遮光效果，如表4所示。

图4 不同可见光波长透过率

从表4最大透过率波长透过率数据可以看到，不同钛白粉含量的700 nm波长的透过率，随着钛白粉含量从2%增加到14%，700 nm波长的透过率逐渐降低，表明遮光效果逐渐提高，跟目视效果接近。但使用该测试方法时要注意，不同颜色的最大透过率的可见光波长不一样，需要提前找到该波长。

表4 最大透过率波长透过率数据

2.5 可见光波长平均透过率

采用分光测色仪X-rite Color-eye 7000A测量试样不同可见光波长400 nm到700 nm的透过率数据，直接取平均值，测量结果比较符合人眼看到的遮盖效果。这种方法相对于测量最大透过率波长来说，优势在于不用判断采用哪个波长测量，因为不同颜色的最大透过率波长会不一致。可见光波长的平均透过率如表5所示。从表5可以看出，不同钛白粉含量的可见光波长的平均透过率，随着钛白粉含量的增加，平均透过率逐渐降低，表示遮光效果逐渐提高，跟目视效果接近。

表5 可见光波长的平均透过率

3 结 论

白色ABS通过添加钛白粉来实现遮光效果，但需要兼顾成本和品质管控，需要对遮光效果做量化评价，制作不同钛白粉含量的白色ABS样板，且对比了不同遮光产品透过率的测量方法，通过以上实验得到以下结论：

(1)随着钛白粉添加量的增加，可见光透过率降低，遮光效果越好，当钛白粉含量到13%以上可以实现2.0 mm厚度完全遮光；

(2)使用透光率雾度仪和分光光度计法测量透过率时，透过率在0.01%以上时，测量结果跟目视效果一致，透过率越低，遮光效果越好，但如果透过率在0.01%以下时，测量结果区分不出不同的遮光效果；

(3)测量最大透过率波长的透过率，或可见光波长平均透过率，随着钛白粉含量的增加，透过率逐渐降低，跟目视效果接近。