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)常會改變，但純凈美觀、大方簡約的白色無論什么年代都那么時尚好看，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)計上會對指示燈顯示有要求，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，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，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)上實用價值不大。 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)過程中檢測遮光效果一致性，葉淑英[4]提出遮光性量化評價方法來評價遮光性。

《透明塑料透光率和霧度的測定(GB/T 2410-2008)》[5]規(guī)定了透明塑料透過率的兩種測定方法，方法A是霧度計法，方法B是分光光度計法。該標(biāo)準(zhǔn)適合測量透過率比較高的效果，對于遮光產(chǎn)品，透過率低的時候誤差比較大，胡選生等[6]測量液體的透過率時，使用該液體透過率最大的可見光(400～700 nm)波長來做為測量透過率的適合波長，而朱懷球等[7]評估窗簾遮光性能時，是通過不同可見光波長(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定(GB/T 2410-2008)》規(guī)定的霧度計法和分光光度計法評價遮光效果，以及用另外兩種方法——最大透過率波長和可見光波長的平均透過率來評價遮光效果，對比這四種遮光效果評價方法優(yōu)劣。

1 實驗部分

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?。豢寡鮿?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量方法的對比實驗。

表1 不同鈦白粉含量的ABS配方設(shè)計

1.4 透過率測量方法

霧度計法和分光光度計法按GB/T 2410-2008測試；

不同可見光波長透過率按CIE 15:2004測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 目視評判

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，同時采用直尺測量比較光斑直徑，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%以上可以實現(xiàn)2.0 mm完全遮光。并用該結(jié)果來衡量后面儀器測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.2 霧度計法

采用透光率霧度儀NDH7000Ⅱ測量透過率，儀器原理如圖2所示。

圖2 霧度計示意圖

霧度計法測量透過率結(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，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，測量結(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，但實際上目測還是看到有不同的遮光效果；當(dāng)鈦白粉含量占12%～14%時，測量結(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，但實際上目測還是看到有不同的遮光效果。

表2 霧度計法測量透過率數(shù)據(jù)

所以透光率霧度儀測量透過率時，透過率在0.01%以上時，測量結(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，測量結(jié)果區(qū)分不出不同的遮光效果。

2.3 分光光度計法

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

圖3 分光光度計示意圖

分光光度計法測量透過率結(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，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，透光率數(shù)據(jù)都在0.01%左右波動，從數(shù)據(jù)上沒法區(qū)分不同鈦白粉含量的遮光效果，但目測還是看到有不同的遮光效果。

所以分光光度計法測量透過率時，透過率在0.01%以上時，測量結(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，測量結(jié)果區(qū)分不出不同的遮光效果。

表3 分光光度計法測量透過率數(shù)據(jù)

續(xù)表3

2.4 最大透過率波長

采用分光測色儀X-rite Color-eye 7000A測量試樣不同可見光波長的透過率數(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都是700 nm，可能近紅外波長的穿透性比較強(qiáng)，所以可以用700 nm透過率來對比遮光效果，如表4所示。

圖4 不同可見光波長透過率

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

表4 最大透過率波長透過率數(shù)據(jù)

2.5 可見光波長平均透過率

采用分光測色儀X-rite Color-eye 7000A測量試樣不同可見光波長400 nm到700 nm的透過率數(shù)據(jù)，直接取平均值，測量結(jié)果比較符合人眼看到的遮蓋效果。這種方法相對于測量最大透過率波長來說，優(yōu)勢在于不用判斷采用哪個波長測量，因為不同顏色的最大透過率波長會不一致?？梢姽獠ㄩL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 可見光波長的平均透過率

3 結(jié) 論

白色ABS通過添加鈦白粉來實現(xiàn)遮光效果，但需要兼顧成本和品質(zhì)管控，需要對遮光效果做量化評價，制作不同鈦白粉含量的白色ABS樣板，且對比了不同遮光產(chǎn)品透過率的測量方法，通過以上實驗得到以下結(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法測量透過率時，透過率在0.01%以上時，測量結(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，測量結(jié)果區(qū)分不出不同的遮光效果；

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