新型光稳定剂在ABS应用上的探讨

本研究针对本色和白色ABS耐候性作一系列的探讨。在ABS中添加不同类型的光稳定剂进行耐候测试，进而了解光稳定剂在ABS上的耐黄变效能，本研究结果显示，本色和白色ABS在耐候上的表现不同，新型光稳定剂Eversorb® 763和Eversorb® SC1可分别提高本色和白色ABS的耐候保护作用。

1.简介

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer, ABS)的应用层面广，包括了电子零件、通讯设备、电气器具、汽车零组件及其他日常用品应用等。1995年全球ABS树脂总产能约420万吨/年，2005年达到748万吨/年，1995～2005年全球ABS产能增速5.94％。2005～2016年全球ABS产能增速4.66％，2016年全球ABS总生产能力达到1115万吨/年左右[1]。ABS是由丙烯腈、苯乙烯和丁二烯乳浆共聚合而成(如图1所示)，藉由三者的比例不同来达到不同产品的物性要求。目前也常使用ABS跟其他塑料(如PC、PA、PMMA等)混炼作成合金(Alloy)，主要可以改善产品低温冲击强度和加工性等。

图1 组成ABS树脂的三种主要成分

ABS结构上具有丁二烯和丙烯腈不饱和链以及苯环等，导致ABS在耐候性质(durability)上，易受到紫外光(UV light)以及热制程(Thermal process)的影响造成黄变以及裂解(degradation)。ABS的裂化除了外在的光和热氧所造成的裂化之外，且ABS易受到Butadiene(BR)相易氧化的影响而产生裂化[2,3]。目前抑制ABS的裂化常使用炭黑来提升ABS的耐候性质，但这也限制了产品的用途和应用。故添加适当的光稳定剂可维持ABS的应用性与使用寿命。

改善高分子在户外的耐候性质，能延长塑料的生命周期。故发展出了光稳定剂这类的产品，而光稳定剂目前主要分为两大类[4]：

◆ 紫外光吸收剂(UV absorber, UVA)

◆受阻胺光稳定剂（Hindered Amine Light Stabilizers, HALS）

紫外光吸收剂可分为二苯基甲酮类(Benzophenone)，苯并三唑类(Benzotriazole)和三嗪类(Triazine)，紫外线吸收剂的稳定机理是能够将所吸收的紫外光能量转变为热能散发掉。分子结构中的苯环上均有邻位羟基，很容易通过氢键的作用以及发生分子重排的可逆变化将激发能消耗掉，从而保护聚合物分子。受阻胺光稳定剂作用机制最著名的是Denisov循环理论，HALS分解过氧化物或和氧结合成氮氧自由基，进而去捕捉高分子自由基，中断高子裂解的连续反应[5,6]。本研究针对本色和白色的ABS进行一系列测试研究。

2.实验

2.1 主要原料

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)使用奇美射出等级(PA-707)，添加不同类型的光稳定剂和配方产品，如表1、2、3 所示。经由震雄射出机射出成型，制作出70×45×3.0 mm的耐候试片，利用加速老化试验QUV Q-Panel进行耐候测试，再利用色差仪(KONICA MINOLTA CM-5)量测其色差值(Difference color, dE)，来观察未添加光稳定剂的黄变现象以及添加光稳定剂的黄变现象是否有所差异。

3.实验结果

3.1 本色ABS研究

3.1.1  HALS对本色ABS的效应

HALS是捕捉高分子裂化产生的自由基，故本研究使用不同类型的HALS添加0.5%在ABS树脂中，经由QUV-340nm全光照加速老化测试，探讨其对ABS耐候效能影响，如图2所示。经过500小时照射后，HALS-1色差值较小。

图2 不同HALS应用于ABS的耐候效能比较

3.1.2 UVA对本色ABS的效应

UVA主要是吸收紫外光，再将光能转换成热能散发掉，故本研究使用不同类型的UVA添加0.5%在ABS树脂，经由耐候500小时照射后，如图3所示。不同类型的UVA在本实验效果皆相同，而添加UVA耐候效果比单纯添加HALS来得好，平均可提升耐候效果约34%。

图3 不同UVA应用于ABS的耐候效能比较

3.1.3 Eversorb®763耐候研究

相较先前的研究，UVA平均可提升耐候效果约34%，而本研究使用Eversorb®763可提升耐候效果约61%，如图4所示，故表示Eversorb® 763对于本色ABS有优异的耐候保护。

图4 Eversorb® 763应用于ABS展示出优异的耐候效能

3.2 白色ABS研究

ABS具有很好的着色性，又具有高冲击强度，故常添加TiO2染色成白色，应用在白色家电，TiO2除了是很好的着色剂之外，也是很好的紫外线屏蔽剂，但白色的产品变色往往会比其他颜色更加明显，故本研究针对白色ABS进行一系列的研究。

3.2.1 HALS对白色ABS的效应

本研究白色ABS为使用奇美ABS(型号PA-707)添加3.2%杜邦TiO2(型号R350)，再使用不同类型的HALS，添加0.5%光稳定剂在白色ABS里，进行耐候测试ASTM G154(cycle 2)照射168小时，其结果如图5所示。

图5 不同HALS应用于白色ABS的耐候效能比较

其结果显示，HALS-1的效果明显比其他HALS来的优异，能提升耐候效果约60%，其次的为HALS-2能提升约36%，最后为HALS-3提升约为24%。

3.2.2 UVA对白色ABS的效应

本研究将白色ABS分别添加0.5%的紫外光吸收剂，探讨不同类型的UVA对于白色ABS的耐候效能，如图6所示，其耐候测试为ASTM G154(cycle 2)照射168小时。

图6 不同UVA应用于白色ABS的耐候效能比较

其结果显示，针对白色ABS耐候保护，三嗪类的UVA-3效果最佳，能提升耐候保护约41%，其次为UVA-2提升耐候保护约36%，最后为UVA-1约于32%。

3.2.3 Eversorb® SC1耐候保护

本研究使用Eversorb® SC1能有效针对白色ABS提供优异的耐候保护，结果如图7,8所示。

图7 Eversorb® SC1在ABS耐候效能比较

在耐候测试ASTM G154(cycle 2)照射168小时，其Eversorb® SC1提升耐候保护约82%，其色差值能小于3以下，可有效为白色ABS提供耐候保护。

图8 Eversorb® SC1(左)与空白组(右)耐候后照片

4.结论

在本色ABS耐候研究中发现，UVA对耐候的影响度比单纯添加HALS的效果高，而不同类型的UVA，在耐候500小时的耐候效果相当。而使用Eversorb®763为本研究中效果最好，其表示Eversorb® 763能为本色ABS提供优异的耐候保护，能有效提供耐候效能约61%。

在白色ABS耐候研究中发现，HALA在白色ABS耐候保护相较比UVA效能来得高，其结果和本色ABS相反，而使用Eversorb®SC1则能提供白色ABS更优异的耐候保护，其照射168小时色差值能小于3，能有效提升耐候效能约82%。