耐候ABS材料研究

文 | 广东省佛山市顺德圆融新材料有限公司 杨华军 桑 杰 严星桓

耐候ABS材料研究

文 | 广东省佛山市顺德圆融新材料有限公司 杨华军 桑 杰 严星桓

通过自然气候老化和紫外老化试验UV-B，研究了ABS塑料外观颜色、力学性能在老化实验过程中的变化。试验结果表明：光稳定剂的加入，ABS耐候性能提高，相较未加光稳定剂ABS体系，ΔE值下降，冲击保持率提高，受阻胺光稳定剂A和紫外光吸收剂B、C并用有协同作用，光屏蔽剂的使用可以提高耐候性，从而降低成本。此外我们讨论了自然气候老化与荧光紫外老化UV-B的相关性。

ABS；耐候；自然老化；UV老化

1.言

ABS树脂是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，具有良好的表面光泽和耐化学药品性，具有坚韧、质硬的力学性能和良好的加工性，ABS广泛应用于电器、汽车、机械等领域。而ABS最大的不足之处是耐候性较差，这是由于其分子中丁二烯所产生的双键在紫外线作用下易受氧化降解的缘故。经受290～330nm波长的紫外线照射，氧化作用更甚[1]。实际使用结果表明，ABS在室外曝露7天，颜色已经严重变黄，在室外曝露半年后，其冲击强度便下降45%[2]。本试验在ABS树脂中加入光稳定剂，自然气候老化和紫外老化试验UV-B，研究了ABS的耐候性，并通过比较两种老化试验的结果，讨论了自然气候老化与荧光紫外老化UV-B的相关性。

2.验部分

2.1.料及实验设备

ABS树脂：上海高桥石油化工公司；抗氧剂：Irganox10 10、Irgafos168，瑞士汽巴公司；受阻胺型光稳定剂（HALS）：A，瑞士汽巴公司；紫外线吸收型光稳定剂：B、C，瑞士汽巴公司；金红石型钛白粉，市售；ZnO：市售；硬脂酸钙：市售。

双螺杆挤出机：SHJ-35，南京广达化工装备有限公司；高速混合机：GH2100Y，北京市塑料机械厂；注塑机：MJ55型，震雄集团；悬臂梁冲击试验机：XJU-5.5型，承德市金建检测仪器有限公司；紫外光老化仪：QUV/Spray型，美国Q-Lab公司；色差仪：CR-400，苏州宇宏光电科技有限公司。

2.2.品制备

图1.品制备工艺流程图

样品制备工艺过程如图1所示。工艺条件：双螺杆挤出机温度设置为180-200℃；注射成型机温度设置为180-200℃。使用前将ABS在鼓风干燥箱中80℃下干燥2h。所用助剂包括抗氧剂、光稳定剂及其它加工助剂。

2.3.验配方

如表1。

2.4.验方法及条件

（1）自然气候老化试验，按照GB/T 3681-2000《塑料大气暴露试验方法》进行自然气候老化试验，暴露地点顺德，样品朝南，与水平面成45°角。

（2）UV-B测试条件：紫外暴露8小时，黑板温度60℃±3℃，冷凝4小时（不光照），温度50℃±3℃，12小时为一个循环（灯管：波长为280nm-315nm的荧光紫外灯(UV-B )，8支灯管，辐照强度：0.55 W/m2)。

2.5.能测试

按GB/T 1843-1996《塑料悬臂梁冲击试验方法》检测ABS老化前后的悬臂梁缺口冲击强度，环境温度25℃，所得测试结果为同组样品10次测试数据的平均值。样品色差ΔE用色差仪测试。

3.果与讨论

3.1.BS的耐候性比较

3.1.1.BS自然气候老化性能比较

3.1.1.1.化时间对冲击强度的影响

ABS随着老花时间的增加，悬臂梁缺口冲击强度变化如表2所示。随着老化时间的增加，5种ABS的悬臂梁缺口冲击强度均下降，其中ABS 4#下降得最慢，其悬臂梁缺口冲击强度保持率在5种ABS中始终保持最高，耐候性能最好，

表1.候ABS试验配方

表2.候ABS自然气候老化实验结果（缺口冲击保持率，%）

表3.候ABS色差变化

其次是3#和5#，耐候性最差的是1#和2#。ABS 1#的耐候性比ABS 2#差，而两者的耐候性相差不大，其中2#先期耐候性较好，6个月后与1#非常接近，12个月后两者的悬臂梁缺口冲击强度保持率只相差1%。

3.1.1.2.化时间对制品色差的影响

随着我国家电企业的不断发展壮大，家电出口份额逐年增大。家电出口一般长途运输时间较长，特别是出口到中东和热带地区的产品，ABS塑料制件容易产生黄变等问题。同时，人们生活水平的不断提高对家电的外观要求越来越高，家电塑料部件在使用过程中颜色的稳定性受到广泛关注。因此，除了材料物性的要求，制品外观、颜色也至关重要。ABS随着老花时间的增加，色差变化如表3所示。

表4.候ABS UV-B老化实验结果（冲击保持率）

表5.候ABS UV-B老化实验结果（色差变化）

表6. ABS 3#的自然气候老化缺口冲击保持率和ΔE变化

表7.BS 3#的UV-B老化缺口冲击保持率和ΔE变化

N. D. SEAHLE等人[3]在研究ABS的波长敏感性时认为：导致ABS光化学变黄的波长在30nm～380nm之间，而其发白是由380nm～525nm 波长引起的。在我们的试验中，ABS仅7天就出现变白现象，在维持一段时间之后开始变黄。

在制品变白阶段，1#～3#变色时间差不多，这是因为出现变白现象是波长380nm～525nm可见光引起的，这也说明添加稳定剂对大于380 nm 的长波辐照引起的ABS光变白未能提供保护；而4#～5#，变白现象稍晚，这说明光屏蔽剂对大于380 nm 的长波辐照有一定保护作用。

在制品黄变阶段()，变黄最快的为未经稳定的1#，此后依次是2#、3#、5#，最后是4#，色差ΔE变化也是如此，这说明光稳定剂的加入，有效地减弱了波长30nm～380nm的之间紫外光的破坏作用，提高了制品的耐候性能，也提高了制品的颜色稳定性。

3.1.2.BS UV-B老化试验耐候性比较

3.1.2.1.外光照射时间对冲击强度的影响

5种配方ABS在UV-B紫外光老化试验中的悬臂梁缺口冲击强度变化如表4所示。随着紫外光照射时间的增加，ABS的悬臂梁缺口冲击强度均下降，其中ABS 4#下降得最慢，其悬臂梁缺口冲击强度保持率在5种ABS中始终保持最高，耐候性能最好，其次是3#和5#，耐候性最差的是1#和2#。

ABS 1#只添加了抗氧剂，因此其耐候性较差；ABS 2#除添加抗氧剂外，还添加了紫外线吸收型光稳定剂B，B是属于苯并三唑类紫外线吸收剂，其作用原理是吸收300～400nm的紫外线，并以能量转换的形式将吸收的能量以热能或无害的低能辐射释放出来或消耗掉，阻止高能量的紫外线引起高聚物进行光氧化降解。但由于耐候剂为单独使用，抗紫外途径单一，虽然早期耐候性较好，总体效果还不够理想。

ABS 3# 的耐候性能相对ABS 1#～2#耐候性有很大提高，ABS 3#中用受阻胺光稳定剂A、紫外线吸收剂B及C进行了复配，三种助剂的添加总量与ABS 2#耐候剂的添加总量相同，数据表明，受阻胺光稳定剂A、紫外线吸收剂B及C复配具有协同作用。

ABS 4#和ABS 5#耐候性能进一步提高，这是因为除了添加等量受阻胺光稳定剂A、紫外线吸收剂B及C外，还分别加入了光屏蔽剂金红石型TiO2和ZnO，这说明光屏蔽剂的复配使用可以提高制品的耐候性，相对价格较高的耐候剂来说，光屏蔽剂的使用不仅可以提高体系耐候性能，还可以降低成本。

3.1.2.2.外光照射时间对制品色差的影响

表5为制品颜色色差随紫外光照射时间变化表。我们发现，在紫外光的照射下，耐候ABS逐渐变黄，这是因为照射时间的增加，紫外光累计辐照强度也会增加，故而ABS逐渐黄变，这也应证了导致ABS光化学变黄的原因是紫外线。同时，随着照射时间的增加，色差ΔE变化也逐渐增大，其中变化最大的是未经稳定的1#，此后依次是2#、3#、5#，最后是4#。同紫外光照射时间对冲击强度的影响类似，光稳定剂和光屏蔽剂的加入，提高了ABS的耐候性，提高了ABS的颜色稳定性。

3.2.然气候老化与UV-B紫外光老化的相关性

以ABS 3#的自然气候老化和UV-B紫外光老化的试验结果来讨论两种试验方法的相关性。

从表6和表7可看出，随着自然气候老化和UV-B紫外光老化时间的增加， ABS 3#的悬臂梁缺口冲击强度保持率均下降。在自然气候老化中，ΔE值先增大，后又逐渐减小，最后趋于稳定；UV-B紫外光老化试验中，ΔE值逐渐增大，最后趋于稳定。

塑料的老化过程是比较复杂的，它受塑料自身结构和气候条件的影响，气候条件不同对它的老化影响程度也不同，而且它的性能改变程度在每段时间都不同，可能在初期性能下降得较快，之后下降得慢；也可能与之相反。如自然气候老化3个月至6个月，ABS 3#的悬臂梁缺口冲击强度保持率下降22%；自然气候老化6个月至12个月，ABS 3#的悬臂梁缺口冲击强度保持率只下降7%。而UV-B紫外光老化试验，悬臂梁缺口冲击强度保持率下降呈线性下降趋势。自然气候老化和UV-B紫外光老化ΔE值变化也呈现相同规律。

这说明除了在表征材料耐候性能优劣，或者表征材料是否为耐候材料之外，自然气候老化和UV-B紫外光老化相关性并不密切。这其中可能有两个原因：1）自然气候老化过程中，材料老化是一个复杂的过程，气候的变化对材料老化影响巨大，而UV-B紫外光老化是在指定的程序运行，辐照强度变化不大，气候模拟单调；2）UV-B只模拟了紫外光部分，而对可见光部分并没模拟，所以与自然气候老化会出现不同的结果。因此，UV-B紫外光老化不能用于自然条件的完全模拟，而多用于质量控制和研究开发部门研发工作中。

本试验采用悬臂梁缺口冲击强度和色差ΔE值作为ABS耐候性的评价指标，试验数据仅作参考。实际试验中应根据具体材料选用性能评价指标，不同的材料性能评价指标也不一样；同一材料，在同一试验中，不同的性能评价指标，得出的结论也不同。所以，应该结合材料的实际使用情况，选用最能反映材料使用寿命的性能作为评价指标。

4.论

（1）添加了受阻胺型光稳定剂A和紫外线吸收型光稳定剂B、C的ABS耐候性较好，光稳定剂A和B、C在ABS中并用有协同作用。

（2）光屏蔽剂剂金红石型TiO2和ZnO不仅可以提高体系耐候性能，相对价格较高的耐候剂来说，光屏蔽剂的使用还可以降低成本，对实际生产具有重要意义。

（3）自然气候老化试验与紫外光老化试验（UV-B）相关性不大，但紫外光老化试验（UV-B）可以在较短时间内，获得塑料材料的耐候性能，有利于新材料的研制与开发，并对指导塑料的生产与使用有重要意义。

[1] 化工部合成材料研究院，金海化工有限公司编. 聚合物防老化实用册. 北京化学工业出版社，1999，第l版.

[2] 申屠宝卿，解孝林，蔡启振. ABS的老化及其防老化. 工程塑料应用，1996，24(1)：53 ～ 56.

[3] Seade N D, N L Maecker, L F E Crewdson. Wavelength sensitivity of acrylonitrile-butadiene-styrene. J Polym Sci Part A, 1989, 27:1341～1357.

Study on ABS Property of Resistance to Weathering

This article investigates the changes of ABS plastics color and mechanical properties by means of the aging tests including resistance to natural weathering test and resistance to Fluorescent UV lamp artificial weathering(UV-B Test) test. The testing results showed that the addition of Hindered amine light stabilizer(HALS) increases ABS property of resistance to weathering. Vice versa, the ABS system, ΔE value drops and the impact retention effect improves. HALS and UV absorber B, C, have outstanding synergistic effect. The use of light shielding agent can improve weather resistance property and reduce costs. The relationship between natural weathering and Fluorescent UV lamp artificial weathering was discussed.

ABS；resistance to weathering；natural weathering；Fluorescent UV lamp artificial weathering

杨华军(1983-)，男，硕士，主要从事高分子材料改性与加工方面的研究，已发表论文3篇。