钛白粉在ABS色母粒中的应用研究

赖金琼，乔辉，丁筠

（北京化工大学材料科学与工程学院，北京 100029）



钛白粉在ABS色母粒中的应用研究

赖金琼，乔辉，丁筠

（北京化工大学材料科学与工程学院，北京 100029）

摘要：用4种金红石型钛白粉制备了用于丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料（ABS）着色的白母粒，观察ABS制品的外观，并对其白度、加工性能及力学性能进行分析。结果表明，B型钛白粉填充ABS白度居第2位，所得制品的力学性能居中，加工性能最为优良。与A型钛白粉相比，B型钛白粉填充的ABS在白度、加工性能等有了提高；与C型、D型相比，B型钛白粉填充的ABS更易加工，拥有更高的实用价值，因而B型钛白粉填充的ABS具有最优的综合性能。

关键词：钛白粉；丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料母粒；加工性能；力学性能；白度

联系人:乔辉，副教授，研究方向为聚合物结构与性能，聚合物改性材料，色母粒与功能母粒

钛白粉学名二氧化钛（TiO2），主要有金红石型和锐钛型两种晶型［1］。由于其具有优越的白度、着色力、遮盖力等优点，在所有白色颜料中折光指数最高，被认为是最好的一种白色颜料［2–5］，因此广泛应用于涂料、塑料、印刷和橡胶等行业［6–8］。其中金红石型钛白粉具有独特的物理化学性质，具备优良的着色性能和较高的遮盖性能［9］。

丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料（ABS）作为重要的工程塑料，被广泛应用于机械、电器、交通等诸多领域中［10］。色母粒着色不仅操作简单，具有易于着色、分散性好等优点，还可避免色料与空气接触，防止因氧化和受潮引起的色质变化，常用于生产色质纯正的制品。目前钛白粉主要用于聚烯烃色母粒，因此考虑将钛白粉应用于ABS色母粒中。为了获得较好的效果，加入极性蜡和硬脂酸钙，增加被着色ABS的流动性并使钛白粉在ABS中分散成为细微、均匀和稳定的粒子。

目前国内98%的企业都是采用硫酸法生产钛白粉［11］，笔者所选取的4种钛白粉均为金红石型，且采用硫酸法生产，只是工艺不同，由此来评价国内不同型号的钛白粉在用于ABS着色时的应用性能差异。着色力、遮盖力、分散性和加工性能是评价钛白粉在塑料中应用性能的主要指标，在评价上述4种性能的基础上，同时也考察被着色塑料的力学性能［12］。

1　实验部分

1.1主要原材料

ABS：H121H，LG公司；

A型钛白粉：R–248，用普通硫酸法制得的金红石型蓝光钛白粉，攀钢集团钛业有限责任公司；

B型钛白粉：R–249，为在R–248基础上改进的新型钛白粉，攀钢集团钛业有限责任公司；

C型、D型钛白粉：普通硫酸法制得，市售；

极性蜡：AC–400A型，霍尼韦尔公司；

硬脂酸钙：长沙市福华塑料制品有限公司。

1.2主要仪器设备

双螺杆挤出机：MHS–20型，昆山美弧橡塑机械有限公司；

单螺杆挤出机：PLD–651型，布拉本德公司；

注塑机：Π1–90F2型，东华机械有限公司；

简支梁冲击试验机：XJJ–5型，承德市金建检测仪器有限公司；

电子万能拉力机：CMT4204型，美特斯工业系统有限公司；

光学显微镜：BA210–T型，麦克奥迪实业集团有限公司；

测色仪：Color i5型，爱色丽公司；

熔体流动速率（MFR）测定仪：Mpxrz-400型，吉林大学校办厂。

1.3试样制备

色母粒包含钛白粉、ABS、硬脂酸钙及极性蜡。具体配方如表1所示。

表1　ABS色母粒的配方 %

按上述配方配制物料，经初混合后，通过双螺杆挤出机挤出造粒。分别称取200 g ABS，加入预先准备好的色母粒，使薄膜中TiO2质量分数为1%，混合均匀后分别注射成标准试样和挤出流延、取样。具体试验工艺流程如图1所示。

图1　工艺流程图

1.4性能测试

遮盖力测试：用薄膜测厚仪测出样品薄膜的3处厚度，取其平均值，然后用测色仪测量3点的透过率，取其平均值。将所测得的透过率换算成0.02 mm厚度薄膜的透过率，最后将其换算成光密度值。

白度测试：用测色仪对样板进行白度、明度、黄度等测试，以表征不同型号钛白粉的白度。根据色彩空间CIE Lab （Lab色空间），L表示颜色的明度；a正值表示偏红，负值表示偏绿；b正值表示偏黄，负值表示偏蓝。

加工性能测试：采用MFR仪测定制备的白色母粒的MFR，结合加工现象对比不同型号钛白粉的加工性能。试验温度200℃，压力5 kg。

拉伸强度按照GB／T 1040–2006测试，拉伸速度为20 mm／min。

弯曲性能按照GB／T 9341–2008测试，压头下降速度为10 mm／min。

缺口冲击强度按照GB／T 1843–2008测试。

2　结果与讨论

2.1不同型号钛白粉制得ABS薄膜的遮盖力比较

遮盖力是指颜料遮盖被着色物底色的能力。钛白粉对于塑料的遮盖力可用白色母粒着色薄膜的透过率来表征，透过率越小，说明薄膜对光的遮盖性能越好，颜料的分散性能越佳。

图2是各种钛白粉着色薄膜的透过率曲线。从曲线可以看出，不同型号的钛白粉制得的ABS薄膜的透过率相差较大，其中A型透过率最大，B型和D型的透过率相近且最小，C型居中。但由于透过率和薄膜的厚度也有关，所以必须考虑厚度的因素。

图2　ABS薄膜透过率曲线

选定560 μm波长的透过率，计算0.02 mm标准厚度下的透过率，再计算光密度值，用以对遮盖力作出定量评价。表2是不同钛白粉制备母粒的透过率及光密度值。

表2　不同型号钛白粉制备母粒的光密度值

从表2可以看出，B型、D型钛白粉制备的白母粒着色制品的光密度值较高；A型的光密度值较低。这说明B型、D型钛白粉对于ABS制品的遮盖力效果较好，A型钛白粉的遮盖力则相对较差。

2.2不同型号钛白粉制得的ABS薄膜的色度比较

不同型号钛白粉在塑料中的着色力不同，而着色力可以用白度来表征。我们通过实验得到4种钛白粉制备的ABS着色制品的着色力数据，从而比较其着色力。图3为ABS注射样板的反射率曲线图。表3为不同型号钛白粉制备的ABS的着色力数据。

图3　ABS注射样板的反射率曲线图

表3　不同型号钛白粉制备的母粒的着色力数据

从图3和表3可以看出，C型钛白粉制备的ABS母粒着色制品的白度（CIEW）较高，其着色力较高；其它3种型号的CIEW相对较低，但总的来说所有白母粒着色制品的白度十分接近。B型钛白粉制备的ABS的白度居第2。C型钛白粉制备的ABS白母粒制品的黄度较低，b值也最小，而其余3种型号的b值都相近。4种型号钛白粉制得的ABS色母粒都偏绿，a值为负值。

2.3不同型号钛白粉制得ABS母粒加工性能比较

钛白粉的加入对塑料的加工性能产生影响。含量越高，这种影响就越显著。在生产白色母粒（特别是高浓度的品种）时，钛白粉加工性的优劣成为决定生产效率和成本的关键因素。

表4为不同型号钛白粉浓度为50%的ABS母粒在加工过程中的一些现象和MFR的数据。

由表4可以看出，C型和D型的加工性能比较差，B型最易加工。而从MFR看，所有ABS母粒的MFR相差较小，在11～20之间。

表4　不同型号钛白粉制备的色母粒的加工现象和MFR

2.4不同型号钛白粉制得的色母粒力学性能比较

由于ABS通常作为加工材料使用，对其力学性能的评价尤为重要。加入钛白粉后是否对原料的力学性能产生影响也是评价钛白粉的重要因素。原则上钛白粉作为无机刚性粒子，可以提高塑料的拉伸强度和冲击强度。表5是不同型号钛白粉对于ABS缺口冲击强度的影响。表6是不同型号钛白粉对于ABS拉伸强度的影响。表6是不同型号钛白粉对于ABS弯曲强度的影响。表中负号表示与纯ABS比，性能下降。

表5　不同型号钛白粉对ABS缺口冲击强度的影响

表6　不同型号钛白粉对ABS拉伸强度的影响

表7　不同型号钛白粉对ABS弯曲强度的影响

钛白粉的加入对ABS的拉伸强度影响较小，对弯曲强度和缺口冲击强度则有一定的影响。弯曲强度均有小幅度提高，B型钛白粉加入ABS后提高得最多；B型、A型和D型钛白粉加入ABS后均使缺口冲击强度发生小幅度降低，而C型钛白粉加入ABS后使其缺口冲击强度提高。

3　结论

通过以上数据分析，4种同类型钛白粉中，B型钛白粉填充的ABS白度居第2位，B型钛白粉对ABS树脂的遮盖力和所得制品的力学性能均居中，加工性能最为优良。与A型相比，B型钛白粉填充ABS在白度、加工性能等因素有了提高；与C型、D型相比，其更易加工，实用价值更高，因而B型钛白粉填充ABS具有最优的综合实用性能。

参 考 文 献

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Application of Titanium Dioxide in Masterbatch of ABS

Lai Jinqiong， Qiao Hui， Ding Yun
（School of Material Science and Engineering， Beijing University of Chemical Technology， Beijing 100029， China）

Abstract：The white masterbatch for coloring acrylonitrile butadiene styrene （ABS） was prepared by four rutile titanium dioxide，the appearance of ABS products was observed，the whiteness，processing and mechanical properties were also studied. The results show that for B-type titanium dioxide，its whiteness is in second place，the mechanical properties of its ABS products are at the mid-level while its processing property is the best. Compared with A-type，B-type ABS has improved the factors like whiteness and processing property. Compared with C-type and D-type，B-type ABS has easier processing property and higher practical value，thus the ABS filled B-type titanium dioxide has the best overall performance.

Keywords：titanium dioxide； masterbatch of acrylonitrile butadiene styrene； processing property； mechanical property；whiteness

中图分类号：TQ322.3

文献标识码：A

文章编号：1001-3539（2016）05-0112-04

doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2016.05.027

收稿日期：2016-03-05