丙烯腈- 丁二烯- 苯乙烯()树脂用途广泛，常见于电器、玩具、办公设备、卫浴等应用。ABS 树脂的着色一般在调色室进行色彩混合，或通过将原色树脂与色母混合来进行着色。过去，终端产品制造商和加工商比如注塑成型车间的加工商，都有过这样的经历，就是在使用批次式乳液ABS 树脂时会遇到一些着色问题，包括：1)原色树脂底色不一致，即使是同一牌号的产品，不同的批次间树脂底色也有很大差别;2)不同的原色ABS 树脂具有不同的黄色色调。所以，无论终端产品制造商是从同一树脂生产商取货，获得不同批次的ABS 树脂，还是从不同的生产商取得ABS 树脂，都需要进行额外的操作，这就涉及额外的资源和成本支出。

图1. 颗粒的颜色：本体聚合法ABS (图左) 和乳液法ABS (图右)

对于使用原色树脂与色母混合来进行着色的终端产品制造商来说，一般都需要频繁地使用大量颜料来掩盖来自不同批次或不同牌号的ABS 树脂的偏黄底色。此外，ABS 模制零件的热稳定性和光稳定性也是终端产品制造商所关注的。由于ABS的终端应用非常丰富，提高ABS 树脂的着色效率就变得尤其重要，故本文将探讨几种ABS 树脂的光稳定性和热稳定性能，为终端产品制造商提供参考，方便他们为产品选择最合适的ABS 材料，尤其是浅色零件的生产。

一、引子

目前，ABS 树脂一般通过两种不同的制造工艺进行生产：本体连续聚合法和批次式乳液法。行业通常将其称为乳液ABS(eABS)和本体法ABS(mABS)。与批次式乳液工艺相比，使用本体连续工艺生产的ABS树脂具有许多优点。因此，本实验通过对本体聚合法ABS 树脂(本实验均以盛禧奥MAGNUM[TM-] ABS为例，本文称mABS1)与批次式乳液法ABS 树脂(本实验采用市场一般的批次式乳液法ABS)进行性能比较，探讨本体聚合法制备ABS树脂的优势所在。

图2. 原色ABS 树脂暴露在QUV-A 测试的时间和颜色变化结果

二、颜色特性比较

在批次式乳液法中，通过使用丁二烯、苯乙烯、丙烯腈、乳化剂和盐来生产接枝橡胶浓缩物，然后将它与苯乙烯丙烯腈(SAN)树脂混合以制备ABS树脂。在这个过程中，并非所有乳化剂或盐都可以被清除，它们有部份会残留在原色乳液法ABS 树脂中成为杂质，导致树脂底色偏黄。 由于树脂中杂质含量不同，因此造成了原色乳液法ABS 树脂不同程度的偏黄底色。然而在本体聚合工艺中，使用聚丁二烯橡胶、苯乙烯及丙烯腈进行聚合，由于生产过程中不使用乳化剂或盐，因此所生产的原色ABS 树脂底色洁白，而且颜色均匀一致。

图3 . ABS 原色成型板在QUV-A 试验中随着曝光时间出现的颜色变化照片

图1是本体聚合法ABS 树脂与批次式乳液法ABS 树脂的底色比较。图中左面采用本体聚合法制备的ABS树脂底色明显更加洁白。这可以简化颜色匹对，特别是在产品最终需要呈现浅色的要求下。

◆紫外光下ABS 树脂的颜色稳定性

未经颜料染色的ABS 树脂暴露在紫外光下会出现色变。颜色变化主要体现在黄色的增强，正如所示的b *值(ABS树脂变黄的数值)的加剧，这一改变是由于ABS 中的聚丁二烯橡胶和苯乙烯丙烯腈(SAN)组分受到光氧化影响，而光氧化更会影响模制零件的光泽度。图2 说明两种原色ABS 树脂(mABS1和eABS1)经过QUV-A 耐候性测试后的颜色变化结果。可以看出，由于mABS1的底色比eABS1 更洁白，所以在大约48 小时的QUV-A 曝光后(相等于室外暴露约8 个月)，其b *值所达到的只是eABS1 未曝光前的原始b *值。图3 显示的是原色成型板的实际色变。除了QUV-A 测试中的颜色稳定性之外，光泽保持率是ABS 树脂的另一关键要求。图4 显示了mABS1的原色成型板在暴露于QUV-A 测试96 小时后，其光泽保持率犹胜于eABS 1 的成型板。

图4. QUV-A 测试-原色ABS树脂光泽保留及暴露时间

◆原色ABS 树脂的热稳定性

由ABS 树脂制成的零件或终端产品，可能会被长时间储存在高温环境下(如跨地域或国家运输的货柜船)，产品的颜色可能因热降解而出现色变。因此，本实验进行了一个模拟高温储存和运输的老化测试，将成型板放在保持70℃的烘箱中4 星期。对原色mABS1和eABS1 的成型板进行烘箱老化测试，结果见图5。可见，暴露4 星期后，原色mABS1 明显比eABS1 具有更好的热稳定性及更少的颜色转变，由delta E * =[(delta L*)2 +(delta a *)2 +(delta b *)2] 1/2可见一斑。

图5. 原色ABS 树脂在烘箱老化试验中随时间而出现的颜色变化

三、制品颜色比较

凭着天然洁白的底色，本体聚合法ABS树脂非常适合应用于具有颜色挑战的产品，例如明亮的白色和绿色产品上。图6 展示了mABS1和乳液ABS 模塑色板，两者均含有1%的白色母料。但右边的mABS1色板明显更亮更白。

图6. 具有1%白色母料的ABS色板

图7 展示了两台洗衣机门套件。右图是采用本体聚合法ABS(mABS1)制成的，比左图用一般的乳胶法ABS (eABS)制成的更亮、更绿。

图7. 具有3%绿色母料的ABS 树脂成型的洗衣机门套件

四、颜料使用量比较

凭着更洁白的底色，采用本体聚合法制备的ABS树脂能为终端产品制造商节省颜料成本，以及实现生产明亮和浅色产品的目的。在表1 中，以纯白和特殊UV 白色作为两个例子。每种颜色，都以mABS1来与由着色室配色的乳液法ABS(eABS 1 或eABS2)色板进行比较。在各种情况下，mABS1都比乳液法ABS 使用较少的颜料实现相同颜色，成本节省约为40 美元/公吨。

五、颜色稳定性比较

表1 展示了ABS 树脂色板进行光稳定性QUV-A 或QUV-B 测试的结果。结果见图8 和图9。对ABS 树脂而言，添加TiO2可以改善在紫外光照射下的光稳定性。TiO2 的使用量越高，紫外光照射下的光稳定性能便越好。在QUV-A 测试中(图8)，加入2.4%TiO2的mABS1，它的颜色变化(delta E*)比加入4.8%TiO2的eABS1来得更少。经过50 小时曝光，eABS1 的Delta E *值达到2;相比之下，mABS1 需要曝光90 小时才能达到相同的delta E *水平。这证明：即使使用较低份量的TiO2，mABS1仍然比eABS1 拥有更好的光稳定性能，并且可节省40 美元/公吨的着色成本。在QUB-B 测试中(图9)，即使颜料使用量较少，mABS1 样品的颜色变化(delta E*)仍小于eABS2。比方说，mABS1 需要长达24小时(相当于室外暴露6个月)，delta E*值才达至3。如果终端产品制造商对颜色变化(delta E*)的要求是96 小时QUV-B 曝光后delta E*值的上限是3，则2 个ABS 样品同样需要添加UV 稳定剂来达到要求。从图9 的光稳定性结果中，可预期eABS2 比mABS1需要加入更多的UV 稳定剂(这将提高原材料成本)，才能达到相关要求。

表1. 使用mABS1所用的颜料份量和可节省的成本

六、更持久的光泽度

UV 辐射会影响ABS 以及橡胶颗粒和SAN 粒子。图10 是电子显微镜扫描(SEM)照片，显示了ABS 曝露在UV 下，ABS 中的橡胶颗粒所受到的影响。左边的一张照片显示了曝光前的橡胶颗粒和SAN 层的情况，深灰色的隔离层是橡胶颗粒，其间的浅灰色层是SAN。右边的照片显示了曝露在UV 后的情况，在表面下约20 微米处，橡胶颗粒在SEM 照片中几乎看不见。这是因为，橡胶颗粒在UV 曝光后交联，几乎所有双重共价键都丢失，黄色体的形成导致ABS 变色。此外，SAN 层的光降解也造成了黄色体的进一步形成。SAN 聚合物的链断裂导致SAN 分子量的降低，这进一步降低了表面的光泽度。

图8. 纯白色树脂QUV-A 测试

在ABS 树脂的UV稳定性测试中，其中一项重要测试是看看它们的光泽度保持得如何。纯白色ABS 树脂暴露在QUV-A 后，它的光泽保留度如图11 所示。在经过96 小时的QUV-A 暴露后(相当于约16 个月的室外暴露)，mABS1(加入少量的TiO2)的光泽保持度比eABS1 高出10%，清楚地展示出它更优胜的光泽保留度。

图9. 特殊 UV 白树脂QUV-B 测试

七 更高的热稳定性

为了模拟在高温环境下长时间储存零件或终端产品的情况，mABS1和eABS1 树脂被制成纯白色板，放置于70℃的恒温烘箱中4 星期。颜色转变的情况详见图12。从delta E*的数值可见，在放置4 星期后，mABS1的颜色转变很少，证明它比eABS1 拥有更好的热稳定性能。这与先前对(未着色的)mABS1在高温下拥有较好的颜色稳定性测试结果是一致的。

图10. SEM照片显示了ABS 暴露于紫外光后出现的光降解现象

八 UV 稳定性能比较

空调和户外设备等终端产品都需要暴露在阳光下，因此生产商对颜色稳定性都有严格的要求。他们都会在ABS 中加入UV 稳定剂(UV 吸收剂或UV 阻隔添加剂)。为比较mABS1、eABS1 和eABS2 这3 种纯白色ABS 树脂的颜色稳定性，实验通过在这3 种ABS 中加入不同份量的UV 吸收剂以进行比较。由于TiO2有改善光稳定性的作用，所以在耐候性测试中，每种ABS 都加入了1.5%的TiO2，以凸显测试结果。这3 种ABS 材料均被加入2 种同等份量的常见UV 吸收剂，分3 次加入不同份量(0.1%、0.2%和0.4%)。将原色树脂、颜料和UV 吸收剂复合成普通白色ABS 树脂色板进行氙弧和QUV-A 测试，评估其光稳定性。

图11. QUV-A 测试– 纯白色ABS 树脂的光泽保持率

图12. 纯白色ABS 树脂在烤箱老化试测中随时间而出现的颜色转变

图13说明了在氙弧测试中，ABS 在加入UV 吸收剂后曝光300 小时的颜色变化。从中可见，在每种ABS 中，随着UV 吸收剂份量的增加，颜色变化(delta E*)便会减少，表明了使用UV 吸收剂能有效提升ABS 的光稳定性。然而在测试中，3 种ABS 树脂的颜色变化程度有所差别。为了满足特定的颜色要求，即在暴露300 小时后delta E*的值要为2，mABS1 需加入0.1%的UV 吸收剂;而eABS1 和eABS2 则需要加入0.4%的UV吸收剂，才能达至相同效果。使用更高份量的UV 吸收剂，将为终端产品制造商带来额外的成本──即每增加0.1%的UV 吸收剂，便会产生约20-35 美元的成本，实际差额视所用的UV 吸收剂而定。在这个例子中，为了达到delta E*为2 的要求，向eABS1 和eABS2中添加UV吸收剂的成本将比mABS1 高出约60-100 美元/吨。

图13. 正常白色ABS 树脂在加入不同份量的UV 吸收剂后，在300 小时的氙弧测试中所出现的颜色变化

图14 显示了在QUV-A 测试中，进行曝光96 小时后，UV 吸收剂对ABS 颜色变化的影响。为了达到特定的颜色变化要求，即在曝光96 小时后delta E*的值为2，mABS1需要加入0.4%的紫外光吸收剂。而在同样加入0.4%UV 吸收剂的情况下，eABS1 和eABS2 的delta E* 远远超过2 的数值，这表示eABS1 和eABS2 需要加入更多的UV 吸收剂才能达到相同的要求，再次显示这将为终端产品制造商带来显著的成本增加。

图14加入不同份量UV 吸收剂的正常白色ABS 成型板，在96 小时QUV-A 测试中出现的颜色变化

图16 和17 分别显示加入0.4%UV 吸收剂的成型板，在氙弧和QUV-A 测试下的光泽保持度。数据显示，MAGNUM[TM-] A136 明显较其他两种乳液法ABS 具有更好的光泽保持性能。

图15. 照片显示了正常白色ABS 色板在加入不同份量UV 吸收剂后，暴露在QUV-A 96 小时后的颜色变化

图16. 氙弧测试- 普通白色ABS 树脂加入0.4%UV 吸收剂后的光泽保持率

九 结论

研究结果清楚显示，相比批次式乳液法生产的eABS 树脂，由本体聚合工艺生产的mABS1 树脂具有以下优点：

◆洁白底色有助面对着色挑战，例如更白和更亮的颜色;

◆采用本体聚合法ABS树脂在着染浅的颜色时，可节省成本;

◆原色和白色ABS 树脂在耐候性试验下，即使颜料使用量较少，仍保持良好的光泽度和颜色稳定性;

◆本体聚合法ABS树脂即使颜料使用量较少，原色和白色树脂都仍然能保持优异的热稳定性;

◆采用本体聚合法ABS对于需要极佳颜色稳定性的应用，可明显节省UV 稳定剂的成本。

图17. QUV-A 测试- 普通白色ABS 树脂加入0.4%UV 吸收剂后的光泽保持

本体聚合法ABS比乳液ABS 具有显著的优点，特别是在寻求最佳色彩性能和稳定性方面。本体聚合法ABS的洁白底色使它在生产更白更亮的色调时，有显着的成本效益，而且能明显减少黄色。即使暴露在紫外光下，仍能保持颜色稳定性，可在降低UV稳定剂成本的同时仍然保持光泽。同时，本体聚合法ABS还可以承受长时间的高温环境，提高储存和运输过程中的效率。因此，选择本体聚合法ABS可以为客户提供一致的色彩和卓越的美观效果，具有出色的产品效率和成本节约特性。