新型光安定劑在尼龍應用之探討：材料世界網

朱孝培、顏盟晃、邱建勇、黃耀興 / 永光化學工業股份有限公司

本研究旨在對尼龍添加光安定劑後的起始顏色、耐候性和耐熱性進行探討，以提供尼龍所需不同特性的解決方案。本研究成功開發出光安定劑Eversorb^® PA3，不影響尼龍的起始顏色，並提供在耐候過程中尼龍表面不易出現龜裂現象，同時維持高水準的光澤度。此外，該解決方案在高溫環境下也能不影響尼龍的黃變值。本研究還開發出一種新型光安定劑NLS-1，可有效降低尼龍因受紫外線照射而產生黃變的現象。另外，為了滿足當前對UV-C殺菌燈的需求，本研究針對不同光安定劑進行探討，成功開發出NLS-2，以提高尼龍在UV-C殺菌燈環境下的使用性能。

簡介

尼龍(Polyamide; PA)又稱為聚醯胺，為五大工程塑料中產量最大且品項繁多、用途十分廣泛的樹脂。尼龍家族可分為PA66、PA6、PA11、PA12等，其中PA66和PA6占約尼龍產量的90%以上。尼龍主要用於汽車工業、電器工業、紡織產業等，其中用於汽車工業約占尼龍用量的1/3。

尼龍分子中含有發色團CONH，易吸收陽光中的紫外線，從而引發聚合物的降解和變色，其光裂解機制如圖一所示。改善高分子在戶外的耐候性質，能延長塑膠的生命週期，故發展出了光安定劑這類的產品，而光安定劑目前主要分為兩大類：①紫外光吸收劑(UV Absorber; UVA)；②受阻胺光安定劑(Hindered Amine Light Stabilizers; HALS)。

圖一、尼龍光裂解機制

紫外光吸收劑可分為二苯基甲酮類(Benzophenone)、苯並三唑類(Benzotriazole)、三嗪類(Triazine)和草醯胺類(Oxalanilide)等，紫外線吸收劑的穩定機理是能夠吸收紫外光能量轉變為熱能散發掉。分子結構中的苯環上均有鄰位羥基，能通過氫鍵的作用以及發生分子重排的可逆變化將激發能消耗掉，從而保護聚合物分子，其作用機制如圖二所示。受阻胺光安定劑作用機制最著名的是Denisov迴圈理論，HALS分解過氧化物或和氧結合成氮氧自由基，進而去捕捉高分子自由基，中斷高子裂解的連續反應。

圖二、紫外光吸收劑作用機制

本研究針對本色尼龍進行一系列耐候研究，並探討光安定劑對尼龍耐熱的影響，以提出最適合尼龍的光安定解決方案。

實驗

1. 主要原料與實驗流程

本研究將尼龍6,6添加市場上常見的紫外光吸收劑和配方產品，如表一所示。經由震雄射出機射出成型，製作出3.2 mm的PA試片。試片分別利用加速老化試驗QUVQ-Panel，依照ASTM G154-16 Cycle 1加速老化測試進行耐候實驗(340 nm, 0.89 W/m²/nm)，以及使用高鐵科技UV-C殺菌燈箱（型號：GT-7035）進行相關的耐候測試。耐候測試後，利用色差儀(KONICA MINOLTACM-5)量測色差值(Difference Color, ΔE)，其計算式如式(1)所示，色差值愈大表示試片顏色變化愈大，利用色差值可觀察未添加紫外線吸收劑的黃變現象以及添加紫外線吸收劑的黃變現象是否有所差異。

表一、本研究所測試的光安定劑和其特性

2. 實驗結果

本研究使用尼龍6,6添加不同類型的光安定劑，探討對起始顏色和耐候之後的色差值以及光澤度的影響。

(1) 光安定劑對本色尼龍起始顏色的影響

一般紫外光吸收劑吸收紫外光時，因濃度和試片厚度關係，會吸收到少量的藍光部份，故使產品會呈現偏黃現象。本研究分別添加0.5%光安定劑在尼龍6,6，利用射出機製作成3.2mm的試片，並以色差儀量測其b*值，b*值愈大表示試片愈偏向黃色。如圖三所示，本色的尼龍其b*值約4.34，而添加UV-234和UV-1577後，其b*值分別為11.43和16.76，試片明顯呈現偏黃現象。而本研究開發的Eversorb^® PA3對尼龍6,6則不會造成色差問題。

圖三、本色尼龍6,6添加0.5%光安定劑的b*值

(2) 光安定劑對尼龍耐候性的效應–光澤度

本研究亦對耐候後的試片進行表面光澤度的測量，按照ASTM G154-16 (Cycle 1)標準進行加速老化試驗，測試結果如圖四所示。空白對照組(Control)的表面光澤度由原本的90.5降至22.5，並出現表面龜裂現象。添加紫外線吸收劑UV-234和UV-1577則對表面光澤度的保護效果有限。相較之下，尼龍添加Eversorb^® PA3則能有效維持其表面光澤度，且經1,000小時照射後，其光澤度仍維持在89.5。這顯示Eversorb^® PA3對尼龍的耐候保護效果優異。

圖四、本色尼龍6,6添加0.5%光安定劑經過耐候測試1,000小時的光澤度值(Gloss, 60˚)

(3) 光安定劑在30%玻纖尼龍耐熱測試

尼龍因具有高熔點，故能適用在高溫環境下，而本研究使用30%玻纖尼龍添加不同光安定劑，利用高溫烘箱測試180˚C/4小時，了解光安定劑對尼龍高溫耐熱的影響。其結果如圖五所示，添加HALS-1光安定劑經4小時後，其試片的色差值已達到21.8，顏色變化比空白組(Control)還來得嚴重。而本研究開發的Eversorb^® PA3在相同條件下，其對尼龍的耐熱性 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。