紫外線阻隔膜應(yīng)運(yùn)而生，膜材料經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)，不僅能夠讓可見(jiàn)光順利穿透，保持清晰的視線，還能高效吸收和反射紫外線，將其轉(zhuǎn)化為熱能，降低紫外線的危害。因此，紫外線阻隔膜可以廣泛應(yīng)用在建筑、汽車、光學(xué)和電子等領(lǐng)域，為我們的生活環(huán)境提供全方位的保護(hù)。

常見(jiàn)的透明膜材料有PET膜、PP膜、PVC膜、PE膜等，而TPU薄膜是一種基于熱塑性聚氨酯制成的薄膜材料。TPU薄膜具備優(yōu)異的物理性能、化學(xué)穩(wěn)定性、良好的透明性和熱塑性能。然而，TPU薄膜的整體成本較高，特別是用于近年市場(chǎng)大熱的透明車衣膜的脂肪族聚氨酯，價(jià)格昂貴。

TPU是Thermoplastic polyurethane的簡(jiǎn)稱，中文名稱為熱塑性聚氨酯彈性體，TPU是由二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)、甲苯二異氰酸酯(TDI)和大分子多元醇、擴(kuò)鏈劑共同反應(yīng)聚合而成的高分子材料。根據(jù)二異氰酸酯組分的化學(xué)性質(zhì)，TPU被分為了耐黃性弱的芳香族和耐黃性強(qiáng)的脂肪族。

● 芳香族TPU：

芳香族TPU使用含苯環(huán)的異氰酸酯，其不飽和的化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)光與熱敏感，容易被激發(fā)氧化而導(dǎo)致TPU不可逆轉(zhuǎn)地泛黃。

● 脂肪族TPU：

與芳香族TPU相比，脂肪族TPU使用的是六亞甲基二異氰酸酯（HDI），其分子結(jié)構(gòu)為飽和狀態(tài)，化學(xué)特性較為穩(wěn)定。這使得脂肪族TPU在紫外線照射下不易形成共軛帶色結(jié)構(gòu)，從而具備更強(qiáng)的耐黃變性能。但是脂肪族TPU加工難度高、良品率偏低、價(jià)格昂貴，因此使用上受到了比較大的限制。

因此以TPU薄膜來(lái)說(shuō)，芳香族TPU的加工性能好、價(jià)格相對(duì)脂肪族便宜很多，但是老化后，容易產(chǎn)生黃變，而推遲它的黃變也是行業(yè)的難題。但是，如果在芳香族TPU中添加紫外吸收劑可以有效延緩老化。而奇鈦化學(xué)推出的專利產(chǎn)品Chiguard? R-455，作為高效紫外線吸收劑，能夠嵌入到聚合物主鏈中，提供長(zhǎng)期且穩(wěn)定的紫外線防護(hù)效果。

分層次薄膜耐老化設(shè)計(jì)

● 紫外線來(lái)源：TPU材料暴露在陽(yáng)光、QUV340（加速老化測(cè)試中常用的光源）或氙燈下，這些光源發(fā)出的紫外線（UVA）會(huì)穿透材料表面。

● 材料分解產(chǎn)生自由基：紫外線會(huì)引發(fā)TPU、聚醇、二醇等材料的分解，產(chǎn)生自由基（radicals）。

● 黃變區(qū)域：

  ◇ 主要黃變區(qū)域：表面10-100微米的范圍，由于直接暴露在紫外線下，這部分最容易發(fā)生黃變。

  ◇ 次要黃變區(qū)域：較深層的部分，由于紫外線穿透較少，黃變程度相對(duì)較輕。

● 光穩(wěn)定劑的作用：

  ◇ HALS（Hindered Amine Light Stabilizers）機(jī)制：HALS通過(guò)捕捉自由基來(lái)減緩材料的分解過(guò)程，從而推遲黃變。

  ◇ UV吸收劑：如Chiguard? R-455，可以有效吸收紫外線，減少紫外線對(duì)材料的損害，進(jìn)一步減緩黃變的發(fā)生。

● 速度競(jìng)爭(zhēng)：HALS和UV吸收劑的作用速度與紫外線引起的分解速度之間的競(jìng)爭(zhēng)，決定了材料黃變的程度和速度。

芳香族TPU使用Chiguard? R-455，與脂肪族TPU的實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較

1. 性能特點(diǎn)

Chiguard? R-455是奇鈦科技開(kāi)發(fā)的苯并三氮唑系列紫外線吸收劑，能有效吸收紫外線，并將其轉(zhuǎn)化為熱能。其分子中帶有一級(jí)二元醇結(jié)構(gòu)，能與異氰酸酯、胺基樹(shù)脂等硬化劑進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)，嵌入聚合物主鏈中，使材料在長(zhǎng)時(shí)間暴露于陽(yáng)光下時(shí)，提供長(zhǎng)期且穩(wěn)定的紫外線防護(hù)效果。

2. 與一般的紫外線吸收劑的對(duì)比

一般紫外線吸收劑通常是通過(guò)物理?yè)交斓姆绞椒稚⒃诰酆衔锘w中，存在遷移和流失的問(wèn)題。隨著時(shí)間的推移，物理?yè)交斓淖贤饩€吸收劑會(huì)因光、熱或化學(xué)反應(yīng)而發(fā)生遷移、分解或流失，導(dǎo)致防護(hù)效果逐漸下降。

在實(shí)驗(yàn)中，我們將3%和4%的Chiguard? R-455添加到TPU中，結(jié)果顯示這些材料在一定時(shí)間內(nèi)可以達(dá)到類似脂肪族TPU的耐候效果。而使用傳統(tǒng)的最高效UV吸收劑UV328時(shí)，TPU表面嚴(yán)重噴霜嚴(yán)重，完全無(wú)法使用，如下圖所示：

使用3% R-455與傳統(tǒng)最高效UV吸收劑UV328的對(duì)比

這是由于TPU中的聚氨酯（urethane）結(jié)晶結(jié)構(gòu)致密，容易造成添加劑的排他現(xiàn)象。并且TPU在空氣中吸濕，會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致疏水性添加劑聚集和吐出，使得TPU在選擇和添加紫外線吸收劑時(shí)面臨挑戰(zhàn)。兼容性不佳或添加量稍大的情況下，會(huì)發(fā)生析出問(wèn)題，造成薄膜發(fā)霧、晶點(diǎn)等缺陷。

分層次耐光老化設(shè)計(jì)

既然前面提到了紫外線破壞而產(chǎn)生的黃變區(qū)域主要集中在薄膜表層，我們?cè)O(shè)想于Chiguard? R-455的性能特點(diǎn)，在極薄的表面層形成高紫外光遮蔽，可以在成本可控的前提下進(jìn)行「分層次」耐光老化的設(shè)計(jì)。

實(shí)驗(yàn)證明，通過(guò)添加5%或10%的Chiguard? R-455，可在TPU薄膜表面形成高效紫外線阻隔層，即使下層未使用任何光穩(wěn)定劑，使用芳香族TPU的薄膜幾乎不會(huì)黃變。

這是因?yàn)镃higuard? R-455在高濃度添加時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)380nm以下的UVA超過(guò)99%的遮蔽效果。

紫外光-可見(jiàn)光光譜 (UV-VIS Spectra)

上述性能使TPU膜設(shè)計(jì)成「共擠」加工方式，在成本可控的情況下，大幅改善芳香族TPU的耐候性。另外，芳香族TPU比脂肪族TPU更利于加工，加入Chiguard? R-455，可以根據(jù)膜厚設(shè)計(jì)不同的添加量，從而使薄膜達(dá)到「光學(xué)膜」級(jí)別的性能，可廣泛應(yīng)用于汽車保護(hù)、電子組件和光學(xué)等領(lǐng)域，為市場(chǎng)帶來(lái)極具創(chuàng)新與競(jìng)爭(zhēng)力的解決方案。