紫外線阻隔膜應運而生，膜材料經(jīng)過特殊設計，不僅能夠讓可見光順利穿透，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用在建筑、汽車、光學和電子等領域，為我們的生活環(huán)境提供全方位的保護。

常見的透明膜材料有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大熱的透明車衣膜的脂肪族聚氨酯，價格昂貴。

TPU是Thermoplastic polyurethane的簡稱，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、擴鏈劑共同反應聚合而成的高分子材料。根據(jù)二異氰酸酯組分的化學性質(zhì)，TPU被分為了耐黃性弱的芳香族和耐黃性強的脂肪族。

● 芳香族TPU：

芳香族TPU使用含苯環(huán)的異氰酸酯，其不飽和的化學結構對光與熱敏感，容易被激發(fā)氧化而導致TPU不可逆轉地泛黃。

● 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），其分子結構為飽和狀態(tài)，化學特性較為穩(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構，從而具備更強的耐黃變性能。但是脂肪族TPU加工難度高、良品率偏低、價格昂貴，因此使用上受到了比較大的限制。

因此以TPU薄膜來說，芳香族TPU的加工性能好、價格相對脂肪族便宜很多，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，提供長期且穩(wěn)定的紫外線防護效果。

分層次薄膜耐老化設計

● 紫外線來源：TPU材料暴露在陽光、QUV340（加速老化測試中常用的光源）或氙燈下，這些光源發(fā)出的紫外線（UVA）會穿透材料表面。

● 材料分解產(chǎn)生自由基：紫外線會引發(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，黃變程度相對較輕。

● 光穩(wěn)定劑的作用：

  ◇ HALS（Hindered Amine Light Stabilizers）機制：HALS通過捕捉自由基來減緩材料的分解過程，從而推遲黃變。

  ◇ UV吸收劑：如Chiguard? R-455，可以有效吸收紫外線，減少紫外線對材料的損害，進一步減緩黃變的發(fā)生。

● 速度競爭：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爭，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的實驗結果比較

1. 性能特點

Chiguard? R-455是奇鈦科技開發(fā)的苯并三氮唑系列紫外線吸收劑，能有效吸收紫外線，并將其轉化為熱能。其分子中帶有一級二元醇結構，能與異氰酸酯、胺基樹脂等硬化劑進行化學交聯(lián)反應，嵌入聚合物主鏈中，使材料在長時間暴露于陽光下時，提供長期且穩(wěn)定的紫外線防護效果。

2. 與一般的紫外線吸收劑的對比

一般紫外線吸收劑通常是通過物理摻混的方式分散在聚合物基體中，存在遷移和流失的問題。隨著時間的推移，物理摻混的紫外線吸收劑會因光、熱或化學反應而發(fā)生遷移、分解或流失，導致防護效果逐漸下降。

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

使用3% R-455與傳統(tǒng)最高效UV吸收劑UV328的對比

這是由于TPU中的聚氨酯（urethane）結晶結構致密，容易造成添加劑的排他現(xiàn)象。并且TPU在空氣中吸濕，會進一步導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面臨挑戰(zhàn)。兼容性不佳或添加量稍大的情況下，會發(fā)生析出問題，造成薄膜發(fā)霧、晶點等缺陷。

分層次耐光老化設計

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，我們設想于Chiguard? R-455的性能特點，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行「分層次」耐光老化的設計。

實驗證明，通過添加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的薄膜幾乎不會黃變。

這是因為Chiguard? R-455在高濃度添加時，可以實現(xiàn)380nm以下的UVA超過99%的遮蔽效果。

紫外光-可見光光譜 (UV-VIS Spectra)

上述性能使TPU膜設計成「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)膜厚設計不同的添加量，從而使薄膜達到「光學膜」級別的性能，可廣泛應用于汽車保護、電子組件和光學等領域，為市場帶來極具創(chuàng)新與競爭力的解決方案。