Chiguard® R-455：高效抗紫外线解决方案，提升芳香族TPU材料耐候性

紫外线阻隔膜应运而生，膜材料经过特殊设计，不仅能够让可见光顺利穿透，保持清晰的视线，还能高效吸收和反射紫外线，将其转化为热能，降低紫外线的危害。因此，紫外线阻隔膜可以广泛应用在建筑、汽车、光学和电子等领域，为我们的生活环境提供全方位的保护。

常见的透明膜材料有PET膜、PP膜、PVC膜、PE膜等，而TPU薄膜是一种基于热塑性聚氨酯制成的薄膜材料。TPU薄膜具备优异的物理性能、化学稳定性、良好的透明性和热塑性能。然而，TPU薄膜的整体成本较高，特别是用于近年市场大热的透明车衣膜的脂肪族聚氨酯，价格昂贵。

TPU是Thermoplastic polyurethane的简称，中文名称为热塑性聚氨酯弹性体，TPU是由二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)和大分子多元醇、扩链剂共同反应聚合而成的高分子材料。根据二异氰酸酯组分的化学性质，TPU被分为了耐黄性弱的芳香族和耐黄性强的脂肪族。

● 芳香族TPU：

芳香族TPU使用含苯环的异氰酸酯，其不饱和的化学结构对光与热敏感，容易被激发氧化而导致TPU不可逆转地泛黄。

● 脂肪族TPU：

与芳香族TPU相比，脂肪族TPU使用的是六亚甲基二异氰酸酯（HDI），其分子结构为饱和状态，化学特性较为稳定。这使得脂肪族TPU在紫外线照射下不易形成共轭带色结构，从而具备更强的耐黄变性能。但是脂肪族TPU加工难度高、良品率偏低、价格昂贵，因此使用上受到了比较大的限制。

因此以TPU薄膜来说，芳香族TPU的加工性能好、价格相对脂肪族便宜很多，但是老化后，容易产生黄变，而推迟它的黄变也是行业的难题。但是，如果在芳香族TPU中添加紫外吸收剂可以有效延缓老化。而奇钛化学推出的专利产品Chiguard® R-455，作为高效紫外线吸收剂，能够嵌入到聚合物主链中，提供长期且稳定的紫外线防护效果。

分层次薄膜耐老化设计

● 紫外线来源：TPU材料暴露在阳光、QUV340（加速老化测试中常用的光源）或氙灯下，这些光源发出的紫外线（UVA）会穿透材料表面。

● 材料分解产生自由基：紫外线会引发TPU、聚醇、二醇等材料的分解，产生自由基（radicals）。

● 黄变区域：

  ◇ 主要黄变区域：表面10-100微米的范围，由于直接暴露在紫外线下，这部分最容易发生黄变。

  ◇ 次要黄变区域：较深层的部分，由于紫外线穿透较少，黄变程度相对较轻。

● 光稳定剂的作用：

  ◇ HALS（Hindered Amine Light Stabilizers）机制：HALS通过捕捉自由基来减缓材料的分解过程，从而推迟黄变。

  ◇ UV吸收剂：如Chiguard® R-455，可以有效吸收紫外线，减少紫外线对材料的损害，进一步减缓黄变的发生。

● 速度竞争：HALS和UV吸收剂的作用速度与紫外线引起的分解速度之间的竞争，决定了材料黄变的程度和速度。

芳香族TPU使用Chiguard® R-455，与脂肪族TPU的实验结果比较

1. 性能特点

Chiguard® R-455是奇钛科技开发的苯并三氮唑系列紫外线吸收剂，能有效吸收紫外线，并将其转化为热能。其分子中带有一级二元醇结构，能与异氰酸酯、胺基树脂等硬化剂进行化学交联反应，嵌入聚合物主链中，使材料在长时间暴露于阳光下时，提供长期且稳定的紫外线防护效果。

2. 与一般的紫外线吸收剂的对比

一般紫外线吸收剂通常是通过物理掺混的方式分散在聚合物基体中，存在迁移和流失的问题。随着时间的推移，物理掺混的紫外线吸收剂会因光、热或化学反应而发生迁移、分解或流失，导致防护效果逐渐下降。

在实验中，我们将3%和4%的Chiguard® R-455添加到TPU中，结果显示这些材料在一定时间内可以达到类似脂肪族TPU的耐候效果。而使用传统的最高效UV吸收剂UV328时，TPU表面严重喷霜严重，完全无法使用，如下图所示：

使用3% R-455与传统最高效UV吸收剂UV328的对比

这是由于TPU中的聚氨酯（urethane）结晶结构致密，容易造成添加剂的排他现象。并且TPU在空气中吸湿，会进一步导致疏水性添加剂聚集和吐出，使得TPU在选择和添加紫外线吸收剂时面临挑战。兼容性不佳或添加量稍大的情况下，会发生析出问题，造成薄膜发雾、晶点等缺陷。

分层次耐光老化设计

既然前面提到了紫外线破坏而产生的黄变区域主要集中在薄膜表层，我们设想于Chiguard® R-455的性能特点，在极薄的表面层形成高紫外光遮蔽，可以在成本可控的前提下进行「分层次」耐光老化的设计。

实验证明，通过添加5%或10%的Chiguard® R-455，可在TPU薄膜表面形成高效紫外线阻隔层，即使下层未使用任何光稳定剂，使用芳香族TPU的薄膜几乎不会黄变。

这是因为Chiguard® R-455在高浓度添加时，可以实现380nm以下的UVA超过99%的遮蔽效果。

紫外光-可见光光谱 (UV-VIS Spectra)

上述性能使TPU膜设计成「共挤」加工方式，在成本可控的情况下，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，可以根据膜厚设计不同的添加量，从而使薄膜达到「光学膜」级别的性能，可广泛应用于汽车保护、电子组件和光学等领域，为市场带来极具创新与竞争力的解决方案。