摘要：
1. 添加反应型紫外线 Chiguard® R-455 吸收剂大幅提高芳香族TPU材料的耐候性
2. 通过共挤工艺可实现薄膜表层UVA波段的全屏蔽，下层即使未添加UVA也可以媲美脂肪族TPU的耐黄变性，大幅降低成本！
紫外线是日常生活中不可忽视的高能量辐射。适量的紫外线能促进维生素D生成并增强免疫力，但过量的紫外线会对人体和物品造成严重伤害，例如皮肤晒伤、眼睛发炎以及材料的老化和退化。为了有效抵御这些有害的紫外线，我们需要一种能够同时提供保护且不影响视线的解决方案。
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。
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。
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。
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：
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。
合成样品：含 5% 和 10% R455 的 TPU 粒子，不含紫外线吸收剂的 TPU 共挤拉膜
测试方法：Q-Sun 加速老化，户外自然光老化
含有 5% R455 的共挤 TPU 膜在 QUV 340 加速老化试验中的结果
结论
实验证明，透过添加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。
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