前言
熱塑性彈性體( Thermoplastic Elastomers;TPEs )，特點是結合塑膠與橡膠的優點，產生有如硫化橡膠的機械特性，並保持塑膠的易加工性，可降低加工成本及提高產品設計靈活度。TPE家族中的動態交聯熱塑性彈性體( Thermoplastic Vulcanuzates;TPV )又稱 TPE-V，其機械性能最接近傳統橡膠，但製備工藝較為複雜，可分為橡膠與塑膠的分別合成、混練、動態交聯等製程，因此不同於其他TPE之技術由合成廠主導，TPV 的 Compounding 廠握有可主導應用市場的生產技術。由於 TPV 材料技術門檻較高，材料價格相對也較高，屬於高值化產品，本文將針對開發 TPV 的關鍵技術進行說明。
動態交聯原理
動態交聯概念最早由 Gessler在 1958年提出，而在 1963年 Fischer等人就開始利用萬馬力混練機進行 EPDM 與 PP 之動態交聯混練。真正商業化的時間點則要到了 Monsanto公司將 Santoprene上市的1981年，這是一種 PP/EPDM系統的 TPV。此後動態交聯技術即成為了熱塑性彈性體的顯學之一，直至今日仍被業界與學界大量研究，著名的學者有 Coran及 Abdou-Sabet等人，貢獻了大量的實用文獻與書藉。從材料結構的觀點來看，熱塑性彈性體要能夠兼具塑膠與橡膠的特性，在材料中要同時包含軟質區與硬質區，共聚合成的 TPE（如SEBS）硬質區的塑膠和軟質區的彈性體都仍保持著熱可塑性，且支撐起材料的連續相為彈性體，如圖一中深色部分所示。TPV為交聯橡膠的分散微粒與塑膠的混合物，連續相可以是少量的結晶性塑膠，貢獻著尺寸安定性與熱可塑性，因此 TPV具有相當低的壓縮永久變形率，性能甚至接近 CR、EPDM傳統硫化橡膠，這是其他種類的TPE都無法比擬的。
圖一、熱塑性彈性體示意圖
圖二包含了四種不同硬度的 PP/EPDM 系統 TPV、傳統橡膠 Neoprene 與 EPDM 的壓縮永久變形率隨著時間的變化比較與驗證，其中 55A規格的壓縮永久變形率和長時間熱老化的耐受性已接近高規格的硫化橡膠。
圖二、壓縮永久變形率隨時間變化(ASTM D395,100˚C)的比較
交聯系統
常見TPV所使用的交聯系統主要有硫黃、過氧化物與酚醛樹酯等。在交聯配方設計的考量上與傳統橡膠不同的是，須考慮到對 TPV 中的塑膠組成及動態交聯混練製程（時間/溫度）的影響，表三為 3種交聯系統的比較。
2.過氧化物系統：
有很多種半衰期溫度的商品可供選擇，採共價鍵的方式產生交聯點，熱穩定性高，也可用於不含雙鍵的氫化橡膠系統。其缺點是使用過氧化物作交聯劑時，因所生成自由基會與塑膠相發生副反應，若塑膠相為PE，則會導致交聯；若在PP的情況下，則會導致斷鏈問題，都會造成後段加工的流變性問題。通常為了提高交聯效率與減少副反應所造成的現象，會加入活化劑和助交聯劑增加交聯效率。
製程技術
TPV 的機械物性與交聯程度都與混練過程息息相關，因此製程可以說是 TPV 商業化的最關鍵技術，早前主要是使用批次式的萬馬力混練機製程。現今為了縮小動態交聯過程中的橡膠粒徑，以達到更好的物性，並且提升生產效率，使能夠提供 1,000 1/s以上高剪率的雙螺桿押出混練設備，逐漸取代傳統製程，連續生產最高可達到每小時 1,300 kg 以上，是量產 TPV必備的利器。雙螺桿動態交聯製程一般可以細分為幾個階段……以上內容為重點摘錄，如欲詳全文請見原文。
作者：鍾曜竹、丁俊銘/工研院材化所；邱純慧、林國權/工研院產經中心
本文節錄自「工業材料雜誌335期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=18225