TPV（熱塑性動態交聯彈性體）兼具優越之熱可塑性和高彈性，是屬於一種可重複加工、使用及回收的先進綠色彈性體材料，常被用來取代傳統熱固型橡膠，具有相當高的應用潛力。動態交聯反應在目前仍屬於高值化的先端技術，主要掌握在美國AES、荷蘭DSM、日本三井等少數國際公司。為了突破產業牽制於人的困境，國內產業界可藉由工研院自行研發之動態交聯反應關鍵技術，搭配自行建構之連續式雙螺桿反應押出製程，建立國產之TPV產業鏈並提升其附加價值。
本文將從以下大綱，針對熱塑性動態交聯彈性體(Thermoplastic Vulcanizates; TPVs)之全球產業現況、基本學理與相反轉行為、微相形態與材料性能之間關聯性、技術平台建構以及目前已開發之TPV種類與性質進行報導。
‧全球產業現況
‧動態交聯反應原理與相反轉形態操控
‧TPV動態交聯製程技術
‧動態交聯熱塑性彈性體開發平台與TPV材料系統
‧結語與展望
【內文精選】
全球產業現況
熱塑性彈性體(Thermoplastic Elastomers; TPEs)是一種同時具有軟/硬鏈段的聚合物，其特點是可結合塑/橡膠的優點，展現有如硫化橡膠的機械特性，並保有塑膠易加工性的一種材料。在TPE家族中，動態交聯彈性體(Thermoplastic Vulcanizates; TPVs)的機械性能最接近傳統橡膠，是一種由橡膠和熱塑性塑膠所共混，並在共混的階段歷經橡膠交聯反應而形成的複合物，由於橡膠交聯的過程同時正在進行兩者的混煉製程，因此被稱為動態交聯。
根據TPV材料之全球市場需求量的成長趨勢分析（圖一），顯示全球年需求量將可從2014年的322千噸成長到2019年的435.8千噸，估計增加幅度至少達1.91%。而帶動此波大幅成長的主要原因，乃與中國及印度兩大國近年來在汽車工業上之蓬勃發展息息相關。
圖二所示為TPV市場應用區塊分析，由圖中可發現TPV第二大應用市場為工業與建築產品應用，占整體市場需求20.88%。TPV相較其他TPE更像橡膠，具備良好的彈性恢復力、耐壓縮永久變形性、應力鬆弛性、疲勞抗性等，故可廣泛應用於工業中的O-ring、密封件、墊片等。過去一般市售材質多為矽利康，其物理性質較不耐熱、不耐酸雨（形成垂流）又易發霉，故TPV已慢慢跨入建築材料（玻璃及門的封條），取代部分矽利康的應用。著名的台北101大樓即大量使用TPV異型押出產品於玻璃密封條。而TPV第三大應用市場為醫療產業中的產品應用，占整體市場需求17.73%，主要是用來取代部分PVC之應用。
由於掌握上游原料（如PP、EPDM）的製造有助於提升材料設計能力與獲利，過去透過併購Monsanto或Solvay的TPV開發部門，使AES和LyondellBasell等原料大廠有了完整的上游整合能量。全球TPV主要生產廠商如表一所示。另外，最近國內李長榮化學工業(LCY)也成功開發並生產PP/EPDM TPV。
動態交聯反應原理與相反轉形態操控
所謂熱塑性動態交聯彈性體(TPV)，是一種由橡膠和塑膠所共混，並再歷經橡膠之動態交聯反應後而形成的複合物，且橡膠在複合物中的組成百分比通常高於塑膠。從材料結構的觀點來看，TPV要能夠兼具塑膠與橡膠的特性，整體材料的最終結構形態必須形成如圖三所呈現之多尺度階層性結構，即在第一階層形態為橡膠本身具有物理及化學交聯結構，並形成球狀之橡膠交聯區；接著，球狀交聯橡膠再進一步均勻分散在塑膠連續相當中，以構成第二階層形態。
圖三、理想之熱塑性彈性體的橡膠分散形態
動態交聯熱塑性彈性體開發平台與TPV材料系統
如同前述，開發TPV材料是一門既耗時且複雜的學問，必須同時兼顧橡/塑膠原料的性質與製程參數等，因此亟需整合一TPV專用的研究開發平台。圖十二所示為工研院在近期內建立之動態交聯熱塑性彈性體(Dynamically Vulcanized Thermoplastic Elastomer)的開發平台。首先，研發流程的第一步驟，便在於篩選橡膠和塑膠材料的種類，主要考量依據包括材料的化學結構及分子量大小；而鑑定技術則是採用核磁共振光譜(NMR)、熔融流動性(MFI)與毛細管流變等多種分析方法...…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖十二、動態交聯彈性體技術開發平台
作者：吳晉安、曾炳鈞、王柏翊／工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」383期，更多資料請見下方附檔。