張紜溱、邱仁軍 / 工研院材化所
熱塑性聚醯胺彈性體(TPAE)是由含尼龍硬段（Nylon 6、66、11或12等）與脂肪族聚醚軟段的線型嵌段共聚物。相較其他TPEE與TPU等工程用彈性體，TPAE有較大的硬度範圍以及加工區間，在低溫環境下具有優良的抗衝擊性、良好的回彈和彈性恢復等特性，可提供材料用來設計高性能運動鞋和耐嚴寒的滑雪靴等高階運動用品。目前商業化的TPAE產品多使用PA6與PA12兩種結構作為硬鏈段，然而，因TPAE的成本與生產效率上的限制使其發展受限，若能掌握TPAE的聚合技術，將能在需求高漲的亞太地區占據重要地位。
【內文精選】
前 言
熱塑性彈性體(TPE)是一種兼具有橡膠的彈性與熱塑的塑膠特性半結晶嵌段型共聚高分子，其由不同結構的硬鏈段與軟鏈段形成結晶相與非晶相的微相分離型態(如圖一)。因同時有硫化橡膠的物理與機械強度，又可在高溫下透過一般加工設備進行塑化加工成型，不需添加塑化劑。在全球朝向永續經營的目標發展時，可回收的熱塑性彈性體在近年來也成為備受重視的綠色材料。
圖一、熱塑性彈性體形變示意圖
TPAE是一種較新的工程類TPE，1979年Hüls公司開始在德國上市實現商業化生產，之後大日本油墨化學與UBE、法國Atochem（現為Arkema）、瑞士EMS、美國Upjohn等也陸續投入，推出了不同品牌的TPAE商品，本文將於後面章節介紹各國際大廠之商品與其結構。
TPAE的組成與聚合
TPAE主要結構是由線性的聚醯胺(PA)段與聚醚(Polyether)段組成，中間常透過二酸與多元醇反應，形成聚酯結構的橋接官能基，如圖三所示，以下將介紹TPAE常用的軟硬鏈段結構。
已商業化的TPAE硬段以PA12為大宗，PA12乃是由12個碳的月桂內醯胺(Laurolactam)透過水解或陰離子開環聚合而得，此單體價格較為昂貴。目前合成工藝路線為兩步法的間歇式生產工藝，即先將Laurolactam開環聚合形成PA12寡聚物，再與聚醚多元醇如PTMO或PPO、PEO等在觸媒環境下進行聚合，因此在量產與生產效率上較難提升而限制了TPAE的發展。目前商業化的TPAE產品多使用PA6與PA12兩種結構作為硬鏈段，國際上主要供應商與其不同商品名的結構如表二所示。
生質聚醯胺彈性體
隨著氣候變遷與石化資源的緊縮，許多團隊也開始投入生質聚醯胺彈性體開發。由生質單體聚合TPAE，不僅相較於生產石化單體時其排碳量能有效減少，且來源為植物更具有固碳效果。
工研院材料與化工研究所以自行開發之生質衣康酸衍生聚醚多元醇衍生物(2m-PTMEG)作為軟段，與硬段尼龍6進行熔融聚合得到生質尼龍彈性體(Bio-TPAE)。生質尼龍彈性體的機械強度佳，抗張強度和延伸率分別大於200 kgf/cm2和800%以上，彈性回復率可達60%以上（表三），相較Pebax® 2533有較高的耐熱性與延伸率。材化所在合成聚醯胺彈性體材料過程中，由單體結構上導入胺基活性基，使聚合反應中分子鏈間以聚醯胺結構進行連結，解決傳統Pebax®有少數聚酯結構影響彈性體材料結晶配向等問題。
TPAE市場與應用
在台灣TPAE市場方面，有大量特殊規格聚醯胺彈性體的需求，廠商每年使用量約3,500噸，主要應用於高端運動產業。但因缺乏關鍵材料技術開發與生產，所以必須完全仰賴進口，造成應用成本居高不下且常有原料短缺問題，與亞太地區面臨相同困境。
熱塑性聚醯胺彈性體的應用如圖八所示，包括運動和休閒用品、家用電器、透氣薄膜，汽車零件中之防滑墊、調節旋鈕、飲料杯支架、排氣系統、密封處(門檻密封條、指示燈密封圈、門板密封圈、車窗密封條、鎖具密封、行李箱密封)、安全氣囊，蓄水設備中液壓和氣動設備、聚合物改性(例如：作為抗靜電添加劑)，電子器材類之手機外殼、螺絲起子把手、電器按鍵、電子產品密封包裝、耳機外殼、電線電纜護套和管道、開關，醫療應用(呼吸器瓣膜、醫療產品把手、導管)和各種消費品。因…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖八、聚醯胺彈性體的各項應用
★本文節錄自《工業材料雜誌》420期，更多資料請見下方附檔。