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TPE薄膜的特點和應用
TPE可以通過擠出形成自支撐膜,用于服裝面料的復合。TPE薄膜可以起到保護作用,同時允許氣體的流通-這個指標可通過透氣率(WVT,WATER-VAPER-TRANSMISSION)進行衡量。通常商業化用于發展防水透濕薄膜的方式是微孔形式的,如膨脹拉伸PTFE薄膜(GORE TEX),各種聚烯烴薄膜以及濕法聚氨酯等。在面料用途中,TPE無孔薄膜具有應用上的優勢,如耐磨性和物理性能等。薄膜復合在織物上時,小分子如水蒸汽可以通過溶解/擴散方式通過薄膜。“可呼吸”聚合物是指那些對水蒸汽具有高的透過率的材料,而不是指對氧和二氧化碳等空氣成分具有透過作用的材料,一般說來,聚合物中活性成分越高,透過率就越高。
水汽分子在密實薄膜中的傳輸行為一般是通過分子擴散來進行的(參考吸收-擴散模型),利用兩側的蒸汽壓差產生驅動力。為了降低傳遞阻力,薄膜應具有高滲透性和低的厚度,但從薄膜物理性能方面考慮,薄膜厚度并非越低越好。
微氣候(MICROCLIMATE)動力學
Microclimate在皮膚和薄膜之間的重要參數是溫度和濕度。為了維持穩定的體溫和Microclimate和環境之間的熱動力學平衡(作為舒適的定義)。人體活動產生的熱應該等于耗散給環境的熱量。熱損失的主要原理,特別是在身體活動的時候,主要是水的蒸發和蒸汽向環境的運送。
在身體活動的時候,人體每小時800克的水蒸發量,對應的熱量損失是1800KJ,約80%所產生的熱量。Figure 2 and Table I顯示出WVT對環境條件的依賴和隔膜兩側的溫度梯度。
TPE 化學
有很多因素影響聚合物的滲透率和呼吸性能。例如,材料的本質親水性,結晶性,填料含量都能影響的聚合物對蒸汽的傳遞。TPE經常被用于醫學材料的是AB結構惡毒多段共聚物。具有酰氨,氨酯,酯基硬段的彈性體材料通常提供可用的機械性能,使得他們成為可以用于制造薄膜。通過操縱TPE分子的骨架以改進滲透率,如-通過整和親水成分以正家聚合物與水的親和力。
在分段的TPE材料中,滲透主要發生于橡膠態,彈性的軟段相而不是通過硬段相進行。因此,滲透性能與硬段含量的變化呈反對應。通常,軟段含量主要決定水汽滲透性。
軟段:
基本的用于TPE薄膜的聚醚軟段主要是PEO和PEG或PPO/PEO共聚物,但PTMG也有使用。*的PPO鏈段基本上不用于透汽性TPE中。通常是不同軟段的混合物用于平衡物理性能:如PEO更親水,而PTMG機械性能而且不像前者那般膨脹。增加CH2/O2 的比例降低軟段和硬段的相容性。
親水鏈段的分子量與其他基于聚醚的TPE在同一個數量級內,既(600–4000 g/mol)。
PEO合成的TPE具有zui高的透汽率,接近的親水材料如纖維素和*。使用PEO的一個缺點是膜表面太粘。根據吸收-擴散模型,透汽性是滲透物量和擴散運動速度的函數。高的鏈段運動,通過玻璃態溫度證明所有的PEO軟段的是0°C,這就允許高的擴散系數。通常認為高的濕氣透過率與連續的軟段相有關系。水的吸收與軟段PEO的含量高度相關,也與軟段分子量有關系。增加軟段分子量同時提高水吸收率,據信是與軟段和硬段的分離程度有關。低分子量的軟段通常得到物理性能強的薄膜。高分子量軟段行成更明顯的PEO微區,但硬段減弱,能夠吸收大量的水。水吸收量的增加通常顯示出的指數增加,這可通過物理交聯的進行解釋。這些交聯給出了親水微區的膨脹限度。Figure 6給出了綁定水和吸收水的說明:低PEO含量時,吸收水被綁定在PEO鏈段上;一定PEO含量以上,自由水增加。
硬段: 透汽性TPE薄膜的熔點主要是有硬段類型決定。高的熔融溫度期望用于高溫工藝以提供熱穩定性,如壓膜,防水織物,壓合膜。PA12在其重復單元上具有12個碳,達多數TPU硬段提供175°C或以下的熔點,而一些聚酯型TPE的熔點高達200°C。一系列重要的物理性能如拉伸強度,耐磨性也主要是由硬段決定的,例如結合含氮的PA12和TPU硬段的薄膜通常較強。
薄膜的制造
當前zui普遍用于制造可呼吸薄膜的技術是溶液澆注和熔融擠出。TPE薄膜的熱塑性本質使得他們能利用適當溶劑進行溶液澆注。雖然TPU經常采用MEK或其他溶液,發現合適的溶劑用于PEBA和PEE仍然是個問題。親水型TPU,例如,可能從粘稠的溶液澆注得到。在溶劑蒸發后,可得到密實的膜。通過控制相分離,也可以得到溶液沉積成非溶劑多孔膜。溶液工藝通常比擠出工藝更貴。
熔融擠出是的成膜工藝。除了極軟的級別,大多數親水TPE適合于擠出.TPE材料的干燥很關鍵,因為材料傾向于吸收環境濕氣,而較高的濕氣含量可能導致不均勻的膜表面。膜能夠從熔體通過模頭直接成型或著通過圓口模吹膜。熔體通過模頭的量和和速度決定膜的zui終厚度。TPE必須體現出足夠的熔體強度以維持牽引。結晶現象可能發生在牽引結束后,以減少牽引定向和物理性能的不均勻。 TABLE III顯示出一個TPE 在機器方向和橫段方向的比較。
吹膜(Blown film)是成本zui低和zui有效的方式。由于TPE本身的性質,需要特殊的設備。滑劑或抗粘劑經常添加到本體樹脂中以促進加工,特別是有利于比較薄的膜。添加劑有時候對透氣性能具有負面影響,因為他們作用于膜表面-zui重要的濕氣吸收界面。吹膜成型通常比擠出成型得到的薄膜具有優勢,對于透汽性能能進行較好的控制。有時候,將幾種TPE材料混合在一起可以調整薄膜的性能以滿足特定應用的須要。
水汽分子在密實薄膜中的傳輸行為一般是通過分子擴散來進行的(參考吸收-擴散模型),利用兩側的蒸汽壓差產生驅動力。為了降低傳遞阻力,薄膜應具有高滲透性和低的厚度,但從薄膜物理性能方面考慮,薄膜厚度并非越低越好。
微氣候(MICROCLIMATE)動力學
Microclimate在皮膚和薄膜之間的重要參數是溫度和濕度。為了維持穩定的體溫和Microclimate和環境之間的熱動力學平衡(作為舒適的定義)。人體活動產生的熱應該等于耗散給環境的熱量。熱損失的主要原理,特別是在身體活動的時候,主要是水的蒸發和蒸汽向環境的運送。
在身體活動的時候,人體每小時800克的水蒸發量,對應的熱量損失是1800KJ,約80%所產生的熱量。Figure 2 and Table I顯示出WVT對環境條件的依賴和隔膜兩側的溫度梯度。
TPE 化學
有很多因素影響聚合物的滲透率和呼吸性能。例如,材料的本質親水性,結晶性,填料含量都能影響的聚合物對蒸汽的傳遞。TPE經常被用于醫學材料的是AB結構惡毒多段共聚物。具有酰氨,氨酯,酯基硬段的彈性體材料通常提供可用的機械性能,使得他們成為可以用于制造薄膜。通過操縱TPE分子的骨架以改進滲透率,如-通過整和親水成分以正家聚合物與水的親和力。
在分段的TPE材料中,滲透主要發生于橡膠態,彈性的軟段相而不是通過硬段相進行。因此,滲透性能與硬段含量的變化呈反對應。通常,軟段含量主要決定水汽滲透性。
軟段:
基本的用于TPE薄膜的聚醚軟段主要是PEO和PEG或PPO/PEO共聚物,但PTMG也有使用。*的PPO鏈段基本上不用于透汽性TPE中。通常是不同軟段的混合物用于平衡物理性能:如PEO更親水,而PTMG機械性能而且不像前者那般膨脹。增加CH2/O2 的比例降低軟段和硬段的相容性。
親水鏈段的分子量與其他基于聚醚的TPE在同一個數量級內,既(600–4000 g/mol)。
PEO合成的TPE具有zui高的透汽率,接近的親水材料如纖維素和*。使用PEO的一個缺點是膜表面太粘。根據吸收-擴散模型,透汽性是滲透物量和擴散運動速度的函數。高的鏈段運動,通過玻璃態溫度證明所有的PEO軟段的是0°C,這就允許高的擴散系數。通常認為高的濕氣透過率與連續的軟段相有關系。水的吸收與軟段PEO的含量高度相關,也與軟段分子量有關系。增加軟段分子量同時提高水吸收率,據信是與軟段和硬段的分離程度有關。低分子量的軟段通常得到物理性能強的薄膜。高分子量軟段行成更明顯的PEO微區,但硬段減弱,能夠吸收大量的水。水吸收量的增加通常顯示出的指數增加,這可通過物理交聯的進行解釋。這些交聯給出了親水微區的膨脹限度。Figure 6給出了綁定水和吸收水的說明:低PEO含量時,吸收水被綁定在PEO鏈段上;一定PEO含量以上,自由水增加。
硬段: 透汽性TPE薄膜的熔點主要是有硬段類型決定。高的熔融溫度期望用于高溫工藝以提供熱穩定性,如壓膜,防水織物,壓合膜。PA12在其重復單元上具有12個碳,達多數TPU硬段提供175°C或以下的熔點,而一些聚酯型TPE的熔點高達200°C。一系列重要的物理性能如拉伸強度,耐磨性也主要是由硬段決定的,例如結合含氮的PA12和TPU硬段的薄膜通常較強。
薄膜的制造
當前zui普遍用于制造可呼吸薄膜的技術是溶液澆注和熔融擠出。TPE薄膜的熱塑性本質使得他們能利用適當溶劑進行溶液澆注。雖然TPU經常采用MEK或其他溶液,發現合適的溶劑用于PEBA和PEE仍然是個問題。親水型TPU,例如,可能從粘稠的溶液澆注得到。在溶劑蒸發后,可得到密實的膜。通過控制相分離,也可以得到溶液沉積成非溶劑多孔膜。溶液工藝通常比擠出工藝更貴。
熔融擠出是的成膜工藝。除了極軟的級別,大多數親水TPE適合于擠出.TPE材料的干燥很關鍵,因為材料傾向于吸收環境濕氣,而較高的濕氣含量可能導致不均勻的膜表面。膜能夠從熔體通過模頭直接成型或著通過圓口模吹膜。熔體通過模頭的量和和速度決定膜的zui終厚度。TPE必須體現出足夠的熔體強度以維持牽引。結晶現象可能發生在牽引結束后,以減少牽引定向和物理性能的不均勻。 TABLE III顯示出一個TPE 在機器方向和橫段方向的比較。
吹膜(Blown film)是成本zui低和zui有效的方式。由于TPE本身的性質,需要特殊的設備。滑劑或抗粘劑經常添加到本體樹脂中以促進加工,特別是有利于比較薄的膜。添加劑有時候對透氣性能具有負面影響,因為他們作用于膜表面-zui重要的濕氣吸收界面。吹膜成型通常比擠出成型得到的薄膜具有優勢,對于透汽性能能進行較好的控制。有時候,將幾種TPE材料混合在一起可以調整薄膜的性能以滿足特定應用的須要。
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