TPX

如今,TPX因其突出且獨特的透明性、耐熱性及耐化學品性而有極為廣泛的應用。典型的應用包括醫療設備,實驗室器材,小器具,烤箱器具,烘烤盒,離形紙,電線及電纜塗覆,以及一些工業用途等。目前,三井化學(Mitsui Chemicals, Inc)為世界上唯一的TPX製造/銷售商。TPX為基於4-甲基戊烯(4-methylpentene)的聚烯烴。4-甲基戊烯可由丙烯二體化而得,而TPX為4-甲基戊烯的共聚合體,如下所示:

主要特色

機械性質

TPX的一些機械性質如表1所示。一般而言,TPX的性質有點類似於聚烯烴,譬如TPX的某些機械性質與聚丙烯相當類似。當然,TPX也有其特別的地方。

TPX的玻璃轉變溫度(Tg)約在20℃至30℃之間,因此,TPX在室溫或室溫以下的機械性質與在高溫下有所不同。TPX在室溫或低於室溫以下的機械性質與聚丙烯相似,但斷裂伸長率與耐衝擊強度略低一點。然而,在高溫下,TPX顯現更佳的柔曲性,因此有相當高的斷裂伸長率與耐衝擊強度。透明級TPX的成型品只要能保持良好形狀且無凹口,其耐衝擊強度可與聚丙烯均聚合體比擬,且優於聚苯乙烯(一般級)。另外,透明級TPX的曲折模數亦與聚丙烯相近。

TPX具有優良的耐蠕變性。TPX在20℃及50 kg/cm2的應力下的蠕變行為如圖1所示。由圖可看出TPX的耐蠕變性較聚丙烯共聚合體及高密度聚乙烯為優。

光學性質

透明級TPX是無色的,其透光率可達90%。圖2比較TPX與各種材料在不同波長下的透光率。在可見光範圍內,TPX的透光率與PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)相當,略優於PS(聚苯乙烯)。而在紫外線範圍內,透明級TPX的透光率優於玻璃與其他透明樹脂。

 

熱性質

TPX的一些熱性質如表1所示。TPX的熔點高,約為240℃,所以具有優良的耐溫性。 TPX的熱變形溫度與聚丙烯(均聚合體)相當,但TPX的熔點高,使其Vicat軟化點高於聚丙烯。溫度對TPX的抗張屈服強度的影響如圖3所示。由圖可看出TPX在150℃以上的溫度仍可維持一些強度,而聚丙烯已軟化。整體來說,TPX的使用溫度高於聚丙烯。另外,如表1所示,礦物填充級MBZ 230的熱變形溫度因曲折模數的提高而有所改善。

如果以2×120×20 mm試片夾起,觀察其在測試溫度下維持5小時後的變形量。TPX與一些樹脂的熱變形試驗結果如圖4所示。很明顯的可看出TPX在高溫下的變形量要較其他樹脂小得多。從這個觀點來說,TPX具有相當優良的耐溫性。

TPX的耐高溫老化性極為突出。如果將TPX置於烘箱中老化,觀察其是否有產生破裂的現象,便可了解到其使用壽命。TPX在高溫下的使用壽命如圖5所示。由圖5可看出TPX的長期耐溫性相當優良。


然而,必須注意的是TPX的使用壽命會受到安定劑配方與使用條件的影響性。在老化時,如果達到某一極限程度,TPX會變黃且變脆。一些安定劑可延緩老化與劣化現象。如果TPX成品需要更高的耐高溫老化性,建議使用MSH 204色母(含耐熱耐老化安定劑)。另外,TPX的應用場合如果會與銅接觸,建議使用MSC 402色母,這種色母是設計來抑制銅所導致的腐蝕。
TPX分子中無極性基,因此TPX具有優異的電氣絕緣性質。TPX的介電常數非常低(2.12),幾乎可以說是所有合成樹脂中最低者。以是FR-TPX具有優異的電氣性質。TPX的介電損失很低,如圖6及圖7所示。整體而言,TPX的電氣性質與聚四氟乙烯(PTFE)及電線電纜級低密度聚乙烯(LDPE)相當,有時更為優良。

 

電氣性質

TPX分子中無極性基,因此TPX具有優異的電氣絕緣性質。TPX的介電常數非常低(2.12),幾乎可以說是所有合成樹脂中最低者。以是FR-TPX具有優異的電氣性質。TPX的介電損失很低,如圖6及圖7所示。整體而言,TPX的電氣性質與聚四氟乙烯(PTFE)及電線電纜級低密度聚乙烯(LDPE)相當,有時更為優良。


 

 

密度

TPX的密度僅有0.83 g/cm3,可說是所有商業化的熱塑性塑膠中最低者。因此,TPX的比容(specific volume)要較其他樹脂為大,如圖8所示。其他透明樹脂如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(密度為1.20),聚碳酸酯(PC)(密度為1.20)及聚苯乙烯(PS) (密度為1.05)比較,TPX的每單位體積的重量要小得多。


 

耐化學品性

TPX對許多化學品皆有優異的耐受性。然而,TPX會受到一些芳香族溶劑及鹵化碳氫化合物溶劑的影響,依環境條件而定。表2比較TPX與其他聚合體的耐化學品性。TPX的耐酸性與耐鹼性優異,對食用油的耐受性也是相當優異,但對一些溶劑如丙酮及三氯乙烯等的抵抗力較差。與一些透明樹脂如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),聚碳酸酯(PC)及聚苯乙烯(PS)比較,TPX的耐化學品性是相當優良的。

化學品
TPX
其他透明樹脂
RT18
MX004
MX001
PS
PMMA
PC
硫酸(98%)
A
A
A
A
(C)
(C)
硝酸(61%)
(A)
(A)
(A)
B
(C)
B
鹽酸(36%)
A
A
A
(D)
(A)
(D)
醋酸(10%)
A
A
A
A
(A)
A
氨水
A
A
A
A
(A)
(C)
氫氧化納(40%)
A
A
A
A
(A)
(C)
0.1 N過錳酸鉀
B
B
B
A
(A)
(A)
草酸鈉(10%)
A
A
A
A
(A)
(A)
有機溶 劑 甲苯
B
B
B
(C)
(C)
C
丙酮
(A)
(A)
(A)
(C)
C
(C)
丁酮
(A)
(A)
(A)
(C)
(C)
C
甲基異丙基酮
B
B
B
(C)
(C)
C
福馬林
A
A
A
A
(A)
A
三氯乙烯
C
C
C
(C)
(C)
(C)
乙醛
(A)
(A)
(A)
(A)
(C)
(A)
食用油 橄攬油
A
A
A
A
A
A
奶油(60℃)
A
A
A
A
(A)
A
汽車材料 汽油
B
B
C
(C)
A
(A)
煞車油
A
A
A
B
(D)
(C)
汽車蠟(60℃)
C
C
C
(C)
(A)
(A)
煤油
B
B
B
(C)
(A)
(A)

註:
A:不變或影響很小;
(A):重量少許改變貨物性稍微降低;
B:膨潤,物性降低或外觀改變;
C:嚴重膨潤,外觀明顯改變;
(C):溶解;
(D):破裂發生。

 

吸水率與耐沸水性

作為一種聚烯烴,TPX具有特別優良的耐化學品性,特別是耐溶劑龜裂(solvent cracking)性。 評估耐溶劑龜裂性是將試片浸於溶劑中,施以應力一段時間後觀察是否有龜裂的現象。開始發生龜裂的應力稱為溶劑龜裂的端始應力(threshold stress)。一般而言,端始應力越高表示耐溶劑龜裂性越佳。然而,在溶劑中改變應力是相當麻煩的。利用彎曲變形量與曲折模數可計算出應力,可利用曲率持續變化的特殊的夾具使試片形成不同程度的變形。所用的試片尺寸為120’12.5’3.1 mm,而如圖10所示的具橢圓周線的夾具,其長軸為240 mm,短軸為80 mm,便可提供不同的曲率。變形的試片在溶劑中浸泡1小時後觀察其龜裂現象。而溶劑龜裂的端始應力δ便可由發生龜裂點的曲率(半徑)r依下式求得:

在此,E為試片的曲折模數,單位為kg/cm2,t為試片的厚度,單位為cm,而發生龜裂點的曲率r的單位為cm,因此端始應力δ的單位為kg/cm2。TPX與一些透明樹脂的溶劑龜裂發生的端始應力如表3所示。由表3的比較可看出,PMMA與PC容易造成溶劑龜裂,而TPX具有優良的耐溶劑龜裂性。

室溫
TPX
透明樹脂
RT18
MX004
PMMA
PC
曲折模數(kg/cm2)
14,000
8,000
35,000
24,000
溶 劑 甲苯
無異常
無異常
140
90
丙酮
195
160
140
245
甲基異丁基酮
290
200
140
90
醋酸乙酯
290
無異常
140
90
醋酸丁酯
無異常
無異常
140
110
乙二醇單正丁基醚
130
120
140
220
甲醇
無異常
無異常
250
無異常
乙醇
無異常
無異常
280
220
龜裂狀態
細微髮狀龜裂
發生於角落

 

吸水率與耐沸水性

TPX的吸水率極低,僅為0.01%,因此對水及水蒸氣具有極高的耐受性。 樹脂可能會因吸水而造成變形,因此,觀察吸水後的變形現象可評估耐水性。將尺寸為120’130’2 mm的試片與水的表面接觸,每隔一段時間觀察其變形量a,如圖11所示。而變形比的定義為(a-t)/t,在此,t為試片的厚度。TPX與一些樹脂的變形比與接觸水的時間的關係如圖11所示。很明顯的可看出TPX具有優異的耐水性。TPX與一些透明樹脂浸於沸水中,每隔一段時間後測量其光學性質,結果如圖12所示。PC與聚芳香酯(polyarylate) 在沸水中浸泡數十天後,透光率大幅降低,模糊度也大幅升高,顯示其耐沸水性不佳。而TPX在沸水中的透光率的降低量很小,而模糊度的升高也不大,因此具有優異的耐沸水性。



 

耐候性

TPX的耐候性與聚丙烯相當。TPX會受紫外線的影響而劣化,如圖13所示,在耐候機中照射紫外線,TPX的抗張屈服強度會逐漸因劣化而下降。然而,此問題可利用UV安定劑加以解決。譬如說使用MSW 303(一種UV安定劑)可提升TPX對紫外線的耐受性,如圖13所示,添加5%的MSW 303後,TPX具有極為優良的抗紫外線性。


 

衛生安全性

基本上,TPX為一種惰性,無毒的材料,對人體健康無危險性。
一些可與食品接觸的食品級TPX符合美國FDA的規定(Code of Federal Regulations Title 21, Section 177.1520),也遵守藥物主檔案3621 (Drug Master File 3621)及德國BGA建議(BGA recommendation)(A-XLIII)的要求。

食品級TPX符合日本政府標準(Japanese Government Standards)在與食品接觸的塑膠製家庭用品,容器及包裝應用上的要求(Notification No. 20, Ministry of Health and Welfare, 1982)。
食品級TPX亦符合日本衛生烯烴與苯乙烯塑膠協會(the Japan Hygienic Olefin and Styrene Plastics Assosiation)對與食品接觸的塑膠製家庭用品,容器及包裝材料所作的標準規格。

 

燃燒性

TPX的燃燒性大致與聚丙烯相等。TPX RT18與MX001的UL 94燃燒性是屬於HB級。TPX RT18的UL 746B溫度指數為115℃。

應用

TPX提供了許多性質的絕佳組合,適合於廣泛範圍的應用。表4及表5描述TPX的各種應用所建議使用的等級與所利用的特性。

應用
所用等級
所利用的特性
說明
射出成型零件
血液分析槽 RT18 透明
耐化學品性
耐熱性
由於TPX在可見光與紫外線範圍有高透光率,TPX可製成絕佳的血液分析槽。
醫療儀器 RT18
MX004
透明
高溫消毒性
耐化學品性
注射針筒,離心試管,細菌培養皿,三通開關等醫療器材可用TPX製得。
實驗室器材 RT18 XB
MX002
MX004 XB
透明、防碎
耐化學品性
耐熱性
TPX沒有玻璃器材的重與易碎的缺點,TPX製實驗室器材可防碎,易於操作,且耐久性極佳。
化學處理盤 MX004
MBZ 230
耐化學品性
耐熱性
TPX已證實為此應用的最佳塑膠,可取代貴而重的不銹鋼。
化學處理的浮標 MX002
MX004
質輕
耐化學品性
耐熱性
鋼滾磨使用TPX作為在硫酸或鹽酸池中的節省熱損失的熱絕緣浮標
微波爐盤 RT18 XB
MBZ 230
透明、耐熱性、
耐吸水性、
無毒
優異的電氣性質(在高頻下的介電損失低)及耐熱性使TPX適用於微波爐。
實驗室的動物籠 MX004 XB 透明、耐蒸氣、
耐化學品性
TPX的突出透明性,在蒸氣下消毒與清洗的安定性以及耐化學品性使其適於此用途。
咖啡漏斗
(咖啡爐零件)
RT18 透明、
耐熱水性
TPX的耐熱水性遠優於其他透明樹脂,故特別適於此應用。
化妝品容器與蓋子 RT18
MX002
MX004
透明、
耐化學品性
TPX的耐酒精性優於其他透明樹脂,在此應用中是一重要性質。
押出成型品
窗玻璃(管、板) MX002
MX004
透明
耐化學品性
耐熱性
與玻璃相比,TPX的耐衝擊強度較高,比重較小、所以較輕,而TPX的耐化學品性優於金屬。
烘烤盒(食品容器) DX820 耐熱性
離形性
TPX塗覆的紙盒可用來以微波爐或烘箱製作麵包,蛋糕及其他食物,此因TPX具有優異的耐熱性。與鋁箔製容器相較,TPX烘烤盒具有優異的離形性。
離形紙 DX820
MX002
耐熱性
離形性
良好的耐熱性及離形性使TPX適用為合成皮用的離形紙。
電線電纜塗覆 MX002 電氣性質
耐熱性
耐油性
TPX的優異電氣性質,耐熱性以及耐油性使其可應用於電線,電纜,油井及油田電纜的塗覆。
RT18
MX002
MX004
離形性
耐熱性
耐食用油性
TPX可用為製造裝潢紙,印刷電路板的分隔膜,也可應用於複合膜及食品包裝膜、

加工方法

TPX(透明級)在加工前並不需要預先乾燥。此因TPX膠粒在本質上並無吸濕的問題。

射出成型

TPX很容易地可利用一般具有適當熱容量與良好溫度控制的射出成型機來加工成型。典型的加工溫度範圍為270至330℃,而模溫應控制在20至60℃之間。TPX 的模收縮率約為1.2 – 1.5%。

吹氣成型

TPX可利用傳統的吹氣成型機來加工成型。為了避免形成熔合線,建議使用阻隔的魚雷(barriered torpedo)來增高模頭壓力。由於TPX的熔融黏度低,所使用的吹氣成型機應配置有塑胚(parison)控制器及累積器(accumulator)。

押出

TPX可利用傳統的單或雙螺桿押出機來進行押出加工。如果使用單螺桿押出機,設計為聚丙烯及高密度聚乙烯的螺桿可適用於TPX的加工,但長L/D(長度對直徑比)的雙程(double flighted)螺桿可得最佳的結果。另外,選擇較長的模頭可得最佳的結果。TPX的流動特性如圖14及圖5所示。

 

紙上塗膠

TPX亦適用於紙上塗膠(paper coating)。塗膠級TPX的適宜塗膠範圍如圖16所示。對於高速及薄層塗膠,建議使用TPX DX810。