TPE弹性体替代硅胶需要考虑的五个方面

2018年03月09日

       硅胶以环保无毒,耐化学性,耐高温,回弹性优异等特点,成为软胶材料中的佼佼者。但硅胶加工较为麻烦(很多硅胶需要用油压机交联成型,加工周期长,以分钟计),另外硅胶不能回收再利用。硅胶在应用于一些材料复合粘结成型方面,加工比较费劲,很多时候需要借助粘合剂来实现。

       而相比较而言,热塑性弹性体TPE可快速加工成型(成型周期可以秒计),并且材料可以反复回收再使用。TPE与多数塑料都可以直接粘合成型,而无需借助粘合剂粘结。这使得TPE的综合成本比硅胶更为低廉。目前寻找可快速注塑的软胶材料,替代加工周期较长的硅胶,以降低生产成本,成为不少硅胶加工制品厂琢磨的问题。TPE刚好弥补了硅胶的短板,因而顺理成章地成为替代硅胶的首选软胶材料。

       实际上,TPE在替代硅胶的不懈努力进程中,也塑造了不少成功的案例,如原硅胶材质的工艺品手环,情趣用品,皮筋等等,近年来TPE都宣布成功与硅胶分享市场的蛋糕。但任何材料都有其优缺点,拥有环保无毒,柔软触感,好成型加工的TPE,也不是能完全替代硅胶——走硅胶之路,让硅胶无路可走。

       TPE也有其短板,这也使得其替代硅胶,只能适用于部分的行业和领域,究竟TPE能否替代硅胶,需要考虑材料应用的相关要求。下面,笔者根据自己接触TPE行业8年左右的经验,为读者解读TPE替代硅胶需要注意的五个主要方面。

       (一)医疗器械行业
       该行业由于关系到人体健康安全,对材料安全性要求很高。硅胶化学惰性强,耐酸碱,耐溶剂析出,是符合医疗行业的环保材料。而对于热塑性弹性体TPE替代硅胶,应用于医疗行业,这就需要慎重进行评估了。
       医疗器械,如果只是与人体体表皮肤接触,或者器械只是与气体接触,采用环保的高性能TPE替代硅胶,是没有问题的。TPE也符合生物相容性测试ISO10993.GB16886之皮肤刺激性测试等。但若需要接触药物(尤其是液体药剂,如输液管之类)或者涉及体内接触,通常需要做菌落测试及细胞毒性测试等等。这类医疗器械如呼吸器罩、输液器等,一般TPE就很难达到相关要求了。若采用特殊定制高性能TPE,也有可能通过相关测试。但由于存在的相关风险,让绝大多数的国内TPE厂家不敢轻易尝试,故目前这类医疗器械基本仍然以硅胶材料为主。不过据说极少数进口TPE材料可以符合医疗行业人体体内或药液接触要求。

     (二) 食品接触材料
       一些需接触或盛放食品的软胶器具,如杯垫、婴儿奶瓶奶嘴、保鲜盒密封盖、折叠碗等,通常采用硅胶做原材料。不过近年来采用TPE作为原材料也成为一种趋势,而食品级TPE材料的诉求热度一直不减。但在食品接触制品行业,TPE替代硅胶,也并非顺风顺水。对于食品接触材料,硅胶和TPE对于不同国家或地区都适用于相应的测试标准。比如欧盟地区一般是EU1935/2004(具体测试项目是分别用水,3%醋酸,50%乙醇对样件做残留物溶出测试)而出口德国的食品器具,除EU1035/2004规定项目外,还需要做橄榄油溶出测试(即LFGB测试);中国国标GB4806.1需要做蒸馏水及正己烷测试;美国FDA标准为21CFR177.2600,测试内容与中国国标是一致的。
       概括来说对于食品接触材料TPE,硅胶测试标准,接触水的器具,做蒸馏水残渣测试;接触饮料的容器器具,应做乙醇或醋酸等酒酸测试,而需要接触油脂的器具,需做橄榄油或正己烷等油性溶剂溶出测试。不同国家或地区的测试标准,大同小异。
       现在来分析下TPE与硅胶通过水,酒酸,及油性溶剂溶出测试的可行性。
       目前,硅胶都是可以通过水、酒酸、及油性溶剂溶出测试的,即符合美国FDA,中国GB4806.1,德国LFGB及欧盟EU标准等。
       对TPE而言,由于TPE是共混类材料,要通过相应测试就需要具体分析了。
       1.基本上所有的TPE都符合蒸馏水溶出测试
       不管什么基材为主体共混或单体聚合的TPE,只要不添加不明确来源的杂质,可以说都是符合蒸馏水溶出测试的。
       2.过酒精、醋酸测试,对TPE配方有讲究
       是所有的TPE都可以过酒酸测试。笔者建议配方中不含或少含操作油,不含乙烯-醋酸乙烯类组分。TPE过酒酸测试的机会还是很大的。相应地过EU1935/2004测试问题不大。
       3.过橄榄油及正己烷等油性溶剂测试
       这正是TPE的软肋,也是食品接触材料TPE替代硅胶受限的问题结点所在。目前,绝大多数的TPE,如SBS,SEBS基材类,PP/EPDM基材类,聚氨酯基材类等,经过SGS等权威第三方机构检测,基本不能通过橄榄油及正己烷测试。有业内人士透露,虽然TPE通过橄榄油及正己烷测试的难度都很大,但相对而言,过橄榄油的机会比正己烷大些。
       目前还未证明其他一些基材TPE(如TPEE,TPAE)均不能通过橄榄油及正己烷测试,但考虑到各种要求,对于需要接触油脂,需要做橄榄油及正己烷等油性溶剂检测的食品器具,笔者建议,最好采用硅胶为原料,而不用TPE.

       (三)耐高温要求
       有耐高温要求制品,采用TPE替代硅胶,需要定制特殊TPE材料。
       一般的基于SEBS、SBS基材的TPE,耐高温只能达到75~90℃。而硅胶耐高温可以达到250℃.有些硅胶制品,其应用要求是要耐较高的温度(如120~150℃),若采用SEBS类常规TPE,很难达到要求。目前捷佳公司研发的特殊TSI-HT系列TPE弹性体,可耐温120度以上。这为对耐温有较高要求的用户提供了更多的选择。

       (四)回弹性要求
       对回弹性要求严格的制品,若采用TPE,需要斟酌TPE是否能契合产品要求。从分子链结构来说,硅胶由于是交联三维网状结构,材料具有优异的拉伸回弹性,其回弹率为100%。而热塑性的TPE材料为线性二维结构。其回弹性比硅胶要逊色。绝大多数的TPE,在收到外力持续作用保持拉伸状态,在除去外力后,都很难有100%的回弹,存在应力松弛或拉伸变形。捷佳公司高回弹级TPE材料TEA-SP系列,具有很高的拉伸模量及强度,拉伸回弹性优异,为高回弹制品替代硅胶和橡胶提供了全新的非交联材料解决方案。目前TEA-SP系列材料已经成熟应用于医用止血带,瑜伽健身拉力带等制品。

       (五)触感要求
       软硬度方面,TPE与硅胶都可以调整不同的硬度。但硅胶材料触感爽滑,通常的TPE触感达不到,有些TPE表面甚至有一定的黏黏的不适感。对TPE配混体系做定制化调整,可研制出硅胶触感的特殊TPE材料。目前捷佳公司的TP-EN系列智能手环专用材料,就具有类似硅胶的爽滑触感。

       总之,TPE虽好,但是否能替代硅胶,需要评估材料的各方面要求而定。

来源:深圳市豫新创科技有限公司
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