Стирол-бутадиеновый блок-сополимер (SBS): структура, свойства и промышленные применения

1. Молекулярная структура и механизм полимеризации

SBS это трехблок -сополимер, обычно представленный как S - B - S, где блоки полистирола (S) расположены на каждом конце центрального полибутадиенового (B) блока. Структура синтезируется посредством живой анионной полимеризации, метода, который обеспечивает точный контроль над молекулярной массой и блокированной архитектурой.

• Полистирол (ы): Жесткий, стеклянный сегмент с высокой температурой перехода с высокой стеклом (~ 100 ° C), который обеспечивает механическую прочность и тепловое сопротивление.

• Полибутадиен (б): Мягкий, резиновый сегмент с низкой температурой перехода с низкой стеклянностью (~ –90 ° C), ответственный за гибкость и эластичность.

Разделение микрофазы между блоками стирола и бутадиенов приводит к образованию дискретных полистирольных доменов, диспергированных в резиновой матрице. Эти физические сшивки действуют как ковалентные связи в традиционных вулканизированных каучуках, предоставляя термопластичное поведение SBS и обеспечивая обработку расплава.

2. Ключевые свойства и характеристики производительности

Двойная морфология SBS дает набор универсальных свойств материала, что делает ее подходящим для широкого спектра инженерных и коммерческих видов использования.

• Эластичность: SBS ведет себя как вулканизированная резина при температуре окружающей среды, но смягчает и течет при повышенных температурах, что позволяет переработать и изменять.

• Предел прочности: Конечные блоки полистирола действуют как жесткие домены, которые усиливают механическую прочность.

• Совместимость растворителя: SBS растворим во многих растворителях на основе углеводородов, что делает его идеальным для использования в клеях и покрытиях на основе растворов.

• Сопротивление погоды: Хотя SBS предлагает хорошую гибкость, он может подвергаться окислительной деградации из -за ненасыщенного характера бутадиенового блока, требуя стабилизаторов для наружных применений.

• Тепловая стабильность: SBS обладает ограниченными высокотемпературными характеристиками (обычно при 90 ° C), но подходит для применений, требующих умеренной теплостойкости.

Эти свойства могут быть настроены путем настройки содержания стирола (обычно 25–40%) или путем гидрогенирования блока бутадиена с целью производства, таких как SEBS (стирол-этилен/бутилен-стирен), что обеспечивает повышенную УФ и термическую стабильность.

3. Методы производства и модификации состава

SBS можно обрабатывать с использованием обычных термопластичных методов, включая экструзию, литье инъекционного литья, выдувное литье и термоформование. Для компонентов и производителей SBS можно использовать в чистой форме или смешиваться с другими материалами для адаптации производительности.

Общие модификации включают:

• Смешивание с смолами или маслами Изменить свойства вязкости и адгезии.

• Включение наполнителей (например, углеродный черный, кремнезем), чтобы улучшить механическую прочность или снизить стоимость.

• Добавление стабилизаторов и антиоксидантов Продлить срок службы продукта под стрессом окружающей среды.

Его совместимость с битумом и различными намеками также делает SBS краеугольным полимером в составлении чувствительных к давлению клея (PSA) и клеев с горячим плавлением.

4. Промышленные применения и использование рынка

Адаптируемость SBS сделала его материалом в нескольких ключевых отраслях:

Обувь:
SBS широко используется в подошвах обуви из -за баланса комфорта, долговечности и сцепления. Это позволяет создавать сложные подошвы посредством литья под давлением при сохранении сопротивления скольжения и воздействия поглощения.

Модификация асфальта:
В дорожном строительстве SBS-модифицированный битум повышает гибкость, устойчивость к рутированию и долговечность асфальтовых покрытий. SBS улучшает низкотемпературную сопротивление трещин и высокотемпературные характеристики, что приводит к более длительным дорогам.

Клей и герметики:
Горячие клеевые клеев на основе SBS (HMA) предпочитают их быстрое притяжение, сильную силу связи и гибкость. Приложения варьируются от упаковки и перевязанности до строительства и автомобильной внутренней сборки.

Потребительские товары:
SBS встречается в игрушках, ручках и захватах из-за его мягкого прикосновения и резинового ощущения. Он также используется в гигиенических продуктах, особенно в нетканых приложениях, где важны эластичность и комфорт.

Медицинская и упаковка:
Несмотря на то, что SBS иногда не является основным материалом в медицинских устройствах, иногда используется в гибких трубках или пленке, где требуются низкие извлечения и высокая гибкость.

5. Экологические соображения и проблемы утилизации

Как синтетический полимер, SBS создает проблемы в устойчивости, особенно в отношении его обработки в конце жизни. В отличие от обрубков терморевта, SBS может быть переработана, что открывает возможности для механической утилизации. Однако остаются проблемы:

• Загрязнение от наполнителей и добавок усложняет переработку потоков.

• Деградация во время переработки может ограничить качество переработанного SBS.

• Отсутствие установленной инфраструктуры Для переработки TPE, особенно в строительстве и дорожном применении.

Предпринимаются усилия по улучшению переработки через:

• Системы сбора пост-потребителей Для обуви и клейких отходов.

• Devulcanization и повторная компенсация Чтобы повторно использовать SBS в вторичных продуктах.

• Био на основе альтернативы Для частичной замены стирола или бутадиеновых мономеров.

6. Достижения в области исследований и будущих тенденций

Недавние исследования были сосредоточены на повышении устойчивости, производительности и функционального разнообразия SBS:

• Нанокомпозитные материалы SBS Включение графена, монмориллонита или кремнезема для барьеров и механических улучшений.

• Функционализированный SBS Для улучшения адгезии, совместимости с полярными материалами или повышенной устойчивости УФ.

• Реактивное смешивание с другими полимерами, такими как EVA или TPU для синергетических результатов в специальных приложениях.

• Разработка аналогов SBS, полученных из био , стремясь уменьшить зависимость от нефтехимического сырья.

В долгосрочной перспективе, как ожидается, сочетание науки о блок -сополимере и зеленой химии будет стимулировать инновации в SBS и ее производных.