苯乙烯类热塑性弹性体.doc

(完整word)苯乙烯类热塑性弹性体苯乙烯类热塑性弹性体苯乙烯类热塑性弹性体(Styrenlc thermoplastic elastomers）是借助于阴离子无终止型聚合反应合成的嵌段共聚物，因此,又称作苯乙烯嵌段共聚物。 一、合 成(一)线型三嵌段苯乙烯热塑性弹性体合成线型三嵌段ABA型的苯乙烯类热塑性弹性体，可以采用单官能团引发的三步合成,也可以采用双官能团引发的两步合成，或者单官能团的两步合成加偶联反应等多种方法。三步合成法采用烷基锂作引发剂，依次进行苯乙烯的聚合，二烯烃类单体的聚合，再加进苯乙烯单体，形成苯乙烯二烯烃苯乙烯三嵌段共聚物。双官能团的两步合成法是在强极性溶剂存在下，用萘锂和萘-钠作为引发剂，首先形成活性双阴离子苯乙烯二烯烃二聚体,然后与苯乙烯和二烯烃发生反应.单官能团的两步合成及偶联反应，同样是用烷基锂作引发剂，使单体苯乙烯引发聚合，形成活性聚苯乙烯，它具有引发二烯烃聚合韵能力,加入二烯烃单体,故形成AB -Li+的双嵌段共聚物，用偶联剂RX 2，从而形成ABA型嵌段聚合物。式中X可以是Cl或Br。(二)星型苯乙烯类热塑性弹性体星型苯乙烯类热塑性弹性体系采用单官能团活性双嵌段共聚物和多官能团偶联反应的办 法合成.如采用1，3,5-三氯代甲基苯三官能团偶联剂与双嵌段活性聚合物反应,则生成三臂的星型嵌段共聚物；如用四官能团的四氯化硅作偶联剂，其结果得到四臂嵌段共聚物.依此类推，可以得到五臂及更多臂的星型嵌段共聚物.当然，随偶联剂官能团增多，反应速度也相应减慢.二、结构特征和性能(一）结构特征苯乙烯类热塑性弹性体是指聚苯乙烯链段和聚寸二烯(或者聚异戊二烯）链段组成的嵌段共聚物.聚苯乙烯链段作为硬段（塑料段)，聚丁二烯(或聚异戊二烯)链段作为软段(橡胶段)。在这种嵌段共聚物中，相应于两个组分，有两个分离相，并有各自的玻璃化温度。对聚苯乙烯链段来说，Tg约为70-80,而聚丁二烯链段的Tg约为100，因此，在室温下聚苯乙烯链段互相缔合或“交联”，形成物理交联区域，这些缔合区域的直径约为30nm，它们起到补强剂作用.这种由聚苯乙烯硬段和聚丁二烯(或聚异戊二烯)软段形成的交联网络结构，与硫化橡胶中的交联网络结构有相似之处,这是苯乙烯热塑性弹性体在常温下显示硫化橡胶特性，高温下发生塑性流动的原因所在。美国Phillips石油公司商品牌号为Solprene 406、411、415、416、475、480等品种为苯乙烯和丁二烯星型嵌段共聚物，美国Shell Chemical公司生产的Kraton为线型结构的。中国石油化工总公司可以提供线型和星型两种结构的六个品种。有关线型和星型嵌段共聚物纯料性能、填充陶土的物料性能、填充炭黑补强体系的物料性能列于表20-15。表20-15 线型和星型嵌段共聚物的性能比较 嵌段型式性 能BSSBS(SB）3R(SB）4R纯物料性能苯乙烯/丁二烯（S/B）生胶门尼粘度（ML1+4,100)熔融指数，g/10min重均分子量 （GPC),万拉仲强度(49)MPa伸长率,%溶液粘度(5.32%），Pas40/6094766.71。7100410-340/60142707.44.3850510-840/60810.9319.812。46801410340/60760.9324.516.26501510-8混合陶土填充料性能生胶门尼粘度(ML1+4，100）拉仲强度,MPa 25 49伸长率,60.8低100153.20。74107412。82。79107311。73.73。7混合炭黑填充料性能胶料门尼粘度（ML1+4，100)拉仲强度，MPa 25 49伸长率，%100。80。3100174.20。85106017。64.59706217。95.3900混合炭黑填充料性能胶料门尼粘度(ML1+4，100)拉仲强度，MPa 25 49伸长率,100。80。3100174.20.85106017。64。59706217。95.3900由表可见，星型嵌段共聚物的门尼粘度比线型嵌段共聚物高得多。星型嵌段共聚物的拉伸强度不论生胶还是填充陶土或填充炭黑，均比线型嵌段共聚物高很多。因此。星型嵌段共聚物更适于高负荷的应用场合。同时，随着温度的升高,线型嵌段共聚物的拉伸强度下降幅度大，而星型嵌段共聚物明显要小，说明星型嵌段共聚物具有更好的耐热性能。星型和线型两种结构聚合物溶液粘度随分子量变化而变化，随着分子量的增高，溶液的粘度增高；在相同分子量的条件下，线型嵌段共聚物较星型嵌段共聚物的溶液粘度高。嵌段共聚物中苯乙烯含量对材料的力学性能有重要影响.图2013揭示嵌段共聚物中苯乙烯含量变化对应力应变30nm，它们起到补强剂作用。这种由聚苯乙烯硬段和聚丁二烯(或聚异戊二烯)软段形成的交联网络结构,与硫化橡胶中的交联网络结构有相似之处，这是苯乙烯热塑性弹性体在常温下显示硫化橡胶特性，高温下发生塑性流动的原因所在.美国Phillips石油公司商品牌号为Solprene 406、411、415、416、475、480等品种为苯乙烯和丁二烯星型嵌段共聚物，美国Shell Chemical公司生产的Kraton为线型结构的.中国石油化工总公司可以提供线型和星型两种结构的六个品种。有关线型和星型嵌段共聚物纯料性能、填充陶土的物料性能、填充炭黑补强体系的物料性能列于表2015。表2015 线型和星型嵌段共聚物的性能比较 嵌段型式性 能BSSBS(SB）3R（SB）4R纯物料性能苯乙烯/丁二烯(S/B)生胶门尼粘度(ML1+4，100)熔融指数，g/10min重均分子量 （GPC)，万拉仲强度(49)MPa伸长率，%溶液粘度(5.32%）,Pas40/6094766。71。7100410340/60142707。44.3850510-840/60810。9319。812.46801410340/60760。9324。516。26501510-8混合陶土填充料性能生胶门尼粘度（ML1+4，100)拉仲强度,MPa 25 49伸长率，60.8低100153.20.74107412.82.79107311。73.73.7混合炭黑填充料性能胶料门尼粘度(ML1+4，100）拉仲强度，MPa 25 49伸长率，100。80.32002003050200200ASTM D1238.美国国家标准局缩写。表2022 EPDM/SBS共混比对共混料性能的影响EPDM用量，份1020253040拉伸强度，MPa 300定伸应力，MPa 扯断伸长率,% 扯断永久变形， 硬度(邵尔A)静态臭氧老化初裂时间，min8。51。29002161306。71。383022581203。61。2680165662403。21。1700165662402.30.970021516240注：臭氧老化条件为500pphm，40,拉伸40。（五)稳定剂苯乙烯嵌段共聚物就其抗老化性能而言和丁苯橡胶或天然橡胶相近，由于中心嵌段链段含有双键,其稳定性比中心嵌段链段为完全饱和的要差。在热氧老化条件下，含有丁二烯嵌段链段的共聚物氧化产生交联；含有异戊二烯链段的共聚物氧化发生裂解。为防止共聚物在正常操作和贮存期间的降解，往往加入足够量的稳定剂.根据制品的使用要求,采用污染型的抗氧剂或非污染型抗氧剂.在特殊使用场合，稳定剂尚需经过药理检验认可。紫外光辐射是苯乙烯嵌段共聚物老化的一个重要因素、二丁基二硫代氨基甲酸镍、苯酮类化合物可以增加物料对紫外光的稳定性。苯乙烯嵌段组成在应力条件下使用，应当考虑臭氧老化的因素，并用少量三元乙丙橡胶及乙烯-乙酸乙烯酯可以提高制品的耐臭氧老化性能；微晶石蜡、二丁基二硫代氨基甲酸镍、二丁基硫脲等在一定程度上也可以提高制品的抗氧老化性能。（六)其它添加剂其它添加剂是为了某种特殊需要而添加的，如为了改善加工性能而添加的加工助剂，如硬脂酸、硬脂酸镍、石蜡、低压聚乙烯等。为了制品的色调而添加颜料、染料;其它如抗静电剂、阻燃剂、发泡剂、杀菌剂等，是为了某种专门的效应而添加的.当然，这些特殊的添加剂常常引起某些性能的变化，因此在配合时应予注意，并测定它们产生的影响.四、成型加工苯乙烯嵌段共聚物因兼有橡胶的高弹性和热塑性塑料的加工特性，因此，各种传统的塑料加工工艺技术，诸如开炼、挤出、注射、压延、吹塑及真空成型等均可利用。在橡胶加工中，一般橡胶的粘度随其分子量的降低而降低，而塑料的粘度受温度影响很大，粘度往往随温度的上升而下降，热塑性弹性体加工与塑料有类似之处，即温度升高时粘度降低，功率消耗减少，有利于成型加工和提高产品的质量.(一)注射成型注射成型可采用普通的塑料注射机如往复式螺杆注射机，也可以采用专门的橡胶注射机。注射温度一般控制在160220的范围内。温度太低流动性差,产品会因为分子的强烈取向造成各向异性；温度太高则会引起物料分解.注射时间要尽可能短，为此浇口要大，流道和流槽要短.热塑性弹性体收缩率小，摩擦阻力大，脱模比较困难，因此在模具设计时应予以注意，例如将模腔边角做成一定坡度和圆弧形，或者注意选择合适的脱模剂。典型的注射成型条件见表20-23。表2023 注射成型条件注射机型号STODESHPM注射机型号STODESHPM筒体温度，后部中部前部221227227218227227机头温度,模型温度，注射时间，s保持时间，s23266252326646(二)模压成型根据苯乙烯嵌段共聚物的特点，在模压成型时，共聚物或其胶料最好置于热模具中，模具的温度通常为120180,温度的选择应使胶料在该温度下在模腔内流动性好，而制品出模时变形不大。为防止制品在出模时受力的作用而产生扭变，在启模前往往需要先行冷却模具。为脱模方便和有利制品的外观质量，往往采用脱模剂，从制品的性能考虑，建议不使用含硅脱模剂。(三）挤出成型嵌段共聚物SBS可以在一般塑料用挤出机上进行挤出。口形光滑呈锥形、螺纹深度大、压缩比低等条件有利于得到高质量的挤出物。针对热塑性弹性体的粘度特性，挤出可选择在熔融温度(135205）范围。由于热塑性弹性体的摩擦系数高，因而挤出速率通常比一般热塑性塑料高。（四）吹塑成型热塑性塑料通用的吹塑机可用于苯乙烯嵌段共聚物的吹塑成型。其吹塑成型技术与聚乙烯相似，熔融温度在135205之间，在较低温度下，可能会发生熔融断裂，而在较高温度下,则可能发生型坯下垂。型坯的口型膨胀率比一般塑性材料要小。五、应 用苯乙烯热塑性弹性体主要有三大用途:塑料和橡胶改性,胶粘剂，各种弹性体橡胶制品。（一）塑料改性和橡胶改性两种或两种以上的高聚物共混,是高聚物改性的重要手段。苯乙烯嵌段共聚物可以用于橡胶和塑料改性的目的.YH-792，802,805及Solprene 414,475，SolT 171,TufpreneA， Tufprene X等均可用作塑料改性.用苯乙烯嵌段共聚物对低密度聚乙烯进行改性，是塑料改性的一个例子.随着苯乙烯嵌段共聚物加入量的增加，聚乙烯的抗冲击性能提高很多.当其添加量由10增加到20时，低压聚乙烯的抗冲击强度由570kJ/m2提高到700kJ/m2，如果用星型结构的Solprene来改性低压聚乙烯，则用量少而能达到同样的效果。用Solprene 414改性低压聚乙烯，其用量由10%增加到20%时，其落锤冲击性能由220g/25m提高到490g/25m.其抗撕裂性能也随Solprene用量增加而提高.经过Solprene改性的低压聚乙烯,可用作“重负荷”包装袋，具有重要的经济价值。同样，用苯乙烯嵌段共聚物来改善高压聚乙烯的性能，效果也很明显。聚丙烯耐寒性和抗冲击强度差，在应用上有局限性，用苯乙烯嵌段共聚物来改性，可使耐寒性和抗冲击性能大大提高,而硬度并无显著变化，从而扩大了聚丙烯的应用领域。聚苯乙烯的致命弱点是脆性，添加苯乙烯嵌段共聚物可使聚苯乙烯耐冲击性大为增加。且使透明性也有改善，从而可在透明板材、零部件、仪表先及各种装饰设备上应用。国外也有关于用苯乙烯嵌段共聚物如Solprene及Cariflex TR来改性天然橡胶和丁腈橡胶，以提高共粘接强度的报道。（二)沥青改性沥青是重要的建筑用材料，然而沥青的缺点是冬脆夏软，因而应用受限制。过去人们用天然橡胶、氯丁橡胶,丁苯橡胶改性沥青，虽然在不同程度上有效果,但同浓度相比，苯乙烯嵌段共聚物更为有效，且苯乙烯嵌段共聚物有热塑性，粘度低，容易互混。YH-801， Solprene 411，Sol T 161均可用于此目的。(三）胶粘剂苯乙烯热塑性弹性体由于其组分及化学结构上的特点，兼有橡胶和塑料两种性能，因而用作胶粘剂有独到之处。苯乙烯嵌段共聚物作为胶粘剂使用，除了具有同高弹性相结合的高粘结强度外,还具有良好的低温曲挠性。用作胶粘剂的有Cariflex TR1101、TR1102及TR-1107.YH791,92，805、Tufprene A、Tufprene X。苯乙烯嵌段共聚物作为无溶剂的热熔胶粘剂,这是它本身所固有的结构特征及性能所决定的。（四)制鞋工业苯乙烯热塑性弹性体是制鞋工业的重要原料. 用它代替PVC及硫化橡胶作大底，具有多方面的优点.这些优点是可以用热塑性塑料加工设备进行加工，设备简单，投资小；穿着舒适，不易打滑，耐磨、曲挠龟裂性能优良。其大底性能可以与聚氨酯大底媲美，但成本低，加工方便，从目前苯乙烯嵌段共聚物的应用来说，制鞋工业应是主要用途之一,用于制鞋工业的有YH802，795,805,Solprene 414，475，Kraton 4122，Sol T 171，Sol T1776，Tufprene A,Tufprene X等。1直接鞋底直接鞋底是用注射成型方法直接粘接在鞋帮上，各种运动鞋、旅游鞋都可以采用直接鞋底法加工。用这种方法加工的运动鞋、旅游鞋与聚氯乙烯鞋底比较，耐寒性能优良，抓着力好，不易打滑.2单独鞋底单独鞋底是先注射成大底，然后再用冷粘技术将大底粘接到鞋帮上，做成鞋子.如各种皮鞋、拖鞋等。单独鞋底可分为发泡型和非发泡型。单独鞋底做成的各种皮鞋、普通运动鞋等,手工劳动多,劳动力成本占总成本比例大，但总体说来，经济上仍然足合理的。附表 苯乙烯类热塑性弹性体主要品种牌号及生产厂家一览表品 种 牌 号特 征生产厂家国 别YH 791YH 792YH 795YH 801YH 802YH 805线型结构线型结构线型结构，充油33份星型结构星型结构星型结构,充油33份中国石化总公司中国Cariflex TR 1101Cariflex TR 1102Cariflex TR 1112Cariflex TR 1117Cariflex TR 1107Cariflex TR 4113Cariflex TR 4112Elexar 8421E1exar 8431Elcxar 8813Elexar 8014SBS线性嵌段共聚物SIS线性嵌段共聚物SEBSShell Chemicals美国品 种 牌 号特 征生产厂家国 别Kraton D1101Kraton D-1102Kraton D-1116Kraton D-1184Kraton D1107Kraton D-1111Kraton DX1112Kraton DX-1117Kraton 2104Kraton 2109kraton 2705 GKraton D4141Kraton D4122Kraton D4150Kraton D4158Kraton DX-4240Kraton 5119Kraton 15122Kraton 5148Kraton 5152Kraton 5239Kraton 5151Kraton TOB 450Kraton TOB 954Kratou TOB 955Kraton TOB 956Kraton TOB 957Kraton G 1650Kraton G 1652Kraton G 1657Kraton G 2700Kraton G 7000Kraton G 8000线型结构挤出成型级充油型鞋用料鞋后跟料鞋后跟料SEBSShell Chemicals美国Europrene Sol T161Europrene Sol T162Europrene Sol T163Europrene Sol T171Europrene Sol 172Europrene Sol 174Europrene Sol 175Europrene Sol 176Europrene Sol T 190Europrene AG星型结构S/B=30/70S/B=40/60S/B=30/70星型结构，充油，S/B=40/60S/B=30/70S/B=35/65线型结构，充油S/B=55/45S/B=55/45SIS粉末状,沥青改性用Anic意大利品 种 牌 号特 征生产厂家国 别Finaprene 411Finaprene 414Finaprene 416Finaprene 475Finaprene 480Finaprene 484Finaprene 485充油型Fina比利时Solprene 406Solprene 411Solprene 414Solprene 416Solprene 418Solprene 475Solprene 478Solprene 480Solprene 481Solprene 512JSR TR 2000JSR TR 1000星型结构SIS充油型SEBS充油型Phillps Chemical Company美国(Tufprene) A(Tufprene） XAsaprene 406Asaprene 414Asaprene 431Asaprene 475Asaprene 450线型结构S/B=40/60充油型星型结构充油型旭化成日本-T 日本-日本电化 STR 电气化学日本