Sztirol-butadién blokk-kopolimer (SBS): szerkezet, tulajdonságok és ipari alkalmazások

1. Molekuláris szerkezet és polimerizációs mechanizmus

SBS egy triblock kopolimer, amelyet általában S - B - S -ként ábrázolnak, ahol a polisztirol (S) blokkok a központi polibutadién (B) blokk mindkét végén helyezkednek el. A szerkezetet élő anionos polimerizáción keresztül szintetizálják, egy olyan módszerrel, amely lehetővé teszi a molekulatömeg és a blokk -architektúra pontos ellenőrzését.

• Polisztirol (ok): Merev, üveges szegmens, magas üveg átmeneti hőmérsékleten (~ 100 ° C), amely mechanikai szilárdságot és hőállóságot biztosít.

• Polybutadién (B): Lágy, gumi szegmens, alacsony üveg átmeneti hőmérsékleten (~ –90 ° C), felelős a rugalmasságért és a rugalmasságért.

A sztirol és a butadién blokkok közötti mikrofáz -elválasztás a gumi mátrixban diszpergált diszkrét polisztirol domének képződéséhez vezet. Ezek a fizikai térhálósodások kovalens kötésekként működnek a hagyományos vulkanizált gumikban, biztosítva az SBS hőre lágyuló viselkedését és lehetővé téve az olvadékfeldolgozást.

2. A legfontosabb tulajdonságok és a teljesítményjellemzők

Az SBS kettős fázisú morfológiája sokoldalú anyagi tulajdonságokat eredményez, így a műszaki és kereskedelmi felhasználások széles skálájára alkalmas.

• Rugalmasság: Az SBS úgy viselkedik, mint a vulkanizált gumi környezeti hőmérsékleten, de megnövekedett hőmérsékleten lágyul és áramlik, lehetővé téve az újrafeldolgozást és az átalakítást.

• Szakítószilárdság: A polisztirol végblokkjai kemény doménekként működnek, amelyek megerősítik a mechanikai szilárdságot.

• Oldószer kompatibilitása: Az SBS számos szénhidrogén-alapú oldószerben oldódik, így ideális az oldat-alapú ragasztókban és bevonatokban való felhasználáshoz.

• Időjárás -ellenállás: Noha az SBS jó rugalmasságot kínál, a butadién blokk telítetlen jellege miatt oxidatív lebomláson ment keresztül, és stabilizátorokat igényel a kültéri alkalmazásokhoz.

• Hőstabilitás: Az SBS korlátozott magas hőmérsékleti teljesítményű (jellemzően 90 ° C alatt), de alkalmas a mérsékelt hőállóság igénylésére.

Ezek a tulajdonságok beállíthatók a sztiroltartalom (általában 25–40%) beállításával vagy a butadién blokk hidrogénezésével származékos termékek, például SEB-k (sztirol-etilén/butilén-sztirol) előállításához, amely fokozott UV-t és hőstabilitást kínál.

3. A gyártási technikák és a készítménymódosítások

Az SBS feldolgozható hagyományos hőre lágyuló módszerekkel, beleértve az extrudálást, a fröccsöntést, a fújó öntést és a hőformázást. Az összetevők és a gyártók számára az SBS tiszta formában használható, vagy más anyagokkal keverhető a teljesítmény testreszabására.

A közös módosítások a következők:

• Keverés gyantákkal vagy olajokkal A viszkozitás és az adhéziós tulajdonságok módosítása.

• A töltőanyagok beépítése (pl. Szénfekete, szilícium -dioxid) A mechanikai erő javítása vagy a költségek csökkentése.

• Stabilizátorok és antioxidánsok hozzáadása A termék élettartamának meghosszabbítása környezeti stressz alatt.

Kompatibilitása a bitumennel és a különféle taposókkal az SBS-t sarokköves polimerré is teszi a nyomásérzékeny ragasztók (PSA) és a meleg olvadék ragasztók készítményében.

4. Ipari alkalmazások és piaci felhasználás

Az SBS alkalmazkodóképessége számos kulcsfontosságú iparágban anyagmá tette:

Cipő:
Az SBS -t széles körben használják a cipő talpban, a kényelem, a tartósság és a markolat egyensúlya miatt. Ez lehetővé teszi a bonyolult egyedüli terveket a fröccsöntéssel, miközben megőrzi a csúszási ellenállást és az ütés felszívódását.

Aszfalt módosítása:
Az útépítés során az SBS-módosított bitumen javítja az aszfalt járdák rugalmasságát, rozsdamentes ellenállását és időjárási tartósságát. Az SBS javítja az alacsony hőmérsékletű repedés ellenállást és a magas hőmérsékleten való teljesítményt, ami hosszabb ideig tartó utakhoz vezet.

Ragasztók és tömítőanyagok:
Az SBS-alapú forró olvadék ragasztók (HMA) kedvelik a gyors tapadást, az erős kötési szilárdságot és a rugalmasságot. Az alkalmazások a csomagolástól és a könyvkötéstől az építkezésig és az autóipari belső szerelvényig terjednek.

Fogyasztási cikkek:
Az SBS játékokban, fogantyúkban és markolatokban található, lágy érintése és gumiszerű érzése miatt. A higiéniai termékekben is használják, különösen a nem szőtt alkalmazásokban, ahol a rugalmasság és a kényelem nélkülözhetetlen.

Orvosi és csomagolás:
Noha az orvostechnikai eszközökben nem az elsődleges anyag, az SBS -t néha rugalmas csövekben vagy film alkalmazásokban használják, ahol alacsony extrahálható és nagy rugalmasság szükséges.

5. Környezetvédelmi megfontolások és újrahasznosítási kihívások

Szintetikus polimerként az SBS kihívásokat jelent a fenntarthatóságban, különös tekintettel az élet végén történő kezelésére. A hőre keményedő gumikkal ellentétben az SBS újrafeldolgozható, ami lehetőséget nyit a mechanikai újrahasznosításra. A kihívások azonban továbbra is fennállnak:

• A töltőanyagokból és adalékanyagokból származó szennyezés Bonyolítja az újrahasznosítási patakokat.

• Lebomlás az újrafeldolgozás során korlátozhatja az újrahasznosított SB -k minőségét.

• A bevált infrastruktúra hiánya A TPE újrahasznosításához, különösen az építési és közúti alkalmazásokban.

Folytatódnak az újrahasznosíthatóság javítása érdekében:

• Fogyasztó utáni gyűjtő rendszerek lábbeli és ragasztóhulladékhoz.

• Devulkanizáció és újracsomagolás Az SBS újrafelhasználása másodlagos termékekben.

• Bio-alapú alternatívák A sztirol vagy a butadién monomerek részleges pótlására.

6. Előrelépések a kutatásban és a jövőbeli trendekben

A legújabb kutatások az SBS fenntarthatóságának, teljesítményének és funkcionális sokféleségének javítására összpontosítottak:

• Nanokompozit SBS anyagok A grafén, a montmorillonit vagy a szilícium -dioxid beépítése a gát és a mechanikai fejlesztések érdekében.

• Funkcionált SBS A jobb tapadás, a poláris anyagokkal való kompatibilitás vagy a fokozott UV -ellenállás érdekében.

• Reaktív keverés más polimerekkel, például az EVA -val vagy a TPU -val a speciális alkalmazások szinergetikus teljesítményéhez.

• Bio-eredetű SBS analógok fejlesztése , célja, hogy csökkentse a petrolkémiai alapanyagoktól való függőséget.

Hosszú távon a blokk -kopolimer tudomány és a zöld kémia alapelveinek kombinációja várhatóan innovációkat vezet az SBS -ben és annak származékaiban.