苯乙烯类热塑性弹性体(3)

2019-05-26 23:56

活化能随支化度的增大与长支链和短支链的相互协同作用增强而增大,随分子量的增大,抗剪切性能大大提升。 7、苯乙烯类热塑性弹性体的混配

表3 苯乙烯类热塑性弹性体的混配对性能的影响[20–24] 组份 性能 硬度 加工性能 抗臭氧性 成本 其他

降低 改善 不变 降低 抗UV性降低

增加 改善 微增 降低 无

增加 不定 增强 降低 提高耐高温性能

增加 不定 增强 降低 无

微增 不定 增强 降低 无

微增 不定 不定 降低 通常提高外观

PS

PE

PP

EVA

填料

1.2.2应用

在苯乙烯类热塑性弹性体的品种中,SBS主要应用于沥青和塑料的改性;而SEBS则主要用于医疗用品、胶粘剂、家电、汽车和自动化办公设备;对于SIS及其加氢产品SEPS,则主要应用于沥青改性与热熔型胶粘剂,不同国家和地区对其主要用途各有所侧重。与其他热塑性弹性体相比[25],SBC具有柔软、强度高、永久变形小等特点,并具有橡胶弹性,因此在呈辐射式、多元化发展的产品结构调整中,SBS 的用途得到广泛发展,至今已产生50 多个牌号[26]混合粒料系列产品,该产品已广泛应用于道路沥青改性、制鞋行业、防水卷材、黏合剂、塑料改性等领域。

1、生物医学应用

用于生物医用配制的材料,性能广泛,有好的回弹性,可变的硬度范围,优良的生物相容性,低的压缩残余形变和拉伸残余形变,及温度的稳定性[27]。这些材料用作医用管、泌尿植入管、医用片材和球管、垫片、薄膜、医用密封圈和隔膜等。另外,这些TPES可在食品及药物管理局(FDA)规定的应用范围生产医用薄膜、外科遮挡帘、配药管、婴儿奶瓶透明奶嘴等[28]。苯乙烯类TPES制备出的医疗器材的优异性能甚至超过了橡胶制品,因为它们没有像橡胶硫化的残留

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物。对这些产品杀菌消毒的有效方法可用放射线、环氧乙烷、蒸汽等。用聚硅氧烷改性的苯乙烯嵌段共聚物,现在已较多的用来制作医疗器械的材料。近年来将聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEGM)熔融接枝苯乙烯分子链上,表现出了优良的血液相容性[29]。发展的最新诞生的这些材料改善了透明度和拉伸残余形变,并且是对硅橡胶、TPU、PVC、TPO和其它应用在医疗器械工业中的苯乙烯类热塑性弹性体产品的一类有用的代替品。

2、导线和电缆

苯乙烯类热塑性弹性体用于电缆和导线还具有许多其它重要性能,耐磨性能、耐碾压、有强度、防火、抗冲击、介电性能、热稳定性等[11]。多数电缆和导线的结构都符合汽车工程师协会(SAE)和UL标准以及其它主要的工业标准。汽车部件用金属部件和重量轻的TPE部件代替汽车上的橡胶,除保持相应的性能外,还提高汽车燃料效率,降低制造成本。

同时也广泛用作电缆的绝缘、导线和护套材料[30]。它们还有很好的低温屈挠性和回弹性,可与硫化橡胶、交联的PE和PVC媲美,在汽车设备导线、主电路导线、增压器电缆、拖链电缆[31]和软绳索等方面也有竞争力。特别是用无卤低烟阻燃绝缘材料[32]制备的电缆被誉为阻燃电缆中的―绿色产品‖,在使用过程中不会有毒有害物质产生。即使发生意外,燃烧过程中也不会产生有毒气体和浓烟,因此在业界已得到了高度赞誉,具有非常广泛的市场前景以及经济效益和社会效益。

3、鞋类

苯乙烯类热塑性弹性体提供了鞋的附着低温柔韧性、摩擦力、耐疲劳和耐磨损的性能[33]。其在制鞋工业中的应用比较突出,主要是为制作普通鞋和组合鞋底(鞋跟与鞋底的一种简单组合结构)和运动鞋注塑鞋底。特别是美国Alliance聚合物公司[34]近来推出的透明级热塑性弹性体被认为是当今最完美的柔软、透明类苯乙烯系热塑性弹性体的产品之一,主要包括柔软的胶鞋鞋垫和健身器材等等,也可用于多种日常生活和个人用品方面。

4、粘合剂

苯乙烯类热塑性弹性体还可用作罐头密封胶、屋顶涂料、可剥涂层及提高密封胶和橡胶基粘合剂的性能[33]。它们的用途还包括压敏胶带、组装用粘合剂、

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包装粘合剂[22]、标签和建筑粘合剂[35]。由于SBS结构上的特点,使得它作为胶粘剂使用时具有许多优势,SBS能被溶剂快速溶解,获得高固含量、低黏度的高分子溶液,溶液与很多化合物组分能很容易地混合,形成的配方能方便地涂布于基体上[36]。同时由于SBS独特的两相结构,使其有很强给他初粘力和持粘力有利于增加SBS胶粘剂的内聚强度和持粘力。

5、沥青

为了改善沥青的伸长特性、低温屈挠性和抗疲劳性,可以用少量的苯乙烯类TPE进行沥青改性[33]。这种改性材料已经用作管材涂料、屋顶材料、密封层、池槽衬层。现在已经投入使用例如多个著名工程项目[37]:上海F1国际赛道、―国门第一路‖首都机场高速及机场跑道、北京奥运会鸟巢主场馆、上海世博会主会场等等,同时这种改性材料也已用作管材涂料、屋顶材料、密封层、池槽衬层。但是通过茂名石化公司[38]对产品F411X、F420和F501的对比研究发现:星型结构的SBS 由于其网络结构发达,对沥青性能的提高幅度较大,但加工性能差;线型结构的SBS加工性能优越,但对于沥青性能的提高有限。

6、相容性

在两种或更多种通常不相容的高聚物形成共混物过程中,由于苯乙烯类热塑性弹性体与许多种树脂都有一定的相容性[39],能起到类似偶联剂的作用,改善两相界面,促进两种聚合物的共混相容性,从而提高材料的性能,所以苯乙烯类热塑性弹性体有时可作为相容剂使用。

7、抗冲改性

苯乙烯类TPES改善了LDPE和HDPE吹塑膜的耐撕裂强度和抗冲击强度。苯乙烯类TPE和PP共混物的注塑成型产品具有很高的低温抗冲击强度[44]。如把苯乙烯类TPES填充到某些树脂回收料中,可以大大改善这些材料的性能。用 SBS 热塑性弹性体进行改性,可提高聚丙烯低温下的抗冲击性能[33]。即使将很微量的苯乙烯类TPES添加到PS、PC、PE和PP树脂中,就能相当有效地提高这些材料的冲击强度、韧度和屈挠性能[40]。材料的这种改性还提高了双轴取向聚苯乙烯的回弹性,使所生成的热成型片膜的透明度的损失不是太大。

1.3国内外研究现状和进展

1.3.1合成

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1.3.1.1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通常包括三种[41]:如可以采用单官能团引发的两步合成,也可以采用双官能团引发的两步合成,或者单官能团的三步合成等多种方法。

表4 合成三嵌段苯乙烯类热塑性弹性体的方法比较[42-44] 名称

引发剂

反应过程

1:单体苯乙烯引发聚合,形成活性聚苯乙烯

单官能团引发的两步合成

2:加入二烯烃单体

烷基锂 3:形成AB -Li+的双嵌段共聚物

4:方程式:n SSSSSSBBBBBBBBBB-+偶联剂→

(S-B)n X (式中X可以是Cl或Br)

1:由引发剂引发形成活性双阴离子苯乙烯二烯烃二聚体,

2:与苯乙烯和二烯烃发生反应

双官能团引发的两步合成

萘-锂和萘-钠

3:形成嵌段苯乙烯

4:方程式:丁二烯单体+双官能团引发剂→-BBBBBBBB--BBBBBBBB +苯乙烯单体→ SSSSSSBBBBBBBBBSSSSSS- 1:进行苯乙烯的聚合。 2:进行二烯烃类单体的聚合, 3:再加进苯乙烯单体,

单官能团引发的三步合成

烷基锂

4:形成苯乙烯-二烯烃-苯乙烯三嵌段共聚物

5:方程式:苯乙烯单体+引发剂→SSSSSSSSSSSSS-+丁二烯 →SSSSSSBBBBBBBBBBSSSSSSBBBBBBBBB-+

苯乙烯单体→SSSSSSBBBBBBBBBSSSSSS-

最近我国在苯乙烯类塑性弹性体方面发展也十分迅速:

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2011年奕世方等[45]发明了一种接枝改性苯乙烯类热塑性弹性体制备方法:即主链为苯乙烯与烯烃共聚反应后得到的嵌段共聚物,所述接枝链为N一乙烯基化合物和接枝单体与主链反应后得到的接枝链;本制备方法使用富含电子的N一乙烯基化合物作为辅助接枝单体,增加了目标接枝单体的接枝反应位点或活性,提高了接枝率。

2012年崔志勇等[46]发明了一种线型苯乙烯类热塑性弹性体的制备方法:即以苯乙烯类单体为硬段、共轭二烯烃类单体为软段,二者通过聚合反应合成苯乙烯类单体为4一甲基苯乙烯或者其与苯乙烯的混合物,其制备的产品分子量较大,平均分子量为50000--350000,且拉伸强度、伸长率、硬度以及熔体流动速率等物理机械性相比于苯乙烯单体制备的产品均有明显提高。

2013年王大庆等[47]发明了一种苯乙烯类热塑性弹性体制备新方法:主要以苯乙烯类热塑性弹性体胶液、填充油和抗氧剂为原料,经混合炼胶而成。其中,苯乙烯类热塑性弹性体胶液的重量份为2000--3000,填充油的重量份为150--250,抗氧剂的含量为所述苯乙烯类热塑性弹性体胶液重量的1000--5000ppm。该方法制备的热塑性弹性体具有良好的抗氧化性且环保!

1.3.1.2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。

1.3.2生产工艺

1.3.2.1极化改性工艺

苯乙烯-丁二烯/异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS/SIS)在胶粘剂、塑料改性、沥青改性、防水材料、制鞋业等领域应用十分广泛[33]。但是,由于它的分子极性小,耐油性和耐溶剂性差,使其与极性材料的相容性和粘附性受到限制。目前,对SBS 进行的化学改性主要是通过不饱和双键引入极性基团,如环氧化、接技、磺化等[48]。例如用正丁基锂为引发剂,环己烷和四氢呋喃为混合溶剂,

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