Mikä tekee hydratusta styreeni-butadieenilohkokopolymeeristä (SEBS) suositusvalinnan niin monilla teollisuudenaloilla?

Hydrattu styreeni-butadieeni-lohkokopolymeeri , joka tunnetaan keskimäärin lyhenteestään SEBS, on erottuva asema termoplastisten elastomeerien maisemassa. Se tarjoaa pehmeän, joustavan, kumimaisen suorituskyvyn, jota monet sovellukset vaativat, samalla kun se on prosessoita tavallisilla termoplastisilla laitteilla ja kierrätettävissä käyttöiän lopussa – etuja, jotka perinteinen kumi ei voi korvata. Hydrausvaihe, joka määrittelee SEBS:n – kyllästää kaksioissidokset sen SBS-prekursorin keskilohkossa – ei ole vain prosessointiuteliaisuus; se muuttaa perusteellisesti materiaalin lämpöstabiilisuuden, UV-kestävyyden ja kemiallisen kestävyyden avaamalla käyttöä, käytön SBS ei pääse käsiksi. SEBS:n ymmärtäminen sen molekyyliarkkitehtuurista ulospäin tarjoaa perustan sen oikealle hallitsemiselle, tulokselle käsittelylle ja teholle yhdistämiselle määrätyn suorituskyvyn saavuttamiseksi.

Molekyyliarkkitehtuuri: Miksi lohkorakenne kaiken kaiken

SEBS on kolmilohkokopolymeeri, jonka yleinen rakenne on polystyreeni — poly(eteeni-buteeni) — polystyreeni tai S-EB-S. Kaksi päätykappaletta koostuvat polystyreenistä, lasimainen polymeerinen huonelämpötilassa, jonka lasittumislämpötila (Tg) on ​​​​noin 100 °C. Keskilohko on SBS-prekursorissa oleva polybutadieeni hydrattu tuote: hydraus muuttaa polybutadieeniin sopivatttyneiksi hiili-hiili-kaksoissidokset sopivattyneiksii-buteeniyksiköiksi, joka on sopiva, joustava segmentti, joka pysyy kumimaisena reilusti huoneensegmentissä, joka pysyy kumimaisena reilusti huoneensegmentin -60/°C -butadieenin lämpötilan ala side, jonka T noingyl -60/°C lämpötilan alla. keskilohko.

SEBS:n fysikaaliset ominaisuudet syntyvät näiden kemiallisesti yhteensopimattomien lohkojen mikrofaasierotuksesta. Nanometrin mittakaavassa polystyreenipäätylohkot aggregoituvat erillisiksi alueiksi - palloiksi, sylintereiksi tai lamelleiksi styreenipitoisuudesta ja molekyylipainosta - upotettuna jatkuvan pehmeän eteeni-buteenivälikappaleen matriisiin. Nämä polystyreenidomeenit toimivat fysikaalisina ristisidoksina ankkuroiden pehmeiden keskilohkoketjujen verkoston termisesti palautuvalla tavalla: polystyreenidomeenien Tg:n ala side ristisidokset ovat jäykkiä ja verkko käyttäytyy elastisesti; Tämän lämpötilan yläpuolen alueet pehmenevät, verkosto menettää rakenteensa ja materiaalin virtaa mahdollistaen sulatteen käsittelyn. Tämä on termoplastisen elastomeerin käyttäytymisen fyysinen perusta, ja SEBS:ssä onnistuu tekemään tämän arkkitehtuurista keskilohkon lämpö- ja oksidatiivisesti stabiilimman kuin sen SBS-prekursorissa.

SEBS:n styreenipitoisuus – eniten 13–35 painoprosenttia – on yksi tärkeimmistä kokoonpanoparametreista. Pienempi styreenipitoisuus tuottaa pehmeämpiä, venyvämpiäja, joilla on suurempi murtovenymä; korkeampi styreenipitoisuus tuottaa kovempia laatuja, joilla on suurempi vetolujuus ja korkeampi käyttölämpötila. Sekä keski- että päätykappaleiden molekyylipaino säätelee edelleen tasapainoa sulaviskositeetin (ja siten prosessoitavuuden) ja mekaanisten ominaisuuksien välillä. Useimmat kaupalliset SEBS-t kuuluvat Shore A -koalueelle 3590 puhtaassa muodossa, ja ne levenevät laatua, kun niitä lisää öljyjä ja täyteaineita.

Kuinka hydraus muuttua SBS:ään keskimäärin

Ero SEBS:n ja sen hydraamattoman esiasteen SBS:n välillä ei ole vain atekysymys – se on laadullinen muutos useissa keskeisissä suorituskyvyn ulottuvuuksissa, jotka määrittävät, mitä käyttöä kukin materiaali voi palvella. Jäljellä olevat kaksoissidokset SBS:n polybutieenikeskilohkossa ovat alttiita lämpöhapetukselle, otsoni jatkuvastille ja UV-hajoamiselle. Nämä mekanismit rikkovat asteittain keskilohkoketjut, jolloin materiaali kovettuu, halkeilee ja milloin hajoaa sääolosuhteissa. SBS on siksi rajoitettu sisäkäyttöön tai lyhytikäisiin käyttötarkoituksiin, joissa UV- ja otsonialtistus ei ole huolenaihe.

Hydraus poistaa nämä haavoittuvat kohdat. Kyllästetty eteeni-buteeniväliosa kestää otsonin halkeilua, UV-amista ja lämpöhapetusta paremmin kuin polybutadieeni. SEBS-koosukset, joissa on asianisia ​​UV-stabilisaattoripaketteja, jotka ovat saavuttaneet käyttöiän ulkona vuosien viikkoina mitattuna. Tämä on edellytys autojen ulkokomponenteille, rakennusten tiivisteprofiileille ja ulkokäyttöön tarkoitetuille kulutustavaroille. Myös lämpöstabiilisuus on parantunut tehostettu: SEBS todella merkitykselliset vetoominaisuudet ja sen palautumisen 20-30°C korkeammissa lämpötiloissa vastaavat SBS-laadut, mikä laajuus käyttökelpoista käyttölämpötilaikkunaa riittävästi.

SEBS:n tärkeimmät fyysiset ja mekaaniset ominaisuudet

Seuraavassa taulukossa on yhteenveto täyttämättömiä, jatkemattomien SEBS-laatujen huippuisistä ominaisuuksista yleisillä kaupallisilla kovuustasoilla, mikä tarjoaa käytännön viitteen alkuperäisen materiaalin valinnassa.

Yksi ominaisuus, jossa SEBS on käytettävissä heikompi perinteinen vulkanoitu kumi pysyvä, on puristuskiinni jäätys – muodonmuutos, joka jäljelle, kun materiaalia on puristettu ajan. SEBS-puristussarjat ovat korkeammat kuin vulkanoidun EPDM:n tai silikonikumin, rajoittaa sen käytön staattisissa tiivistyssovelluksissa, joissa pitkäaikainen tiivistysvoiman säilyminen on kriittistä. Dynaamiset tiivistyssovellukset, joissa tiiviste vapautetaan ajoittain ja kiinnitetään uudelleen, ovat anteeksiantavampia. Formulaattorit korjaavat tämän rajoituksen sisällyttämällä silloittuvia järjestelmiä – joko säteilysilloitusmuodostuksen jälkeen tai reaktiivisen seostuksen kautta –, jotka voivat vähentää puristusasetusta tavanomaistaan ​​kumia lähestyviin arvoihin.

SEBS:n sekoittaminen: öljyn jatke, täyteaineet ja polymeerisekoitus

Siistiä SEBS:ää käyttää harvoin ilman muutoksia. SEBS:n kaupallinen arvoperusmateriaalinä on kehittästi sen yhteensopivien käyttöiden modifiointiaineiden – valkoisten mineraaliöljyjen, polypropeenin, polyeteenin ja erilaisten täyteaineiden – kanssa, jonka avulla voidaan käyttää formuloinnissa säädettyä kovuutta, juoksevuutta, hintaa ja toiminnallisia ominaisuuksia erittäin laajalla alueella.

Öljyn pidennys

Valkoinen mineraaliöljy (parafiininen tai nafteeninen) on yleisin SEBS:n kanssa käytetty modifiointiaine. Öljy paisuttaa selektiivisesti eteeni-buteenivälikappaletta pehmentäen yhdistettä ja alentaen sen kovuusntamatta fyysisen ristisidosverkoston muodostavien polystyreenidomeenien eheyttä. Öljynkuormitustasot 30–200 osaa sataa kumia (phr) käyttää rutiininomaisesti, mikä vähentää Shore A -kovuutta puhtaan polymeerin alueelta 60–70 arvoon 10–30 Shore A erittäin pehmeissä lääketieteellisissä tai henkilökohtaisen hygienian sovelluksissa. Öljy myös vähentää sulatteen viskositeettia, mikä parantaa virtausta ruiskupuristuksessa ja suukepuristuksessa. Kriittinen valintakriteeri on öljytyyppi: nafteeniset ja parafiiniöljyt ovat yhteensopivia EB-välilohkon kanssa; aromaattiset öljyt turvottavat ja pehmen ystävät polystyreenipäätykappaleita, mikä heikentää mekaanisia hyvin ja lämpösuorituskykyä riittävästi.

Polypropeeni ja polyeteenin sekoitus

SEBS:n sekoittaminen polypropeeniin (PP) tai polyeteeniin (PE) 10–40 %:n kuormituksella jäykistää, parantavakestävyyttä ja ruuan lisäämistä prosessoitamalla sulalujuuttamalla ja parantamalla tahmeuttamalla voi saada puhtaat SEBS-yhdisteet tarttumaan muotin pintoihin tai ekstruuderinveteen. PP on suositeltavin jäykistävä polymeeri, koska sen korkeampi käyttölämpötila täydentää SEBS:n ylärajaa; se myös parantaa seoksen vastustuskykyä virumista vastaan ​​​​jatkuvassa kuormituksessa. Tuloksena saaduilla SEBS/PP-seoksilla on samanaikainen tai dispergoitu faasi morfologia koostumuksesta, PP:n myötävaikuttaen jäykkyyteen ja SEBS:n elastisen palautumisen lisäämisen. Nämä sekoitukset ovat perusta monille kaupallisille TPE-S-yhdisteille, joita käytetään autojen pehmeissä osissa, työkalujen kahvoissa ja muovaussovelluksissa.

Täyteaineet

Kalsiumkarbonaattia, talkkia, piidioksidia ja hiilimustaa sisällytetään SEBS-yhdisteisiin kustannusten vähentämiseen, ominaispainon säätämiseen ja joissakin toiminnallisten ominaisuuksien muokkaamiseen. Kalsiumkarbon 20–50:n kuormituksella antaa yhdisteen kustannuksia ja vaikuttaa mahdollisimman vähän pehmeyteen tai prosessoitavuuteen. Piidioksidiormitus 10–30 % parantaa repäisylujuutta ja kulutuskestävyyttä, jotka ovat uusiakupohjan jalkineiden väli- ja ulkopohjasovelluksissa. Hiilimusta tarjoaa UV-suojan ja antistaattisen toiminnallisuuden, mutta rajoittaa yhdisteen värjäytymisen mustaan. Toisin kuin kumi, SEBS ei vaaditavia lisäaineita lisävien mekaanisten ominaisuuksien saavuttamiseksi – täyteainelisäyksiä ohjaavat kustannukset ja toiminnalliset vaatimukset pikemminkin kuin rakenteelliset tarpeet.

Käsittelymenetelmät ja käytännön huomioita

SEBS ja sen yhdisteet prosessoidaan tavanomaisilla termoplastisilla laitteilla – ruiskuvalukoneilla, ekstruudereilla ja puhallusmuovauslaitteilla – ilman, että tarvitaan vulkanointiuuneja, höyrykuumennuksella varustettuja muotteja tai mitään kuminkäsittelyn tarpeiden kovetusinfrastruktuuria. Tämä edustaa vaihtoehtoa käsittelykustannusetu lämpökovettuvaan kumiin keskuudessa. SEBS:llä on kuitenkin erityisiä käsittelyominaisuuksia, jotka kunnioittavat hyvän osien laadun saavuttamista.

• Sulamislämpötila: SEBS-yhdisteet vaativat 180–240 °C:n sulamislämpötilan formulaation perusteella. Yli 250 °C pitkien viipymäaikojen vuoksi voi aiheuttaa polystyreenipäätypalojen lämpöhajoamista ja värimuutoksia. SeBS-laaduilla, joissa ei ole PP-sekoitusta, on korkea sulaviskositeetti, ja neillä vaadia prosessointimpötiloja tämän alueen yläpäässä riittävän virtauksen päättämiseksi, erityisesti ohutseinäisissä ruiskupuristetuissa osissa.
• Kuivaus: SEBS itsessään ei ole kovin hygroskooppinen, muttallä pidennetyt tai täyteainepitoiset yhdistelmät ovat imeä varastoinnin aikana kosteutta aiheuttaen pintavikoja (roiskeet, aukot) ruiskupuristetuissa osissa. Esikuivausta 70–80°C:ssa 2–4 ​​tuntia sopivan yhdisteille, mitkä ovat olleet kosteissa kunnossa.
• Ruuvin muotoilu: Yleisruuvi, jonka puristussuhde on 2,5:1 - 3:1, sopii täydellisesti SEBS-yhdisteille. Erittäin pehmeät öljyä sisältävät yhdisteet sisältävät syöttöalueen siltoja, jos pelletit ovat tahmeita – ekstruuderin tai ruiskupuristimen syöttökur jäähdyttäminen alle 30 °C:een ja tukkeutumattomia pellettien käyttö vähentää tätä ongelmaa.
• Ylimuovauksen yhteensopivuus: SEBS-yhdisteet muovautuvat hyvin PP- ja PE-substraateille, koska ne ovat kemiallisesti yhteensopivia EB-välilevyn ja polyolefiinipintojen välillä. Tarttuvuus ABS:ään, PC:hen ja nyloniin on huono ilman erityisiä yhteensopivuuslisäyksiä tai alustan pintakäsittelyä. Tämä tekee SEBS:n tosiasian päällysvalinnan polyolefiinisille kahveille, korille ja koteloille, mutta rajoittaa sen käyttöä monikomponenttiosissa, joissa teknisiä kestomuovialustoja.

Tärkeimmät sovellusalueet ja miksi SEBS on alueella

SEBS:n säänkestävyyden, biologisen yhteensopivuuden, laajan kovuusalueen ja termoplastisen prosessoitavuuden yhdistelmän sijoittuu sen erittäin laajalle joukkolle markkinoita. Seuraavat ovat tärkeimmät sovellusalat ja erityiset suoritusvaatimukset, jotka SEBS kuuluu kussakin.

• Lääketieteelliset ja terveydenhuollon laitteet: USP Class VI- ja ISO 10993 -yhteensopivia SEBS-laatuja käytetään putkissa, tulpissa, kirurgisten instrumenttien kahvoissa, katetrin osissa ja puettavissa laitekoteloissa. SEBS:n bioyhteensopivuus, kestävyysomaisille sterilointimenetelmille (gamma, EtO – tosin ei höyryautoklaavissa 121 °C:ssa pitkiä syklejä varten) ja pehmittimien vapautus siitä suositavan vaihtoehdoista PVC:lle kontaktisovelluksissa. Ftalaattipemittimien puuttuminen, jotka on taipuisassa PVC:ssä ja vastaan ​​uhkaavat eteenpäin kasvavat sääntelyrajoitukset, on merkittävä valintatekijä.
• Autojen sisältä ja ulkoa: Pehmeät kojelaudan pinnat, säälistat, rungon tiivisteet, läpivientiholkit ja tärinää vaimentavat kiinnikkeet käyttävät SEBS-yhdisteitä, erityisesti SEBS/PP-sekoituksia, joissa yhdistyvät auton sisätilojen vaadittu lämpökestävyys (pitkäaikainen käyttö 85–100 °C:ssa) kosketukseen ja naarmuuntumisenkestävyyteen. Ulkosovelluksissa hyödynnetään SEBS:n UV-stabiilisuutta hyvän stabilointiaineen lisäyksen jälkeen.
• Kuluttajatuotteet ja henkilökohtaiset hygieniatuotteet: Hammasharjan varret, partakoneen kahvat, kosmeettisten pakkausosien ja kotitalouksien työkalujen kädensijat alkoholin pehmennystä SEBS-yhdisteitä niiden tuntomukavuuden, värittävyyden ja kemiallisen kestävyyden vuoksi henkilökohtaisissa hygieniatuotteissa on pintaaktiivisia aineita, ja tuoksuja vastaan. SEBS on myrkytön, ei sisällä BPA:ta eikä ftalaatteja, eikä se tuota toksikologisesti vaarallisia uusittavia aineita normaaleissa käyttöolosuhteissa.
• Liimat ja tiivisteet: SEBS on ensisijainen peruslevyssä kuumasulavissa paineherkliimoissa (HMPSA:t) tarroille, teipeille ja suojakalvoille. Sen yhteensopivuus tartuntahartsien (hydratut hiilivetyhartsit ja hartsiesterit) ja mineraaliöljylaimennusaineiden kanssa mahdollistaa sen, että formuloijat voivat tuottaa liimoja, joilla on tarkka kuoriutumislujuus, tartunta- ja leikkauslujuusprofiili laajalla käyttölämpötila-alueella. Hydrattu keskiosa tarjoaa myös sopivan UV-kestävyyden liimakalvoissa, valolle tuotteen käyttöiän aikana.
• Johtojen ja kaapelien vaippa: SEBS-pohjaisia yhdisteitä käytetään joustavina, UV-stabiilina kaapelivaippaina ulkokäyttöön sähkö-, data- ja ohjauskaapeleissa. Kaikki halogeeniton vaatimukset vähäsavuiset, nollahalogeeniset (LSZH) -vaatimukset ahtaissa tiloissa, kuten tunneleissa ja julkisissa rakennuksissa, halogenoidut kaapelimateriaalit aiheuttavat myrkyllisiä palamiskaasuja tulipalossa.

Säätelyn tila ja kestävyysnäkökohdat

SEBS:llä on suotuisa sääntely-asema useissa. Se on lue FDA:n 21 CFR-määräyksissä elintarvikekosketussovelluksissa, kun se on täysin sekoitettu, mikä mahdollistaa sen käytön elintarvikepakkausten tiivisteissä, sulkimissa ja tiivisteissä ilman PVC:n tai kumin vulkanointijärjestelmiin liittyvää sääntelyn monimutkaisuutta. Euroopan elintarviketurvallisuusviranomainen (EFSA) tunnustaa myös SEBS-pohjaiset yhdisteet elintarvikekosketussovelluksiin elintarvikekosketukseen tarkoitetuista muovimateriaaleista sopiva asetuksen (EY) N:o 10/2011 mukaisesti.

Kestävän kehityksen näkökulmasta SEBS tarjoaa todellisia etuja lämpökovettuvaan kumiin: se on täysin kestomuovi, ja se hioa ja uudelleen käyttöiän loppuun, tuotantoromu on hyödynnettävissä, eikä vaadi lämpökovettuvan kumin prosessoinnin vaatimaa energiaintensiivistä vulkanointivaihetta. Rikkivulkanoinnin sivutuotteiden ja prosessoinnin apuaineiden (kiihdyttimien, aktivointien) puuttuminen poistaa SEBS-pitoisten tuotteiden kierrätettävyyttä kumiekvivalentteihin keskeisessä asemassa. Kun sääntelyn ja paineen paineeseen polymeereihin, ftalaatteja sisältäviin materiaaleihin ja ei-kierrätettä kertamuoviaineisiin lisäyrityksiin, SEBS:n puhdas kemia ja termoplastinen kierrätettävyys siitä materiaalialustan, jolla on suotuisa pitkän sääntely- ja kestävyysrata.