کوپلیمر بلوک استایرن بوتادین (SBS): ساختار ، خواص و کاربردهای صنعتی

1. ساختار مولکولی و مکانیسم پلیمریزاسیون

SBS یک کوپلیمر triblock است که به طور معمول به عنوان S -B -S نمایش داده می شود ، که در آن بلوک های پلی استایرن (S) در هر انتهای یک بلوک پلی بوتادین مرکزی (B) قرار دارند. این ساختار از طریق پلیمریزاسیون آنیونی زنده سنتز می شود ، روشی که کنترل دقیق بر وزن مولکولی و معماری مسدود را امکان پذیر می کند.

• پلی استایرن (ها): یک بخش سفت و سخت و شیشه ای با دمای انتقال شیشه بالا (100 درجه سانتیگراد) ، که مقاومت مکانیکی و مقاومت حرارتی را فراهم می کند.

• Polybutadiene (B): یک بخش نرم و لاستیکی با دمای انتقال شیشه ای کم (90 درجه سانتیگراد) ، مسئول انعطاف پذیری و خاصیت ارتجاعی است.

جداسازی میکروفاز بین بلوک های استایرن و بوتادین منجر به تشکیل دامنه های پلی استایرن گسسته پراکنده در یک ماتریس لاستیکی می شود. این خطوط فیزیکی مانند اوراق قرضه کووالانسی در لاستیک های سنتی Vulcanized عمل می کنند و به رفتار ترموپلاستیک SBS اعطا می کنند و پردازش ذوب را فعال می کنند.

2. خصوصیات کلیدی و ویژگی های عملکرد

مورفولوژی فاز دوگانه SBS مجموعه ای از خصوصیات مواد همه کاره را ایجاد می کند و آن را برای طیف گسترده ای از مهندسی و کاربردهای تجاری مناسب می کند.

• ارتجاعی: SBS مانند لاستیک ولکان در دمای محیط رفتار می کند اما در دماهای بالا نرم و جریان می یابد و امکان پردازش مجدد و تغییر شکل را فراهم می کند.

• قدرت کششی: بلوک های پلی استایرن به عنوان حوزه های سخت عمل می کنند که قدرت مکانیکی را تقویت می کنند.

• سازگاری حلال: SBS در بسیاری از حلالهای مبتنی بر هیدروکربن محلول است و آن را برای استفاده در چسب ها و پوشش های مبتنی بر محلول ایده آل می کند.

• مقاومت در برابر آب و هوا: اگرچه SBS انعطاف پذیری خوبی را ارائه می دهد ، اما به دلیل ماهیت اشباع نشده بلوک بوتادین می تواند دچار تخریب اکسیداتیو شود و نیاز به تثبیت کننده برای کاربردهای فضای باز دارد.

• ثبات حرارتی: SBS دارای عملکرد درجه حرارت بالا (به طور معمول زیر 90 درجه سانتیگراد) است اما برای برنامه هایی که نیاز به مقاومت در برابر حرارت متوسط دارند مناسب است.

این خصوصیات را می توان با تنظیم محتوای استایرن (به طور معمول 25-40 ٪) یا با هیدروژنه بلوک بوتادین برای تولید مشتقات مانند SEBS (استایرن اتیلن/بوتیلن استایرن) تنظیم کرد ، که دارای UV پیشرفته و ثبات حرارتی است.

3. تکنیک های تولید و اصلاحات فرمولاسیون

SBS را می توان با استفاده از روشهای ترموپلاستیک معمولی از جمله اکستروژن ، قالب گیری تزریق ، قالب گیری ضربه و ترموفرم پردازش کرد. برای ترکیب کنندگان و تولید کنندگان ، از SBS می توان به صورت خالص استفاده کرد یا با سایر مواد برای عملکرد خیاطی مخلوط شد.

تغییرات مشترک شامل موارد زیر است:

• مخلوط با رزین یا روغن برای اصلاح خصوصیات ویسکوزیته و چسبندگی.

• ترکیب پرکننده ها (به عنوان مثال ، کربن سیاه ، سیلیس) برای بهبود استحکام مکانیکی یا کاهش هزینه.

• اضافه کردن تثبیت کننده و آنتی اکسیدان ها برای طولانی کردن عمر محصول تحت استرس محیطی.

سازگاری آن با قیر و قلاب های مختلف همچنین باعث می شود SBS به یک پلیمر سنگ بنای در تدوین چسب های حساس به فشار (PSA) و چسب های ذوب گرم تبدیل شود.

4. برنامه های صنعتی و استفاده از بازار

سازگاری SBS آن را در چندین صنعت کلیدی به مواد اصلی تبدیل کرده است:

کفش:
SBS به دلیل تعادل راحتی ، دوام و گرفتن آن در کف کفش مورد استفاده قرار می گیرد. این امکان را فراهم می کند تا در حالی که مقاومت در برابر لغزش و جذب ضربه را حفظ می کند ، طرح های پیچیده ای را از طریق قالب تزریق انجام دهد.

اصلاح آسفالت:
در ساخت و ساز جاده ، قیر اصلاح شده SBS باعث افزایش انعطاف پذیری ، مقاومت در برابر شلاق زدن و دوام آب و هوایی آسفالت های آسفالت می شود. SBS مقاومت در برابر ترک درجه حرارت پایین و عملکرد درجه حرارت بالا را بهبود می بخشد و منجر به جاده های طولانی تر می شود.

چسب و درزگیرها:
چسب های ذوب داغ مبتنی بر SBS (HMAS) به دلیل برخورد سریع ، قدرت پیوند قوی و انعطاف پذیری مورد علاقه خود هستند. برنامه های کاربردی از بسته بندی و کتابفروشی گرفته تا ساخت و ساز و مونتاژ داخلی خودرو است.

کالاهای مصرفی:
SBS به دلیل لمس نرم و احساس لاستیکی مانند ، در اسباب بازی ها ، دستگیره ها و چنگال ها یافت می شود. همچنین در محصولات بهداشتی به ویژه در برنامه های غیر بافته شده که خاصیت ارتجاعی و راحتی در آن ضروری است ، استفاده می شود.

پزشکی و بسته بندی:
در حالی که ماده اصلی در دستگاه های پزشکی نیست ، SBS گاهی اوقات در لوله های انعطاف پذیر یا برنامه های فیلم استفاده می شود که در آن استخراج های کم و انعطاف پذیری بالا مورد نیاز است.

5. ملاحظات زیست محیطی و چالش های بازیافت

به عنوان یک پلیمر مصنوعی ، SBS چالش هایی را در پایداری ایجاد می کند ، به خصوص در مورد کار با پایان زندگی. بر خلاف لاستیک های Thermoset ، SBS قابل پردازش مجدد است که امکان بازیافت مکانیکی را باز می کند. با این حال ، چالش ها باقی مانده است:

• آلودگی از پرکننده ها و مواد افزودنی جریان های بازیافت را پیچیده می کند.

• تخریب در هنگام پردازش مجدد می تواند کیفیت SBS بازیافت شده را محدود کند.

• فقدان زیرساخت های مستقر برای بازیافت TPE ، به ویژه در ساخت و ساز و کاربردهای جاده ای.

تلاش هایی برای تقویت بازیافت از طریق:

• سیستم های جمع آوری پس از مصرف برای کفش و زباله های چسب.

• devulcanization و جبران مجدد برای استفاده مجدد از SBS در محصولات ثانویه.

• گزینه های مبتنی بر زیستی برای جایگزینی جزئی استایرن یا مونومرهای بوتادین.

6. پیشرفت در تحقیق و روندهای آینده

تحقیقات اخیر بر افزایش پایداری ، عملکرد و تنوع عملکردی SBS متمرکز شده است:

• مواد SBS نانوکامپوزیت ترکیب گرافن ، مونتموریلونیت یا سیلیس برای پیشرفت سد و مکانیکی.

• SBS عملکردی برای چسبندگی بهبود یافته ، سازگاری با مواد قطبی یا مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش.

• ترکیب واکنشی با سایر پلیمرهای مانند EVA یا TPU برای عملکرد هم افزایی در برنامه های تخصصی.

• توسعه آنالوگ های SBS مشتق از زیست با هدف کاهش وابستگی به خوراک پتروشیمی.

در دراز مدت ، ترکیبی از علوم کوپلیمر بلوک و اصول شیمی سبز پیش بینی می شود نوآوری در SBS و مشتقات آن را هدایت کند. $ $