خواص کوپلیمر بلوکی استایرن-بوتادین هیدروژنه (SEBS) چیست و کجا استفاده می شود؟

SEBS چیست و از نظر ساختاری چه تفاوتی با SBS دارد؟

کوپلیمر بلوکی استایرن-بوتادین هیدروژنه با نام اختصاری SEBS، یک الاستومر گرمانرم (TPE) است که توسط هیدروژناسیون انتخابی بلوک کوپلیمر استایرن-بوتادین-استایرن (SBS) تولید می شود. در این فرآیند هیدروژناسیون، پیوندهای دوگانه کربن-کربن در بلوک میانی پلی بوتادین SBS تحت شرایط کاتالیزوری با هیدروژن اشباع می شود و بخش های بوتادین را به بخش های اتیلن-بوتیلن تبدیل می کند - از این رو نام شیمیایی کامل استایرن-اتیلن/بوتیلن-استایرن است. بلوک های انتهایی پلی استایرن بدون تغییر باقی می مانند. این اصلاح ساختاری تنها مهم‌ترین تمایز بین SEBS و ماده اصلی آن SBS است و مسئول پایداری حرارتی، اکسیداتیو و UV فوق‌العاده است که SEBS را به عنوان یک الاستومر مهندسی برتر تعریف می‌کند.

معماری بلوک SEBS یک ریزساختار دو فازی در مقیاس نانو ایجاد می کند. بلوک های انتهایی پلی استایرن سفت و سخت از خود مونتاژ شدن در حوزه های اتصال متقابل فیزیکی که به عنوان پیوندهای متقابل برگشت پذیر حرارتی عمل می کنند، جلوگیری می کند، در حالی که ماتریس بلوک میانی اتیلن-بوتیلن نرم الاستیسیته و انعطاف پذیری را فراهم می کند. این مورفولوژی جدا شده از فاز به SEBS رفتار مکانیکی لاستیک مانند خود را در دمای سرویس می دهد در حالی که به طور کامل به عنوان یک ترموپلاستیک بالاتر از دمای انتقال شیشه ای بلوک های پلی استایرن (تقریباً 90 تا 100 درجه سانتی گراد) قابل پردازش باقی می ماند. نتیجه ماده ای است که عملکرد یک لاستیک ولکانیزه را با راحتی پردازش و قابلیت بازیافت یک ترموپلاستیک ترکیب می کند - ترکیبی که SEBS را به یکی از مهم ترین خانواده های TPE از نظر تجاری در بازار جهانی پلیمر تبدیل کرده است.

خواص فیزیکی و شیمیایی کلیدی SEBS

مشخصات عملکرد SEBS با ترکیب مشخصی از خواص که آن را از لاستیک های معمولی و دیگر الاستومرهای ترموپلاستیک متمایز می کند، تعریف می شود. درک این ویژگی ها در شرایط کمی برای مهندسان مواد و طراحان محصول که SEBS را برای کاربردهای خاص ارزیابی می کنند ضروری است.

پایداری حرارتی و محدوده دمای سرویس

SEBS خواص ارتجاعی خود را در محدوده دمایی حدود -60 درجه سانتیگراد تا 130 درجه سانتیگراد حفظ می کند، با برخی از درجه های عملکرد بالا که خواص مکانیکی مفید را تا 150 درجه سانتیگراد در قرار گرفتن در معرض کوتاه مدت حفظ می کنند. حد سرویس پایین تر، انتقال شیشه ای بلوک میانی اتیلن-بوتیلن (حدود -50 تا -60 درجه سانتیگراد) را منعکس می کند، که در زیر آن ماده سفت و شکننده می شود. حد سرویس بالا با شروع نرم شدن دامنه های پلی استایرن تعیین می شود. در مقایسه با SBS، که شروع به تخریب و از دست دادن یکپارچگی مکانیکی بالای 80 درجه سانتیگراد می کند، SEBS یک پنجره خدماتی با دمای بالا به میزان قابل توجهی ارائه می دهد - نتیجه مستقیم از بین بردن پیوندهای دوگانه آسیب پذیر حرارتی در بلوک میانی از طریق هیدروژناسیون.

مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش و اکسیداتیو

هیدروژنه شدن بلوک میانی بوتادین، اشباع نشده باقیمانده را که باعث می شود SBS در برابر اکسیداسیون نوری ناشی از اشعه ماوراء بنفش و حمله ازن حساس شود، از بین می برد. SEBS ذاتاً در برابر تخریب اشعه ماوراء بنفش بدون افزودن تثبیت‌کننده‌ها مقاوم است و برای کاربردهای خارج از منزل که در آن حفظ رنگ طولانی مدت و پایداری خواص مکانیکی مورد نیاز است، مناسب است. در مقابل، SBS در عرض چند ماه پس از قرار گرفتن در فضای باز زرد شده و شکننده می شود مگر اینکه به شدت تثبیت شود. ترکیبات مبتنی بر SEBS که به مدت 10 سال در معرض هوازدگی در فضای باز قرار گرفته اند، تغییرات نسبتاً جزئی در ازدیاد طول در هنگام شکست و استحکام کششی نشان می دهند - سطح عملکردی که دسته های برنامه را به طور کامل برای SBS غیرقابل دسترس می کند.

خواص مکانیکی

گریدهای خالص SEBS (بدون گسترش یا ترکیب روغن) استحکام کششی در محدوده 15 تا 35 مگاپاسکال، ازدیاد طول در مقادیر شکست 400 تا 700 درصد و مقادیر سختی Shore A از حدود 30A تا 90A بسته به محتوای استایرن و ساختار مولکولی خاص را نشان می‌دهند. بازیابی الاستیک SEBS بسیار عالی است - مقادیر تنظیم فشرده سازی در دمای 70 درجه سانتیگراد برای 22 ساعت معمولاً زیر 30 درصد برای ترکیبات SEBS با فرمول مناسب است که با لاستیک EPDM ولکانیزه شده قابل مقایسه است. استحکام پارگی خوب است، و این ماده در برابر شکست خستگی تحت چرخه‌های تغییر شکل مکرر مقاوم است، که آن را به خوبی برای آب‌بندی دینامیکی و برنامه‌های میرایی ارتعاش مناسب می‌کند.

مشخصات مقاومت شیمیایی

SEBS مقاومت خوبی در برابر آب، اسیدهای رقیق، قلیایی‌ها و بسیاری از حلال‌های قطبی - از جمله الکل‌ها، کتون‌ها در غلظت‌های متوسط، و عوامل تمیزکننده آبی از خود نشان می‌دهد. مقاومت آن در برابر هیدروکربن های آلیفاتیک و حلال های معطر محدودتر است، زیرا این حلال ها می توانند فاز میانی بلوک را متورم کنند. این مشخصات مقاومت شیمیایی باعث می شود SEBS برای تماس با آب، محصولات غذایی و نوشیدنی و مایعات بهداشتی مناسب باشد، اما برای کاربردهایی که شامل قرار گرفتن در معرض طولانی مدت با سوخت ها، روغن ها یا حلال های هالوژنه بدون تغییرات ترکیبی خاص هستند، کمتر مناسب است. جدول زیر معیارهای اصلی ویژگی را خلاصه می کند:

SEBS Compounding: Oil Extension، Fillers و Polymer Blends

رزین خالص SEBS به ندرت به صورت مجزا استفاده می شود. ارزش تجاری آن به دلیل سازگاری استثنایی آن با طیف گسترده ای از ترکیبات ترکیب کننده، که به فرمول سازان اجازه می دهد تا ترکیبات مبتنی بر SEBS را با پروفایل های عملکرد دقیقاً هدفمند با هزینه های تجاری جذاب مهندسی کنند، به شدت تقویت می شود.

روغن معدنی سفید (روغن فرآیند پارافینیک یا نفتنیک) پرمصرف ترین نرم کننده برای SEBS است. روغن به طور انتخابی فاز بلوک میانی اتیلن-بوتیلن را متورم می کند، سختی را کاهش می دهد، انعطاف پذیری در دمای پایین را بهبود می بخشد و ویسکوزیته ترکیب را برای پردازش آسان تر کاهش می دهد. ترکیبات SEBS گسترش‌یافته با روغن در نسبت‌های روغن به SEBS 1:1 تا 3:1 وزنی در دسته‌های لمسی نرم، دستگاه‌های پزشکی و کاربردهای تماس با غذا استاندارد هستند. محتوای استایرن درجه SEBS و بارگیری روغن با هم سختی نهایی ترکیب را تعیین می کند - ترکیبات بسیار نرم با سختی Shore A زیر 20 آمپر در بارگیری روغن بالا قابل دستیابی هستند.

پلی پروپیلن (PP) رایج ترین رقیق کننده ترموپلاستیک است که با SEBS مخلوط می شود. PP فرآیند پذیری را بهبود می بخشد، سختی و مدول را افزایش می دهد، مقاومت حرارتی را افزایش می دهد و سطح قطعات قالب گیری را بهبود می بخشد. مخلوط‌های SEBS/PP در نسبت‌های 20:80 تا 80:20 طیف وسیعی از سختی را از لاستیک انعطاف‌پذیر تا ترموپلاستیک سفت و سخت پوشش می‌دهند، و این ترکیب‌ها اساس بخش بزرگی از ترکیبات تجاری TPE-S را تشکیل می‌دهند که در اجزای داخلی خودرو، دستگیره‌های ابزار و کالاهای مصرفی استفاده می‌شوند. SEBS همچنین به طور سازگار با پلی اتیلن، EVA و هموپلیمرهای استایرن برای فرمولاسیون های تخصصی ترکیب می شود.

برنامه های کاربردی پزشکی و مراقبت های بهداشتی

بخش پزشکی یکی از پر تقاضاترین و سریع ترین بازارهای نهایی برای SEBS است. ترکیبی از زیست سازگاری، شفافیت، استریل پذیری، عدم مهاجرت نرم کننده و انطباق با استانداردهای FDA و ISO 10993، SEBS را به یک ماده ترجیحی برای طیف وسیعی از کاربردهای بسته بندی تجهیزات پزشکی و دارویی تبدیل می کند.

ترکیبات SEBS درجه پزشکی به طور گسترده در لوله‌های داخل وریدی (IV) و سیستم‌های انفوزیون استفاده می‌شوند، جایی که مواد باید انعطاف‌پذیر و مقاوم در برابر پیچ خوردگی در دوره‌های طولانی باقی بمانند، در برابر استریل شدن توسط تابش گاما، اکسید اتیلن یا اتوکلاو بخار بدون تجزیه مکانیکی مقاومت کنند، و مایعات استخراج‌شده را در سیالات قابل عصاره‌گیری نشویید. SEBS تا حد زیادی جایگزین پی وی سی در بسیاری از کاربردهای لوله های IV شده است، به طور خاص زیرا حاوی نرم کننده فتالات نیست - شستشوی نرم کننده DEHP از مجموعه های PVC IV یک نگرانی نظارتی و ایمنی برای بیماران اطفال و نوزادان بوده است.

• سرنگ پیستون سرنگ و بسته شدن - SEBS مجموعه فشرده سازی کم و پایداری ابعادی مورد نیاز برای آب بندی مطمئن سرنگ در طول عمر طولانی مدت محصول دارویی را فراهم می کند.
• تجهیزات تنفسی درمانی - مهر و موم ماسک، اتصالات لوله و اجزای مدار هواکش از نرمی، سازگاری پوست و استریل پذیری SEBS بهره می برند.
• درب ظروف دارویی - درپوش‌ها و سپتاهای مبتنی بر SEBS برای ویال‌های دارو و سرنگ‌های قابل پر کردن، سازگاری شیمیایی را با طیف گسترده‌ای از فرمول‌های دارویی ارائه می‌کنند.
• قالب گیری بیش از حد تجهیزات پزشکی پوشیدنی - نرمی و سطح سازگار با پوست SEBS آن را برای عناصر منعطف بیش از حد قالب گیری شده نمایشگرهای قند مداوم، اجزای پمپ انسولین و حسگرهای زیستی فرسوده در بدن ایده آل می کند.

برنامه های کاربردی خودرو

صنعت خودرو حجم قابل توجهی از ترکیبات مبتنی بر SEBS را مصرف می کند، عمدتاً در کاربردهای داخلی و زیر کاپوت که ترکیبی از زیبایی لمسی نرم، مقاومت حرارتی و عمر طولانی مورد نیاز است. ترکیبات SEBS/PP بر بخش مواد سطح نرم برای پوسته های پانل ابزار، روکش بالای پانل در، دستگیره های فرمان و چکمه های اهرم دنده غالب هستند - کاربردهایی که کیفیت لمسی برتر خودروهای با مشخصات بالاتر را از مدل های پایه متمایز می کند.

کاربردهای زیر کاپوت و آب بندی از مقاومت دمایی بالا SEBS به نفع خود استفاده می کنند. پوشش‌های شلنگ رادیاتور، گیره‌های دسته سیم‌ها، پایه‌های جداکننده لرزش و آب‌بندهای نوار آب‌وهوا همگی از توانایی SEBS برای حفظ خواص الاستیک در دمای بالا که در محیط‌های محفظه موتور - تا 130 درجه سانتی‌گراد در برخی مکان‌ها - بدون مرحله ولکانیزاسیون مورد نیاز برای لاستیک‌های EPDM استفاده می‌شود، سود می‌برند. ماهیت ترموپلاستیک SEBS همچنین امکان بازیافت پایان عمر خودرو را فراهم می کند، که یک عامل مهم فزاینده در انتخاب مواد خودرو تحت چارچوب های نظارتی اروپایی و چینی حاکم بر اهداف بازیافت خودرو است.

محصولات مصرفی، تماس با مواد غذایی، و برنامه های مراقبت شخصی

انطباق SEBS با تماس با مواد غذایی - که تحت FDA 21 CFR و مقررات اروپایی 10/2011 اتحادیه اروپا با انتخاب درجه و فرمول مناسب قابل دستیابی است - بخش بزرگی از بازار کالاهای مصرفی را باز می کند. کاربردهای تماس با غذا شامل سطوح تخته برش منعطف، حلقه های دندان درآوردن نوزاد و بطری های شیردهی، مهر و موم کیسه های نگهداری مواد غذایی قابل استفاده مجدد، قالب گیری بیش از حد دسته ظروف آشپزخانه و واشرهای انعطاف پذیر درب و ظروف غذاساز است. عدم وجود ترکیبات مبتنی بر فتالات یا بیسفنول در فرمولاسیون SEBS یک مزیت تجاری مهم در دسته محصولات کودک و کودک است، جایی که نگرانی والدین در مورد ایمنی شیمیایی در موادی که با نوزادان تماس دارند از نظر تجاری قابل توجه است.

در مراقبت شخصی، ترکیبات SEBS برای عناصر لمسی نرم دسته‌های مسواک دستی و برقی، دسته‌های تیغ، بدنه‌های اعمال کننده لوازم آرایشی و مهر و موم تجهیزات محافظ شخصی استفاده می‌شوند. توانایی این ماده برای قالب‌گیری تا سطوح سختی بسیار پایین - به اندازه کافی نرم برای ایجاد تمایز چسبندگی لمسی و احساس راحت دست - همراه با مقاومت شیمیایی آن در برابر صابون‌ها، سورفکتانت‌ها و فرمول‌های محصولات مراقبت شخصی، آن را از نظر فنی برای این کاربردهای تماسی بسیار مناسب می‌سازد.

زیرساخت، ساخت و ساز و کاربردهای صنعتی

SEBS به عنوان یک اصلاح کننده پلیمری در قیر (آسفالت) برای کاربردهای غشای روسازی جاده و سقف استفاده می شود. هنگامی که SEBS در سطوح 3 تا 8 درصد وزنی با قیر مخلوط می‌شود، یک قیر اصلاح‌شده با پلیمر (PMB) ایجاد می‌کند که به طور چشمگیری در برابر شیار شدن در دماهای بالا و در برابر ترک‌خوردگی حرارتی در دماهای پایین بهبود یافته است و طول عمر روسازی را در مقایسه با قیر معمولی در شرایط ترافیکی و آب‌وهوایی سخت دو تا سه افزایش می‌دهد. این برنامه زیرساخت یکی از بزرگترین کاربردهای SEBS را در سطح جهان نشان می دهد، به ویژه در شبکه های جاده ای در مناطق آب و هوایی قاره ای که در معرض تغییرات دمایی فصلی گسترده هستند.

• غشاهای ضد آب - غشاهای قیر اصلاح شده با SEBS برای سقف های مسطح و عایق رطوبتی سازه های زیرزمینی عمر مفید و انعطاف پذیری در دمای پایین را در مقایسه با جایگزین های اصلاح شده با APP ارائه می دهند.
• فرمولاسیون چسب و درزگیر - SEBS یک پلیمر پایه اولیه برای چسب‌های حساس به فشار مذاب داغ (HMPSA) است که در نوار بسته‌بندی، برچسب‌ها، ساخت محصولات بهداشتی و درزگیرهای ساختمانی استفاده می‌شود، که در آن پایداری در برابر اشعه ماوراء بنفش، مزیت قابل‌توجهی نسبت به SBS در مجموعه‌های در معرض دید بیرونی به آن می‌دهد.