Styrene-Butadiene khối copolyme (SBS): cấu trúc, tính chất và ứng dụng công nghiệp

1. Cấu trúc phân tử và cơ chế trùng hợp

SBS là một copolyme triblock thường được biểu diễn dưới dạng STHER B, trong đó các khối polystyrene (S) được đặt ở mỗi đầu của một khối polybutadien trung tâm (B). Cấu trúc được tổng hợp thông qua trùng hợp anion sống, một phương pháp cho phép kiểm soát chính xác trọng lượng phân tử và kiến trúc khối.

• Polystyrene (s): Một phân đoạn thủy tinh cứng nhắc với nhiệt độ chuyển đổi thủy tinh cao (~ 100 ° C), cung cấp cường độ cơ học và điện trở nhiệt.

• Polybutadiene (b): Một phân đoạn mềm mại, cao su với nhiệt độ chuyển đổi thủy tinh thấp (~ mật90 ° C), chịu trách nhiệm về tính linh hoạt và độ đàn hồi.

Sự phân tách microphase giữa các khối styren và butadien dẫn đến sự hình thành các miền polystyrene rời rạc được phân tán trong một ma trận cao su. Các liên kết chéo vật lý này hoạt động như liên kết cộng hóa trị trong những chiếc cao su lưu hóa truyền thống, cấp hành vi nhiệt độ SBS và cho phép xử lý tan chảy.

2. Tính chất chính và đặc điểm hiệu suất

Hình thái pha kép của SBS tạo ra một tập hợp các tính chất vật liệu đa năng, làm cho nó phù hợp cho một loạt các công dụng kỹ thuật và thương mại.

• Độ đàn hồi: SBS hoạt động như cao su lưu hóa ở nhiệt độ môi trường nhưng làm mềm và chảy ở nhiệt độ cao, cho phép tái xử lý và định hình lại.

• Độ bền kéo: Các khối cuối polystyrene hoạt động như các miền cứng củng cố cường độ cơ học.

• Khả năng tương thích dung môi: SBS được hòa tan trong nhiều dung môi dựa trên hydrocarbon, làm cho nó trở nên lý tưởng để sử dụng trong chất kết dính và lớp phủ dựa trên giải pháp.

• Kháng thời tiết: Mặc dù SBS cung cấp sự linh hoạt tốt, nhưng nó có thể trải qua sự xuống cấp oxy hóa do tính chất không bão hòa của khối butadien, đòi hỏi chất ổn định cho các ứng dụng ngoài trời.

• Sự ổn định nhiệt: SBS có hiệu suất nhiệt độ cao hạn chế (thường dưới 90 ° C) nhưng phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu khả năng chịu nhiệt vừa phải.

Các tính chất này có thể được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh hàm lượng styren (thường là 25 Hàng40%) hoặc bằng cách hydro hóa khối butadien để tạo ra các dẫn xuất như SEB (styrene-ethylene/butylene-styrene), cung cấp khả năng ổn định UV và nhiệt tăng cường.

3. Kỹ thuật sản xuất và sửa đổi công thức

SBS có thể được xử lý bằng các phương pháp nhựa nhiệt dẻo thông thường bao gồm đùn, đúc phun, đúc thổi và nhiệt. Đối với các hợp chất và nhà sản xuất, SBS có thể được sử dụng ở dạng tinh khiết hoặc pha trộn với các vật liệu khác để điều chỉnh hiệu suất.

Sửa đổi phổ biến bao gồm:

• Pha trộn với nhựa hoặc dầu Để sửa đổi độ nhớt và tính chất bám dính.

• Kết hợp chất độn (ví dụ: đen carbon, silica) để cải thiện sức mạnh cơ học hoặc giảm chi phí.

• Thêm chất ổn định và chất chống oxy hóa để kéo dài cuộc sống sản phẩm dưới căng thẳng môi trường.

Khả năng tương thích của nó với bitum và các bộ xử lý khác nhau cũng làm cho SBS trở thành một polymer nền tảng trong việc xây dựng chất kết dính nhạy cảm với áp suất (PSA) và chất kết dính nóng chảy.

4. Ứng dụng công nghiệp và sử dụng thị trường

Khả năng thích ứng của SBS đã làm cho nó trở thành một tài liệu trong một số ngành công nghiệp chính:

Giày dép:
SBS được sử dụng rộng rãi trong đế giày do sự cân bằng của sự thoải mái, độ bền và độ bám. Nó cho phép thiết kế duy nhất phức tạp thông qua việc ép phun trong khi duy trì khả năng chống trượt và hấp thụ tác động.

Sửa đổi nhựa đường:
Trong xây dựng đường, bitum được sửa đổi SBS giúp tăng cường tính linh hoạt, sức đề kháng và độ bền thời tiết của mặt đường nhựa đường. SBS cải thiện khả năng chống vết nứt nhiệt độ thấp và hiệu suất nhiệt độ cao, dẫn đến các con đường dài hơn.

Chất kết dính và chất trám:
Chất kết dính nóng hổi dựa trên SBS (HMA) được ưa chuộng vì sự nhanh chóng, sức mạnh liên kết mạnh mẽ và tính linh hoạt của họ. Các ứng dụng bao gồm từ bao bì và đóng sách đến xây dựng và lắp ráp nội thất ô tô.

Hàng tiêu dùng:
SBS được tìm thấy trong đồ chơi, tay cầm và kẹp do cảm giác mềm mại và cảm giác giống như cao su. Nó cũng được sử dụng trong các sản phẩm vệ sinh, đặc biệt là trong các ứng dụng không dệt trong đó độ co giãn và sự thoải mái là rất cần thiết.

Y tế và đóng gói:
Mặc dù không phải là vật liệu chính trong các thiết bị y tế, đôi khi SBS được sử dụng trong các ống linh hoạt hoặc các ứng dụng màng, nơi cần có các chất chiết xuất thấp và tính linh hoạt cao.

5. Cân nhắc về môi trường và thách thức tái chế

Là một polymer tổng hợp, SBS đặt ra những thách thức về tính bền vững, đặc biệt là liên quan đến việc xử lý cuối đời của nó. Không giống như cao su thermoset, SBS có thể được xử lý lại, mở ra khả năng tái chế cơ học. Tuy nhiên, những thách thức vẫn còn:

• Ô nhiễm từ chất độn và phụ gia biến chứng các luồng tái chế.

• Suy thoái trong quá trình tái xử lý có thể giới hạn chất lượng của SB tái chế.

• Thiếu cơ sở hạ tầng được thiết lập Đối với tái chế TPE, đặc biệt là trong các ứng dụng xây dựng và đường bộ.

Những nỗ lực đang được tiến hành để tăng cường khả năng tái chế thông qua:

• Hệ thống thu thập sau tiêu dùng Đối với giày dép và chất thải dính.

• DevulCanization và tổng hợp lại Để tái sử dụng SBS trong các sản phẩm thứ cấp.

• Các lựa chọn thay thế dựa trên sinh học Để thay thế một phần các monome styrene hoặc butadiene.

6. Những tiến bộ trong nghiên cứu và xu hướng tương lai

Nghiên cứu gần đây đã tập trung vào việc tăng cường tính bền vững, hiệu suất và sự đa dạng chức năng của SBS:

• Vật liệu SBS nanocompozit Kết hợp graphene, montmorillonite hoặc silica để cải thiện rào cản và cơ học.

• SBS được chức năng hóa Để cải thiện độ bám dính, khả năng tương thích với vật liệu cực hoặc kháng tia cực tím tăng cường.

• Pha trộn phản ứng Với các polyme khác như EVA hoặc TPU cho hiệu suất hiệp đồng trong các ứng dụng đặc biệt.

• Phát triển các chất tương tự SBS có nguồn gốc sinh học , nhằm mục đích giảm sự phụ thuộc vào nguyên liệu hóa dầu.

Về lâu dài, sự kết hợp của khoa học copolyme khối và các nguyên tắc hóa học xanh dự kiến sẽ thúc đẩy sự đổi mới trong SBS và các công cụ phái sinh của nó.