热塑性弹性体SBS的研究.doc

1.3热塑性弹性体SBS的研究 1.3.1 SBS概况 热塑性弹性体TPE是六十年代开发的新型高聚物[73]，是高分子材料科学与工程理论和应用中的一个重大突破。它具有橡胶和热塑性塑料的特性，在常温下显示橡胶高弹性，高温下又能塑化成型的高分子材料。它是继天然橡胶、合成橡胶之后的被称为“第三代橡胶”。热塑性弹性体分子链的结构特点是由化学组成不同的树脂段(硬段)和橡胶段(软段)构成。硬段的链段间作用力足以形成“物理交联”，软段则是具有较大自由内旋转能力的高弹性链段；而软硬段又以适当的次序排列并以适当的方式联接起来。硬段的这种物理交联是可逆的，即在高温下失去约束大分子组成的能力，呈现塑性。当温度降至室温时，这些“交联”又恢复，起到类似硫化橡胶交联点的作用。正是由于热塑性弹性体的这种链结构特点和交联状态的可逆性，使它在常温下显示硫化胶的弹性、强度和形变特性等物理机械性能，可代替传统硫化胶制造某些橡胶制品；在高温下硬段会软化或熔化，在加压下呈现粘性流动，显现热塑性塑料的加工特性，可采用注射成型和吹塑成型等热塑性塑料的方法，比传统硫化橡胶常用的压缩、挤出、压延成型速度快、周期短，所需后硫化设备少，生产费用低。热塑料弹性体还可用真空、吹塑成型等传统橡胶不能使用的迅速、经济的方法加工。重复加工对其性能或加工特性无明显损害，废品和边角料可重新加工，用过材料可与新料一起使用，大大提高了材料利用率，极大地减少环境污染，被认为是环境友好材料。 按其化学组成TPE可以分为苯乙烯类SBC、聚烯烃类TPO、聚氨酯TPV和聚酯类CPE。在TPE中SBC占有重要的地位，是目前世界上产量最大、发展最快的一种热塑性弹性体，按嵌段成分SBC可分为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SIS）以及它们相应的加氢产物- 氢化SBS（SEBS）和氢化SIS（SEPS）4 种类型。目前，世界SBS的消费量约占SBC 总消费量的75%，SIS 约占15%，SEBS 和SEPS 等加氢产品的消费量各占10%。SBS具有较高的拉伸强度、撕裂强度和拉断伸长率，（IISRP[74]，截止到2007年底，全世界SBC的总生产能力为185.4万吨，同比增长约20.08%，其中欧洲、北美和亚太地区是最主要的生产地区，生产能力合计达到176.1万吨/年，约占世界总生产能力的95.0%。今后几年，随着中国等亚洲国家多套SBC生产装置的陆续建成投产，预计到2012年世界SBC的总生产能力将超过220.0万吨。其中亚洲，尤其是中国大陆将成为世界最大的SBC生产国家。 截止到2007年底，我国有3家企业生产SBC，总生产能力为26.0万吨/年。生产能力全部由中国石油化工集团公司所控制，主要生产企业有中石化巴陵石化分公司、中石化北京燕山石化分公司和中石化茂名石化分公司等，装置总生产能力为25.0万吨/年，其中巴陵石油化工公司的生产能力达到12.0万吨/年，是目前我国最大的SBC生产厂家，生产能力约占国内总生产能力的48.0%，其SBC的生产规模、技术水平、产品质量、品种牌号、市场占有率等均处于国内领先地位，可生产30多个牌号，是我国SBC新产品主要研发和生产基地，在生产技术上获得多项专利。 SBS 主要有四大用途[73]：橡胶制品、沥青改性剂、胶黏剂和树脂改性剂。在橡胶制品方面，[75, 76]。 1.3.2 SBS的结构特点 SBS为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯的三嵌段聚合物，它的化学结构如下： Figure 1.2 Molecular structure of SBS （a） （b） Figure 1.3 Structural schematic diagram of SBS（a）Linear （b）Star SBS从分子结构上分为两种类型：线型和星型（如Figure 1.3）。星型与线型的聚集态基本类似[73]，但星型弹性模量比线型为高。线型结构分子量低，溶解性好，但内聚强度不足；星型结构分子量较高，内聚强度较大，但工艺性较差。 SBS的相态研究一直以来是研究者关注的课题[77-81]。SBS的相态与PS和PB含量有关，分散相可呈球状、柱状、层状状态分布于基体相中[73, 80]： （Ⅰ）当A分散相含量25%时，分散相A以球体分散于B介质中； （Ⅱ）当A成分进一步增加达到25~40%，上述球状体之间串联成棒状结构； （Ⅲ）当A成分增加到40~60%，棒状体之间就形成平面层结构； （Ⅳ）当B成分为25~40%，B成分被隔离成棒状，分散于A相中； （Ⅴ）当B成分低于25%，B成分棒状被隔离成表面积最小的B球，A成分变成连续相。 如Figure 1.4所示为随着分散相含量增加时SBS相态的变化示意图。 (a) Spheres (b) Cyl