PS熱塑性彈性體的結構分析摘要：熱塑性彈性體是繼塑料和橡膠之后的一種新型材料，由于其不需硫化的優越特性而得到廣泛應用。本文介紹了熱塑性彈性體的結構特點、分類，性能與應用，具體介紹聚苯乙烯類熱塑性彈性體，并對聚苯乙烯熱塑性彈性體進行結構分析，以及分析它的結構與性能的關系，從而更好地利用這種彈性體。關鍵詞：熱塑性彈性體，聚苯乙烯，結構1引言40年前，作為橡膠與塑料中間材料出現的熱塑性彈性體（TPE），由于具有不需硫化、自補性、成型性、循環利用性、節能性等優越特性，現在已成為繼橡膠、塑料之后的一種新型材料，在世界各地的生產量急劇增長。近年來，TPE的使用用途不斷擴大，使用量大幅增長，已成為當今最受關注的彈性體材料?！?】2熱塑性彈性體的概述熱塑性彈性體是一種兼具橡膠和熱塑性塑料特性的材料。在室溫下呈現橡膠特性,在高溫下又能塑化成型。它是繼天然橡膠、合成橡膠之后的所謂第三代橡膠。2.1熱塑性彈性體結構特點聚合物鏈由化學組成不同的樹脂和橡膠段構成。樹脂為硬段，橡膠段為軟段，硬段的鏈段向作用力形成物理交聯，軟段則是具有較大旋轉能力的高彈性鏈段。而軟段又以適當的次序排列并以適當的方式連接起來，硬段的這種物理交聯是可逆的，即可在高溫下失去約束大分子的能力呈現塑性，降至常溫時這些交聯又恢復，類似硫化橡膠交聯的作用。正是由于這種聚合物鏈結構特點有交聯狀態的可塑性，因而本彈性體在常溫下顯示硫化膠的彈性，強度和變形特征等物理機械性能。另一方面，在高溫下硬段會軟化或溶化，呈現塑性流動性。在加壓，加溫等條件下采用納米填充技術，動態交聯技術加入多種改性輔料(阻燃、耐候、耐黃變穩定劑)，密煉或經雙螺桿擠出，切粒干燥而成本產品?！?】2.2熱塑性彈性體的分類熱塑性彈性體(TPE)主要包括苯乙烯類(TPS)、烯烴類(TPO)、氯乙烯類(TPV)、聚氨酯類(TPU)、聚酯類(TPEE)、聚酰胺類(TPEA)等【3】。在熱塑性彈性體的消費結構中苯乙烯類熱塑性彈性體（TPS)約占44%【4】，是世界上產量最大、發展最快的一種,主要包括SBS、氫化SBS、SIS和氫化SIS等。2.3熱塑性彈性體的性能與應用從應用角度看,TPS的彈性模量非常高,并且不隨相對分子質量變化,最令人感興趣的是室溫下其性能與硫化橡膠相似,使其在電線電纜、汽車行業、聚合物改性、制鞋業、醫學領域、通用機械和工業用品等領域得到了廣泛應用。【5】3聚苯乙烯類熱塑性彈性體3.1概述苯乙烯類嵌段共聚物型熱塑性彈性體是最早研究的熱塑性彈性體。苯乙烯類熱塑性彈性體由于強度高、柔軟、具有橡膠彈性、永久變形小等特點,在制鞋業、瀝青改性、防水涂料、塑料改性、液封材料、電線、電纜、汽車部件、醫療器械部件、家用電器、辦公自動化和膠粘劑等方面的應用十分廣泛。3.2發展簡介30多年來借助“活性聚合”【6，7】，工藝生產的商品已不下十余種【8-17】,其中苯乙烯/二烯烴嵌段共聚物(簡稱SDC)為聚苯乙烯類熱塑性彈性體,苯乙烯類熱塑性彈性體最初是由美國shell公司開發的，于1965年以商品名KRATON出售。1972年以來又在原產品基礎上經過加氫工藝使橡膠嵌段飽和。現在，shell公司生產的苯乙烯類熱塑性彈性體是用聚丁二烯或聚異戊二烯做中間段，以聚苯乙烯封端得到的產品。3.3結構Shell公司的熱塑性彈性體與一般的塑料和橡膠都不同。苯乙烯嵌段共聚物TPE由苯乙烯嵌段共聚物和二烯烴或氫化二烯烴(E)的S-D-S的結構組成,S是聚合的苯乙烯硬段,D是中心,由聚合二烯烴或氫化聚合二烯烴軟段組成,聚合二烯烴有聚丁二烯(B)和聚異戊二烯(I),嵌段共聚物的兩端一定是苯乙烯,這種材料的性能十分優越。【18】圖1聚苯乙烯類熱塑性橡膠結構示意圖熱塑性橡膠在常溫下與硫化橡膠的行為相同,具有拉伸時會伸長,而且當外力撤去后又能恢復原的復原性。如圖1所示,由于存在著與橡膠中間嵌段不相容的聚苯乙烯末端嵌段,導政嵌段相互分離,形成所謂的聚苯乙烯微區。這種聚苯乙烯微區分散均勻,由彼此相互纏結的橡膠中間嵌段連接起來。常溫下聚苯乙烯強有力地固定著橡膠部分的末端,形成了與化學交聯而成的硫化橡膠相同的物理交聯網絡。因而常溫下熱塑性橡膠顯示出與硫化橡膠相同的特性，如圖2所示。圖2.SBS與硫化SBR、硫化天然橡膠的抗張性能比較當溫度升高時,聚苯乙烯微區便熔化,使得嵌段共聚物能夠流動,就能夠加工了。由于熱塑性橡膠的交聯屬于物理交聯,具有可逆性,囚此加工性能與熱塑性塑料相同,可以反復加熱冷卻而不損失其物理特性?！?9】SBKS是SBS的加氫產物，屬第二代苯乙烯類熱塑性彈性體（TPE）．因分子中PB鏈段中的雙鍵變成飽和穩定的單鍵，其耐熱性能高，穩定性好，因而SEBS用途廣泛，可用作粘合劑、塑料改性劑、醫療、食品器具、汽車零部件、運動器材及電線電綴等領域，但由于SEBS目前生產成本高，價格較昂貴，其推廣應用受到一定制約。3.3結構與性能【20】3.3.1拉伸強度苯乙烯類嵌段共聚物的拉伸強度與聚苯乙烯的含量有關。通常．含有PS15％一40％的苯乙烯嵌段共聚物具有類橡膠各種性能的最佳平衡．低于此范圍，拉伸強度下降，高于此范圍時，嵌段共聚物顯現出屈服點并呈現出塑形流動性。Gergen介紹和表征了S—EB—s嵌段共聚物．S—B—S與S—EB—S顯現出了拉伸性能的差異。由于S—EB—S嵌段共聚物締合能較高，彈性體鏈纏結度較大。因此顯示出較高模量s—EB—s嵌段共聚物具有較小的伸直長度，故其伸長率低于S—B—S．而隨著溫度上升．S—EB—s嵌段共聚物拉伸速率的損耗要比S—B—S小許多．在溫度一拉伸強度關系上這兩種產物的差異．使S—EB—S嵌段共聚物能應用于S—B—S難以使用的地方。3.3.2熔體流動據Kraus和Gruver及Holden等人對s—B和S—B—s嵌段共聚物的熔體流動的研究。由于網絡結構在熔融狀態下的持久性．嵌段共聚物的熔體粘度要比相應的均聚物或無規共聚物高得多。在低剪切速率下，溫度對熔體粘度的影響非常明顯。故在低剪切條件下的加工．應在溫度上限內進行；而在高剪切下的加工，比如注射成型，則可在較寬的溫度范圍內操作。3.3.3應力軟化應力軟化：傳統方法交聯或硫化的彈性體經重復拉伸．在同一伸長下將產生較低的應力，S-B-S嵌段共聚物中存在應力軟化現象。S-B-S嵌段共聚物中，苯乙烯含量超過30％，會顯示出屈服和應力軟化．隨著苯乙烯含量上升．微區的相互連接增加，網絡結構被破壞，產生屈服點。在不呈現出屈服點的嵌段共聚物中，當聚苯乙烯鏈段從微區被拉出時，即產生應力軟化。3.3.4耐環境性能耐環境性能主要是耐氧、臭氧、紫外光所產生的降解的性能。苯乙烯嵌段共聚物的耐環境性能與彈性體鏈段有關。含有不飽和中間段的嵌段共聚物，環境穩定性與聚丁二烯類似；帶有聚(乙烯一丁烯)或聚(乙烯一丙烯)的中間段的嵌段共聚物，顯示出與乙丙橡膠一樣好的穩定性。3.3.5粘合劑的抗剪切性苯乙烯嵌段共聚物由于其較高的苯乙烯含量．分子量和支化．提高了粘合劑在剪切下的抗破損性3.3.6粘合劑的剝離強度苯乙烯嵌段共聚物粘合劑的剝離強度與抗剪切性相似．苯乙烯含量與分子量越高，其剝離強度越大。但分子量或苯乙烯含量的增加使粘度上升．粘合劑所要求的粘性和粘度受到限制。3.4應用SBS用于制鞋時，通常鞋料中只含20～60純膠，其余大部分是價格較低廉的軟化劑、無機填料、增粘劑等。SBS對多種塑料具有親合共混性，能大幅度提高抗沖擊性能、耐撓曲性能和耐低溫性能，是理想的塑料改性劑。用SBS改性的聚苯乙烯，可提高沖擊性能高達8．5倍，用于改性聚丙烯，可提高3-5倍。SBS改性的聚丙烯、聚苯乙烯，可用于電冰箱、洗衣機、音響設備的殼體或元件材料，在汽車工業中，SBS改性塑料已成功地用作汽車方向盤、保險桿、工具盒等部件。3.5制造方法Shell公司的熱塑性橡膠是用一種名為活化陰離子聚合的嵌段聚合法合成的。用烷基鋰作催化劑,使苯乙烯與丁二烯或者異戊二烯聚合,制得S一B或S一1型二嵌段聚合物,再進一步使這些二嵌段中的橡膠嵌段相互偶聯起來,便得到5BS,S工S。此外,SEBS的代表性產品KraonG是先使苯乙烯和丁二烯聚合,獲得SBS而后經加氫工藝制得。4結束語我國對熱塑性彈性體的研究起步比較晚，盡管如此，由于高等院校、科研單位和工廠多方努力，發揮各自優勢，在短短幾年內，依靠自己的力量成功地研發了SDC類產品，填補了國內的空白。參考文獻【1】于清溪.熱塑性彈性體的新進展[J].橡塑技術與裝備,2004,07:8-10.【2】劉道春.探究熱塑性彈性體的結構特點、性能優勢及其公用.聚氨酯，2013,10:76-81【3】王德禧.熱塑性彈性體的現狀和發展[J].塑料,2004,33(2):4652.【4】劉叢叢,伍社毛,張立群.熱塑性彈性體的研究進展[J].化工新型材料,2008,36(8):17-21.【5】吳濤,張建耀,張維龍等.電線電纜用阻燃熱塑性彈性體的研究應用進展[J].彈性體,2008,18(5):66-69.【6】Szwarc,M.Nature,1952,178,1168.【7】Szwarc,M.Fonshr,HochpolymerForshc,1960,2,275.【8】金關泰等,《熱塑性彈性體》,化學工業出版社,1983,P.31【9】張興英,碩士學位論文,北京化工學院,1989.【10】陸逸、徐瑞清、金關泰,高等學?；瘜W學報,1983,4(12)，248.【11】金關泰、徐瑞清、重汝秀,化工技術,1983，（3),l.【12】薛聯寶、金關泰,《陰離子聚合的理論和應用》,中國友誼出版公司,1990，p.152.【13】金關泰、楊大川,化工技術,1056,(4),29.【14】金關泰,北京化工,1987,17（l)26.【15】陳德全,合成橡膠工業,1979,(5),