Styrene-Butadiene Block Copolymer (SBS): โครงสร้างคุณสมบัติและการใช้งานอุตสาหกรรม

1. โครงสร้างโมเลกุลและกลไกการเกิดพอลิเมอไรเซชัน

SBS เป็นโคพอลิเมอร์ triblock โดยทั่วไปจะแสดงเป็น S - B - S ซึ่งบล็อกสไตรีน (S) บล็อกตั้งอยู่ที่ปลายแต่ละด้านของบล็อกโพลีบาเดียนกลาง (B) โครงสร้างถูกสังเคราะห์ผ่านการเกิดโพลีเมอไรเซชันแบบประจุลบซึ่งเป็นวิธีที่ช่วยให้สามารถควบคุมน้ำหนักโมเลกุลและสถาปัตยกรรมบล็อกได้อย่างแม่นยำ

• สไตรีน: ส่วนที่แข็งและเป็นแก้วที่มีอุณหภูมิการเปลี่ยนกระจกสูง (~ 100 ° C) ซึ่งให้ความแข็งแรงเชิงกลและความต้านทานความร้อน

• polybutadiene (b): ส่วนที่อ่อนนุ่มและเป็นยางที่มีอุณหภูมิการเปลี่ยนกระจกต่ำ (~ –90 ° C) รับผิดชอบต่อความยืดหยุ่นและความยืดหยุ่น

การแยกไมโครเฟสระหว่างสไตรีนและบิวทาดีนบล็อกนำไปสู่การก่อตัวของโดเมนสไตรีนแบบแยกส่วนกระจายตัวในเมทริกซ์ยาง crosslinks ทางกายภาพเหล่านี้ทำหน้าที่เหมือนพันธะโควาเลนต์ในยาง Vulcanized แบบดั้งเดิมให้พฤติกรรมเทอร์โมพลาสติก SBS และช่วยให้การประมวลผลหลอมละลาย

2. คุณสมบัติที่สำคัญและลักษณะประสิทธิภาพ

สัณฐานวิทยาคู่เฟสของ SBS ก่อให้เกิดคุณสมบัติของวัสดุที่หลากหลายทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานด้านวิศวกรรมและเชิงพาณิชย์ที่หลากหลาย

• ความยืดหยุ่น: SBS ทำงานเหมือนยางที่มีวัลคานีที่อุณหภูมิโดยรอบ แต่อ่อนนุ่มและไหลที่อุณหภูมิสูง

• แรงดึง: โพลีสไตรีนจุดสิ้นสุดของบล็อกทำหน้าที่เป็นโดเมนที่แข็งซึ่งเสริมความแข็งแรงเชิงกล

• ความเข้ากันได้ของตัวทำละลาย: SBS สามารถละลายได้ในตัวทำละลายที่ใช้ไฮโดรคาร์บอนจำนวนมากทำให้เหมาะสำหรับใช้ในการใช้กาวและการเคลือบแบบใช้สารละลาย

• ความต้านทานต่อสภาพอากาศ: แม้ว่า SBS จะมีความยืดหยุ่นที่ดี แต่ก็สามารถผ่านการย่อยสลายออกซิเดชั่นได้เนื่องจากลักษณะที่ไม่อิ่มตัวของบล็อกบิวทาดีนซึ่งต้องการความคงตัวสำหรับการใช้งานกลางแจ้ง

• ความเสถียรทางความร้อน: SBS มีประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูง จำกัด (โดยทั่วไปจะต่ำกว่า 90 ° C) แต่เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการความต้านทานความร้อนปานกลาง

คุณสมบัติเหล่านี้สามารถปรับได้โดยการปรับเนื้อหาสไตรีน (โดยทั่วไปคือ 25–40%) หรือโดยการเติมไฮโดรเจน butadiene block เพื่อผลิตอนุพันธ์เช่น SEBs (Styrene-ethylene/butylene-styrene) ซึ่งให้ UV และเสถียรภาพทางความร้อนที่เพิ่มขึ้น

3. เทคนิคการผลิตและการปรับเปลี่ยนสูตร

SBS สามารถประมวลผลได้โดยใช้วิธีเทอร์โมพลาสติกแบบดั้งเดิมรวมถึงการอัดขึ้นรูปการฉีดขึ้นรูปการปั้นการเป่าและการทำเทอร์โมฟอร์ม สำหรับสารประกอบและผู้ผลิต SBS สามารถใช้ในรูปแบบบริสุทธิ์หรือผสมกับวัสดุอื่น ๆ เพื่อปรับประสิทธิภาพ

การดัดแปลงทั่วไป ได้แก่ :

• ผสมกับเรซินหรือน้ำมัน เพื่อปรับเปลี่ยนคุณสมบัติความหนืดและการยึดเกาะ

• การรวมฟิลเลอร์ (เช่นคาร์บอนแบล็กซิลิกา) เพื่อปรับปรุงความแข็งแรงเชิงกลหรือลดต้นทุน

• การเพิ่มความคงตัวและสารต้านอนุมูลอิสระ เพื่อยืดอายุการใช้งานผลิตภัณฑ์ภายใต้ความเครียดด้านสิ่งแวดล้อม

ความเข้ากันได้กับน้ำมันดินและ tackifiers ต่าง ๆ ยังทำให้ SBS เป็นพอลิเมอร์ที่สำคัญในการกำหนดกาวที่ไวต่อแรงดัน (PSAs) และกาวที่มีความร้อน

4. การใช้งานอุตสาหกรรมและการใช้ประโยชน์จากตลาด

ความสามารถในการปรับตัวของ SBS ได้ทำให้เป็นวัสดุในหลายอุตสาหกรรมที่สำคัญ:

รองเท้า:
SBS ใช้กันอย่างแพร่หลายในพื้นรองเท้าเนื่องจากความสมดุลของความสะดวกสบายความทนทานและการยึดเกาะ ช่วยให้การออกแบบที่ซับซ้อนเพียงอย่างเดียวผ่านการฉีดขึ้นรูปในขณะที่ยังคงความต้านทานลื่นและการดูดซับแรงกระแทก

การดัดแปลงแอสฟัลต์:
ในการก่อสร้างถนน Bitumen ที่ดัดแปลง SBS ช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นความต้านทานร่องและความทนทานของสภาพอากาศของทางเท้าแอสฟัลต์ SBS ช่วยเพิ่มความต้านทานการแคร็กอุณหภูมิต่ำและประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูงซึ่งนำไปสู่ถนนที่ยาวนานขึ้น

กาวและยาแนว:
กาวร้อนละลายร้อนจาก SBS (HMAS) ได้รับการสนับสนุนสำหรับการยึดอย่างรวดเร็วความแข็งแรงพันธะที่แข็งแกร่งและความยืดหยุ่น แอพพลิเคชั่นมีตั้งแต่บรรจุภัณฑ์และการทำหนังสือไปจนถึงการก่อสร้างและชุดประกอบการตกแต่งภายในยานยนต์

สินค้าอุปโภคบริโภค:
SBS พบได้ในของเล่นที่จับและด้ามจับเนื่องจากสัมผัสที่นุ่มนวลและความรู้สึกเหมือนยาง นอกจากนี้ยังใช้ในผลิตภัณฑ์สุขอนามัยโดยเฉพาะอย่างยิ่งในแอพพลิเคชั่นที่ไม่มีวาวซึ่งมีความยืดหยุ่นและความสะดวกสบาย

การแพทย์และบรรจุภัณฑ์:
ในขณะที่ไม่ใช่วัสดุหลักในอุปกรณ์การแพทย์บางครั้งใช้ SBS ในหลอดที่ยืดหยุ่นหรือแอปพลิเคชันฟิล์มที่จำเป็นต้องใช้สารสกัดต่ำและมีความยืดหยุ่นสูง

5. การพิจารณาด้านสิ่งแวดล้อมและความท้าทายในการรีไซเคิล

ในฐานะที่เป็นพอลิเมอร์สังเคราะห์ SBS ได้รับความท้าทายในการพัฒนาอย่างยั่งยืนโดยเฉพาะอย่างยิ่งเกี่ยวกับการจัดการจุดจบของชีวิต ซึ่งแตกต่างจากยางเทอร์โมเซ็ต SBS สามารถประมวลผลซ้ำซึ่งเปิดโอกาสให้การรีไซเคิลเชิงกล อย่างไรก็ตามความท้าทายยังคงอยู่:

• การปนเปื้อนจากฟิลเลอร์และสารเติมแต่ง มีความซับซ้อนในการรีไซเคิลสตรีม

• การย่อยสลายในระหว่างการประมวลผลซ้ำ สามารถ จำกัด คุณภาพของ SBS รีไซเคิล

• ขาดโครงสร้างพื้นฐานที่จัดตั้งขึ้น สำหรับการรีไซเคิล TPE โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการก่อสร้างและการใช้งานบนท้องถนน

ความพยายามกำลังดำเนินการเพื่อเพิ่มความสามารถในการรีไซเคิลผ่าน:

• ระบบคอลเลกชันหลังการบริโภค สำหรับรองเท้าและของเสียกาว

• Devulcanization และการสื่อสารใหม่ เพื่อนำ SBS กลับมาใช้ใหม่ในผลิตภัณฑ์รอง

• ทางเลือกที่ใช้ชีวภาพ สำหรับการแทนที่สไตรีนหรือโมโนเมอร์ butadiene บางส่วน

6. ความก้าวหน้าในการวิจัยและแนวโน้มในอนาคต

การวิจัยล่าสุดได้มุ่งเน้นไปที่การเสริมสร้างความยั่งยืนประสิทธิภาพและความหลากหลายในการทำงานของ SBS:

• วัสดุ SBS นาโนคอมโพสิต รวมกราฟีน, มอนต์โมริลโลไนต์หรือซิลิกาเพื่อการปรับปรุงสิ่งกีดขวางและกลไก

• SBS ที่ใช้งานได้ สำหรับการยึดเกาะที่ดีขึ้นความเข้ากันได้กับวัสดุขั้วโลกหรือเพิ่มความต้านทาน UV

• การผสมปฏิกิริยา กับโพลีเมอร์อื่น ๆ เช่น EVA หรือ TPU เพื่อการทำงานร่วมกันในการใช้งานพิเศษ

• การพัฒนาอะนาล็อก SBS ที่ได้จากชีวภาพ มุ่งหวังที่จะลดการพึ่งพาวัตถุดิบปิโตรเคมี

ในระยะยาวการรวมกันของวิทยาศาสตร์โคพอลิเมอร์บล็อกและหลักการเคมีสีเขียวคาดว่าจะผลักดันนวัตกรรมใน SBS และอนุพันธ์ของมัน