苯乙烯类热塑性弹性体（SBS）
1简介
苯乙烯类热塑性弹性体[1](苯乙烯类TPES)，热塑性弹性体的主要种类中，苯乙烯类热塑性弹性体(或苯乙烯嵌段共聚物)是应用最广泛的一种，因为它们能与许多材料混合，如填料、增量剂、改性剂和其它树脂等。这种混合可根据特殊应用的要求，严格控制地改变材料的多种性能象粘性、刚性、软化温度和内聚粘结强度。因此苯乙烯类TPES有着极为广泛的应用范围。相反，苯乙烯嵌段共聚物却很少以单纯的形式应用。
2化学与性质
正如所有的TPES一样，苯乙烯类TPES在室温下，它是以在单一高聚物的链内或由组成材料而形成的相互贯穿的基体内存在软硬链段(或相)为特征的。例如，在苯乙烯/丁二烯/苯乙烯TPES链中，软相就是橡胶态的丁二烯中心链段，硬相是结晶态的苯乙烯两端链段。在常温下，硬相可以抑制软的弹性材料流动。
在较高温度下，这些结构将成为流体并在压力条件下流动。冷却时便相再一次形成包含弹性体的基体。苯乙烯嵌段共聚物的分子是线型的或是支化的。迄今绝大多数苯乙烯类TPE共混物都是以线型分子为基础的，也可称为线型三嵌段共聚物。
这包括苯乙烯/丁二烯/苯乙烯嵌段共聚物;苯乙烯/异戊二烯/苯乙烯嵌段共聚物;苯乙烯/己烯-丁烯/苯乙烯嵌段共聚物和苯乙烯/乙烯-丙烯/苯乙烯嵌段共聚物。
作为一个类型，苯乙烯类TPES显示出有与硫化橡胶相比拟的强度和伸长率。它们其它的特性有：硬度28—95邵氏A(较多的品级适用邵氏A60以下);抗张强度 2.1-34 SMPa;伸长率250～1300%;使用温度一110～220°F;密度0.9一1.1，还有较好的电绝缘性能(一些品级已列入UL标准)，对水解的稳定性，耐酸碱。清洁无毒的品级可用于美国食品及药物管理局规定的用途。一般说来，苯乙烯/乙烯-丁二烯/苯乙烯嵌段共聚物和苯乙烯/乙烯.丙烯/苯乙烯嵌段共聚物都有较好的耐环境因素特性如热、紫外线、臭氧和溶剂等。
但它们与苯乙烯/丁二烯嵌段共聚物相比要更贵些。苯乙烯类TPES还具有短期耐油、耐表面活性剂和有机溶剂的性能。一些硅氧烷改性苯乙烯共聚物的应用日益扩大并引起注意，已把它们作为一个分类来考虑。这种共聚物可常用来代替低硬度橡胶(邵氏A50以下)，还能改善加工，得到更平滑的表面，对各种小的或复杂制品脱模性好。
3加工方法
苯乙烯类TPES有碎屑、粉料、粒状三种型式，可在常用的挤塑、吹塑、注塑等设备上进行加工。由于它们不需要硫化，所以在设备上的初期投资是相当低的。苯乙烯类TPE注塑成型具有周期短的优点，和橡胶相比，它的生产流程更短，成本更低。
模具(不需要大量的模腔)的成本与橡胶加工相比也低得多。就加工而言，苯乙烯类TPES和其它热塑性材料一样，其边角料也可以再生。苯乙烯类TPE嵌段共聚物的挤塑和共挤塑产品有：板材、膜、管材、增强软管、电线和电缆的绝缘层和护套等。
苯乙烯类TPES与很多材料能相互粘着，包括PS、PE、PP、PC和EVA。为此，苯乙烯类TPES常被用作共挤片材的连结层。苯乙烯/乙烯-丁二烯/苯乙烯嵌段共聚物可制作阻隔包装材料，这是因为它们透明、能热成型、可蒸煮、可在微波炉中用。
苯乙烯类TPES可用于为提高许多材料摩擦系数的透明薄涂层。注塑和吹塑制备的苯乙烯TPES部件广泛地应用在汽车、仪表和电器工业上。对这类产品来说，通过苯乙烯/乙烯-丁二烯/苯乙烯嵌段共聚物与聚烯烃共混可提高使用温度和耐溶剂性能。
4应用
苯乙烯类TPES的专门应用分为若干重要类型：
1、鞋类
苯乙烯TPES在制鞋工业中的应用较为突出，主要是为制作普通鞋和运动鞋注塑鞋底和组合鞋底(鞋跟与鞋底的一种简单组合结构)。这些材料提供了鞋的附着摩擦力、低温柔韧性、耐疲劳和耐磨损的性能。
2、导线和电缆
苯乙烯类TPES也广泛用作导线和电缆的绝缘和护套材料。它们还有很好的回弹性和低温屈挠性，可与交联的PE、硫化橡胶和PVC媲美，在汽车主电路导线、设备导线、软绳索、增压器电缆和拖车电缆等方面也有竞争力。苯乙烯类TPES用于导线和电缆还具有其它重要性能，有强度、耐磨性能、耐碾压、抗冲击、防火、热稳定性、介电性能等。多数导线和电缆的结构都符合UL标准，汽车工程师协会(SAE)和其它的主要的工业标准。
汽车部件 用重量轻的TPE部件代替汽车上的橡胶和金属部件，除保持相应的性能外，还可降低制造成本，提高汽车燃料效率。对于这些应用来说，最好的材料是苯乙烯嵌段共聚物，因为在汽车发动机罩下面的应用需较高的使用温度，还要有低温屈挠性能，耐臭氧性能。一些特殊用途所需品级的抗张强度达到 24.1MPa，可制作暖气和空调导管。衬垫、密封圈等。需要装饰的部分也可以涂漆和烫印。
3、生物医学应用
苯乙烯类TPES制备的医疗器材的优异性能超过了橡胶制品，因为它们没有象橡胶硫化的残留物。对这些产品消毒杀菌的有效方法可用环氧乙烷、放射线、蒸汽。聚硅氧烷改性的苯乙烯嵌段共聚物已较多的用来作为制作医疗器械的材料。最新诞生的这些材料改善了拉伸残余形变和透明度。并且是对硅橡胶。PVC、TPU、TPO和其它应用在医疗器械工业中的苯乙烯TPES产品的一类有用的替代品。为生物医用配制的苯乙烯类TPE材料,性能广泛，有优良的生物相容性，可变的硬度范围，好的回弹性，低的拉伸残余形变和压缩残余形变，及温度的稳定性。这些材料用作泌尿植入管、医用管。医用片材和薄膜、球管、医用密封圈、垫片和隔膜等。另外，这些TPES可在食品及药物管理局(FDA)规定的应用范围制作外科遮挡帘、医用薄膜、婴儿奶瓶透明奶嘴、配药管等。
4、粘合剂、密封剂、涂料、填料
由苯乙烯类TPES能制成高强度的弹性 材和薄膜，它们已成为一种很重要的品种类，可用于配制密封剂和涂料，最大的优点是能附着在各种材料上。它们还可用作屋顶涂料、罐头密封胶、可剥涂层及提高橡胶基粘合剂和密封胶的性能。它们的用途还包括组装用粘合剂、压敏胶带、标签、包装粘合剂和建筑粘合剂。
5、抗冲改性
即使将很少量的苯乙烯类TPES添加到PS、PE、PC和PP树脂中，就能有效地改善这些材料的韧度、和冲击强度和屈挠性能。材料的这种改性还改善了双轴取向PS的回弹性，所生成的热成型片膜的透明度没有太大损失。苯乙烯类TPES过改善了HDPE和LDPE吹塑膜的抗冲击强度和耐撕裂强度。PP和苯乙烯类TPE共混物的注塑成型产品具有相当高的低温抗冲击强度。如把苯乙烯类TPES添加到某些树脂回收料中，可以改善这些材料的性能。
6、沥青
用少量的苯乙烯类TPE进行沥青改性，从而改善了沥青的低温屈挠性、伸长特性和抗疲劳性能。这种改性材料已用作屋顶材料、管材涂料、池槽衬层、密封层。
7、相容剂
由于它们与许多树脂都有一定的相容性，所以在两种或更多种通常不相容的高聚物形成
合金过程中，苯乙烯类TPES有时可作为相容剂使用。
5现状与发展
苯乙烯共聚物是最低价的热塑性弹性体并且是应用最广泛的。它们是嵌段共聚物，由硬聚苯乙 烯链段制成，与矩阵柔性链段(如聚丁二烯、聚异戊二烯、乙丙胶或苯乙烯)互相联接。这些材 料的抗拉强度很低，但是伸长强度高于丁苯橡胶或天然橡胶。苯乙烯弹性体可防水、酒精并稀释 碱和酸。此类共聚物的主要品种为 SBS，目前全球 TPE-S 生产能力约为 1100 kt/a，年产量在 800 kt 以上。我国 SBS 生产能力约为 200 kt/a，主要生产企业为巴陵石化、燕山石化和茂名石化，年产 量约为 170 kt。SBS 具有良好拉伸强度和弹性，耐摩擦和疲劳性能优异，且价廉物美，主要用于 胶鞋、改性沥青、合成树脂改性剂和粘合剂等，其中 80%左右消费量用于制鞋业。目前我国已经 成为全球鞋类主要生产国与出口国。 发达国家和地区的异戊二烯取代丁二烯的嵌段苯乙烯聚合物(SIS)发展很快，其产量已占TPE-S产量的 30%左右，约 90%用于粘合剂领域，采用SIS制备的热熔胶不仅粘接性能优越，而且耐热性好，已成为欧美日各国热熔胶的主要材料。我国自 20 世纪 90 年代中期开始SIS研究开发，至今 还没有实现工业化。近年来我国热熔胶市场一直保持快速增长势头，2003 年热熔胶消费量达到102 kt，其中热熔压敏胶带达到 48 kt/a，消耗SIS 15 kt左右，从国外进口 10 kt SIS以满足国内市场 需求。随着我国大型乙烯装置的建设速度加快，C5资源综合利用将加快实施，为我国加快发展SIS 提供了原料保障。由于 SBS 存在的最大问题是不耐热，为此欧美等国对其进行了一系列性能改进，其中利用 SBS 经饱和加氢得到 SEBS，可使抗冲强度大幅度提高，耐候性和耐热老化性明显提高。SEBS 不仅可 以替代 SBS 应用，还是工程塑料类如聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)合金的增容剂。SBS 或 SEBS 与聚丙烯(PP)熔融共聚形成互穿网络化合物(IPN)，SBS 或 SEBS 为基材与其他工程塑料形成IPN-TPE-S，大大提高了工程塑料的耐寒和耐热性能。
近几年来，国外发达国家和地区苯乙烯类 TPE 产品市场成熟，需求增长稳定，国内外新品种开发主要集中在茂金属合金、医疗用无毒透明产品等方面。 如国外最新开发的新型茂金属聚合物聚苯弹性体(PSE)，其中苯乙烯含量达到 80%，PSE 与聚 乙烯(PE)形成了两相连续分布的共混合金，这种合金既具有强度又具有韧性，成为力学性能优 异的韧性材料。