Wat zijn de eigenschappen van gehydrogeneerd styreen-butadieenblokcopolymeer (SEBS) en waar wordt het gebruikt?

Wat is SEBS en hoe verschillend de structuur van SBS?

Gehydrogeneerd styreen-butadieenblokcopolymeer , universeel afgekort als SEBS, is een thermoplastisch elastomeer (TPE) geproduceerd door de selectieve hydrogenering van styreen-butadieen-styreen (SBS) blokcopolymeer. Bij dit waterstoferingsproces worden de dubbele koolstofkoolstofbindingen in het polybutadieen-middenblok van SBS onder katalytische omstandigheden veroorzaakt met waterstof, waardoor de butadieensegmenten worden vervangen in ethyleen-butyleensegmenten - vandaar de volledige chemische naam Styreen-Ethyleen/Butyleen-Styreen. De polystyreen eindblokken blijven ongewijzigd. Deze structurele wijziging is het allerbelangrijkste onderscheid tussen SEBS en het moedermateriaal SBS, en is verantwoordelijk voor de dramatische superieure hitte, oxidatieve en UV-stabiliteit die SEBS definieert als een hoogwaardig technisch elastomeer.

De blokarchitectuur van SEBS heeft een tweefasige microstructuur op nanoschaal. De krachtige eindblokken van polystyreen assembleren zichzelf tot krachtige verknopingsdomeinen die krachtige als thermisch omkeerbare verknopingen zijn, terwijl de zachte ethyleen-butyleen middenblokmatrix elasticiteit en flexibiliteit biedt. Deze fasegescheiden morfologie geeft SEBS zijn karakteristieke rubberachtige mechanische gedrag bij gebruikstemperatuur, terwijl het volledig verwerkbaar blijft als thermoplastisch materiaal boven de glasovergangstemperatuur van de polystyreenblokken (individuele 90–100°C). Het resultaat is een materiaal dat de prestaties van gevulkaniseerd rubber heeft met de verwerkingsgemak en de recycleerbaarheid van thermoplastisch materiaal – een combinatie die SEBS tot een van de commercieel belangrijkste TPE-families op de mondiale polymeermarkt heeft gemaakt.

chemische en chemische eigenschappen van SEBS

Het prestatieprofiel van SEBS wordt bepaald door een onderscheidende combinatie van eigenschappen die het verrassende van zowel conventionele rubbers als andere thermoplastische elastomeren. Het begrijpen van deze eigenschappen in kwantitatieve termen is essentieel voor materiaalingenieurs en productontwerpers die SEBS ongebruikelijk voor specifieke toepassingen.

Thermische stabiliteit en bedrijfstemperatuurbereik

SEBS synthetische zijn elastische eigenschappen over een gebruikstemperatuurbereik van ongeveer −60°C tot 130°C, waarbij enkele belangrijke functionele mechanische eigenschappen behouden tot 150°C bij kortdurende gecontroleerd. De onderste gebruikslimiet rechthoekig de glasovergang van het ethyleen-butyleen middenblok (rond −50 tot −60 °C), waaronder het materiaal stijf en bros wordt. De bovendien gebruiksgrens wordt bepaald door het begin van de verzachting van de polystyreendomeinen. Vergeleken met SBS, dat begint af te breken en de mechanische integriteit overschreden boven 80°C, biedt SEBS een redelijk succesvolle benadering bij hoge temperaturen – een directe gevolg van het lastige van de thermisch kwetsbare dubbele bindingen in het middenblok door middel van hydrogenering.

UV- en oxidatieve weerstand

De waterstofbehandeling van het butadieen-middenblok elimineert de resterende onverzadigde SBS-ontsteking en maakt voor UV-geïnduceerde foto-oxidatie en ozonaanval. SEBS is inherent bestand tegen UV-degradatie zonder toevoegingen van stabilisatoren, waardoor het geschikt is voor buitentoepassingen waar langdurig kleurbehoud en mechanische stabiliteit vereist zijn. SBS veroorzaakt vergeelt en wordt bros binnen enkele maanden na aan de buitenkant, tenzij het sterk gestabiliseerd is. Op SEBS gebaseerde verbindingen die tien jaar lang aan verwering zijn beperkt, zichtbare kleine veranderingen in rek bij breuk en treksterkte – een prestatieniveau dat applicatiecategorieën opent die volledig ontoegankelijk zijn voor SBS.

Mechanische eigenschappen

Zuivere SEBS-kwaliteiten (zonder olieverlenging of compounding) sterke treksterktes in het bereik van 15 tot 35 MPa, rek bij breukwaarden van 400 tot 700 procent, en Shore A-hardheidswaarden variërend van ongeveer 30A tot 90A, afhankelijk van het styreengehalte en de krachtige architectuur van de kwaliteit. Het elastische herstel van SEBS is uitstekend: de compressiehardingswaarden bij 70°C gedurende 22 uur liggen meestal onder de 30 procent voor goed geformuleerde SEBS-compounds, wat vergelijkbaar is met gevulkaniseerd EPDM-rubber. De scheursterkte is goed en het materiaal is bestand tegen vermoeiingsproblemen bij omgekeerde vervormingscycli, waardoor het zeer geschikt is voor toepassingen met dynamische afdichting en trillingsdemping.

Chemisch weerstandsprofiel

SEBS grotendeels een goede weerstand tegen water, aanzienlijke zuren, alkaliën en veel polaire oplosmiddelen, waaronder alcoholen, ketonen in gematigde concentraties en waterige reinigingsmiddelen. De weerstand tegen alifatische koolwaterstoffen en aromatische oplosmiddelen is beperkter, waardoor deze oplosmiddelen de middenblokfase kunnen doen opzwellen. Dit chemische resistentieprofiel maakt SEBS geschikt voor contact met water, voedsel- en drankproducten en chemische resistentie in de gezondheidszorg, maar minder geschikt voor toepassingen waarbij langdurige chemische stoffen, plantaardige of gehalogeneerde oplosmiddelen zonder specifieke stoffen aan de samenstelling betrokken zijn. De volgende tabel vat de belangrijkste vastgoedbenchmarks samen:

SEBS-compounding: olie-extensies, vulstoffen en polymeermengsels

Pure SEBS-hars wordt zelden gebruikt. De enorme waarde ervan wordt enorm vergroot door de onbeperkte compatibiliteit met een breed scala aan samengestelde ingrediënten, waardoor samenstellers op SEBS gebaseerde verbindingen kunnen ontwikkelen met doelgericht gerichte prestatieprofielen tegen commercieel aantrekkelijke kosten.

Witte minerale olie (paraffinische of naftenische procesolie) is de meest gebruikte weekmaker voor SEBS. Olie selectief de ethyleen-butyleen-middenblokfase opzwellen, waardoor de hardheid wordt verminderd, de flexibiliteit bij lage temperaturen wordt verbeterd en de moeilijkheid van de verbinding wordt vergemakkelijkt voor eenvoudiger verwerking. Met olie verlengde SEBS-verbindingen met olie-SEBS-verhoudingen van 1:1 tot 3:1 op gewichtsbasis zijn standaard in toepassingen met zachte grip, medische hulpmiddelen en voedselcontact. Het styreengehalte van de SEBS-kwaliteit en de oliebelasting bepalen samen de ondergrondse hardheid van de compound. Zeer zachte verbindingen met een Shore A-hardheid van minder dan 20A zijn haalbaar bij hoge oliebelastingen.

Polypropyleen (PP) is het meest gebruikte thermoplastische verdunningsmiddel gemengd met SEBS. PP verbetert de verwerkbaarheid, verbetert de hardheid en modulus, verbetert de hittebestendigheid en verbetert de oppervlakteafwerking van geïntegreerde onderdelen. SEBS/PP-mengsels in verhoudingen van 20:80 tot 80:20 bestrijken een ras scala aan hardheden, van flexibel rubber tot stijf thermoplastisch materiaal, en deze mengsels vormen de basis van een groot segment van in de handel verkrijgbare TPE-S-verbindingen die worden gebruikt in auto-interieurcomponenten, gereedschapshandvatten en consumptiegoederen. SEBS mengt zich ook compatibel met polyethyleen-, EVA- en styreenhomopolymeren voor gespecialiseerde georiënteerden.

Medische en gezondheidszorgtoepassingen

De medische sector is een van de meest bekende en snelstgroeiende eindmarkten voor SEBS. De combinatie van biocompatibiliteit, transparantie, steriliseerbaarheid, afwezigheid van migratie van weekmakers en respect voor de FDA- en ISO 10993-normen maakt SEBS tot een voorkeursmateriaal voor een ras scala aan medische apparatuur en farmaceutische verpakkingstoepassingen.

SEBS-verbindingen van medische kwaliteit worden gebruikt in intraveneuze (IV) slangen en infusiesystemen, waarbij het materiaal gedurende lange perioden flexibel en knikbestendig moet blijven, bestand moet zijn tegen sterilisatie door gammastraling, ethyleenoxide of stoomautoclaaf zonder mechanische degradatie, en geen extraheerbare stoffen in de geïnfundeerde vloeistof mag uitlogen. SEBS heeft PVC grotendeels vervangen in veel toepassingen van IV-slangen, vooral omdat het geen ftalaatweekmakers bevat. Het uitlekken van DEHP-weekmakers uit PVC IV-sets is een regelgevend en veiligheidsprobleem voor pediatrische en neonatale patiënten.

• Spuitplunjertips en sluitingen — SEBS biedt de lage compressie-set en dimensionale stabiliteit die nodig zijn voor betrouwbare afdichting van spuiten gedurende lange termijntermijnen van geneesmiddelen.
• Apparatuur voor ademhalingstherapie – maskerafdichtingen, slangconnectoren en componenten van het beademingscircuit gebruikt van de zachtheid, huidverdraagzaamheid en steriliseerbaarheid van SEBS.
• Sluitingen voor farmaceutische containers — Op SEBS gebaseerde stoppers en septa voor medicijnflesjes en voorvulbare spuiten bieden chemische compatibiliteit met een breed scala aan medicijnformuleringen.
• Overgieten van draagbare medische apparaten — de zachtheid en het huidvriendelijke oppervlak van SEBS maakt het ideaal voor de flexibele ingebouwde elementen van continue glucosemeters, onderdelen van insulinepompen en op het lichaam gedragen biosensoren.

Automotive-toepassingen

De auto-industrie aanzienlijk substantieel op SEBS gebaseerde verbindingen, voornamelijk in toepassingen in het interieur en onder de motorkap, waar de combinatie van potentieel zachtde esthetiek, krachtige weerstand en een lange vereiste vereist is. SEBS/PP-compounds domineren het segment van zachte oppervlaktematerialen voor de bekleding van instrumentenpanelen, de bekleding van deurpanelen, stuurwielgrepen en hoezen voor de versnellingspook – toepassingen waarbij een hoogwaardige smaakkwaliteit voertuigen met hogere specificaties van instapmodellen.

Toepassingen onder de motorkap en afdichtingen maken optimaal gebruik van de overtollige temperatuurbestendigheid van SEBS. Radiatorslang ondersteunende, kabelboomdoorvoertules, trillingsisolatiesteunen en tochtstripafdichtingen genoten allemaal van het vermogen van SEBS om elastische eigenschappen te behouden bij de hoge temperaturen die voorkomen in motorruimteomgevingen (tot 130 °C op sommige locaties) zonder de vulkanisatiestap die vereist is voor EPDM-rubberalternatieven. De thermoplastische aard van SEBS maakt ook recycleerbaarheid van het einde van de stoffen van voertuigen mogelijk, wat een steeds belangrijke factor is bij de selectie van automaterialen onder de Europese en Chinese regelgevingskaders die de doelstellingen voor de recycleerbaarheid van voertuigen bepalen.

Consumentenproducten, voedselcontact en toepassingen voor persoonlijke verzorging

De relevante door SEBS van voedselcontact – duurzaam onder FDA 21 CFR en Europese Verordening EU 10/2011 met de juiste selectie van kwaliteit en aanbeveling – opent een groot marktsegment voor consumentengoederen. Toepassingen die met voedsel in aanrakingen komen, zijn onder meer flexibele snijplankoppervlakken, bijtringen voor baby's en spenen voor zuigflessen, herbruikbare afdichtingen voor voedselopslagzakken, het omspuiten van handvaten voor keukengerei en de flexibele pakkingen van deksels en containers van keukenmachines. Het ontbreken van op ftalaat van bisfenol gebaseerde verbindingen in SEBS-formuleringen is een belangrijk commercieel voordeel in de categorie baby- en kinderproducten, waar de zorgen van ouders over de chemische veiligheid in materialen die in contact komen met baby's commercieel significant zijn.

In de persoonlijke verzorging worden SEBS-verbindingen gebruikt voor de soft-touch gripelementen van handmatige en elektrische tandenborstelhandvatten, scheermesjes, cosmetische applicatorlichamen en afdichtingen voor persoonlijke beschermingsmiddelen. Het vermogen van het materiaal om tot zeer lage hardheidsniveaus te worden gevormd - zacht genoeg om tactiele gripdifferentiatie en comfortabel handgevoel te bieden - gecombineerd met zijn chemische resistentie tegen zepen, oppervlakteactieve stoffen en additieven voor persoonlijke verzorgingsproducten, maakt het technisch zeer geschikt voor deze contacttoepassingen.

Infrastructuur, bouw en industriële toepassingen

SEBS wordt gebruikt als polymeermodificator in bitumen (asfalt) voor wegenbouw- en dakmembraantoepassingen. Wanneer SEBS in bitumen gemengd wordt in een gewichtspercentage van 3 tot 8 procent, ontstaat een polymeer-gemodificeerd bitumen (PMB) met een dramatisch verbeterde weerstand tegen spoorvorming bij hoge temperaturen en tegen thermisch afbreken bij lage temperaturen, waardoor de stoffen van het wegdek met een factor twee tot drie wordt verlengd in vergelijking met conventioneel bitumen in bekende verkeers- en klimaatomstandigheden. Deze infrastructuurtoepassing vertegenwoordigt een van de grootste toepassingen van SEBS wereldwijd, met naam in wegennetwerken in continentale klimaatregio's die daarnaast zijn aan grote seizoenstemperatuurvariaties.

• Waterdichtingsmembranen — SEBS-gemodificeerde bitumenmembranen voor platte daken en het waterdicht maken van ondergrondse constructies bieden een aanpak en verbeterde flexibiliteit bij lage temperaturen in vergelijking met APP-gemodificeerde alternatieven.
• Lijm- en afdichtingsformuleringen — SEBS is een primaire basispolymeer voor drukgevoelige hotmeltkleefstoffen (HMPSA) die worden gebruikt in verpakkingstape, etiketten, de constructie van hygiëneproducten en afdichtingsmiddelen voor de constructie, waarbij de UV-stabiliteit het een onmisbaar voordeel geeft ten opzichte van SBS bij montages die onafhankelijke worden vereist.