TPE熱塑性彈性體即TPE,是一種兼具橡膠和塑料性能的材料,在常溫下顯示橡膠彈性,在高溫下能夠塑化成型的高分子材料。
熱塑性彈性體高分子鏈的基本結(jié)構(gòu)特點是它同時串聯(lián)或接枝某些化學(xué)組成不同的塑料段(硬段)和橡膠段(軟段)。
硬段間的作用力足以凝集成微區(qū)(如玻璃化微區(qū)或結(jié)晶微區(qū)),形成分子間的物理“交聯(lián)”。軟段則是自有旋轉(zhuǎn)能力較大的高端性鏈段。
熱塑性彈性體是彈性體的重要組成部分,常見的熱塑性彈性體有以下幾類:苯乙烯類熱塑性彈性體、聚氨酯類熱塑性彈性體、聚烯烴類熱塑性彈性體、聚酰胺類熱塑性彈性體。
1 苯乙烯類熱塑性彈性體
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,是目前世界上產(chǎn)量最大、發(fā)展最快的一種熱塑性彈性體。主要包括SBS、氫化SBS(SEBS)、SIS 和氫化SIS 等。
苯乙烯類熱塑性彈性體室溫下的性能與硫化橡膠相似,彈性模量異常高,并且不隨相對分子質(zhì)量變化。
憑借強度高、柔軟、具有橡膠彈性、永久變形小的特點,其在制鞋業(yè)、塑料改性、瀝青改性、防水涂料、液封材料、電線、電纜、汽車部件、醫(yī)療器械部件、家用電器、辦公自動化和膠粘劑等方面具有廣泛的應(yīng)用。
2 聚氨酯類熱塑性彈性體
聚氨酯類熱塑性彈性體(TPU)一般是由平均相對分子質(zhì)量為600~4000 的長鏈多元醇(聚醚或聚酯) 和相對分子質(zhì)量為61~400 的擴鏈劑及多異氰酸酯加成聚合的線性高分子材料。
TPU 大分子主鏈中長鏈多元醇(聚醚或聚酯)構(gòu)成軟段,主要控制其低溫性能、耐溶劑性和耐候性,而擴鏈劑及多異氰酸酯構(gòu)成硬段。由于硬、軟段的配比可以在很大范圍內(nèi)調(diào)整,因此所得到的熱塑性聚氨酯既可以是柔軟的彈性體,又可以是脆性的高模量塑料,也可制成薄膜、纖維,是TPE 中唯一能夠做到的品種。
TPU 具有極好的耐磨性、耐油性和耐寒性,對氧、臭氧和輻射等都有足夠的抵抗能力,同時作為彈性體具有很高的拉伸強度和斷裂伸長率,還兼具壓縮永久變形小、承載能力大等優(yōu)良性能。
TPU已在國民經(jīng)濟的許多領(lǐng)域如制鞋行業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、服裝面料和國防用品等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用,但其缺點是耐老化性差、濕表面摩擦系數(shù)低、容易打滑。而且TPU 具有強極性,在加工過程中,當(dāng)剪切作用強烈時,內(nèi)部易發(fā)熱,從而發(fā)生降解,其熔體粘度對溫度依賴性強, 較小的溫度變化就能引起其粘度的急劇變化,因而加工溫度范圍窄,再加之成本較高,價格昂貴,進一步限制了TPU 的推廣應(yīng)用。
3 聚烯烴類熱塑性彈性體
聚烯烴類熱塑性彈性體(TPO)主要包括嵌段共聚物、接枝共聚物和共混物3 種類型,其中采用茂金屬催化劑合成的聚烯烴熱塑性彈性體乙烯—辛烯共聚物(POE)和動態(tài)硫化法制備的熱塑性動態(tài)硫化膠是兩種主要的聚烯烴類熱塑性彈性體。
茂金屬聚烯烴彈性體乙烯—辛烯共聚物茂金屬催化劑與一般傳統(tǒng)的Ziegler-Natta 催化劑相比,具有理想的單一活性中心,因而能精密控制相對分子質(zhì)量分布、共聚單體含量及其在主鏈上的分布和結(jié)晶結(jié)構(gòu)。合成的聚合物是高立構(gòu)規(guī)整聚合物,相對分子質(zhì)量分布很窄,從而能準(zhǔn)確控制聚合物的物理機械性能和加工性能。
采用茂金屬催化劑合成的聚烯烴熱塑性彈性體乙烯—辛烯共聚物(POE)一方面有很窄的分子量和短支鏈分布,因而具有優(yōu)異的物理機械性能(高彈性、高強度、高伸長率)和良好的低溫性能,又由于其分子鏈?zhǔn)秋柡偷?,所含叔碳原子相對較少,因而具有優(yōu)異的耐熱化和抗紫外線性能。
POE 的熱穩(wěn)定性、光學(xué)性能及抗干裂性能優(yōu)于EVA,耐氣候老化性優(yōu)于SBS,脆化溫度低于-76℃,在低溫下仍有較好的韌性和延展性,POE 剪切性好,有利于高速擠出和模塑,很少或不需增塑劑,使用壽命長。
POE 可以用過氧化物、硅烷和輻射方法交聯(lián),交聯(lián)后材料的物理機械性能、耐化學(xué)試劑及耐臭氧性能與EPDM 接近;耐熱老化及抗紫外線老化性能優(yōu)于EPDM 和EPM, 因此POE 更適合于戶外使用,并且POE 的熱壓縮永久變形比EPDM 小。
POE 作為改性劑,既可以改性橡膠,也可以改性塑料。
由于POE 的加工溫度較低,因而與非極性橡膠,特別是EPR、EPDM、NR、SBR 及BR 等的混合較為容易。
POE 的最大應(yīng)用還是在塑料制品上。用POE 改性PP,對其缺口沖擊強度提高很大;將馬來酸酐接枝POE 后的彈性體用來改性PA6,可使材料的吸濕性減小、沖擊強度大幅提高。
2動態(tài)硫化法制備的熱塑性動態(tài)硫化膠
熱塑性動態(tài)硫化橡膠采用動態(tài)硫化法制得的熱塑性彈性體稱為熱塑性硫化橡膠(TPV)。
TPV 是熱塑性彈性體(TPE)的一種特殊類型,與具有彈性的嵌段共聚物不同,而是由彈性體—熱塑性聚合物共混物的協(xié)同作用生成,具有比簡單共混物更好的性質(zhì)。
制備熱塑性硫化橡膠的關(guān)鍵技術(shù)是動態(tài)硫化技術(shù),這一技術(shù)的進步之一是采用低成本的現(xiàn)有加工方法,通過將現(xiàn)有的聚合物進行共混來制備新產(chǎn)品。與傳統(tǒng)的、資金投入強度高的生產(chǎn)新材料的工藝相比,該工藝還能滿足對大型聚合裝置的環(huán)保要求。TPV 技術(shù)的另一些優(yōu)于作為熱塑性彈性體來源的嵌段共聚物的地方是:上限使用溫度高、耐烴類介質(zhì)和壓縮永久變形小。
4 聚酰胺類熱塑性彈性體
聚酰胺類熱塑性彈性體(TPEA)是由高熔點結(jié)晶性聚酰胺硬度和非結(jié)晶性聚酯或聚醚軟緞組成。
根據(jù)聚酰胺熱塑性彈性體合成所需的原料, 其合成方法可以分為二元酸法和異氰酸酯法。
采用二元酸法, TPAE 是由端羧基脂肪族聚酰胺嵌段與端羥基聚醚二元醇通過酯化反應(yīng)制備的。異氰酸酯法是以半芳酰胺為硬段, 脂肪族聚酯、聚醚或聚碳酸酯作為軟段。
采用異氰酸酯法, 半芳酰胺硬段是由芳香族二異氰酸酯與二元羧酸反應(yīng)得到的, 而不是由傳統(tǒng)的二元胺與二元酸進行聚合、環(huán)內(nèi)酰胺的開環(huán)聚合或者二元胺與二元酰氯反應(yīng)等方法來制備。與之相比, 前者避免了芳香族二元胺活性較低、芳香族環(huán)內(nèi)酰胺單體很難得到和反應(yīng)釋放出腐蝕性的氯化氫等問題。
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