水素化スチレン-イソプレンブロック重ね共体 (SEPS): テクニカルガイド

とは何ですか 水素添加スチレン・イソプレンブロック共重合体

水素化スチレン-イソプレン ブロック共重合体 (SEPS) は、スチレン-イソプレン-スチレン (SIS) ブロック共重合体の選択的水素添加によって製造される熱可塑性エラストマーです。水素化プロセスにより、イソプレンのミッドブロック内の二重結合が飽和され、不飽和ポリイソプレンセグメントが飽和エチレン-プロピレンゴム状構造に変化します。その結果、SIS 前駆体の弾性のあるゴムのような挙動を保持しながら、酸化、紫外線劣化、熱老化に対する耐性が大幅に向上したポリマーが得られます。この特性は、不飽和イソプレン ミッドブロックでは得られません。

SEPS は、SEBS (水素化スチレン-ブタジエン-スチレン) および SIBS (スチレン-イソブチレン-スチレン) も含む、より広範な水素化スチレン系ブロック共重合体 (HSBC) ファミリーに属します。 このファミリーの各メンバーは、同じ基本的なトリブロック構造 (柔らかいエラストマーのミッドブロックを固定する 2 つの硬質ポリスチレン エンドブロック) を共有していますが、ミッドブロックの化学的性質が異なり、機械的挙動、オイル適合性、ガス透過性、および加工特性の違いが生じます。 SEPS はこのファミリー内で特定の位置を占めており、特に低温でのより柔らかく、より追従性の高いエラストマーや、特定の鉱油系との高い適合性を必要とする用途において、SEBS では完全には再現できない特性を提供します。

分子構造と水素化の役割

水素化スチレン-イソプレンブロック共重合体がなぜそのような挙動をするのかを理解するには、その分子構造と水素化ステップによって実際に何が変化するのかを明確に把握する必要があります。

ブロックコポリマーの構造

SEPS は、S-EP-S と呼ばれる線状トリブロック構成で製造されます。ここで、S はポリスチレン末端ブロックを表し、EP は水素化ポリイソプレン (エチレン-プロピレン) 中間ブロックを表します。ポリスチレンエンドブロックは、ガラス転移温度 (Tg) が約 100 ℃ の硬くてガラス状のセグメントです。この Tg より低い使用温度では、ポリスチレン ドメインが物理的架橋として機能し、硬いミクロ相分離ドメインに凝集して、柔らかいミッドブロック鎖を固定し、弾性回復を担うネットワーク構造を提供します。

エチレン - プロピレン ミッドブロックのガラス転移温度は摂氏マイナス 60 度をはるかに下回っており、産業用および民生用アプリケーションで遭遇する使用温度の事実上全範囲にわたって柔らかく柔軟なままであることを意味します。このミッドブロックは、ゴムのような伸び、低弾性率、および材料のエネルギー吸収特性を担うセグメントです。

物理的架橋は熱可逆的であるため、ポリスチレンのドメインが軟化して Tg を超えると流動するため、SEPS は熱可塑性プラスチックと同様に溶融加工でき、従来の加硫ゴムを制限する化学架橋の制約を受けることなくリサイクルできます。

水素化によって何が変わるのか

親 SIS コポリマーには、ミッドブロックのすべてのイソプレン繰り返し単位に炭素-炭素二重結合 (不飽和) が含まれています。これらの二重結合は、不飽和エラストマーの 3 つの主要な環境劣化経路である酸素 (酸化分解)、オゾン (オゾン分解)、紫外線による攻撃を受けやすい反応部位です。水素化では、遷移金属触媒の存在下、高温高圧下で各不飽和結合に水素を付加することにより、これらの二重結合が除去されます。

市販の水素化目標は通常、中間ブロックの二重結合が 95% を超える飽和度であり、ポリスチレンの末端ブロックはほとんど影響を受けません。その結果、熱可塑性エラストマーのトリブロック構造に永久的にグラフトされた、屋外、自動車、医療用途で耐久性が確立されている素材であるアモルファスエチレンプロピレンゴム (EPR) によく似たミッドブロックの化学構造が得られます。

この構造変更の実際的な効果には、非水素化 SIS と比較して、熱酸化老化に対する耐性の大幅な向上、オゾン亀裂のリスクの排除、UV にさらされる用途での耐用年数の大幅な延長などが含まれます。

主要な物理的および機械的特性

水素化スチレン-イソプレンブロックコポリマーの特性プロファイルは、そのブロック構造、スチレン含有量、中間ブロックの分子量、および達成される水素化の程度によって定義されます。これらの変数は、重合および水素化中に調整して、特定の最終用途に合わせて材料を調整できます。

機械的性質

純粋な形状または軽く伸長した形状で使用される SEPS グレードは、15 ～ 35 MPa の範囲の引張強度、400 ～ 1,000% の破断点伸び、およびスチレン含有量と配合に応じて通常 20 ～ 70 の硬度値 (ショア A) を示します。スチレン含有量が低いグレードでは、より柔らかく、より伸張性のある材料が生成されます。スチレン含有量の高いグレードは、低温での柔軟性が低下する代わりに、剛性と引張強度が向上します。

圧縮永久歪み (持続的な圧縮荷重下で材料が永久に変形する程度) は、シーリングおよびガスケット用途の重要な仕様パラメータです。 SEPS は、特に中程度の温度で優れた耐圧縮永久歪み性を示しますが、一般に、長期間の高温圧縮下では化学的に架橋されたゴムよりわずかに劣ります。

熱特性

SEPS の使用温度の上限はポリスチレン ドメインのガラス転移温度によって決まり、通常、連続使用は摂氏 80 ～ 90 度未満に制限されます。 充填されていない、化合されていない形で。この範囲を超えると、物理的な架橋ネットワークが弱くなり、荷重がかかると永久変形が発生します。強化樹脂または高スチレン樹脂と配合すると、配合によってはこの上限を延長できる場合があります。ローエンドでは、SEPS は摂氏マイナス 50 度を大幅に下回る温度まで使用可能であり、EP ミッドブロックの Tg が低いため、多くの低温柔軟性要件において SEBS を上回ります。

油と可塑剤の適合性

SEPS の実用上最も重要な特性の 1 つは、ナフテン系およびパラフィン系鉱物油との高い適合性です。 EP ミッドブロックはこれらのオイル中で選択的に膨潤するため、相分離や機械的完全性の大幅な損失を引き起こすことなく、大量の増量オイルを SEPS ベースのコンパウンドに組み込むことができます。この油延長能力はホットメルト接着剤配合物に広く利用されており、鉱油を添加すると粘度が低下し、オープンタイムと凝集強度が変化して用途固有の要件を満たすことができます。

SEPS は芳香族溶剤や炭化水素燃料に対して耐性がありません。これらは過度の膨潤や特性劣化を引き起こします。耐燃料性または芳香族溶剤性が必要な用途には、SIBS または特殊フルオロエラストマーがより適切な選択肢となります。

加工方法と配合

水素化スチレン-イソプレン ブロック コポリマーは熱可塑性であり、加硫や化学架橋を必要とせずに、ほとんどの標準的なポリマー加工技術で加工できます。従来のゴムに比べてこの加工性の利点は、製造効率とともにエラストマー性能が必要とされる用途での SEPS 採用の主な推進要因の 1 つです。

ホットメルト加工

SEPS は、そのまま、または粘着付与樹脂、鉱油増量剤、安定剤と組み合わせたホットメルトとして広く加工されています。ホットメルト接着剤の用途では、ポリマーは通常 150 ～ 180 ℃の温度で溶融し、スロット ダイ コーティング、ロール コーティング、またはホットメルト スプレーによって塗布されます。これらの温度における油展 SEPS 配合物の溶融粘度は低いため、高粘度の SEBS ベースのシステムでは実用的ではない高速コーティング操作が可能になります。

押出成形と射出成形

コンパウンド SEPS グレードは、一軸または二軸押出成形および射出成形によって加工できます。処理温度は通常 180 ～ 220 ℃の範囲ですが、上限はポリスチレン ドメインの熱劣化の開始と潜在的な変色によって制限されます。 SEPS コンパウンドは、長時間の処理温度における EP ミッドブロックの熱安定性が低いため、SEBS コンパウンドよりもせん断と温度の影響を受けやすく、高スループット操作では慎重なスクリュー設計と滞留時間の制御が必要です。

溶液処理

SEPS は、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、脂肪族ミネラルスピリットなどの非極性溶媒に容易に溶解します。溶液キャストフィルム、コーティング、および接着剤システムは、SEPS を溶媒に溶解し、その溶液を基材に塗布し、溶媒を蒸発させることによって製造されます。このアプローチは、溶融加工温度が基材や有効成分に損傷を与える可能性がある医療用パッチ接着剤、剥離ライナー コーティング、および特殊フィルム用途で使用されます。

配合処方原理

純粋な SEPS が、配合せずに産業用途に使用されることはほとんどありません。標準配合成分とその機能は次のとおりです。

• 鉱物油（ナフテン系またはパラフィン系） : EP ミッドブロックを選択的に膨潤させて柔らかくし、硬度と弾性率を低下させ、加工時の溶融粘度を低下させ、ポリマーを経済的に拡張します。一般的な添加レベルは、ターゲットの柔らかさと用途に応じて、ゴム 100 部あたり 50 ～ 300 部 (phr) の範囲です。
• 粘着付与樹脂（水素化炭化水素樹脂、ロジンエステル） : ミッドブロックまたはエンドブロック相と結合して、粘着性を高め、剥離接着力を改善し、接着剤配合物のオープンタイムプロファイルを変更します。ミッドブロック結合樹脂はコンパウンドを柔らかくし、濡れを改善します。エンドブロック結合樹脂は凝集強度を高め、使用温度の上限を高めます。
• ポリプロピレンまたはポリエチレン : SEPS ベースの TPE コンパウンドに添加され、熱可塑性プラスチックの加工性を維持しながら硬度、剛性、上限使用温度を向上させます。 PP は融点が高く、高温でのポリスチレンエンドブロックとの適合性が高いため、より一般的に選択されます。
• 充填剤（炭酸カルシウム、シリカ、タルク） : 主にコスト削減と剛性と表面仕上げの変更を目的として追加されました。加硫ゴムとは異なり、カップリング剤がないと充填剤とポリマーマトリックス間の化学結合が制限されるため、強化充填剤は SEPS コンパウンドほど機械的特性を向上させません。
• 酸化防止剤と紫外線安定剤 : ヒンダードフェノール系酸化防止剤が加工中や使用中の熱酸化劣化を防ぎます。屋外用途向けに、紫外線吸収剤とヒンダードアミン光安定剤 (HALS) が添加されています。

水素添加スチレン・イソプレンブロック共重合体の主な用途

SEPS は、エラストマーのコンプライアンス、耐久性、熱可塑性加工性、鉱物油または炭化水素樹脂との適合性の組み合わせが必要なあらゆる業界で幅広い用途に使用されます。以下のセグメントは主要な最終用途市場を表しています。

感圧接着剤およびホットメルト接着剤

SEPS ベースのホットメルト感圧接着剤 (HMPSA) は、衛生製品 (おむつ、女性用ケア、成人用失禁製品)、医療用テープ、およびラベルに広く使用されています。 SEPS は、高粘着性、制御された剥離接着力、および皮膚適合性配合の可能性の組み合わせにより、皮膚接触接着剤用途に好ましいポリマーとなっています。 SEPS ベースの HMPSA は、強力な接着システムに伴う刺激を与えることなく皮膚接着を実現でき、その配合は特定の皮膚タイプ、湿気暴露条件、および着用期間の要件に合わせて最適化できます。

建設用および工業用アセンブリの接着剤では、SEPS ベースのホットメルトは、フォーム、布地、フィルムなどのフレキシブル基板の接着に使用されます。接着層のコンプライアンスと回復は、使用条件下で接着されたアセンブリの変形挙動と一致する必要があります。

医療およびヘルスケア用途

SEPS は、生体適合性の可能性、硫黄ベースの加硫残留物（従来のゴム加工に特有のもの）がないこと、抽出物が少ないこと、柔らかい触感の特徴などの組み合わせにより、医療機器コンポーネントにとって魅力的なものとなっています。アプリケーションには次のものが含まれます。

• 柔軟性と透明性が要求される医療グレードのチューブと流体処理コンポーネント
• 創傷ケアおよび経皮薬物送達パッチ接着剤は、活性医薬品成分を制御放出するように配合されています。
• 医療機器のハンドル、グリップ、ウェアラブル機器のハウジングにソフトタッチのオーバーモールディングを採用
• 重要ではない液体封じ込め用途におけるシリンジのプランジャーチップとストッパー

医療グレードの SEPS コンパウンドは、ISO 10993 生体適合性試験フレームワークに準拠した抽出物および浸出物の仕様を満たす必要があり、特定のグレードは可塑剤の移行と残留溶媒含有量を最小限に抑えるように配合されています。

パーソナルケアと化粧品

SEPS は、口紅、リップグロス、ヘアスタイリング製品、スキンケア製品などの無水化粧品配合物の構造化剤およびゲル化剤として使用されます。化粧品グレードの鉱物油およびシリコーンとの適合性により、配合者は粘度、滑り性、およびフィルム形成特性を制御したゲルネットワークを構築できます。 SEPS 構造の配合物は、相分離や構造破壊を起こすことなく、消費者による使用や輸送で経験される温度範囲 (摂氏マイナス 20 度からプラス 50 度) にわたって良好な温度安定性を示します。

シーラント、ガスケット、ソフトタッチコンポーネント

建築および建設現場では、SEPS コンパウンドは柔軟なシーラント、伸縮継手フィラー、および周期的変形下での順応性と回復とともに長期の耐 UV 耐性とオゾン耐性が必要とされるウェザーストリップ プロファイルに配合されます。加硫処理がないため製造が簡素化され、製造スクラップのリサイクルが可能になります。

消費財では、SEPS オーバーモールディング コンパウンドは、歯ブラシのハンドル、かみそりのハンドル、スポーツ用品、および電子機器のハウジングにソフトグリップ表面を提供します。この材料は 2 成分射出成形 (2K 成形) でポリプロピレン基材によく接着するため、消費者製品の製造で最も広く使用されている構造ポリマーと互換性があります。

アスファルトとアスファルトの改質

SBS (スチレン-ブタジエン-スチレン) は依然として道路舗装用途のアスファルト改質における主要なブロック共重合体ですが、SEPS および SEBS は耐老化性の向上と長期弾性回復が優先される改質アスファルト配合物、特に屋根材の膜や耐用年数 20 ～ 30 年の熱サイクルでの耐用年数 20 ～ 30 年の熱サイクルで非水素化ブロック共重合体より優れた酸化安定性が求められる防水用途で使用されます。

規制状況と安全性に関する考慮事項

水素化スチレン-イソプレン ブロック コポリマーは、消費者および医療用途において十分に確立された安全性プロファイルを備えた化学的に不活性なポリマーです。 SEPS は純粋な形で、意図的に添加された可塑剤、重金属安定剤、ハロゲン化難燃剤など、多くの市場で規制上の懸念事項となる汚染物質を含んでいません。

食品と接触する用途および食品包装用途の場合、SEPS への準拠は、使用される特定のグレードおよび配合添加剤によって異なります。欧州連合では、食品との接触を目的としたプラスチック材料に関する EU 規則 No. 10/2011 に基づいて食品との接触に関する適合性が評価されており、配合成分ごとに関連する物質リストを確認する必要があります。米国では、食品との接触に関するコンプライアンスは FDA 21 CFR 規制に該当し、適用されるセクションは食品との接触の性質と加工条件に応じて異なります。

医療機器用途の場合、SEPS 化合物は ISO 10993 (医療機器の生物学的評価) に基づいて評価される必要があり、必要な特定の試験プロトコルは患者との接触の性質と期間によって異なります。 医療グレードの SEPS のサプライヤーは通常、デバイス メーカーによる規制への提出を容易にするために、ドラッグ マスター ファイル (DMF) サポートまたは生体適合性テスト データ パッケージを提供します。

SEPS は、固体ポリマーの形態では標準的な GHS 基準では危険物として分類されません。高温で処理すると、スチレン系モノマーの蒸気や分解生成物が濃度で発生する可能性があり、関連する国の健康安全当局が定めた職業上の暴露限度に沿った適切な換気と個人用保護具が必要です。

の調達と仕様のガイダンス SEPS

水素化スチレン-イソプレンブロック共重合体は、限られた数の世界的メーカーによって製造されている特殊ポリマーです。主な販売元には、クラレ (SEPS 製品ラインとして最も広く認知されているセプトン ブランド名) のほか、過去 10 年間にわたって SEPS 容量を市場に投入してきたアジアの製造会社数社が含まれます。グレードの選択には、いくつかの重要なパラメーターにわたるポリマーの仕様とアプリケーション要件を調整する必要があります。

主要な仕様パラメータ

1. スチレン含有量 : 重量パーセントで表され、市販の SEPS グレードでは通常 10% ～ 35% の範囲です。スチレン含有量が低いほど、引張強度が低く、より柔らかく、より柔軟な材料が生成されます。スチレン含有量が高くなると、油吸収能力が低下し、より硬く、高強度の材料が生成されます。この選択は、対象となる用途の硬度と弾性率の要件によって決まります。
2. 分子量とメルトフロー : 分子量の高いグレードは、接着剤用途においてより優れた機械的特性と凝集強度を提供しますが、より高い加工温度を必要とし、より高い溶融粘度を生成します。指定された試験条件でのメルト フロー インデックス (MFI) は、加工性の標準的な比較尺度です。
3. 水素添加度 : UV、オゾン、熱酸化耐性が重要な用途では、ミッドブロック二重結合が 95% 以上飽和していることを確認する必要があります。残留不飽和レベルは通常、プロトン NMR またはヨウ素価検査によって確認されます。
4. コンテンツをブロックします : S-EP ジブロック分子 (単一のエンドブロックと 1 つのミッドブロック アーム) の完全なトリブロックに対する割合は、接着剤用途に関連する品質パラメータです。ジブロック含有量が高くなると、粘着性が増加し、凝集力が低下します。制御されたジブロック含有量は、HMPS 接着剤設計の配合ツールです。
5. グレード別の認定 : 医療および食品と接触する用途の場合は、ISO 10993 生体適合性データ、FDA 21 CFR 準拠文書、EU の食品と接触する準拠宣言、および欧州市場向けの REACH 物質登録ステータスの入手可能性を確認します。
6. ロット間の一貫性 : 配合性能が厳密に管理されている接着剤および医療用途の場合は、特定の商用グレードを認定する前に、分子量分布、スチレン含有量、ジブロック含有量のロット間のばらつきに関するデータをリクエストして、サプライチェーンの一貫性リスクを評価してください。

SEPS は、生産者やグレードに応じて、ペレット、クラム、ベールの形状で入手できます。ホットメルト接着剤の加工では、正確な計量と一貫したメルトイン速度を容易にするペレット形状が標準です。溶液処理および配合用途には、より容易に溶解または分散するクラムまたは粒状の形態が好ましい場合があります。