SBS、SEBS、SIS の違いとアプリケーション ガイド

SBS、SEBS、SIS の違いとアプリケーション ガイド

スチレン-ブタジエンブロック共重合体(SBS) 、水素化スチレン-ブタジエン ブロック コポリマー (SEBS)、およびスチレン-イソプレン-スチレン (SIS) は、改質剤、エラストマー、熱可塑性ゴムとして広く使用されている 3 つの市販のブロック コポリマーです。これらの中から選択するには、化学構造、熱的および機械的挙動、加工性、他のポリマーや添加剤との適合性、最終用途の性能要件を理解する必要があります。このガイドでは、主要な違いを説明し、一般的な産業用途 (接着剤、アスファルト改質、履物、医療/非医療用品、シーラント、熱可塑性プラスチックブレンド) の実際的な選択基準を示し、材料やサプライヤーを認定する際の実用的なテストと仕様のチェックポイントを提供します。

基本的な化学と構造

分子レベルでは、3 つすべてが熱可塑性ドメインを提供するポリスチレン末端ブロックとエラストマー挙動を与える中間ブロックを備えたブロック共重合体です。 SBS は通常、A がポリスチレン、B がポリブタジエンである線状 ABA トリブロックです。 SEBS は、SBS のブタジエン中間ブロックを水素化して、不飽和結合を飽和エチレン - ブチレン セグメントに変換することで生成されます (熱安定性と酸化安定性が向上します)。 SIS はブタジエンの代わりにポリイソプレンをミッドブロックとして使用し、SBS と比較してより高い粘着性と異なる低温柔軟性を与えます。

構造の実際的な意味

• SBS: 強力なエラストマー回復力と優れた機械的強度を備えていますが、不飽和成分 (酸化、熱、および特定の化学物質に対して脆弱) を含んでいます。
• SEBS: 水素化により中間ブロックの二重結合が除去され、優れた耐熱老化性、耐紫外線性、耐薬品性が得られます。飽和したゴムのように動作します。
• SIS: イソプレンミッドブロックによりタックと接着力が向上。低温では同等の SBS よりも柔らかいですが、SEBS よりも酸化劣化を受けやすい可能性があります。

熱的、機械的、経年劣化による性能の比較

設計およびプロセスエンジニアにとって、使用温度範囲、老化/酸化安定性、機械的特性 (引張強度、伸び、硬度、圧縮永久歪) という 3 つの性能側面が重要です。 SEBS は通常、高温または酸化環境で最も優れたパフォーマンスを発揮します。 SBS は配合によってはわずかに高い機械的強度を提供しますが、SIS は優れた粘着性と低温での柔軟性を提供します。

処理と配合に関する考慮事項

3 つのポリマーはすべて、一般的な熱可塑性装置 (押出、射出成形、ホットメルトブレンド) で加工できますが、溶融中の挙動や添加剤との適合性は異なります。 SEBS は飽和熱可塑性エラストマーのように流動し、水素化により非極性不飽和反応性が低下するため、SBS よりも極性添加剤や充填剤をよりよく受け入れます。 SIS は、粘着剤配合用の粘着付与樹脂および低融点オイルとの相溶性が高くなります。

実践的な配合のヒント

• SBS: 加工中または使用中に熱や酸素にさらされることが予想される場合は、酸化防止剤と安定剤を使用してください。
• SEBS: 架橋または炭化の傾向が低いため、処理温度が高く、耐候性が向上します。
• SIS: 感圧接着剤および低温接着用途には、互換性のある粘着付与剤および可塑剤と組み合わせてください。

適用分野と選択基準

各ポリマーには、その特性のバランスにより好ましい選択となる用途のニッチがあります。以下に一般的なアプリケーションのカテゴリーと実際的な選択ガイドを示します。

接着剤と感圧性配合物

SIS は、高い粘着性と低温粘着性により、感圧接着剤 (PSA) に優れています。 SBS は、より高い強度が必要であり、タックが中程度である場合のホットメルト接着剤に使用されます。 SEBS ベースの接着剤は、優れた耐熱性と耐紫外線性を備えており、接着接合部が高温や屋外にさらされる場合に役立ちます。

アスファルトとアスファルトの改質

SBS はアスファルト改質 (SBS 改質ビチューメン) の業界標準です。弾性が向上し、わだち掘れや亀裂に対する抵抗力が向上し、荷重がかかっても回復可能な変形が得られます。 SEBS は、酸化劣化や高温使用が懸念される場合に使用できますが、コストと配合を考慮すると、道路舗装では SBS が優先されることがよくあります。

履物およびエラストマー部品

SBS は、ミッドソールと柔軟な靴コンポーネントの反発力と強度のバランスを提供します。 SEBS は、屋外の履物に紫外線や熱に対する長期的な耐久性を提供します。 SIS は、一部の特殊な快適層や裏面に接着剤が付いているコンポーネントなど、柔らかさと粘着性が優先される場合に使用されます。

医療および衛生 (該当する場合)

SEBS は、その飽和性と酸化に対する耐性により、一部の医療用途における長期安定性の要件を満たす可能性が高くなります。皮膚との接触については、サプライヤーが生体適合性データおよび関連する規制検査結果 (細胞毒性、皮膚刺激性) を提供し、未反応のモノマーや有害な残留物が存在しないことを確認するようにしてください。

他のポリマーや添加剤との適合性

相溶性は、ポリオレフィン、PVC、油、粘着付与剤、充填剤、難燃剤と混合するときのブレンドの安定性と最終特性に影響します。 SEBS は、飽和したミッドブロックにより、極性添加剤との適合性が高く、フィラーの分散が良好になる傾向があります。 SBS はアスファルトおよび無極性熱可塑性プラスチックとよく混合します。 SISは、接着剤に使用される粘着付与剤や軟化剤との相溶性に優れています。

テスト、仕様、および合格基準

材料を認定する際には、スチレン含有量、ブロック分子量、メルトフロー (MFR) またはムーニー粘度、ショア硬度、引張弾性率と伸び、熱特性 (スチレンブロックの Tg、使用温度範囲) などの明確な仕様を設定します。屋外または長寿命アプリケーションの場合、加速老化試験 (UV、熱) と酸化安定性が含まれます。接着剤用途の場合は、関連する環境条件下でのタック、剥離強度、せん断保持力を指定します。

調達推奨テストリスト

• ブロック共重合体の分子量分布を確認するための GPC または GPC-SEC。
• 加工挙動に関するメルトフローレート (MFR) またはせん断レオロジー。
• ショア A または D 硬度、引張強さ、破断伸び。
• 老化（熱、UV）と酸化誘導時間（OIT）を促進し、長期安定性を実現します。

処理の課題と緩和策

一般的な製造上の課題には、熱劣化 (特に不飽和 SBS および SIS)、タック関連の取り扱い上の問題、および相溶性のないブレンドでの相分離が含まれます。軽減戦略には、制御された加工温度、酸化防止剤パッケージ、接着剤用の粘着付与剤/可塑剤の適切な選択、困難なブレンドに対する相溶化剤またはグラフト共重合体の使用が含まれます。

環境、規制、リサイクルに関する注意事項

SEBS と SIS は熱可塑性であり、適合する場合には機械的リサイクルの流れでリサイクル可能です。 SBS には不飽和部位が含まれていますが、それでも機械的にリサイクル可能です。ただし、酸化老化はリサイクル特性に影響を与える可能性があります。規制された用途 (食品との接触、医療) については、申告を要求し、レポートをテストし、現地の規制 (EU REACH、FDA 該当する場合) への準拠を確認してください。ライフサイクルの問題を考慮してください。水素化 (SEBS を作成するため) では、処理ステップとエネルギー投入が追加されますが、多くの用途で耐用年数が長くなります。

選択方法: 段階的な選択ワークフロー

構造化されたワークフローを使用して、最適なブロック コポリマーを選択します。

• 機能要件を定義します: 粘着性、弾性、温度範囲、UV/酸化暴露、化学的接触、規制上の制約。
• 優先順位によって特性をランク付けします。たとえば、接着剤では粘着性と剥離性を優先します。アスファルトでは弾性回復性と耐老化性を優先します。
• 候補ポリマー (SBS、SEBS、SIS) および必要なグレード (スチレン含有量、分子量範囲) を候補リストに挙げます。
• 実際の配合成分と加速老化を使用して、実験室規模の混合および性能テストを実行します。
• ロットのトレーサビリティ、テスト証明書、合意された受け入れテスト (関連する場合は FAT/PAT) などの文書をサプライヤーに提出します。

サプライヤーの資格および仕様チェックリスト

適格なサプライヤーが技術データシート、分析のバッチ証明書、および社内テスト用の小規模な試用出荷を要求する場合。保管と取り扱いの推奨事項、有効期限、必要な安定化措置を確認してください。

• 各ロットの TDS および CoA (スチレン含有量、ムーニー/MFR、Tg、充填されている場合は灰分)。
• 酸化防止剤/安定剤の情報と推奨される処理期間。
• 推奨される取り扱い、保管条件、および保存期間。

最終的な推奨事項

実証済みのビチューメンでのエラストマー改質、コスト効率の高いエラストマー性能が必要な場合、および酸化曝露は中程度だが安定剤で管理できる場合には、SBS を選択してください。長期にわたる熱安定性と酸化安定性、耐候性、極性添加剤との適合性の向上が重要な場合は、SEBS を選択してください。特に感圧接着剤において、高粘着性、優れた低温接着性、および柔らかさが要件の大半を占める場合には、SIS を選択してください。技術的および商業的リスクを軽減するために、材料の選択を常に代表的な試験で検証し、明確な受け入れテストを指定し、バッチ固有の文書でサプライヤーを認定します。