スチレン系熱可塑性エラストマー: 特性、グレードおよび選択ガイド

ソフトグリップツールのハンドルを持ち上げたり、感圧ラベルの裏紙を剥がしたり、ランニングシューズのソールに親指を押し込んだりすると、スチレン系熱可塑性エラストマーに触れている可能性がかなりあります。これらの材料は、部品がゴムのような感触を必要としながらもプラスチックのように成形、押し出し、またはリサイクルできる場合には、密かにデフォルトの答えとなっています。

初めて指定する場合、または既存の配合が仕様から外れ続ける理由を解明しようとしている場合、名前が混乱する可能性があります。 SBS、SEBS、SEPS、TPE-S、TPS: 略語は重複しており、サプライヤーが異なれば同じ化学反応を異なる言葉で説明します。短いバージョンでも十分シンプルです。スチレン系熱可塑性エラストマーは、硬いポリスチレンセグメントと柔らかいゴム状のミッドブロックから構成されるブロックコポリマーです。以下では、その構造が実際に何を意味するのか、主なグレードがどのように異なるのか、長いリストをテストする価値のある 2 つまたは 3 つの候補に絞り込む方法について説明します。

スチレン系熱可塑性エラストマーの定義

注目すべき単語は「ブロック」です。スチレン系 TPE 分子は、モノマーのランダムな混合物ではありません。それは順番に組み立てられた鎖であり、通常はポリスチレン、次にゴム状の中間セグメント、そして再びポリスチレンです。室温では、ポリスチレンの末端ブロックはガラス転移温度より低いため、集合して剛直なドメインを形成します。これらのドメインはゴム状のミッドブロックを固定し、物理的な架橋として機能します。これにより、素材に弾性回復力が与えられます。

ポリマーをポリスチレンドメインの軟化点以上に加熱すると、架橋が一時的に消失します。材料は流れて金型に充填され、冷却するとドメイン構造が再形成されます。これがスチレン系 TPE と従来の熱硬化性ゴムの本質的な違いです。加硫ステップがなく、長い硬化サイクルもなく、製造スクラップは通常は再粉砕して再利用できます。これらのポリマーが、化学ではなく挙動を表す用語である熱可塑性ゴムと呼ばれることがあるのもこのためです。

3 つの主要なスチレン系ブロック共重合体ファミリー

市販されているほぼすべてのスチレン系 TPE は 3 つのファミリーのいずれかに属しており、チェーンの中央に位置するものによって区別されます。

SBS: スチレン-ブタジエン-スチレン

SBS はオリジナルのスチレン系ブロック共重合体であり、現在でも最もコスト効率が高いです。高い引張強さ、優れた弾性回復力、アスファルトや多くの粘着付与樹脂との優れた相溶性を備えているため、アスファルト改質やホットメルト接着剤配合で主流となっています。その制限は、不飽和ブタジエン ミッドブロックであり、紫外線、酸素、および長期の熱暴露に弱いことが挙げられます。屋内用途、履物用コンパウンド、および短寿命の接着剤にとって、依然として優れた価値を持っています。

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SEBS: 水素化スチレン-ブタジエン-スチレン

ブタジエンのミッドブロックを水素化すると飽和エチレン-ブチレンセグメントに変換され、そのたった 1 つの変化によって特性プロファイルが再形成されます。 SEBS は、紫外線劣化や熱老化に対してはるかに優れた耐性を持ち、色と透明度を保持し、ベタつくことなく大量のパラフィン系オイルを吸収します。また、ポリプロピレンと容易にブレンドできるため、ソフトタッチのオーバーモールディング、フレキシブルチューブ、ケーブルコンパウンド、およびポリマー改質の主力製品となります。部品に日光、滅菌、または長い耐用年数が必要な場合は、通常、SEBS が開始点となります。

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SEPS: 水素化スチレン-イソプレン-スチレン

ミッドブロックがブタジエンではなくイソプレンの場合、水素化によりエチレン-プロピレンセグメントが生成されます。 SEPS は、他のファミリーにはない 2 つの特徴をもたらします。それは、炭化水素油への優れた溶解性と、適切に配合された化合物の非常に高い透明性です。この組み合わせにより、オイルジェル、粘度指数向上剤、化粧品およびパーソナルケア成分、曇りが許容できない透明エラストマーに最適な材料となります。また、SBS よりも高い使用温度にも耐えられます。

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設計できるプロパティ

スチレン系 TPE の実用的な魅力の 1 つは、反応器で固定するのではなく、配合中に特性プロファイルをどの程度調整できるかです。いくつかのレバーが最も重要です。

• 硬さ。配合範囲はおよそ 5 ～ 95 ショア A です。ホワイト オイルを添加するとコンパウンドが柔らかくなります。ポリプロピレンまたはポリスチレンを添加すると剛性が高まります。
• 弾力性とセット性。ブロックの構造とスチレンの含有量によって、繰り返し変形した後に材料がどの程度形状に戻るかが決まります。
• 熱安定性。水素化ミッドブロックは高温での酸化や黄変に耐性があり、これは自動車の内装や食品と接触する部品にとって重要です。
• 明瞭さ。透明グレードは、使用するポリマー、オイル、添加剤の屈折率の一致に依存します。
• 油と溶剤への反応。 SEPS は炭化水素油に溶解します。 SEBSが盛り上がる。間違ったものを選択すると、フィールドでの失敗の一般的な原因になります。
• 粘着力。粘着付与樹脂と反応性押出成形を使用して、粘着性を高めたり、エラストマーを極性基材に接着したりすることができます。

これらの材料がどのように処理されるか

スチレン系 TPE は、ポリプロピレンや ABS などの硬質基材上での射出成形、押出成形、ブロー成形、ツーショット オーバーモールディングなどの標準的な熱可塑性樹脂装置で実行されます。加硫プレスは必要なく、サイクルタイムは短く、成形業者は溶融温度とせん断を調整してドメイン配向と表面仕上げを制御できます。

配合はエンジニアリングのほとんどが行われる場所です。油延長によりベースポリマーが柔らかくなり、ポリプロピレンブレンドにより耐熱性が向上した TPE が生成され、反応性押出により極性基または官能基が導入されて接着力が向上します。取り組んでいるチームにとって プラスチックの修正 多くの場合、これらの複合グレードが、脆い部品と落下試験に耐えられる部品の違いとなります。

スチレン系熱可塑性エラストマーが使用される場所

アプリケーションのリストは、単一のポリマー ファミリとしては異常に広範囲にわたるため、グレードの選択には注意が必要です。

• 接着剤およびシーラント（ホットメルトおよび感圧配合物を含む）
• アスファルトとアスファルトの改質、および熱可塑性道路標識化合物
• ポリマー改質、特にポリプロピレンの衝撃強化
• フットウェア、フォームミッドソール、ソフトグリップツール
• 医療用チューブ、食品と接触する部品、および医薬品の蓋
• 光ファイバーおよびケーブル充填コンパウンド
• オイルジェルや増粘剤などの化粧品およびパーソナルケア成分
• 消費者向けソフトタッチグッズ、クッション、ノベルティアイテム

同じベースケミストリーが非常に多くのセグメントに対応しているため、トライアルに参加する前にグレードがどのように並んでいるかを確認するのに役立ちます。役立つ参考資料はこの概要です SBS、SEBS、SIS を並べて比較する 、各構造を最適なパフォーマンスを発揮するアプリケーションにマップします。

実用的な選択チェックリスト

顧客が部品図面とサービス条件を送ってくると、通常、私たちは同じ一連の質問に答えます。トン単位で購入する場合でも、トラック一台分を購入する場合でも、これは良い習慣です。

1. 最後に使用した材料の硬度ではなく、パーツに実際に必要な硬度と弾性率を定義します。
2. 加工または滅菌中の短期間のピークを含む、実際の使用温度範囲を確立します。
3. 部品が日光、オゾン、または熱風にさらされるかどうかを決定します。 「はい」の場合は、水素添加グレードを選択してください。
4. SEBSとSEPSでは溶解度が大きく異なるため、化学的環境、特に油や溶剤との接触を確認してください。
5. 光学要件を確認してください。透明性が重要な場合は、透明なグレードが機能すると仮定するのではなく、配合試験の時間を確保してください。
6. 射出成形、押出成形、オーバーモールディングではそれぞれ異なるメルト フローが優先されるため、加工ルートを一致させます。
7. 食品との接触、医療、玩具関連の要件など、規制上の要求を早期に確認します。

素材の裏側: 製造と一貫性

特性データシートには、ポリマーが何ができるかが記載されています。一貫した生産により、来月の生産がわかります。 Zhejiang Zhongli Synthetic Materials Technology の生産ラインは、国際的に供給されたポンプと機器を備えた横河 DCS 制御システムで稼働しており、すべてのバッチは原材料の受け入れから完成品の出荷までに 8 つの検査ステップを通過します。当社のポスドク ワークステーションは、当社が製造する SBS、SEBS、SEP(S)、および水素化イソプレン ポリマー グレードの背後にある分子設計作業をサポートしており、通常、顧客固有の変更が始まる場所でもあります。

スチレン系熱可塑性エラストマーの選択が単一の数字に決まることはほとんどありません。結局のところ、ブロック アーキテクチャを、製品が実際に経験する温度、化学反応、および処理ルートに適合させることが重要になります。ミッドブロックから始めて水素添加レベルを確認し、コンパウンドで硬度と透明度を調整します。アプリケーションの詳細をお送りいただければ、当社の技術チームが喜んでオプションを検討し、テストするグレードを提案させていただきます。