水素化スチレン-ブタジエンブロック共重合体 (SEBS) の特性と使用場所?

SEBS とは何ですか?また、SBS との構造の違いは何ですか?

水素添加スチレン-ブタジエンブロック共重合体 一般に SEBS と略称される、スチレン-ブタジエン-スチレン (SBS) ブロック共重合体の選択的水素化によって生成される熱可塑性エラストマー (TPE) です。この水素化プロセスでは、SBS のポリブタジエン ミッドブロックの炭素-炭素二重結合が触媒条件下で水素で飽和され、ブタジエン セグメントがエチレン-ブチレン セグメントに変換されます。そのため、完全な化学名はスチレン-エチレン/ブチレン-スチレンです。ポリスチレンのエンドブロックは変更されません。この構造修飾は、SEBS とその母材である SBS との最も重要な違いであり、SEBS を高級エンジニアリング エラストマーとして特徴づける、劇的に優れた熱安定性、酸化安定性、UV 安定性の原因となっています。

SEBS のブロック アーキテクチャは、ナノスケールで 2 相の微細構造を作成します。硬質ポリスチレン末端ブロックは自己集合して熱可逆性架橋として機能する物理架橋ドメインを形成し、一方、軟質エチレン-ブチレン中間ブロックマトリックスは弾性と柔軟性を提供します。この相分離した形態により、ポリスチレンブロックのガラス転移温度（約 90 ～ 100 ℃）以上では熱可塑性プラスチックとして完全に加工可能でありながら、使用温度では SEBS にその特徴的なゴムのような機械的挙動が与えられます。その結果、加硫ゴムの性能と熱可塑性プラスチックの加工の利便性およびリサイクル性を組み合わせた材料が誕生しました。この組み合わせにより、SEBS は世界のポリマー市場で商業的に最も重要な TPE ファミリーの 1 つとなりました。

SEBS の主要な物理的および化学的特性

SEBS の性能プロファイルは、従来のゴムや他の熱可塑性エラストマーとは異なる特性の独特の組み合わせによって定義されます。これらの特性を定量的に理解することは、特定の用途向けに SEBS を評価する材料エンジニアや製品設計者にとって不可欠です。

熱安定性と使用温度範囲

SEBS は、約 -60°C ～ 130°C の使用温度範囲にわたって弾性特性を維持し、一部の高性能グレードは、短期間の暴露でも 150°C まで有用な機械的特性を保持します。使用限界の下限は、エチレン - ブチレン ミッドブロックのガラス転移 (約 -50 ～ -60°C) を反映しており、それを下回ると材料は硬くなり、脆くなります。使用上限は、ポリスチレンドメインの軟化の始まりによって決まります。 80℃を超えると劣化が始まり、機械的完全性が失われる SBS と比較して、SEBS は高温での使用期間を大幅に延長します。これは、水素化によってミッドブロック内の熱に弱い二重結合を除去したことの直接的な結果です。

耐紫外線性および耐酸化性

ブタジエンミッドブロックの水素化により、SBS を UV 誘発の光酸化やオゾン攻撃を受けやすくする残留不飽和が除去されます。 SEBS は安定剤を添加しなくても本質的に UV 劣化に強いため、長期的な色の保持と機械的特性の安定性が必要な屋外用途に適しています。対照的に、SBS は、十分に安定化させない限り、屋外にさらして数か月以内に黄変し、脆くなります。 SEBS ベースのコンパウンドを 10 年間屋外風化にさらした場合、破断点伸びと引張強さの変化は比較的わずかであり、SBS ではまったくアクセスできない用途カテゴリーを開く性能レベルです。

機械的性質

純粋な SEBS グレード（オイルエクステンションまたはコンパウンドなし）は、15 ～ 35 MPa の範囲の引張強さ、400 ～ 700 パーセントの破断点伸び値、および特定のグレードのスチレン含有量と分子構造に応じて約 30A ～ 90A の範囲のショア A 硬度値を示します。 SEBS の弾性回復力は優れており、70℃、22 時間での圧縮永久歪み値は、よく配合された SEBS コンパウンドの場合、通常 30% 未満であり、加硫 EPDM ゴムと同等です。引裂強度が良好で、この材料は繰り返しの変形サイクル下でも疲労破壊に強いため、動的シールや振動減衰用途に適しています。

耐薬品性プロファイル

SEBS は、水、希酸、アルカリ、およびアルコール、中濃度のケトン、水性洗浄剤などの多くの極性溶媒に対して優れた耐性を示します。脂肪族炭化水素および芳香族溶媒に対する耐性は、これらの溶媒がミッドブロック相を膨張させる可能性があるため、より制限されます。この耐薬品性プロファイルにより、SEBS は水、食品および飲料製品、医療用液体との接触には適していますが、特定の配合を変更しない限り、燃料、油、またはハロゲン化溶剤に長時間さらされる用途にはあまり適していません。次の表は、主要なプロパティのベンチマークをまとめたものです。

SEBS コンパウンディング: オイルエクステンション、フィラー、ポリマーブレンド

純粋な SEBS 樹脂が単独で使用されることはほとんどありません。その商業的価値は、幅広い配合成分との優れた適合性によって大幅に増幅され、これにより配合者は商業的に魅力的なコストで、正確に目標を絞った性能プロファイルを備えた SEBS ベースの化合物を設計できるようになります。

ホワイトミネラルオイル（パラフィン系またはナフテン系プロセスオイル）は、SEBS に最も広く使用されている可塑剤です。オイルはエチレン-ブチレンのミッドブロック相を選択的に膨潤させ、硬度を低下させ、低温での柔軟性を向上させ、コンパウンドの粘度を低下させて加工を容易にします。油対 SEBS の重量比が 1:1 ～ 3:1 の油展 SEBS コンパウンドは、ソフトタッチ グリップ、医療機器、および食品と接触する用途では標準です。 SEBS グレードのスチレン含有量とオイルの配合量によって、コンパウンドの最終的な硬度が決まります。オイルを多く配合すると、ショア A 硬度が 20A 未満の非常に柔らかいコンパウンドが得られます。

ポリプロピレン (PP) は、SEBS とブレンドされる最も一般的に使用される熱可塑性希釈剤です。 PP は加工性を向上させ、硬度と弾性率を高め、耐熱性を高め、成形品の表面仕上げを改善します。 20:80 ～ 80:20 の比率の SEBS/PP ブレンドは、柔軟なゴムから硬質熱可塑性プラスチックまで幅広い硬度をカバーしており、これらのブレンドは、自動車内装部品、工具ハンドル、消費財に使用される市販の TPE-S コンパウンドの大部分の基礎を形成しています。 SEBS は、特殊な配合のためにポリエチレン、EVA、およびスチレン系ホモポリマーとも互換性を持ってブレンドします。

医療およびヘルスケア用途

医療分野は、SEBS にとって最も需要が高く、急速に成長している最終市場の 1 つです。 SEBS は、生体適合性、透明性、滅菌性、可塑剤の移行がないこと、FDA および ISO 10993 規格への準拠の組み合わせにより、幅広い医療機器や医薬品の包装用途に適した材料となっています。

医療グレードの SEBS 化合物は、静脈 (IV) チューブや輸液システムで広く使用されています。そこでは、材料が長期間にわたって柔軟性と耐ねじれ性を維持し、機械的劣化なしにガンマ線照射、エチレンオキシド、または蒸気オートクレーブによる滅菌に耐え、注入液に抽出物が浸出しないことが求められます。 SEBS は、特にフタル酸エステル系可塑剤を含まないため、多くの IV チューブ用途で主に PVC に取って代わりました。PVC IV セットから浸出する DEHP 可塑剤は、小児および新生児患者にとって規制上および安全上の懸念事項でした。

• シリンジのプランジャーの先端と蓋 — SEBS は、医薬品の長い保存期間にわたって信頼性の高いシリンジのシールに必要な、低い圧縮永久歪みと寸法安定性を提供します。
• 呼吸療法装置 — マスクシール、チューブコネクタ、人工呼吸器回路コンポーネントは、SEBS の柔らかさ、皮膚適合性、滅菌性の恩恵を受けます。
• 医薬品容器の蓋 — 薬剤バイアルおよびプレフィルシリンジ用の SEBS ベースのストッパーとセプタムは、幅広い薬剤製剤との化学的適合性を提供します。
• ウェアラブル医療機器のオーバーモールド — SEBS の柔らかさと肌に優しい表面は、連続血糖値モニター、インスリン ポンプ コンポーネント、および身体装着型バイオセンサーの柔軟なオーバーモールド要素に最適です。

自動車用途

自動車産業は、主にソフトタッチの美しさ、耐熱性、長寿命の組み合わせが必要とされる内装およびボンネット下の用途で、SEBS ベースのコンパウンドを大量に消費しています。 SEBS/PP コンパウンドは、インストルメント パネルのスキン、ドア パネルのアッパー トリム、ステアリング ホイール グリップ、ギア レバー ゲートル ブーツなど、ソフトタッチの表面素材セグメントで大半を占めています。これらの用途では、優れた触覚品質により、高級車とエントリー レベルのモデルが区別されます。

ボンネット下およびシール用途では、SEBS の耐高温性が有利に利用されます。ラジエーター ホース カバー、ワイヤリング ハーネス グロメット、防振マウント、ウェザーストリップ シールはすべて、EPDM ゴムの代替品に必要な加硫ステップを行わずに、エンジン ベイ環境で遭遇する高温 (場所によっては最大 130°C) で弾性特性を維持できる SEBS の能力の恩恵を受けています。 SEBS の熱可塑性の性質により、車両寿命後のリサイクル性も可能になります。これは、車両のリサイクル性目標を管理する欧州および中国の規制枠組みの下で、自動車材料の選択においてますます重要な要素となっています。

消費者製品、食品接触、およびパーソナルケア用途

SEBS の食品接触コンプライアンスは、適切なグレードと配合を選択することで FDA 21 CFR および欧州規制 EU 10/2011 に基づいて達成可能であり、大規模な消費財市場セグメントを開拓します。食品と接触する用途には、柔軟なまな板の表面、乳児用のおしゃぶりや哺乳瓶の乳首、再利用可能な食品保存袋のシール、台所用品のハンドルのオーバーモールド、フードプロセッサーの蓋や容器の柔軟なガスケットなどがあります。 SEBS 配合物にフタル酸エステルまたはビスフェノール ベースの化合物が含まれていないことは、乳児と接触する材料の化学的安全性に対する親の懸念が商業的に重要であるベビーおよび子供向け製品カテゴリーにおいて、重要な商業的利点となります。

パーソナルケアでは、SEBS コンパウンドは、手動および電動歯ブラシのハンドル、かみそりのハンドル、化粧品のアプリケーター本体、および個人用保護具のシールのソフトタッチ グリップ要素に使用されます。非常に低い硬度レベルまで成形できるこの材料の能力は、触覚的なグリップの差別化と快適な手触りを提供するのに十分な柔らかさであり、石鹸、界面活性剤、およびパーソナルケア製品の配合に対する耐薬品性と組み合わせることで、要求の厳しい接触用途に技術的に適しています。

インフラ、建設、産業用途

SEBS は、道路舗装および屋根膜用途のビチューメン (アスファルト) のポリマー改質剤として使用されます。 SEBS を 3 ～ 8 重量パーセントのレベルでアスファルトにブレンドすると、高温でのわだち掘れに対する耐性と低温での熱亀裂に対する耐性が劇的に向上したポリマー改質アスファルト (PMB) が生成され、厳しい交通条件や気候条件において従来のアスファルトに比べて舗装の耐用年数が 2 ～ 3 倍延長されます。このインフラストラクチャ アプリケーションは、世界的に SEBS が最も大量に使用されているものの 1 つであり、特に、季節による気温の変動が大きい大陸性気候地域の道路ネットワークにおいて顕著です。

• 膜防水 — 陸屋根および地下構造物の防水用の SEBS 改質アスファルト膜は、APP 改質の代替品と比較して耐用年数が延長され、低温での柔軟性が向上します。
• 接着剤およびシーラントの配合 — SEBS は、包装テープ、ラベル、衛生製品の構造、建築用シーラントに使用されるホットメルト感圧接着剤 (HMPSA) の主要なベース ポリマーであり、その UV 安定性により、屋外にさらされるアセンブリにおいて SBS よりも大きな利点が得られます。