热塑性弹性体在橡胶工业中的应用及进展
于清溪
最近30多年来,热塑性弹性体作为第三代橡胶在世界各地取得了极为迅猛的发展.现在,热塑性弹性体的产量早已逾越第二代的液体橡胶,成为当今橡胶工业的又一新型材料.2000年全球热塑性弹性体的消耗量已达140多万t,占到世界橡胶消耗量(1800万t)的8%,估计2002年已超过150万t.年均递增5%～6%,以高出橡胶2.5～3个百分点快速增长.
热塑性弹性体具有硫化橡胶的物理机械性能和软质塑料的工艺加工性能.由于不需再像橡胶那样经过热硫化,因而使用简单的塑料加工机械即可很容易地制成最终产品.它的这一特点,使橡胶工业生产流程缩短了l/4,节约能耗25%～40%,提高效率10～20倍,堪称橡胶工业又一次材料和工艺技术革命.
热塑性弹性体是介于橡胶与树脂之间的一种新型高分子材料,不仅可以取代部分橡胶,还能使塑料得到改性.热塑性弹性体所具有的橡胶与塑料的双重性能和宽广的特性,使之在橡胶工业中广泛用于制造胶鞋,胶布等日用制品和胶管,胶带,胶条,胶板,胶件以及胶粘剂等各种工业用品.同时,热塑性弹性体还可代替橡胶大量用在PVC,PE,PP,PS等通用热塑性树脂甚至PU,PA,CA等工程塑料的改性上面,使塑料工业也出现了崭新的局面.
一,热塑性弹性体的种类及性能特点
热塑性弹性体(TPE)可概括为通用TPE和工程TPE两个类型,目前己发展到l0大类30多个品种.从1938年德国Bayer最早发现聚氨酯类TPE,1963年和1965年美国Phillips和Shell,开发出苯乙烯—丁二烯—苯乙烯嵌段聚合物TPE,到70年代美欧日各国开始批量生产烯烃类TPE以来,技术不断创新,新的TPE品种不断涌现,构成了当今TPE的庞大体系,使橡胶工业与塑料工业结合联姻大大向前迈进了一步.
世界上已工业化生产的TPE有:苯乙烯类(SBS,SIS,SEBS,SEPS),烯烃类(TP0,TPV),双烯类(TPB,TPI),氯乙烯类(TPVC,TCPE),氨酯类(TPU),酯类(TPEE),酰胺类(TPAE),有机氟类(TPF),有机硅类和乙烯类等,几乎涵盖了现在合成橡胶与合成树脂的所有领域.它们是由在主链上通过形成硬链段的树脂相和软链段的橡胶相,相互牢固组合在一起而成的.TPE的制造方法,大致可分为化学聚合和机械共混两大类型.前者是以聚合物的形态单独出现的,有主链共聚,接技共聚和离子聚合之分.后者主要是橡胶与树脂的共混物,其中还有以交联硫化出现的动态硫化胶(TPE-TPV)和互穿网络的聚合物(TPE—IPN).
现在,TPE以TPS和TPO为中心,在世界各地获得了迅速发展,两者的产耗量已占到全部TPE的80%左右.双烯类TPE和氯乙烯类TPE也成为通用TPE的重要品种.其它如TPU,TPEE,TPAE,TPF等则转向了以工程为主.目前在世界贸易市场上,通用型的TPS,TPO和TPVC的吨胶价格大约在500～1400美元左右;而耐热,耐油,高强度,高耐磨的TPU,TPEE,TPAE等TPE则高出通用性约50%到一倍;高性能的TPE类甚至达2～3万美元一吨.
TPE的优点主要表现在如下几个方面:
(1)可用一般的热塑性塑料成型机加工,例如注塑成型,挤出成型,吹塑成型,压缩成型,递模成型等;
(2)能用橡胶注塑成型机硫化,时间可由原来的20min左右,缩短到lmin以内;
(3)可用压出机成型硫化,压出速度快,硫化时间短;
(4)生产过程中产生的废料(逸出毛边,挤出废胶)和最终出现的废品,可以直接返回再利用:
(5)用过的TPE旧品可以简单再生之后再次利用,减少环境污染,扩大资源再生来源;
(6)不需硫化,节省能源,以高压软管生产能耗为例:橡胶为188MJ/kg,TPE为144MJ/kg,可节能25%以上;
(7)自补强性大,配方大大简化,从而使配合剂对聚合物的影响制约大为减小,质量性能更易掌握;
(8)为橡胶工业开拓新的途径,扩大了橡胶制品应用领域.
缺点是TPE的耐热性不如橡胶,随着温度上升而物性下降幅度较大,因而适用范围受到限制.同时,压缩变形,弹回性,耐久性等同橡胶相比较差,价格上也往往高于同类的橡胶.但总的说来,TPE的优点仍十分突出,而缺点则在不断改进之中,作为一种节能环保的橡胶新型原料,发展前景十分看好.
二,主要热塑性弹性体发展现状
1.苯乙烯类TPE
苯乙烯类TPE又称TPS,为丁二烯或异戊二烯与苯乙烯嵌段型的共聚物,其性能最接近SBR橡胶.目前世界TPS的产量已达70多万t,约占全部TPE一半左右.代表性的品种为苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物(SBS),广泛用于制鞋业,已大部分取代了橡胶;同时在胶布,胶板等工业橡胶制品中的用途也在不断扩大.SBS还大量用作PS塑料的抗冲击改性剂,也是沥青铺路的沥青路面耐磨,防裂,防软和抗滑的优异改性剂.

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