防结块热塑性弹性体材料的制备与性能

2023-11-15曾龙，邱建，李萍

山西化工 2023年10期

曾龙，邱建，李萍

（1.盛嘉伦橡塑（河源）有限公司，广东河源 517600；2.盛嘉伦橡塑（深圳）股份有限公司，广东深圳 518110）

0 引言

热塑性弹性体（TPE），又称人造橡胶或合成橡胶，是一种以苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）和氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SEBS）为基材的合成橡胶，其产品既具备传统交联硫化橡胶的高弹性、耐老化、耐油性各项优异性能，同时又具备普通塑料加工方便、加工方式广的特点[1-3]。这种无需硫化即可快速加工成型，大大缩短了橡胶工业的流程，大幅提高了生产效率，并且可回收利用，使得热塑性弹性体的应用前景十分广阔。因此，热塑性弹性体TPE/TPR 材料已成为取代传统橡胶的最新材料，其环保、无毒、手感舒适、外观精美，使产品更具创意[4-5]。

在热塑性弹性体的生产工艺中，SEBS 和SBS 都需要充入一定倍数的白油来降低硬度和提高加工性能，以SEEPS 为基材的高透TPE（热塑性弹性体）材料在硬度较软时会轻微出油，容易结块[6-8]；以SBS 为基材的高透TPE 料由于表面光亮，也同样容易结块，而且随着时间延长结块越来越严重，最终材料成块状而导致无法加工成型，给加工过程带来诸多不便。目前市面上对这一难题主要有两种解决方案，一是生产过程加冷冻水，并且运输和仓库堆放温度要保持一个较低的温度水平，这种方案比较难控制，温度较高的夏天更难控制，尤其在海上运输时更难达到，并且随着时间延长还是会结块，无法从根本上解决TPE 材料结块的问题；二是外拌防结块剂，但这种方案会非常影响TPE 材料的透明度。因此，开发一种能够防结块且不影响透明度的热塑性弹性体材料及其制备方法具有良好的市场前景。

1 实验材料

本实验使用到的材料见表1。

2 弹性材料制备工艺

按照表2 的配方表，按照以下的工艺步骤制备防结块热塑性弹性体材料，产品见图1 所示。

图1 热塑性弹性体

表2 实验配方表单位：份

本实验中各原材料其作用为：

1）SEEPS 为嵌段共聚物，以保持热塑性弹性体材料具有良好的弹性以及透明度。

2）石蜡油能够降低材料的硬度以及增加材料的流动性，改善材料的加工性能。石蜡油在40 ℃的运动黏度为6～80 mm2/s。矿物油的黏度过低，会导致TPE材料容易出油，并且耐温会很差；矿物油的黏度过高，则会使得TPE 材料的表面发黏。

3）单甘酯是一类重要的非离子型表面活性剂。它含有一个亲油的长链烷基和两个亲水的羟基，因而具有良好的表面活性，添加到TPE 材料里面，亲油基团会在TPE 材料内部，亲水基团则会在TPE 材料表面，避免因出油或者表面光亮带来的结块。并且在注塑过程中在表面形成网络贯穿TPE 材料的结构能改善脱模。

4）抗氧剂能防止聚合物材料氧化质变。另外，选择抗氧剂外拌，使得热塑性弹性体材料防结块性能进一步提高。

1）按质量份数计，将12～50 份的嵌段共聚物和20～88 份的矿物油搅拌均匀之后静置，制备第一混合物。搅拌是在卧式搅拌机中进行，搅拌速率为20～40 r/min，搅拌时间为5～10 min。静置时间至少为24 h。通过较长时间的静置，使矿物油与嵌段共聚物充分混合均匀。

2）将第一混合物与0.01～0.1 份的单甘酯混合搅拌均匀，制备第二混合物。搅拌是在卧式搅拌机中进行。搅拌速率为40～60 r/min。步骤1）中，直接将SEEPS 与矿物油混合进行充油或将SBS 与矿物油混合进行充油的过程中，若转速过快或搅拌时间过长都容易导致结块，而在步骤2）中，加入了单甘脂，结块性能有所改善，因此，转速和搅拌时间较步骤1）中的转速和搅拌时间均有所提高。搅拌时间为10～15 min。

3）将第二混合物挤出、造粒、均化，均化的过程中，加入抗氧剂。制备热塑性弹性体材料。第二混合物挤出、造粒的步骤中，在双螺杆挤出机中进行，双螺杆挤出机的温度为190～210 ℃，转速为150～300 r/min。螺杆的长径比为24∶1～36∶1。

3 结果与讨论

对试样和对比样的热塑性弹性体材料的性能进行测试，测试项目和条件如下：

1）邵氏硬度，按照ASTM D2240 的方法测试，将热塑性弹性体材料制成6 mm 厚度样片，22 ℃±2 ℃放置24 h 以上，邵氏A 硬度计，载荷1 kg，以针入10 s时的硬度读数为测定结果，至少在样片上测定5 个不同点，结果取其平均值。

2）密度，按照ASTMD792 的方法测试。

3）拉伸强度，按照ASTMD412 的方法测试。

4）熔融指数，按照ASTM D1238 的方法测试，热塑性弹性体材料熔融指数测定条件：A 为180 ℃/0.325 kg，B为180 ℃/1 kg，C为150 ℃/1 kg，D 为200 ℃/5 kg。

5）熔点测定条件：DSC 法，室温～180 ℃，升温速率为10 ℃/min。

6）透光率测试：将热塑性弹性体材料制成1 mm厚度样片，在550 nm 下测定透光率。

7）结块测试的方法具体为：取一个密封袋装500 g的TPE 颗粒胶料，压10 kg 的砝码测试该温度和时间下的结块情况。

热塑性弹性体材料的性能结果见表3，图2 为试样1 轻微结块，图3 为对比样1 中度结块。

图2 试样1

图3 对比样1

表3 热塑性弹性体材料性能测试结果

从表3 结果中可以得出：单甘酯的加入可以解决TPE 材料的结块问题，并且随着单甘酯含量的增加脱模性能得到改善；单甘酯的含量在0.01～0.1 份之间时效果最佳，低于这个范围防结块和脱模性能改善不佳，高于这个范围则会影响TPE 材料的透明度和析出；单甘酯的含量在0.01～0.1 份之间时几乎不改变材料的硬度、流动性和力学性能。

本文制备的热塑性弹性体以SEEPS 为基材，添加一定量的石蜡油，能够得到具有高透明性的热塑性弹性体材料，且在热塑性弹性体材料中加入一定量的单甘酯即单脂肪酸甘油酯，是一类重要的非离子型表面活性剂。它含有一个亲油的长链烷基和两个亲水的羟基，因而具有良好的表面活性，添加到TPE 材料里面，亲油基团会在TPE 材料内部，亲水基团则会在TPE 材料表面，避免因出油或者表面光亮带来的结块问题。且单甘酯的加入不会影响TPE 材料的透明度。制备得到的热塑性弹性体材料各组分原料配比合理，经实验测定，该热塑性弹性体材料不析出不结块，且具有良好的弹性和高透明度。此外，制备得到的热塑性弹性体材料还具有脱模效果好、拉伸强度高和断裂伸长率高等优异的性能。