TPE制品配方基本上包含彈性體、白油、改性樹脂（PP、PE、PPO、PS）、阻燃劑、填料、抗氧劑、其它加工助劑及顏料等 。作為彈性體，常用的苯乙烯類彈性體為SBS和SEBS。由于不同廠家生產(chǎn)的原料，苯乙烯含量、分子量大小又不盡相同，這些不同必然會引起產(chǎn)品性能的差別，拿到樣板時如何快速的選擇合適的彈性體，是縮短開發(fā)周期較為重要的一步。下面將詳細(xì)介紹如何通過微譜大型儀器分析，助你快速選擇合適的苯乙烯類彈性體。
一、利用紅外光譜區(qū)分彈性體種類
SBS是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，SEBS是SBS加氫后的產(chǎn)物，具體結(jié)構(gòu)如下：
圖1-1 SBS的結(jié)構(gòu)
圖1-2 SEBS的結(jié)構(gòu)
在紅外光譜中，兩種均有苯乙烯鏈段的出峰，不同之處在于SBS中在1640cm-1、911cm-1和966cm-1為丁二烯的特征出峰，而加氫后的SEBS無丁二烯雙鍵的特征出峰，因存在甲基（CH3）在720cm-1有特征出峰，參考圖1-3。
圖1-3 樣品A的紅外譜圖（含有SBS和SEBS）
二、利用NMR區(qū)分彈性體種類
不同的氫所處的位置具有不同的化學(xué)位移，SBS中丁二烯雙鍵上的質(zhì)子出峰在5.0-5.5ppm（見圖2-1），而加氫后的SEBS不存在雙鍵上氫的特征出峰，而在0.8-0.9ppm出現(xiàn)了CH3質(zhì)子的化學(xué)位移（見圖2-2）。
圖2-1 SBS的NMR譜圖
圖2-2 SEBS的NMR譜圖
三、利用NMR計算SBS、SEBS中的PS鏈段含量
圖2-1和圖2-2中6.4-7.1ppm為SBS及SEBS中苯環(huán)上的質(zhì)子化學(xué)位移，在明確了SBS及SEBS各質(zhì)子的歸屬后，由核磁譜圖可得到各種質(zhì)子的積分值，根據(jù)核磁共振原理，積分面積跟質(zhì)子的含量成正比，從而可以求出各種質(zhì)子的積分值。如SBS而言，設(shè)PS的摩爾分?jǐn)?shù)為Mps，則
式中Aps為苯環(huán)上質(zhì)子面積積分圖，A為除苯環(huán)外其余質(zhì)子的面積積分圖。
根據(jù)該方法對圖2-1和圖2-2中的SBS及SEBS分別計算得到聚苯乙烯的含量分別為31.0%和32.8%。
四、利用NMR計算SEBS中聚丁烯-1結(jié)構(gòu)單元含量
SBS中的聚丁二烯軟段有順、反1,4-結(jié)構(gòu)和1,2-結(jié)構(gòu)，前者氫化后成無側(cè)基的碳鏈結(jié)構(gòu)（與聚乙烯結(jié)構(gòu)相同），后者氫化后成丁烯-1結(jié)構(gòu)，只有當(dāng)軟段中1,2-結(jié)構(gòu)含量大于40%，且與1,4-結(jié)構(gòu)呈無規(guī)序列時，氫化后成為乙烯和丁烯-1的無規(guī)共聚物軟段，才能保證SEBS的高彈性。
由聚丁烯-1含有-CH3，而SBS的NMR譜圖中無0.84ppm的出峰，說明-CH3為1,2-結(jié)構(gòu)加氫后生成，從而可以根據(jù)—CH3的面積積分跟其它質(zhì)子的積分之比求出SEBS中聚丁烯-1結(jié)構(gòu)單元的含量。設(shè)聚丁烯-1的摩爾分?jǐn)?shù)為M丁烯-1，則有：
其中：A-CH3為—CH3的質(zhì)子面積積分值，A為其余質(zhì)子的面積積分值。
五、利用NMR對SBS和SEBS進(jìn)行定量
利用SBS和SEBS在NMR譜圖中的出峰不同，可以對SBS和SEBS的共混體系進(jìn)行半定量。因不同廠家生產(chǎn)的SBS和SEBS的不同牌號中，最多的且應(yīng)用最廣泛的是苯乙烯含量為30%的牌號，所以可以假設(shè)樣品中使用的苯乙烯含量為30%的牌號進(jìn)行定量計算。如圖5-1中，按照積分面積計算得到SBS與SEBS的比例的測試值為0.2446（理論值為0.25%）。
圖5-1 樣品B的NMR譜圖（SBS與SEBS的理論比例為1:4）
六、利用GPC對SBS和SEBS進(jìn)行牌號選材
確定好一款樣品中使用的是SBS還是SEBS，以及添加比例后，就要面臨著該使用何種牌號的問題，簡單來說，如SEBS按照分子量大小來分，可以分為低分子量、中等分子量、高分子量和超高分子量。表1是行業(yè)內(nèi)關(guān)于國際國內(nèi)SEBS的不同規(guī)格對照表，可粗略根據(jù)其對同等分子量選擇不同廠家的牌號。
表1 國際國內(nèi)SEBS規(guī)格對照表
|
SEBS牌號 |
臺橡 |
科騰 |
巴陵石化 |
戴納索 |
可樂麗 |
旭化成 |
|
6150 |
G-1650 |
YH-501 |
H 6120 |
S-8004 |
H1077F |
|
|
6151 |
G-1651 |
YH-503 |
H 6170 |
S-8006 |
H1285 |
|
|
6152 |
G-1652 |
YH-502 |
H 6110 |
S-8007 |
H1053 |
|
|
6154 |
G-1654 |
YH-504 |
H 6140 |
另外通過分子量的測試，可以很好的判斷所選用的彈性體分子量在什么范圍，然后與數(shù)據(jù)庫里的所測已知牌號的分子量對比，可以更加精確的選擇合適的原料。（PS：分子量的測試是根據(jù)聚苯乙烯標(biāo)線進(jìn)行標(biāo)定測試的，不同廠家的測試值可能存在偏差）。
圖6-1 臺橡6151的GPC曲線
圖6-1是臺橡6151的GPC曲線，可以從GPC數(shù)據(jù)中得到數(shù)均分子量、重均分子量等數(shù)據(jù)，而不同儀器、不同PS標(biāo)定曲線、不同測試條件都會導(dǎo)致測試結(jié)果的差別。
表2 常用SEBS牌號的分子量（微譜技術(shù)測試）
|
牌號 |
GPC（Mw） |
廠家 |
理論分子量 |
|
YH-503 |
33.1萬 |
巴陵石化 |
22萬 |
|
YH-502 |
16.1萬 |
巴陵石化 |
10萬 |
|
YH-501 |
8.2萬 |
巴陵石化 |
7萬 |
|
6154 |
17.5萬 |
臺橡 |
17萬 |
|
6153 |
10.8萬 |
臺橡 |
12萬 |
|
6151 |
28.4萬 |
臺橡 |
27萬 |
|
6150 |
11.6萬 |
臺橡 |
10萬 |
|
G1650 |
9.9萬 |
美國科騰 |
10萬 |
|
G1651 |
29.4萬 |
美國科騰 |
32萬 |
|
G1652 |
7.7萬 |
美國科騰 |
8萬 |
總之，通過紅外光譜、核磁共振、凝膠滲透色譜這些大型儀器的分析，可以應(yīng)用在加氫生產(chǎn)SEBS中SBS的質(zhì)控，也可以快速的確定某一款產(chǎn)品所選擇的是哪一類的彈性體及相對性的結(jié)構(gòu)信息，便于材料的選擇。
1. 鎳系催化劑的SBS加氫_SBS及其SEBS結(jié)構(gòu)的分析表征. 姚明, 張永健.2004年國際橡膠會議論文集.
2. 氫化SBS結(jié)構(gòu)與組成的表征. 梅銘, 李蕾. 彈性體, 2004-2-25, 14(1):20~24.
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