弹性体

《工艺评价和研究规划》服务–聚烯烃弹性体

综述

热塑聚烯烃弹性体是聚合物或聚合物混配料，当高于熔化温度时，显示出能形成制品的热塑性能，并在设计温度范围内，拥有制造时不经交联的弹性性能。尽管这些材料是热塑性的，它们体现出类似于交联橡胶的弹性。热塑聚烯烃弹性体提供了很好的性价平衡。其硬度范围广，具有杰出的抗化学酸性、碱性和其它水性介质的能力，尽管接触碳氢化合物流体会造成肿胀，但他们具有良好的性能保留能力。其使用温度范围是-60到275 华氏度（-50到135 摄氏度）；硬度范围为35肖氏A到50肖氏D。

热塑聚烯烃弹性体能够在塑料机械上加工，行业模塑商愈益使用热塑聚烯烃弹性体以大幅节省成本。用于这些材料的热塑模塑和挤出工艺避免了传统橡胶模塑商使用的交联步骤。因此，通常需要数小时的循环时间可以在20秒内完成。

可以用于热塑聚烯烃弹性体的各种性能包括：定制颜色、比重调整、抗静电和抗导电改性、阻燃性能、抗紫外线性能、抗菌剂增强、抗磨润滑、过度模塑的改性基材粘结。

原位聚合TPOs

原位TPOs指在反应器中生产的含22%-55%乙烯的聚烯烃材料；所有其它的组分基本上是丙烯。在某些情况下，乙烯含量低达10%，不过多数原位TPOs是22-55重量百分数的乙烯。少量其他的共聚单体，如辛烯或丁烯也可能出现以提供独特的功能性。低于22%乙烯的丙烯聚合物比较硬，其弹性性能通常不好——本报告中称作为抗冲聚丙烯。含有55%乙烯以上的聚合物很软，其弹性性能也较差——称作为塑性体。

原位TPO应用包括下述领域，其中汽车应用是最大的领域，占全球原位TPO 需求的75%。

∙汽车（外部和保险杆、冲击碰撞调节器、内部防撞头边饰，引擎防撞、包壳、线束和档风雨条等）

∙建筑（屋顶应用、装饰片材、防护片材）

∙医学（流体袋、瓶等）

∙食品包装（包装膜、收缩膜、密封材料等）

∙PP弹性改性剂（用于混配物、仪表盘、内墙等）

∙其它各种终端用途

原位聚合TPOs，即在特殊聚丙烯反应器中生产的材料，在某种程度上同混配TPOs相竞争。然而，高弹性体含量的原位TPOs难于生产，必须添加高含量的其它添加剂，尤其是炭黑之类的着色剂。这样就从很大程度上将原位TPOs降级到低乙烯含量的用途，或在加工时容易分散其他组分的用途。在加工前无需混配TPO的情况中，原位材料用于减低成本，增加终端用途价值。用原位材料替代混配TPOs似乎已经大行其道。

混配热塑烯烃塑料(TPOs)

混配TPOs通常含20%-40%弹性体，如抗冲聚丙烯中的EPDM或POE（典型例子是35%EPDM或POE）。它们通过聚合后混配步骤得到。

当聚丙烯树脂加工前着色或改性时就产生了混配TPOs。混配行为开始时通常作为树脂供应商的一项义务，在世界许多地方依然作为树脂产商的义务（如日本、韩国、西欧）。但是，在其它地区，新的企业实体进入混配业，加剧了竞争性，大宗混配料更是如此，因而产生一批专业公司，占据了价值链的这一部分。本研究涉及自供料和独立型聚丙烯混配业的目前状态见图1。

尽管聚丙烯树脂厂商开发了混配技术和市场，但是他们在慢慢地让位于独立的混配商，尤其是在不能经济有效地生产混配TPOs时。小批量混配是混配业的一部分，依赖于低成本劳力，在这方面，有工会组织的或高技能和高薪劳力的树脂生产商可能处于明显的弱势。

图1 混配业的演变

独立的混配商是生机勃勃的公司，具有承包商的特点，很有成本竞争性，活跃于地方舞台。除了混配外，许多独立混配商也从事其它服务，如分销（拆整为零）和来料加工（按固定收费混配他人提供的树脂）。除了混配外，多数混配商是非标树脂的买家，有时将部分材料转售予他人。

混配商责任的划分是需要进一步解释的有趣的方法。最简单的是，混配商只对使用基础聚合物、添加剂以及客户提供的配方混配生产TPO负责。其次是定制混配，混配商负责购买部分乃至所有添加剂和进行加工。普通牌号是混配商生产的混配TPOs，通常以自己的品牌作为整个生产线的一部分出售，尽管配方已在业界众所周知。最后是专有混配，由混配商和最终用户共同开发一种按配方制造的TPO，该TPO符合最终用户规定的要求或标准。

混配业将继续面临动态的未来。对混配TPO的需求继续以每年4%-6%的比率增长。

热塑硫化橡胶(TPVs)

热塑硫化橡胶(TPVs)通常含60%-70%EPDM和30%-40%抗冲聚丙烯。这些产品交联水平较低，不过却是真正的热塑材料。TPVs具有上好的强度、高温机械性能、耐热油和溶剂能力，比部分固化材料具有更好的压缩永久变形。这些材料几乎总是“动态固化”，即橡胶相在与熔化的非交联塑料熔混时得到硫化。当橡胶在与聚丙烯混合之前固化时，发生的是静态固化。

需求可望进一步增长，尤其是在汽车密封领域，TPVs在不太苛刻的（如静态的）模制窗封方面正在替代EPDM。然而，压缩永久变形依然是更为苛刻的应用如门封的一个问题。目前的市场趋势是开发更软的材料。

TPVs具有硫化橡胶的许多弹性性能，可以用传统的热塑性加工设备模塑或挤出。TPVs从独特的似乎不相容结构的物理网获得性能，这种结构通过化学键接共存。这些结构一般称作为软嵌段和硬嵌段组分。由于硬软嵌段种类繁多、嵌段率、聚合物线性度、结晶度以及聚合和交联度，这些材料性能纷呈各异。通过与硫化橡胶、有机硅或其它组分的共混和混配，性能可以进一步变化。

软嵌段为无定型橡胶，类似弹性体组分。硬嵌段的熔点或玻璃化转变温度高于常温，形成结构域，防止塑料变形，提供常用温度下的拉伸强度。在熔融加工温度下，硬嵌段成为流体，聚合物在压力下流动。一经冷却，硬嵌段再次形成固体化的结构域。

聚烯烃弹性体(POE)

POEs含有65%的乙烯和35%的辛烯-1、己烯-1或丁烯-1。这些产品通过茂金属催化剂生产，作为TPOs中的弹性部分或聚合物改性剂使用。

所有混配TPOs原先均为PP/EPDM共混物。然而，POEs已经快速取代了EPDM，现在约占混配TPOs中弹性体含量的三分之一。预计在有能力更好地改变终端用途性能（POEs用茂金属催化剂生产，因此其性能可以容易地改变），操作方便（POEs是粒料形式，而EPDM通常捆成包），总体成本降低（捆包比粒料更加劳动密集型）的基础上，EPDM将进一步被替代。

这些新的聚烯烃弹性体(POEs)，本质上是分子量非常低的线性低密度聚乙烯(VLMW-LLDPE)。作为聚合催化剂技术进步的产物，这些材料原先开发的目的是改进软包装薄膜的特性。近来，这些POEs作为低成本的橡胶取代物，被用于某些对模塑制品的要求不怎么苛刻的用途。这主要包括那些不会接触极端的温度、压力、负载或应力环境的产品。在模塑制品方面，POEs被用于那些多多少少希望有一点挠性或触觉感的场合。