K樹脂-SBC 應用及分析

utpe彈性體產業門戶 發佈 2024-04-03T19:04:48.304796+00:00

特性∶透明、光亮、高韌性、高抗衝擊性K樹脂是美國Phillips公司於1971年開發成功的一款苯乙烯-丁二烯共聚熱塑性樹脂(SBC)。1972年10月在德克薩斯州的Borger工廠投入工業化生產。


特性∶透明、光亮、高韌性、高抗衝擊性


K樹脂是美國Phillips公司於1971年開發成功的一款苯乙烯-丁二烯共聚熱塑性樹脂(SBC)。1972年10月在德克薩斯州的Borger工廠投入工業化生產。1979年4月又在德克薩斯州的Adam S Termnial 聯合化工廠建成了產能為80 kt/a 的裝置,並投入生產。2003年,該廠的K樹脂的產能已經增加到107 kt/a,並在韓國建成了年產50kt/a 的生產線。


K樹脂是以苯乙烯、丁二烯為單體,以烷基鋰為引發劑,採用陰離子溶液聚合技術合成的一種嵌段共聚物 ,其主要特性是兼有高誘明性和良好的抗衝擊性、密度小、著色力強、加工性能優異、無毒性。Phillps公司開發的這種樹脂註冊商標為K-Resin,並在此基礎上推出了細分的牌號∶KR01、KR03、KR05、KK38等。它廣泛用於冰箱製造、電器儀錶盤與其它材料(如GPPS、SAN、SMA、PP、HIPS等)摻混改性等領域,可採用一系列的傳統動加工技術對K-樹脂進行開發應用。



1965發現:

Alonzo Kitchen在深入丁苯嵌段共聚物性質時,發現了丁苯透明抗沖樹脂,並命名為K-Resin。


1967研發:

美國Phillips公司在丁苯熱塑彈性體實驗裝置上,進行早期K-Resin中試研究,提供了應用樣品,取得初步肯定結果。


1972試產:

在Texas建成一條能力為4500噸/年的半工業化生產線,對工藝工程和專用設備進行放大實驗和積累經驗,後處理由汽提法回收溶劑轉為直接法,向應用技術研究和提供批量產品,為建設大型生產線的產品市場銷售奠定應用技術基礎。


1979正式投產:

1979年在Houston石化區,建立了產能為5.45萬噸/年工廠,1988年和1994年該廠又新增兩條生產線,產能達13.6萬噸,後又經改進,特別後處理能力提高,進入上世紀末產能近20萬噸。


1980德國:

上世紀80年代德國BASF公司開始對K-Resin研發,後來建立了一座1萬噸/年工廠。產品名"Styrolux"後擴產到3.5萬噸,產品行銷歐洲市場。其後又有Denka、Fireatone、Fina、日本電化學和台灣奇美建廠投產。


1983日本:

1983年日本旭化成工業公司開發了"Asaflex"透明線型丁苯樹脂,1994年建成2萬噸/年生產工廠。


1998韓國:

Phillps與韓國大林公司,建立的3萬噸/年工廠。由於丁苯透明抗沖樹脂獨特的性能及巨大的市場需求,英、法、德、日等國也紛紛開展研究工作。


2000s:

新的丁苯透明抗沖樹脂製造商不斷湧現,如比利時的Petrofina公司,日本的住友,美國的Chevron Phillips化工公司等,生產企業主要集中在美國、比利時、德國、法國、日本和韓國。


二、K膠物性


1、外觀∶

K膠的透明性很好,甚至比某些有競爭力的透明工業樹脂,如SAN、醋酸纖維素(CA)、聚苯乙烯要好。這是因為CA以及SAN常帶有淺藍色或淺黃色,而K膠為無色聚合物。



2、化學結構∶

典型的SBC是由75%的苯乙烯和25%的丁二烯組成,根據不同的物性需求可以輕微改變兩種組分的比例。原材料單體可以受控聚合成為漸細排列或無規排列的嵌段,然後還可以再進一步受控連結成為星狀結構∶

分段聚合S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-B-B-B-B-B-B-B

無規聚合S-S-S-B-S-S-B-B-S-S-S-B-S-S-B-S-S-S-B-S-S-S-B-S-S

漸細聚合S-S-S-S-S-B-S-S-B-S-B-S-B-B-S-B-B-B-B


3、衝擊強度∶

K膠對缺口衝擊比較敏感,因此不能用一般的懸臂樑做衝擊試驗測定聚合物的極限衝擊強度。事實上,用這個試驗測得的K膠衝擊強度接近通用聚苯乙烯(PS)。但是,當使用無缺口懸臂樑或落錘測試衝擊強度時,測得值則會比通用PS高很多。



4、耐化學性能∶

K膠的耐化學品性能與PS相似,它溶於大部分有機溶劑或在溶劑中溶脹,但不受甲醇、乙醇及其水溶液的影響。K樹脂抗環境應力開裂的性能較PS好。但作為包裝材料使用,仍有一定的限制。一般來說,包幹的食品、肉製品的冷凍製品沒有問題但不能包裝多油食品,如黃油和人造黃油等。另外,不飽和油脂引起包裝容器的破裂比飽和油脂來得快。



針對適應性最好,市場應用比較成熟的兩個牌號(KR01、KR03),進行物性對比。

由表可以看出,KR03的韌性、彈性都遠優於KR01,其斷裂伸長率更是KR01的10倍左右;但KR03的分子量分布差別也較大,KR03較高,達到了2.10。


5、其他特點

· 濁度很小(1-3%),透明性(89-91%)極好

· 密度低(對比PC、PMMA、MABS、PETG)

· 韌性好,碎裂時無尖角碎片,且尺寸穩定性好

· 符合FDA認證,可用y/β射線、環氧乙烷消毒


6、不足之處

· 耐熱性∶一般熱變形溫度為70-80℃(低載荷,短時間受熱)

· 耐候性∶戶外長期陽光照射下,會產生黃變和降解

· 耐化學性∶有機溶劑如芳烴、酯類、酮類、醚類等,強酸、強氧化物會使K膠軟化甚至溶解。油和稀釋到一定程度的酸和鹼會侵蝕聚合物,但侵蝕的速度和嚴重程度取決於製品的設計和儲存條件.因此,應測試實際產品與K料的相容性。


7、加工性能

· 吸濕少,加工前不需乾燥.

· 不結晶、收縮率低、不易變形、翹曲等.

· 加工溫度較寬,一般在160--260℃之間,流動性好,容易加工.

· 二次加工,如果能避免極端的加工和粉碎回收利用,聚合物可反覆多次回收利用,在性能上和加工性上僅有極微小的變化。


三、K膠應用


1、摻混應用∶

(1)K膠/GPPS共混物

這種共混物的優點是改善了韌性和延展性,同時保留了原有的易加工性、透明性和良好的光澤度。通過添加僅僅5%~10%的K膠,就可以降低或消除在加工純GPPS時常遇到的注模破裂問題,而隨著共混物中K膠含量的提高,抗衝擊強度、伸長率及壽命也隨之提高,這種共混物可採用擠出、注塑的方式加工。


(2)K膠/HIPS共混物

若對材料既要有適當的衝擊強度、剛性,又要有良好的加工性,用K樹脂/HIPS共混物可以滿足這一要求。其製品的光澤和伸長率都比單獨的HIPS好,而抗張和耐

熱性與HIPS相似。此外,注塑中含30%~70% K膠,其缺口衝擊強度比單獨的K膠好。


(3)K膠/SAN共混物

這種製品具有良好的透明度、剛度、耐熱性和非常好的光澤。用少量SAN(<20%)改性的共混物保留了K膠的高衝擊強度、良好的伸長性,製品還增加了剛性、硬度和耐熱性;反之,用少量K膠改性SAN可生產出更經濟的製品,比SAN韌性好,且硬度、耐熱性和剛性幾乎沒有降低。


(4)K膠/PP共混物

主要用於珠光注塑製品,不僅光澤度高,而且剛性和硬度都較好,鉸鏈壽命很長。K膠/PP在98/2~30/70配比範圍內,共混物有良好的伸長率、剛性、低溫衝擊強度、耐熱性和折合性。特別是95/5~70/30組成範圍內的共混物比K膠固有伸長和折合性都有所提高,低溫衝擊強度的提高最為明顯,而且耐熱性、剛性也有明顯改善。


(5)K膠/PC共混物

PC是性能優良的聚合物,其抗衝擊性廣為人知,但在低溫和熱老化後,PC的厚製件對缺口衝擊破裂特別敏感,而較低熔融指數的PC與K膠共混則可改善缺口抗衝擊強度。另外,這種共混物的加工要比PC容易,並能在較低溫度下模塑,價格上也有具有競爭力。但這種共混物不透明,因此應用僅限於著色製品。


(6)K膠/橡膠共混物

橡膠能增加K樹脂的韌性,降低其剛性,添加少量橡膠即可顯著改善樹脂的抗衝擊強度。


2、包裝

K膠實際上具有滿足各種產品設計和表面要求的特性。包裝方面的應用包括∶水杯、一次性可降解包裝、收縮包裝、生產包裝、泡罩包裝、防損害包裝、帶百折鉸鏈的包裝盒等。


在食品接觸方面,K膠可用於製造接觸食品的包裝容器,尤其是非脂肪性食品,效果更好。K膠容器可用於盛裝乾的及含水、含酸、含酒精的食物,均安全可靠。在國外,K膠最近被直接用於包裝嬰兒食品。


K膠可延長新摘下農產品的保存期,同時保持極好的外觀和物理特性,它們在直立式成型填充和封口的設備中使用良好,而且可印刷,具有出色的光澤。該薄膜有單層、共擠和層壓結構產品,可進行自身熱封,或者在多層薄膜結構中用於抗熱劑層。

氣調包裝薄膜(MAP)使目前國際上K膠應用發展較新、較快的領域。氣調包裝薄膜能夠提供產品所需及準確的含氧量,保持食物新鮮。其主要成分是一層K膠,可以幫助控制薄膜的傳氧率,以保持產品最佳的新鮮度和味道,而且也能使包裝袋具有清晰和堅固的特性,使包裝特別出眾。


3、醫療用途

高透明、可降解性和恰當的強度使得K膠成為醫療設備和設備包裝的理想產品。它的防碎特性使其可應用於管道單元、試管、培養皿、血漿容器和其他對耐用性要求很高的器材;相比玻璃及其他透明材料具有更好的性價比。


由於無毒、透明、易粘接,K膠在國內醫療器械領域主要應用在加工技術難度大、技術含量高、附加值高的醫用塑料製品上,如人工肺-氧合器的變溫室、動脈血管出口、回收器動脈出口、心臟內吸引頭、主動脈插管、血液過濾器、透析器、變溫器等。用環氧乙烷、Co-60 Y放射線和電子設備對K膠BDC組織進行消毒,都不會影響其物理性能,同時K膠符合美國食品藥品管理員FDA21 CRF177 1640條和歐洲EEC指引90/128/EEC修訂的規定,用作食品的包裝。K-樹脂在醫用市場中也占有很大的比例,適合當作USPV1-50材料使用,符合美國藥品包裝法V1-50級要求。醫療器具是K膠最直接的應用領域,一般都是單獨使用。


4、其他行業

由於K膠的透明性、光澤度非常好,K膠可單獨或與其他樹脂共混製造高檔玩具。而且K 膠在處理過程中良好的流動性和經濟性能使得它成為很多玩具產品的選擇。它擁有足夠高的硬度,並符合兒童玩耍的耐用性及安全要求。此外,很好的流動性使它易於製成各種複雜的外形,其中包括百折部分;並且易於著色能滿足不同市場的產品要求。


在日用塑料製品行業,K膠主要用於製作拼盤、茶具、塑料盒及牙刷、蛋糕刀具、把手、口杯、透明衣架(出口)、扣子、眼鏡盒、燈罩、摩絲及化妝品盒蓋、護膝、護腕、一次性摺疊盒等。


此外,K膠還可用於電器製品、電器儀表、製鞋等製造行業,是塑料改性的優質材料之一。


英力士苯領通過苯乙烯系列創新材料改善全球健康護理行業


-Styrolux®4G60∶SBC專用滴斗料

- Styrolux 4G60 專為輸液器滴斗而設計。Styrolux 4G60在硬度、彈性和透明度方面都表現卓越。該產品具有非常好的粘結性,非常適合滴斗的生產。該牌號的材料符合USP VI和ISO 10993標準的認證。


使用Styrolux製造的醫用滴壺


隨著對全球K樹脂苯乙烯-丁二烯共聚物(SBC)業務的收購,英力士苯領在其產品組合中增加了一個在健康護理行業獲得廣泛認可的品牌。K樹脂KR03BK10等牌號非常適合器械和包裝方面的許多醫療用途。這類聚合物不僅易於加工、性能優異,而且滿足醫療行業的許多要求。大多數K樹脂共聚物滿足USP VI要求,可以通過y射線、環氧乙烷氣體或電子束滅菌,對物理和光學性能的影響較小。


四、產能



五、市場分析



由於具備優秀的透明性和耐衝擊性,並符合美國FDA、美國藥典VI標準,使K膠應用到越來越多的開發和產品,尤其在薄膜包裝方面有廣闊的發展空間,預計未來幾年內世界K膠消費將穩步增長,2006-2010年需求年均增長率2.6%,2010-2015年需求年均增長率1.6%。消費增長較快的使亞洲市場,市場重心有向亞洲地區轉移的趨勢。據相關統計,2009年~2014年,我國K樹脂行業市場規模也逐年增長,由2009年的5.04億元增長到2014年的9.5億元。

根據包裝、日用塑料製品、醫療器具、玩具製造等相關領域發展趨勢,預計2010年國內K膠市場需求量達到3.8萬噸,2006-2010年年均需求增長率為8%左右,增長較快的為高檔包裝材料和高檔人用塑料製品等領域。預計到2015年K樹脂年需求量達到5.1萬噸。如K膠在家用電器領域、製鞋等領域得到大量應用,則K膠的用量是相當可觀的。

目前國內K膠應用領域主要是包裝、日用塑料製品、醫療器具、玩具製造等。

(1)包裝領域是K膠最大的消費市場,其應用多與PS等樹脂共混使用,用於食品容器、包裝薄膜、包裝片材、醫藥包裝、日用品包裝、化妝品包裝等,K膠用量約1.68 萬噸。

(2)由於貨源缺,近年來國內有些應用K膠的日用製品生產廠家處於停工待料狀態。目前國內日用塑料製品年消費K膠約9900噸。

(3)我國是世界玩具製造大國,每年用於玩具玩具製造的透明樹脂有幾千噸,但是透明性好,韌性強,著色、光澤度好,且無毒的產品較少,K膠應用於製作透明片材的效果非常好,但由於價格較貴限制了其使用範圍。同時由於K膠進貨比較繁瑣,國內加工製作廠家怕影響交貨期而不願意接手這些加工製作。目前我國玩具製造領域消費K膠約300噸。

(4)醫療器具是K膠最直接的應用領域,一般都是單獨使用。國內的一些廠家還將K膠用作一次性注射器針座聚丙烯材料的增韌劑,可使針座脆裂現象得到改善。估計目前國內醫療器械領域消費K膠大約700噸。

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