OBC 烯烃嵌段共聚物的结构、性能、种类、聚合技术及应用
OBC 烯烃嵌段共聚物的结构、性能、种类、聚合技术及应用
烯烃嵌段共聚物（OBC）是一种新型的聚烯烃弹性体材料，具有独特的“软”和“硬”交替嵌段结构。这种材料不仅在性能上表现出色，而且在聚合技术上也实现了创新突破。本文将详细介绍OBC的结构、性能、种类、聚合技术及其在各个领域的应用。
概述
烯烃嵌段共聚物（Olefin Block Copolymer, OBC）是Dow化学公司在2006年采用新的链穿梭聚合技术在单一的反应容器内进行连续溶液聚合的工艺而制备的聚烯烃热塑性弹性体。OBC具有独特“软”和“硬”交替嵌段结构的聚合物。既可以由两种不同种类烯烃单体共聚而成，也可以由α-烯烃均聚制备具有不同立构规整度链段构成。
由于其具有独特的多嵌段结构，使得烯烃嵌段共聚物(OBC)与通常的聚烯烃弹性体相比，具有弹性与耐温性的良好平衡；结晶温度较高，加工时能快速成型；无论室温还是高温下，都具有更好的弹性恢复和压缩形变；耐磨性也得到提高。烯烃嵌段共聚物可以用作热塑性弹性体材料、相容剂、药物载体、塑料增韧等。与聚烯烃树脂相比，烯烃嵌段共聚物具有高低温压缩性能优异的特点，可以应用于柔性要求高的制品，如挤出型材、软管、弹性纤维、薄膜、发泡制品等。
聚合工艺
烯烃嵌段共聚物(OBC)的三种合成方法：
采用具有活性聚合特征的催化体系进行烯烃共聚反应，将两种单体分阶段通入反应器中，并且控制单体通入量和通入次数来控制各部分嵌段长短和嵌段数；
采用能够发生构型变化的茂金属催化剂进行α-烯烃均聚，不同构型的茂金属催化剂可以制备不同立构规整性的聚α-烯烃，从而形成立构规整性不同的嵌段共聚物；
则是采用陶氏化学公司开发的“链穿梭聚合”技术，通过使用两种具有不同竞聚率的催化剂和链转移剂配合制备嵌段共聚物。
第三种方法是目前唯一商业化了的方法，是2006年美国DOW化学公司的几位科学家首次提出的概念，不仅能够大大简化生产工艺、降低生产成本，还能对聚合物的微观结构进行调整，更易得到目标产物，引起国内外聚烯烃行业的极大兴趣。
“链穿梭聚合”：
陶氏化学公司在Insite 技术的基础上提出“链穿梭聚合”法，开发了生产烯烃嵌段共聚物新技术。“链穿梭聚合”的定义是：一个聚合物增长链在多个催化剂的活性位点间转移，从而使一个聚合物分子至少在两个催化活性中心作用下生长，其中，聚合物链在催化剂之间的传递是依靠链穿梭剂（如金属烷基化合物，CSA）完成的。当体系中的催化剂具有不同的共聚单体选择性或不同的立体构型选择性时，利用这种聚合方法就可制备出链段组成各不相同的烯烃嵌段共聚物(OBC )。
“链穿梭聚合”技术的核心是：创造性地提出了采用至少2种均相烯烃聚合催化剂和至少1种链穿梭剂(CSA)。以链转移剂为媒介，聚烯烃增长链在多种均相活性中心上不断穿梭，以完成1个聚合物链的增长。链穿梭聚合中不可缺少CSA。CSA一般是烯烃配位聚合的链转移剂，如二烷基锌，烷基铝等金属有机化合物。因此，链穿梭反应也可看作是多种催化剂和链转移剂组成的一个可实现交叉链转移的聚合体系。
OBC的分类：乙烯基和丙烯基
与POE相似，烯烃嵌段共聚物也依据主要聚合单体的不同，分为乙烯基和丙烯基两类：
1. 乙烯基嵌段共聚物
2006年，陶氏化学公司基于链穿梭聚合技术（Chain Shuttling Polymerization）制备的乙烯/1-辛烯多嵌段共聚物OBC。 Dow公司随后将其工业化，并将嵌段共聚物的商品命名为InfuseTM。目前商业化的牌号主要有10个，产品的熔体流动速率为0.515g/10min，密度为0.8600.887g/cm3。Dow公司Infuse OBC产品的主要牌号及物性参数见表1，与其他常规的烯烃弹性体相比具有很多优越的性能。
表1 Dow公司主要OBC牌号和性能参数
OBC构成了聚烯烃弹性体的新家族，与乙烯/1-辛烯无规共聚物(POE弹性体)相比，具有更高的熔点、结晶温度和更低的玻璃化转变温度，结晶形态更为有序。当共聚单体含量增加时，嵌段共聚物和无规共聚物的这种差异会变得更大。在结晶方面，嵌段共聚物结晶速率更快，即使嵌段共聚物中的“硬段”含量很低，也能快速结晶，且球晶的生长速率和本体结晶均与“软段”的含量有关。
乙烯基嵌段共聚物的性能优势
（1）热学性能
与聚烯烃弹性体（Polyolefin Elastomers, POE）相比，OBC的结晶速率表现更快 以及结晶形态表现更规则，具有更好的耐热性能。
（2）力学性能
OBC比传统的聚烯烃类热塑性弹性体（Thermoplastic Polyolefin Elastomers, TPE）表现出 更高的拉伸强度、撕裂强度、断裂伸长率和弹性回复等方面的性能，是苯乙烯嵌段共聚型TPE的理想的替代材料。
（3）加工性能
与烯烃无规共聚物和共混物相比，OBC则具有易于加工、刚性韧性平衡的特点。 在外观上，OBC表面光滑，黏性低，触感良好，是一种具有前途的弹性体材料
（4）与丁苯嵌段共聚物(SBC)相比
OBC具有弹性、柔性、宽的使用温度范围、耐候性以及质轻等方面的优势。OBC因其化学组成的原因，比SBC更加适合与食品、药品接触，其加工、制品回收等过程也更加环保。OBC比SBC更容易上色，对于有颜色的产品来说，OBC产品可以利用更少的颜料进行处理。此外，由于OBC产品具有更浅的颜色和更淡的气味，因此比SBC产品更加美观、环保。
（5）与 (EVA)和 (POE) 相比
与乙烯/醋酸乙烯共聚物(EVA)和聚烯烃弹性体(POE)相比，OBC具有更好的高温抗压缩性、耐热性和耐磨性。随温度的下降，EVA和POE的硬度分别增加25.7%和10.8%，而OBC的硬度增加仅为7.5%。这充分说明，在低温条件下OBC硬度增加的程度要低于EVA和POE。
乙烯基嵌段共聚物的用途
与普通的烯烃聚合物相比，烯烃嵌段共聚物具有明显优势。比如耐热性高、耐磨性好、高弹性、加工速度快、压缩永久变形性等优点。因此可应用于柔性成型产品、挤压型材、软管、管材、发泡材料、弹性纤维、弹性薄膜等。以及它在软管、塑料胶管、汽车中的软性材料如汽车内部组件、汽车车身门窗密封件以及工业交联泡沫塑料、电气设备、鞋类等领域具有广泛的用途，甚至广泛应用于我们生活中常见的家电、家具、建筑材料垫片等等。
（1）由于 OBC的耐热性、压缩永久变形性、高弹性以及加工性的综合平衡，所以其在软管、异型挤出制品（汽车车身门窗密封条、器具、家具和建筑物垫片等）、工业用交联泡沫、电气设备、鞋类、盖罩的密封垫、汽车内部组件市场等领域都具有很大的商机。
（2）基于OBC的弹性复原和应力松弛性能，利用OBC制备的弹性胶片和纤维有可能在卫生和医药工业中占据重要的市场份额。
（3）因为OBC化学组成的原因，比SBC更加适合与食品、药品接触，OBC已部分替代SBC应用于饮料瓶盖、生活用品(牙刷、须刀和梳子等)的手柄以及婴儿奶嘴等领域。
（4）另外OBC与聚丙烯和聚乙烯具有很好的相容性，且具有较低的玻璃化温度和良好的注塑成型加工性，所以可利用 OBC对用于汽车工业和硬包装业的聚丙烯进行改性。
（5）OBC具有的高弹性和应力松弛性能够广泛应用于弹性材料中。例如DOW化学公司在鞋类泡沫材料中引入的烯烃嵌段共聚物成为鞋子的核心，使得鞋子在使用时具有更好的耐用性和舒适度。这种新型的OBC 材料比传统的醋酸乙烯酯(EVA)泡沫材料，显著提高了鞋的弹性回复和尺寸稳定性。
2. 丙烯基嵌段共聚物
在聚合物材料中， 聚乙烯（简称PE）和 聚丙烯（简称PP）可以说是毫无争议的两大通用塑料，性能特性各有千秋。聚乙烯具有较好的韧性，特别是低温韧性。聚丙烯有较好的刚性和耐热性能。但它们的相容性差，在过去50年里，一直没有很好的方法将它们的优点结合起来，强强联合。
如何改善PE和PP的相容性，陶氏公司独家设计出了新一代INTUNE™系列产品。INTUNE产品，是典型的丙烯基嵌段共聚物，与聚乙烯和聚丙烯材料都有很高的相容性，它能够作为连接桥梁，降低PP和PE之间的界面张力，从而拉近两者距离。
丙烯基嵌段共聚物的用途
（1）PP/PE共混增容
使用聚丙烯基嵌段共聚物后，聚丙烯和聚乙烯相容性大幅提高，共混材料可以发挥各自的特性，得到能够利用现代通用加工技术加工的共混物。这有助于对各项性质进行微调，从而创造出具备综合优势的制品。
（2）PP/极性聚合物共混增容
添加不同量的丙基嵌段共聚物后，聚丙烯还可与聚烯烃弹性体及一些极性材料，如乙烯/乙烯醇共聚物(EVOH)、聚酰胺共混，以获得特殊的性能。
（3）塑料回收领域
长期以来聚丙烯和聚乙烯制品的分拣在技术上和经济上都是一道重大难题，进而导致含有两种材料的回收塑料的使用受限。丙烯基烯烃嵌段共聚物可作为相容剂用于聚丙烯和聚乙烯制品消费后回收共混，回收材料均一性好，可直接用于再次加工应用。
（4）多层复合结构黏结
在PE和PP复合中，INTUNE可充当黏结层，提升PE层与PP层之间的黏结强度。此外，聚丙烯基烯烃嵌段共聚物还用于聚烯烃多层管道。由于丙烯基嵌段共聚物与PE和PP都具有高度相容性，能够将PP和PE管道粘在一起。INTUNETM还可用于解决聚丙烯无规共聚物(PPR)管道在低温下的脆性问题，以及提高PE管道的耐热性。
（5）透明储物盒
同时具备抗摔和透明的储物盒，选择 INTUNE™就可以轻松解决。它能够帮助增韧的弹性体粒子在聚丙烯里面的 尺寸变得足够小，小到不影响PP基质的透光性能，这样就能生产出兼具颜值和实力的储物盒了。
除此之外，INTUNE™还在管材、汽车材料、包装材料、和滚塑等等应用中发挥着不俗的作用。无论是要解决现有产品的 相容性问题，还是通过设计新的配方、新的结构来 设计全新材料，它都是一个 值得信赖的选择。
在中国市场的INTUNE产品牌号主要是D5535，其密度为0.879g/cm，熔体流动速率为6.5g/10min(230℃，2.16kg)，熔点为137℃。INTUNE还有其他5个商业化牌号，典型物性参数及应用汇总于表2中。其中，XUS69109和XUS69110为马来酸酐接枝共聚物。
表2 INTUNE 典型牌号及其物性和应用
结语
烯烃嵌段共聚物OBC作为一种新型的聚烯烃弹性体材料，表现出优异的性能和独特的商业价值。OBC具有高的熔融温度、低的玻璃化转变温度、高弹性、耐热性以及结晶性等优势使得它成为替代传统的聚烯烃弹性的理想材料。链穿梭聚合是当前最简便，最有效，最具前途实现工业化制备多嵌段共聚物的聚合新方法。 烯烃多嵌段共聚物作为一类高端的聚烯烃弹性体预期在将来有着更加广泛的用途。当然，在链穿梭聚合制备OBC方面仍存在很多科学和技术问题需要解决。未来的研究可以进一步深入探讨不同单体和催化剂的组合，以优化OBC的性能，推动其在高端材料领域的应用与发展。