Viscoelastic properties of butadiene-styrene block copolymers

Summary

The viscous properties of SBS block copolymers (of “Cariflex TR-1102” in this work) have been determined with the rate of shear being varied by 10⁸ times. It has been shown that in the region of low shear rates the polymer behaves as a structured highly concentrated disperse system which exhibits sharply pronounced thixotropy. In the region of high shear rates, the viscous properties of the polybutadiene matrix are of decisive importance. At low values of shear stress the compliance of the SBS block copolymer exceeds that of the polybutadiene matrix almost by a decimal order.

At high shear stresses, just as in the case of viscous properties, the elastic behaviour of the SBS block copolymer approaches that of the polybutadiene matrix. Measurements of the dynamic characteristics at frequencies, which vary by a million times, most spectacularly point to the specificity of the viscoelastic properties over a wide temperature range. Under conditions of low temperatures the SBS block copolymer behaves as a rubber, while at temperatures above the glass transition temperature of polystyrene, at low loading intensities (low amplitudes and small deformations) the block copolymer shows low fluidity. This is most clearly seen from the frequency dependence of the loss modulus, especially in comparison with the relation typical of polybutadiene.

Zusammenfassung

Die viskosen Eigenschaften von SBS-Block-Copolymeren (hier „Cariflex TR-1102“) werden in einem Bereich von acht Zehnerpotenzen der Schergeschwindigkeit untersucht. Es wird gezeigt, daß im Bereich niedriger Schergeschwindigkeiten das Polymer sich wie ein strukturiertes hochkonzentriertes disperses System verhält, das eine ausgeprägte Thixotropie besitzt. Im Bereich hoher Schergeschwindigkeiten sind dagegen die viskosen Eigenschaften der Polybutadien-Matrix von entscheidender Bedeutung. Bei niedrigen Schubspannungswerten übersteigt die Komplianz des SBS-Block-Copolymeren diejenige der Polybutadien-Matrix höchstens um etwa 10%.

Bei hohen Schubspannungen nähert sich das elastische Verhalten analog wie bei den viskosen Eigenschaften demjenigen der Polybutadien-Matrix an. Die Messung der dynamischen Charakteristiken über einem Frequenzbereich von sechs Zehnerpotenzen lassen die spezifischen viskoelastischen Eigenschaften in einem weiten Temperaturbereich sehr deutlich erkennen. Bei tiefen Temperaturen verhält sich das Polymer wie ein Gummi, während bei Temperaturen oberhalb der Glasübergangstemperatur des Polystyrols unter geringer Belastung (d.h. kleinen Amplituden bzw. Deformationen) das Polymer eine geringe Fluidität zeigt. Dies erkennt man am deutlichsten an der Frequenzabhängigkeit des Verlustmoduls, insbesondere durch Vergleich mit derjenigen bei Polybutadien.