Quy trình xanh và ứng dụng của hạt nhựa TPEE elastomer polyester nhiệt dẻo

Hạt nhựa TPEE nhiệt dẻo polyester đàn hồi (TPEE) là một khối đồng trùng hợp bao gồm các đoạn mạch cứng ngắn (pha tinh thể) và các đoạn mạch mềm dài. Do cấu trúc hóa học đặc biệt, TPEE có độ đàn hồi và mềm mại của cao su và độ cứng và dễ gia công của nhựa nhiệt dẻo. Tính chất hóa học và vật lý của nó được xác định bởi cấu trúc và thành phần của các đoạn mềm và cứng của polyme, còn độ đàn hồi và độ bền của nó nằm giữa nhựa và cao su. Việc tăng tỷ lệ các đoạn cứng có thể tăng cường độ cứng và tính ổn định hóa học; tăng tỷ lệ các đoạn mềm có thể cải thiện tính linh hoạt và hiệu suất ở nhiệt độ thấp.

Hạt nhựa TPEE có độ bền cơ học tốt, chẳng hạn như khả năng chịu kéo, chống rách, chống va đập, chống mài mòn, chống biến dạng, chống mỏi, cũng như khả năng chống hóa chất, dầu, khí hậu và độ đàn hồi tốt ở nhiệt độ thấp. Do đó, nó được sử dụng rộng rãi trong các thành phần ô tô, cáp truyền thông, sản phẩm công nghiệp, thể thao và giải trí, miếng đệm giảm xóc đường sắt, màng chống thấm nước và thoáng khí, vật liệu y sinh và chất biến tính polyme. Ngoài đặc tính thân thiện với môi trường là có thể tái chế, TPEE còn có thể được tái chế từ chất thải polyester (PET) để thu được các monome hoặc oligome làm nguồn nguyên liệu thô, qua đó hiện thực hóa phương pháp tuần hoàn chuyển đổi chất thải PET thành các sản phẩm mới có giá trị cao.

►Xem thêm: Hạt nhựa EAA

Giới thiệu về hạt nhựa TPEE

Nhựa nhiệt dẻo truyền thống và cao su là hai vật liệu có tính chất hoàn toàn khác nhau. Loại trước đây có bản chất là vật liệu cứng hơn và có thể được tạo thành bằng nhiều phương pháp gia công khác nhau, chẳng hạn như đùn, phun, đúc thổi, nhiệt dẻo, v.v.; Loại thứ hai mềm hơn và có độ đàn hồi tốt, nhưng đòi hỏi nhiều quy trình phức tạp như lưu hóa để xử lý và sản xuất. Nhựa nhiệt dẻo polyester đàn hồi (TPEE) là vật liệu polyme mới kết hợp ưu điểm của cả hai loại. Chúng là copolymer đa khối bao gồm các đoạn cứng polyester dạng thủy tinh hoặc tinh thể có độ cứng và điểm nóng chảy cao và các đoạn mềm polyether hoặc polyester dạng chuỗi dài, không tinh thể có tính linh hoạt và nhiệt độ chuyển thủy tinh thấp. Chúng kết hợp khả năng phục hồi đàn hồi, hấp thụ năng lượng và tính linh hoạt tốt ở nhiệt độ thấp của chất đàn hồi cao su liên kết hóa học với độ bền cơ học tuyệt vời và đặc tính dễ gia công của nhựa nhiệt dẻo.

Tính chất vật lý

Một loại elastomer polyester nhiệt dẻo điển hình có cấu trúc bao gồm poly(butylene terephthalate); hạt nhựa PBT là đoạn cứng và poly(tetramethylene oxide); PTMEG là đoạn mềm, mang lại sự linh hoạt. Trong cấu trúc vi mô (Hình 1), các phân đoạn PBT tinh thể được phân tán trong các miền vô định hình bao gồm phân đoạn mềm PTMEG và phân đoạn cứng PBT không tinh thể, tạo thành cấu trúc tách biệt pha vi mô. Khu vực được hình thành bởi đoạn chuỗi cứng tinh thể là điểm liên kết vật lý trong cấu trúc, cung cấp điểm hỗ trợ ổn định về kích thước khi vật liệu bị biến dạng. Tỷ lệ này càng cao thì độ cứng, độ bền cơ học, khả năng chịu nhiệt và khả năng chống dung môi của vật liệu càng tốt. Độ đàn hồi và tính linh hoạt ở nhiệt độ thấp của vật liệu được xác định bởi tỷ lệ của đoạn chuỗi mềm vô định hình.

Hình 1. (a) Sơ đồ cấu trúc vi mô của TPEE; (b) Hình ảnh TEM của màng TPEE

Các đặc tính tuyệt vời chung của TPEE như sau:

Khả năng xử lý

Bản thân TPEE là nhựa nhiệt dẻo, có ưu điểm là tốc độ kết tinh nhanh và độ ổn định cao ở trạng thái nóng chảy nên có khả năng gia công tốt và phù hợp với nhiều phương pháp gia công khác nhau như:

① Sử dụng máy đùn nhựa để đùn TPEE thành các loại ống, tấm, thanh hoặc vật liệu đóng gói cáp, v.v.
② Gia công thành các sản phẩm hoàn thiện có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau bằng phương pháp ép phun.
③Đối với TPEE có độ nhớt nóng chảy và cường độ nóng chảy cao hơn, các bộ phận rỗng đặc biệt được chế tạo bằng phương pháp đúc thổi.
④ Áp dụng phương pháp chế tạo và gia công phổ biến nhất trong những năm gần đây – công nghệ chế tạo nhiều lớp, có thể tạo ra các mẫu có độ chính xác cao, phức tạp và tùy chỉnh.

Thị trường và ứng dụng TPEE

Theo số liệu thống kê của Freedonia tại Hoa Kỳ, nhu cầu thị trường TPEE toàn cầu năm 2016 vào khoảng 284.000 tấn; và một báo cáo từ Grand View Research, Inc. chỉ ra rằng quy mô thị trường của nó ước tính là 845,2 triệu đô la Mỹ và dự kiến sẽ đạt 1,49 tỷ đô la Mỹ vào năm 2025. Lý do chính cho sự gia tăng về nhu cầu và quy mô chung là do bản thân TPEE có các đặc tính tuyệt vời và chất đàn hồi này có ưu điểm là quy trình đơn giản và nhẹ, dần thay thế việc ứng dụng vật liệu nhiệt rắn và kim loại. Dự kiến sự tiến bộ của công nghệ chế biến và vật liệu composite trong tương lai cũng sẽ là một trong những yếu tố thúc đẩy sự gia tăng này.

Do TPEE có độ bền cơ học, khả năng chịu nhiệt, chịu hóa chất, chịu dầu, chống mài mòn và khả năng chịu uốn ở nhiệt độ cao và thấp tuyệt vời nên phạm vi ứng dụng của nó rất rộng bao gồm ngành công nghiệp ô tô, vật liệu điện tử và điện, sản phẩm công nghiệp, y tế và hàng tiêu dùng.