Giới thiệu về công nghệ tạo bọt polypropylen
Với nhu cầu ngày càng tăng đối với bảo vệ môi trường, tái chế chất thải và hiệu quả chi phí trong các sản phẩm, các phương pháp tạo bọt vật lý sử dụng các tác nhân như CO2, N2 và isopentane đã thu hút được sự chú ý đáng kể. Hiện tại, CO2 là tác nhân tạo bọt được sử dụng rộng rãi nhất.
Phương pháp cơ bản để chuẩn bị các vật liệu polymer micropious sử dụng chất lỏng siêu tới hạn liên quan đến việc tạo ra hỗn hợp tan chảy/khí polymer bão hòa cao và gây mất ổn định nhiệt động lực học trong quá trình làm mát. Bằng cách kiểm soát các thông số như áp suất và nhiệt độ, các cấu trúc vi thể được hình thành trong ma trận polymer, với chất lỏng siêu tới hạn hoạt động như môi trường tạo hạt. Các bước chính trong quy trình này như sau:
Hệ thống bão hòa polymer/khí
Ở một nhiệt độ nhất định, một phương pháp thích hợp được sử dụng để hòa tan một khí cao, không phản ứng cao (ví dụ: CO2 hoặc N2) vào polymer, tạo thành một hệ thống bão hòa polymer/khí đồng nhất. Nồng độ khí thường dao động từ 5% đến 20%. Sự khuếch tán của khí trong polymer là chậm và có thể được tăng tốc bằng cách tăng nhiệt độ và áp suất.
Tạo mầm
Bằng cách giảm áp suất và/hoặc tăng nhiệt độ, hệ thống polymer/khí xâm nhập vào trạng thái không ổn định nhiệt động, trở nên siêu bão hòa. Điều này kích hoạt tạo mầm đồng nhất và không đồng nhất, dẫn đến sự hình thành của nhiều bong bóng khí.
Tăng trưởng bong bóng
Khí siêu bão hòa khuếch tán vào bong bóng, khiến chúng phát triển và giảm năng lượng tự do của hệ thống. Tăng trưởng bong bóng được kiểm soát bởi các yếu tố như thời gian, nhiệt độ, siêu bão hòa, căng thẳng và tính chất nhớt của hệ thống.
Ổn định cấu trúc micropious
Các phương pháp như dập tắt được sử dụng để ổn định cấu trúc bong bóng.
Hệ thống polymer/khí đồng nhất, polymer tập trung cao và kiểm soát chính xác quá trình tạo mầm và tăng trưởng bong bóng là rất quan trọng đối với quá trình này. Các bọt vi thể được sản xuất thường có kích thước lỗ rỗng từ 5-30 μm. So với các tấm xốp truyền thống, các vật liệu micropious này thể hiện 30% -40% độ bền kéo và cường độ nén cao hơn cho cùng mật độ, và chúng có thể được sản xuất trên các dây chuyền sản xuất hiện có. Sự kết hợp của công nghệ chất lỏng siêu tới hạn và đúc phun nhựa đã khiến việc sản xuất trực tiếp các sản phẩm được đúc polypropylen vi mô thành hiện thực.
Công nghệ tạo bọt polypropylen độ tan chảy cao
Trong bọt polypropylen thông thường, độ nhớt giảm mạnh trên điểm nóng chảy kết tinh, khiến việc kiểm soát nhiệt độ trong quá trình đùn trở nên khó khăn. Tuy nhiên, polypropylen phải duy trì khả năng lưu chuyển đủ trong máy đùn trong khi cũng có độ bền và độ co giãn đầy đủ để bảo tồn cấu trúc bong bóng thông thường. Do đó, polypropylen cường độ tan chảy cao là rất quan trọng trong quá trình tạo bọt.
Ví dụ, nhựa Pferox F814, được sản xuất bởi một công ty nước ngoài, có các chuỗi bên lâu được giới thiệu trong quá trình hậu polyme hóa, cho nó gấp 9 lần cường độ tan chảy của các homopolyme thông thường với các đặc tính dòng chảy tương tự. Hành vi của bong bóng trong PP tuyến tính và PP phân nhánh trong quá trình tạo bọt khác nhau đáng kể. PP tuyến tính thể hiện hàm lượng tế bào mở cao, và bong bóng hợp nhất nhanh chóng, thậm chí dưới sự làm mát nhanh chóng. Ngược lại, PP phân nhánh có xu hướng hình thành các cấu trúc tế bào kín với sự hợp nhất bong bóng tối thiểu, làm cho nó phù hợp để đạt được cường độ tan chảy cao.
Công nghệ tạo bọt polypropylen liên kết chéo
Một số công ty cũng đã áp dụng các quy trình liên kết ngang để sản xuất bọt polypropylen, chẳng hạn như trộn PP với PE và liên kết ngang PE. Ví dụ, một công ty đã phát triển bọt polypropylen được liên kết vi mô bằng cách sử dụng quy trình hai giai đoạn: đầu tiên, đùn một tấm rắn dày 3 mm, sau đó liên kết chéo với peroxide hoặc chiếu xạ, và cuối cùng đặt nó trong một bình áp suất cao (lên đến 69 mPa) với N2 để tạo ra bọt. Phương pháp này dẫn đến một bọt có 1 0% cấu trúc tế bào đóng và mật độ 0,3g/cm³. Bọt này được sử dụng trong các ứng dụng như phụ tùng ô tô và hàng thể thao.
Chìa khóa của quá trình này là liên kết ngang nhựa PP trước khi tạo bọt, làm giảm độ nhớt tan chảy và giảm thiểu vỡ bong bóng trong khi tạo bọt. Bọt PP liên kết chéo thể hiện khả năng chống nhiệt tốt hơn đáng kể (30-50 độ cao hơn) và hiệu suất creep nhiệt (tốt hơn 100 lần) so với bọt không liên kết với nhau. Tuy nhiên, độ kết tinh cao và khó khăn của PP trong các thách thức hiện tại liên kết chéo, đòi hỏi phải kiểm soát chính xác các điều kiện phản ứng để giảm thiểu sự xuống cấp.
Các tác nhân tạo hạt trong bọt
Sản xuất bọt PP vi mô với nhiệt độ nhiệt thông thường hoặc công nghệ nhiệt dẻo vô định hình là khó khăn do độ hòa tan khí thấp trong vùng tinh thể của PP, điều này hạn chế quá trình tạo mầm và tăng trưởng bong bóng. Thêm một lượng nhỏ natri benzoate làm tác nhân tạo hạt nhân có thể làm giảm sức căng bề mặt của polymer, thúc đẩy quá trình tạo mầm bong bóng. Tuy nhiên, Talc, tạo thành một liên kết mạnh mẽ với PP, không hiệu quả như một tác nhân tạo hạt nhân và không nên được sử dụng.