โพลีบิวทิลีนเทเรฟทาเลต (PBT) คืออะไร?

1.โพลีบิวทิลีนเทเรฟทาเลต (PBT) คืออะไร

โพลีบิวทิลีนเทเรฟทาเลต (PBT) เป็นวัสดุผลึกที่จัดเป็นพลาสติกวิศวกรรมเอนกประสงค์ PBT ซึ่งเป็นโพลีเอสเตอร์ชนิดหนึ่งที่ทำจากกรดเทเรฟทาลิกและ 1,4-บิวเทนไดออล มีคุณสมบัติที่ดีเยี่ยมหลายประการ ซึ่งรวมถึงความทนทานต่อสารเคมีที่แข็งแกร่ง คุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ต้องการ และความเหมาะสมสูงสำหรับการขึ้นรูปและกระบวนการทางอุตสาหกรรมอื่นๆ ซึ่งทำให้ PBT เป็นตัวเลือกที่พบบ่อย ของวัสดุในขอบเขตการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ ชิ้นส่วนยานยนต์ และการอัดขึ้นรูปสำหรับฟิล์ม ในทางกลับกัน ความชุกของพันธะเอสเทอร์ใน PBT ทำให้ PBT ไวต่อการย่อยสลายเมื่อมีด่างแก่ และเสี่ยงต่อการไฮโดรไลซิสในสภาพแวดล้อมที่อบอุ่นและชื้น

เอสเทอร์อธิบายไว้ในสูตรทางเคมี RCOOR' และอาจเกิดขึ้นได้จากการทำปฏิกิริยาแอลกอฮอล์กับกรดอินทรีย์ ดังที่แสดงไว้ในแผนภาพปฏิกิริยาที่แสดงด้านล่าง

พลาสติกประกอบด้วยโพลีเมอร์รูปโซ่ เพื่อผลิตเอสเทอร์สายโซ่ยาว จะใช้แอลกอฮอล์ไดวาเลนต์และกรดอินทรีย์ไดวาเลนต์เป็นส่วนผสม ซึ่งส่งผลให้เกิดพันธะเอสเตอร์ซ้ำๆ ผ่านรูปแบบปฏิกิริยาที่แสดงด้านล่าง ส่งผลให้เกิดโพลีเมอร์ที่มีรูปร่างคล้ายโซ่

การวิจัยที่มุ่งเป้าไปที่การใช้งานจริงของโพลีเอสเตอร์เริ่มต้นจากการศึกษาโพลีเอสเตอร์ที่มีไขมันสำหรับเส้นใยสังเคราะห์ อย่างไรก็ตาม วัสดุที่เกิดขึ้นในลักษณะนี้ไม่สามารถทนต่ออุณหภูมิของเตารีดเสื้อผ้าที่ร้อนได้ ซึ่งเป็นข้อกำหนดสำคัญสำหรับเส้นใย และดังนั้นจึงไม่สามารถนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ได้
หลังจากนั้นไม่นาน แนวคิดนี้ก็เกิดขึ้นเพื่อปรับปรุงความต้านทานความร้อนโดยการเพิ่มวงแหวนอะโรมาติก และสิ่งนี้นำไปสู่วัสดุที่สามารถใช้สำหรับเส้นใยได้: โพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลต (PET) ที่ทำจากกรดเทเรฟทาลิกและเอทิลีนไกลคอล ปัจจุบัน PET ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายไม่เพียงแต่สำหรับเส้นใยสังเคราะห์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงฟิล์ม ขวด และผลิตภัณฑ์อื่นๆ อีกมากมาย
แม้ว่าบางครั้ง PET จะถูกใช้เป็นวัสดุสำหรับผลิตภัณฑ์ขึ้นรูป แต่ความยากในการตกผลึกของวัสดุนี้ทำให้ไม่สะดวกที่จะขึ้นรูปเป็นรูปทรงที่ซับซ้อน เพื่อให้ได้วัสดุที่สามารถขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ประสิทธิภาพสูงได้อย่างมีประสิทธิภาพ จำเป็นต้องกระตุ้นกระบวนการตกผลึกด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง เช่น โดยการผสมสารเติมแต่งที่ส่งเสริมการตกผลึกลงในวัสดุขึ้นรูปที่ทำจาก PET
อย่างไรก็ตาม ในที่สุดก็พบว่าการแทนที่หมู่เอทิลีน (C2) ใน PET ด้วยบิวทิลีน (C4) ซึ่งทำให้ได้โพลีบิวทิลีนเทเรฟทาเลต (PBT) ทำให้ได้วัสดุที่ตกผลึกทันทีโดยไม่ต้องใช้สารเติมแต่งที่ส่งเสริมการตกผลึก สิ่งนี้ทำให้ PBT เป็นตัวเลือกทั่วไปของวัสดุสำหรับงานฉีดขึ้นรูปโดยเฉพาะ ปัจจุบัน PBT ผลิตจากกรดเทเรฟทาลิกและ 1,4-บิวเทนไดออล

2. คุณสมบัติที่สำคัญของ PBT

พันธะเอสเตอร์และวงแหวนอะโรมาติกใน PBT ช่วยให้มั่นใจในความทนทานต่อสารเคมีที่แข็งแกร่งและคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดี ในขณะที่ PBT มักถูกผสมกับใยแก้วหรือสารตัวเติมอื่นๆ เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางกลและทนความร้อน

• คุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยม โดยเฉพาะความแข็งแรงและความเหนียว
• สามารถเสริมด้วยใยแก้วหรือสารตัวเติมอื่น ๆ เพื่อปรับปรุงความแข็งแกร่ง ความแข็งแรง และอุณหภูมิการโก่งตัวของความร้อน
• การดูดซึมน้ำต่ำ
• คุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม
• ทนต่อสารเคมีได้ดีเยี่ยม (รวมถึงความต้านทานต่อตัวทำละลายอินทรีย์ กรดอ่อน ด่างอ่อน และสารอื่น ๆ)
• การดูดซึมน้ำต่ำทำให้มั่นใจได้ถึงการเปลี่ยนแปลงของมิติที่น้อยที่สุด

Asahi Kasei ยังมีเกรด PBT เฉพาะทางเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ มากมาย รวมถึงเกรดที่เสริมด้วยสารตัวเติม เกรดทนไฟ เกรดทนแรงกระแทก เกรดที่ผสมกับสารเติมแต่งที่ทำให้เสถียรต่างๆ และเกรดรอบสูง
ข้อควรพิจารณาในทางปฏิบัติที่ต้องคำนึงถึงเมื่อพิจารณา PBT รวมถึงข้อเท็จจริงที่ว่าการสัมผัสกับอุณหภูมิสูงเป็นเวลานานโดยมีความชื้นสามารถทำให้เกิดการไฮโดรไลซิสของ PBT ได้เนื่องจากมีพันธะเอสเทอร์ที่ PBT มีอยู่ นอกจากนี้ PBT ยังไม่ทนทานต่อกรดแก่หรือสารละลายด่างแก่มากนัก ดังนั้น การใช้ PBT ในสภาพแวดล้อมที่ก่อให้เกิดอันตรายเหล่านี้ จึงต้องอาศัยความเอาใจใส่อย่างระมัดระวังต่อปัจจัยเสี่ยงที่เกี่ยวข้องทั้งหมด

3.การใช้งาน

ข้อดีที่สรุปไว้ในส่วนก่อนหน้านี้ทำให้ PBT เป็นตัวเลือกวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ ชิ้นส่วนยานยนต์และระบบไฟฟ้าของยานยนต์ และการอัดขึ้นรูปสำหรับฟิล์ม

4. วิธีการปั้น

การมีน้ำเหลืออยู่ในระหว่างการขึ้นรูป PBT จะทำให้เกิดการไฮโดรไลซิส ด้วยเหตุนี้ ปริมาณน้ำของวัสดุที่จะขึ้นรูปจะต้องลดลงต่ำกว่า 0.03% และจะต้องทำให้แห้งเป็นเวลานานพอสมควรที่อุณหภูมิสูง (3 ชั่วโมงขึ้นไปที่ 130°C) โดยทั่วไปจะใช้เครื่องอบแห้งแบบสุญญากาศหรือเครื่องอบแห้งแบบผึ่งให้แห้ง
PBT เป็นวัสดุผลึกที่มีจุดหลอมเหลว 230°C ดังนั้นสำหรับการฉีดขึ้นรูป ควรตั้งอุณหภูมิของกระบอกสูบไว้ที่อุณหภูมิเรซิน 240-250°C
นอกจากนี้ เพื่อให้แน่ใจว่าตัวแม่พิมพ์จะตกผลึกเพียงพอและแสดงประสิทธิภาพสูงตามที่คาดหวังจากผลิตภัณฑ์ PBT อุณหภูมิของแม่พิมพ์จะต้องสูงกว่า 40°C เนื่องจากโครงสร้างผลึกของ PBT แนะนำให้รักษาแรงดันให้เพียงพอเพื่อหลีกเลี่ยงรอยยุบและการบิดงอ

5.การเปรียบเทียบ PBT และโพลีเอไมด์66

PBT และ polyamide66 (PA66) เป็นพลาสติกวิศวกรรมแบบผลึกที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการใช้งานที่ต้องการความต้านทานความร้อนที่ดี ความเป็นฉนวนไฟฟ้าสูง ทนต่อสารเคมีที่แข็งแกร่ง และคุณสมบัติอื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง ในทางปฏิบัติ ตัวเลือกที่ถูกต้องสำหรับการใช้งานที่กำหนดขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพที่แตกต่างกันของวัสดุทั้งสองนี้ ดังสรุปไว้ในตารางที่ 1

การประยุกต์ใช้ PBT

ตามที่ระบุไว้ข้างต้น PBT ทนความร้อนสูงและมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม ทำให้ PBT เป็นวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับชิ้นส่วนไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์

การประยุกต์ใช้ PA66

PA66 ที่เสริมด้วยฟิลเลอร์มีความแข็งแรงเชิงกลและความต้านทานความร้อนสูงกว่า PBT ทำให้วัสดุนี้เป็นตัวเลือกทั่วไปสำหรับการใช้งานที่ต้องการความต้านทานความร้อนและความแข็งแรงสูงผิดปกติ รวมถึงชิ้นส่วนไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ตลอดจนส่วนประกอบโครงสร้างยานยนต์ เนื่องจากวัสดุ PA66 มีคุณสมบัติการเลื่อนที่ดี จึงมักใช้ทำชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวได้ซึ่งจำเป็นต้องมีการต้านทานความร้อนสูง

ท้ายที่สุดแล้ว คุณสมบัติของวัสดุของ PBT และ PA66 ค่อนข้างคล้ายกัน และผู้ผลิตวัสดุแต่ละรายจะพัฒนากลุ่มเกรดวัสดุของตนเองโดยเพิ่มข้อดีที่ระบุไว้ข้างต้น หรือเพื่อบรรเทาข้อเสียที่ระบุไว้ข้างต้น ดังนั้นการเลือกวัสดุที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่กำหนดมักจะต้องพิจารณาเป็นกรณีไป

→ คลิกที่นี่เพื่อดูภาพรวมของเรซินโพลีเอไมด์ LEONA™ ของ Asahi Kasei

→ คลิกที่นี่เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการใช้งานทั่วไปและการใช้งานที่แนะนำสำหรับเรซินโพลีเอไมด์ LEONA™ ของ Asahi Kasei

6.ภาวะโลกร้อนและ PBT

เทคนิคในการได้รับส่วนผสมของ PBT ได้แก่ กรดเทเรฟทาลิก และ 1,4-บิวเทนไดออล จากวัสดุชีวมวลเป็นจุดสำคัญของความพยายามในการวิจัยที่กำลังดำเนินอยู่ นอกจากนี้ ความจริงที่ว่าโพลีเอสเตอร์สามารถทำให้เกิดปฏิกิริยาโพลีเมอร์ผ่านขั้นตอนที่ค่อนข้างง่าย แสดงให้เห็นความเป็นไปได้อย่างมากในการออกแบบระบบรีไซเคิลที่มีประสิทธิภาพสูงซึ่งสามารถนำของเสียกลับคืนมาโดยมีสารปนเปื้อนหรือสิ่งแปลกปลอมในระดับต่ำเท่านั้น

คอลัมน์: โพลีเอสเทอร์หลายชนิด

ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น โพลีเอสเตอร์ผลิตโดยการเชื่อมแอลกอฮอล์ไดวาเลนต์กับกรดอินทรีย์ไดวาเลนต์ การเลือกว่าจะผสมแอลกอฮอล์กับกรดอินทรีย์ด้วยวิธีต่างๆ กัน ทำให้ได้วัสดุโพลีเอสเตอร์ที่แตกต่างกันออกไป ซึ่งมีคุณสมบัติสรุปไว้ในตารางที่ 2
PBT ถูกสังเคราะห์จากแฟตตี้แอลกอฮอล์และกรดที่มีวงแหวนอะโรมาติก สิ่งนี้จัดประเภท PBT ว่าเป็นโพลีเอสเตอร์กึ่งอะโรมาติก โดยมีวงแหวนอะโรมาติกซึ่งมีความต้านทานความร้อนสูงและมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดี PET ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตเส้นใย ฟิล์ม และขวด ก็จัดอยู่ในหมวดหมู่นี้เช่นกัน
โพลีเอสเตอร์ยังใช้ทำเทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์: บล็อกโคโพลีเมอร์ซึ่งมีโมเลกุลมีทั้งส่วนที่อ่อนที่เปลี่ยนรูปได้ง่ายและส่วนที่แข็งที่ต้านทานการเสียรูป ในเทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์ที่ใช้โพลีเอสเตอร์ (หรือที่เรียกว่าเทอร์โมพลาสติกโคโพลีเอสเทอร์หรือ TPC) ส่วนที่แข็งโดยทั่วไปจะเป็นโพลีเอสเตอร์อะโรมาติก (มักจะเป็น PBT) ในขณะที่ส่วนที่อ่อนมักจะเป็นโพลีอีเทอร์ (มักจะเป็น PTMG) ซึ่งรับประกันการต้านทานความร้อนได้ดีเยี่ยม
เมื่อทั้งกรดและแอลกอฮอล์ที่ใช้ทำโพลีเอสเตอร์มีไขมัน โพลีเอสเตอร์ที่ได้จึงสามารถย่อยสลายทางชีวภาพได้ กรดโพลีแลกติก (PLA) เป็นตัวอย่างหนึ่งของเรซินที่ดึงดูดความสนใจอย่างมากในฐานะวัสดุที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
ในทางกลับกัน เมื่อทั้งกรดและแอลกอฮอล์ที่ใช้ทำโพลีเอสเตอร์มีกลิ่นหอม โพลีเอสเตอร์ที่ได้นั้นอาจมีพฤติกรรมเป็นผลึกเหลว โพลีเอสเตอร์คริสตัลเหลว (LCP หรือที่เรียกว่าโพลีเมอร์คริสตัลเหลว) มีความต้านทานความร้อนสูงเป็นพิเศษ เมื่อจุดหลอมเหลวของวัสดุเข้าใกล้อุณหภูมิที่วัสดุเริ่มสลายตัว วัสดุจึงกลายเป็นเรื่องยากที่จะขึ้นรูปเป็นรูปทรงเฉพาะ แต่อาจใช้เป็นวัสดุประสิทธิภาพสูงทนความร้อนหรือเป็นวัสดุเส้นใยได้
โพลีเอสเตอร์ที่มีสายโซ่โมเลกุลมีพันธะคู่เรียกว่าโพลีเอสเตอร์ไม่อิ่มตัว พันธะคู่ในโพลีเอสเตอร์ที่ไม่อิ่มตัวสามารถกระตุ้นการเชื่อมโยงข้ามระหว่างโซ่โมเลกุล ทำให้เกิดพลาสติกเทอร์โมเซตติงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นวัสดุสำหรับส่วนประกอบขึ้นรูปขนาดใหญ่ในอุตสาหกรรมการก่อสร้างและการต่อเรือ

สร้างโดย Isao Sato ตามเอกสารต่อไปนี้ ฯลฯ
โพลีเอสเตอร์คืออะไร? – สมาคมสิ่งแวดล้อมวัสดุพลาสติกเรซิน (jushiplastic.com)
คู่มือเรซินโพลีเอสเตอร์อิ่มตัว เรียบเรียงโดย Kazuo Yuki – Nikkan Kogyo Shimbun –
คู่มือเรซินโพลีเอสเตอร์, Eiichiro Takiyama/ผู้เขียน – Nikkan Kogyo Shimbun –
โครงสร้างและความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพของโพลีเอสเตอร์อะลิฟาติก, Masatsugu Mochizuki/ผู้แต่ง – สิ่งทอและอุตสาหกรรม, Japan Textile Science Society –

(เขียนโดย Isao Sato สำนักงานเทคนิค Isao Sato)

Asahi Kasei ทุ่มเทในการจัดหากลุ่มผลิตภัณฑ์พลาสติกวิศวกรรมเกรดเต็มรูปแบบ และใช้ประโยชน์จากความเชี่ยวชาญทางเทคโนโลยีอันเป็นเอกลักษณ์ของเราเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ โปรด ติดต่อเรา เพื่อถามคำถาม หารือเกี่ยวกับข้อกังวล และขอตัวอย่าง