Polybutylene terephthalate (PBT) là gì?

1．Polybutylene terephthalate (PBT) là gì?

Polybutylene terephthalate (PBT) là một vật liệu kết tinh được phân loại là nhựa kỹ thuật đa năng. PBT, một loại polyester được làm từ axit terephthalic và 1,4-butanediol, có một số đặc tính tuyệt vời—bao gồm khả năng kháng hóa chất mạnh, tính chất điện mong muốn và tính thích hợp cao cho việc đúc khuôn và các quy trình công nghiệp khác—đã khiến nó trở thành lựa chọn phổ biến vật liệu trong nhiều lĩnh vực ứng dụng, bao gồm các thiết bị điện và điện tử, phụ tùng ô tô và khuôn ép đùn cho màng. Mặt khác, sự phổ biến của các liên kết este trong PBT khiến nó dễ bị phân hủy khi có chất kiềm mạnh và dễ bị thủy phân trong môi trường ấm áp, ẩm ướt.

Este được mô tả bằng công thức hóa học RCOOR' và có thể được hình thành bằng cách cho rượu phản ứng với axit hữu cơ, như được minh họa bằng sơ đồ phản ứng được mô tả dưới đây.

Nhựa bao gồm các polyme hình chuỗi; để tạo ra chuỗi este dài, rượu hóa trị hai và axit hữu cơ hóa trị hai được sử dụng làm nguyên liệu. Điều này dẫn đến sự hình thành liên tục các liên kết este thông qua sơ đồ phản ứng dưới đây, tạo ra polyme hình chuỗi.

Nghiên cứu nhằm vào các ứng dụng thực tế của polyester bắt đầu bằng việc nghiên cứu các polyester béo cho sợi tổng hợp; tuy nhiên, các vật liệu được tạo thành theo cách này không thể chịu được nhiệt độ của bàn là quần áo nóng—một yêu cầu quan trọng đối với sợi—và do đó không thể thương mại hóa được.
Một thời gian sau, ý tưởng cải thiện khả năng chịu nhiệt bằng cách thêm các vòng thơm nảy sinh và điều này dẫn đến một loại vật liệu có thể được sử dụng làm sợi: polyethylene terephthalate (PET), được làm từ axit terephthalic và ethylene glycol. Ngày nay, PET được sử dụng rộng rãi không chỉ cho sợi tổng hợp mà còn cho màng, chai và nhiều sản phẩm khác.
Mặc dù PET đôi khi được sử dụng làm vật liệu cho các sản phẩm đúc, nhưng sự khó khăn tương đối trong việc kết tinh vật liệu này khiến cho việc tạo thành các hình dạng phức tạp trở nên bất tiện. Để tạo ra một loại vật liệu có thể được đúc thành các sản phẩm hiệu suất cao một cách hiệu quả, cần phải kích thích quá trình kết tinh bằng cách nào đó, ví dụ, có lẽ bằng cách trộn các chất phụ gia thúc đẩy quá trình kết tinh vào vật liệu đúc dựa trên PET.
Tuy nhiên, cuối cùng người ta phát hiện ra rằng việc thay thế các nhóm ethylene (C2) trong PET bằng butylene (C4)—do đó tạo ra polybutylene terephthalate (PBT)—đã tạo ra một vật liệu dễ dàng kết tinh mà không cần các chất phụ gia thúc đẩy quá trình kết tinh. Điều này đã làm cho PBT trở thành vật liệu được lựa chọn phổ biến cho các ứng dụng ép phun nói riêng. Ngày nay PBT được làm từ axit terephthalic và 1,4-butanediol.

2．Đặc điểm chính của PBT

Các liên kết este và vòng thơm trong PBT đảm bảo khả năng kháng hóa chất mạnh và tính chất điện tốt, trong khi PBT cũng thường được pha trộn với sợi thủy tinh hoặc các chất độn khác để cải thiện tính chất cơ học và khả năng chịu nhiệt.

• Tính chất cơ học tuyệt vời, đặc biệt là sức mạnh và độ dẻo dai
• Có thể được gia cố bằng sợi thủy tinh hoặc các chất độn khác để cải thiện độ cứng, độ bền và nhiệt độ biến dạng nhiệt
• Hấp thụ nước thấp
• Tính chất điện tuyệt vời
• Kháng hóa chất tuyệt vời (bao gồm khả năng kháng dung môi hữu cơ, axit yếu, kiềm yếu và các tác nhân khác)
• Hấp thụ nước thấp đảm bảo sự thay đổi kích thước tối thiểu

Asahi Kasei cũng cung cấp các loại PBT chuyên dụng cho nhiều mục đích khác nhau, bao gồm các loại được gia cố bằng chất độn, các loại chống cháy, các loại chịu va đập, các loại được pha trộn với nhiều chất phụ gia ổn định khác nhau và các loại có chu kỳ cao.
Những cân nhắc thực tế cần lưu ý khi xem xét PBT bao gồm thực tế là việc tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ cao và có độ ẩm có thể gây ra sự thủy phân PBT do các liên kết este mà nó chứa. Ngoài ra, PBT không có khả năng kháng axit mạnh hoặc dung dịch kiềm mạnh. Do đó, việc sử dụng PBT trong môi trường gây ra những nguy hiểm này đòi hỏi phải chú ý cẩn thận đến tất cả các yếu tố rủi ro liên quan.

3．Ứng dụng

Những ưu điểm được nêu trong phần trước đã khiến PBT trở thành vật liệu được sử dụng rộng rãi cho nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm các thiết bị điện và điện tử, linh kiện ô tô và hệ thống điện ô tô cũng như ép đùn cho màng.

4．Phương pháp đúc

Sự hiện diện của nước dư trong quá trình đúc PBT sẽ gây ra sự thủy phân. Vì lý do này, hàm lượng nước của vật liệu đúc phải giảm xuống dưới 0,03% và điều này đòi hỏi phải sấy khô trong thời gian đủ dài ở nhiệt độ cao (3 giờ trở lên ở 130°C). Máy sấy chân không hoặc máy sấy hút ẩm thường được sử dụng.
PBT là vật liệu kết tinh có nhiệt độ nóng chảy là 230°C, vì vậy để ép phun, nhiệt độ xi lanh phải được đặt ở nhiệt độ nhựa là 240-250°C.
Ngoài ra, để đảm bảo rằng các vật đúc kết tinh đủ và thể hiện hiệu suất cao như mong đợi từ các sản phẩm PBT, nhiệt độ khuôn phải được giữ trên 40°C. Do cấu trúc tinh thể của PBT nên duy trì đủ áp suất để tránh vết lõm và cong vênh.

5．So sánh PBT và polyamit66

PBT và polyamide66 (PA66) đều là nhựa kỹ thuật kết tinh được sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng đòi hỏi khả năng chịu nhiệt tốt, cách điện cao, kháng hóa chất mạnh và các đặc tính liên quan khác. Trong thực tế, sự lựa chọn chính xác cho một ứng dụng nhất định phụ thuộc vào các tính chất vật lý khác nhau của hai vật liệu này, như được tóm tắt trong Bảng 1.

Ứng dụng của PBT

Như đã lưu ý ở trên, khả năng chịu nhiệt cao và tính chất điện tuyệt vời của PBT khiến nó trở thành vật liệu được sử dụng rộng rãi cho các linh kiện điện và điện tử.

Ứng dụng của PA66

PA66 được gia cố bằng chất độn thể hiện độ bền cơ học và khả năng chịu nhiệt cao hơn PBT, khiến vật liệu này trở thành lựa chọn phổ biến cho các ứng dụng đòi hỏi khả năng chịu nhiệt và độ bền cao bất thường, bao gồm các linh kiện điện và điện tử cũng như các thành phần kết cấu ô tô. Vì vật liệu PA66 có đặc tính trượt tốt nên chúng thường được sử dụng để chế tạo các bộ phận chuyển động cần có khả năng chịu nhiệt cao.

Cuối cùng, các đặc tính vật liệu của PBT và PA66 khá giống nhau và mỗi nhà sản xuất vật liệu phát triển dòng cấp vật liệu riêng trong đó các ưu điểm được liệt kê ở trên được nâng cao—hoặc trong đó các nhược điểm nêu trên được giảm thiểu. Do đó, việc lựa chọn vật liệu thích hợp cho một ứng dụng nhất định thường phải được xác định theo từng trường hợp cụ thể.

→ Bấm vào đây để xem tổng quan về nhựa polyamit LEONA™ của Asahi Kasei

→ Bấm vào đây để tìm hiểu thêm về các ứng dụng phổ biến và cách sử dụng được đề xuất cho nhựa polyamide LEONA™ của Asahi Kasei

6．Sự nóng lên toàn cầu và PBT

Các kỹ thuật thu được các thành phần PBT—axit terephthalic và 1,4-butanediol—từ nguyên liệu sinh khối là trọng tâm của những nỗ lực nghiên cứu đang diễn ra. Ngoài ra, thực tế là polyester có thể được polyme hóa thông qua các quy trình tương đối đơn giản cho thấy khả năng mạnh mẽ trong việc thiết kế các hệ thống tái chế hiệu suất cao có khả năng thu hồi chất thải chỉ với mức độ ô nhiễm hoặc tạp chất thấp.

Cột: Nhiều loại polyester

Như đã thảo luận ở trên, polyester được sản xuất bằng cách liên kết rượu hóa trị hai với axit hữu cơ hóa trị hai. Việc lựa chọn rượu nào để kết hợp với axit hữu cơ nào có thể được tạo ra theo nhiều cách khác nhau, tạo ra nhiều loại vật liệu polyester riêng biệt có đặc tính được tóm tắt trong Bảng 2.
PBT được tổng hợp từ rượu béo và axit chứa vòng thơm. Điều này phân loại PBT là polyester bán thơm, với các vòng thơm góp phần chịu nhiệt cao và tính chất điện tốt. PET, được sử dụng rộng rãi để sản xuất sợi, màng và chai, cũng thuộc loại này.
Polyester cũng được sử dụng để chế tạo chất đàn hồi nhiệt dẻo: copolyme khối có phân tử chứa cả các phân đoạn mềm dễ biến dạng và các phân đoạn cứng chống biến dạng. Trong chất đàn hồi nhựa nhiệt dẻo gốc polyester (còn được gọi là copolyester nhựa nhiệt dẻo hoặc TPC), đoạn cứng thường là polyester thơm (thường là PBT), trong khi đoạn mềm thường là polyether (thường là PTMG), đảm bảo khả năng chịu nhiệt tuyệt vời.
Khi cả axit và cồn dùng để tạo ra polyester đều có chất béo thì polyester thu được có khả năng phân hủy sinh học. Axit polylactic (PLA) là một ví dụ về loại nhựa đã thu hút được sự quan tâm lớn như một vật liệu thân thiện với môi trường.
Mặt khác, khi cả axit và rượu được sử dụng để tạo ra polyester đều có mùi thơm thì polyester thu được có thể biểu hiện trạng thái tinh thể lỏng. Polyeste tinh thể lỏng (LCP, còn được gọi là polyme tinh thể lỏng) có khả năng chịu nhiệt cực cao. Khi điểm nóng chảy của vật liệu đạt đến nhiệt độ mà vật liệu bắt đầu phân hủy, vật liệu đó trở nên khó đúc thành các hình dạng cụ thể, nhưng có thể được sử dụng làm vật liệu hiệu suất cao chịu nhiệt hoặc làm vật liệu sợi.
Polyesters có chuỗi phân tử kết hợp liên kết đôi được gọi là polyesters không bão hòa. Liên kết đôi trong polyester không bão hòa có thể tạo ra liên kết chéo giữa các chuỗi phân tử, tạo ra nhựa nhiệt rắn được sử dụng rộng rãi làm vật liệu cho các bộ phận đúc lớn trong ngành xây dựng và đóng tàu.

Được tạo bởi Isao Sato dựa trên các tài liệu sau, v.v.
Polyester là gì? – Hiệp hội Môi trường Vật liệu Nhựa Nhựa (jushiplastic.com)
Cẩm nang về nhựa polyester bão hòa, do Kazuo Yuki biên tập – Nikkan Kogyo Shimbun –
Cẩm nang nhựa polyester, Eiichiro Takiyama/tác giả – Nikkan Kogyo Shimbun –
Cấu trúc và khả năng phân hủy sinh học của polyester aliphatic, Masatsugu Mochizuki/Tác giả – Dệt may và Công nghiệp, Hiệp hội Khoa học Dệt may Nhật Bản –

(Viết bởi Isao Sato, Văn phòng Kỹ thuật Isao Sato)

Asahi Kasei chuyên cung cấp dòng sản phẩm nhựa kỹ thuật hoàn chỉnh—và khai thác chuyên môn công nghệ độc đáo của chúng tôi để cải thiện hiệu suất sản phẩm. Vui lòng liên hệ với chúng tôi để hỏi bất kỳ câu hỏi nào, thảo luận về bất kỳ mối quan tâm nào và yêu cầu mẫu.