Nylon trong suốtđược sử dụng rộng rãi trong các mặt hàng gia dụng, thiết bị điện tử, dụng cụ quang học chính xác, thiết bị thể thao, chăm sóc sức khỏe và ngành công nghiệp ô tô do có độ trong suốt tuyệt vời, độ dẻo dai tuyệt vời, độ ổn định nhiệt cao và khả năng chống dung môi tốt. Các nghiên cứu gần đây đã phát hiện ra rằng một số vật liệu nylon vừa có độ trong suốt vừa có tính sắt điện, khiến chúng trở thành thành phần quan trọng của các sản phẩm điện tử linh hoạt và dự kiến sẽ được sử dụng trong các thiết bị đeo được.
Các loại nylon trong suốt
1. Nylon trong suốt aliphatic
Nylon trong suốt aliphatic là vật liệu trong suốt thu được bằng cách trùng ngưng axit aliphatic dibasic và aliphatic diamine, trùng hợp mở vòng của lactam hoặc trùng ngưng axit béo amino. Monome trùng hợp có thể là monome tuyến tính hoặc monome chứa vòng alicyclic. Việc đưa vào vòng alicyclic có thể làm giảm đáng kể tính đều đặn của đoạn chuỗi polyamide, làm suy yếu khả năng kết tinh và tăng cường độ trong suốt.
Các polyme tiêu biểu bao gồm PACM12, PACP-9/6, PA6/66, BMACM14, PA6/12, PA11/12, v.v.
2. Nylon trong suốt bán thơm
Nylon trong suốt bán thơm thường được sản xuất bằng cách đồng trùng hợp axit aliphatic dibasic và diamine thơm hoặc aliphatic diamine và axit thơm dibasic. Do đưa vòng thơm vào chuỗi phân tử, khả năng chịu nhiệt và tính chất cơ học được cải thiện đáng kể, trong khi tỷ lệ hấp thụ nước giảm. Trên thực tế, nylon trong suốt bán thơm là loại nylon trong suốt phổ biến nhất trên thị trường.
Các polyme tiêu biểu bao gồm PA6T/6I, PA10I/10T, PA6-3-T, MXD6, v.v.
3. Nylon trong suốt thơm
Nylon trong suốt hoàn toàn thơm được chế tạo từ axit dibasic thơm và diamine thơm. Tỷ lệ vòng thơm cứng trong chuỗi chính của nó cao, polyme có độ kết tinh tốt và khả năng chịu nhiệt và khả năng chịu dung môi của nó cũng tốt nhất trong tất cả các polyamit.
Polyme đại diện được tổng hợp bằng 2-amino-6-(4-aminophenyl)-6-methylheptane và diphenyl isophthalate làm monome. Tuy nhiên, nhiệt độ nóng chảy của nó cao và yêu cầu đối với thiết bị đúc cực kỳ nghiêm ngặt, vì vậy loại polyamide trong suốt thơm hoàn toàn này chưa được công nghiệp hóa.
4. Cấu trúc phức tạp của nylon trong suốt
Cấu trúc monome của loại vật liệu nylon này phức tạp và nguồn cung cấp hạn chế, do đó chủ yếu là sản phẩm nghiên cứu trong phòng thí nghiệm. Nghiên cứu tập trung vào việc cải thiện khả năng thích ứng của loại vật liệu này trong môi trường đặc biệt bằng cách đưa các nguyên tử dị vòng hoặc dị vòng đặc biệt như trifluoromethylphenoxy, tert-butylcyclohexyl, xanthene và nhóm sulfone vào chuỗi chính.
Sản phẩm nylon trong suốt chính
Loại nylon trong suốt đầu tiên trên thế giới đã được Dynamit Nobel phát triển và đưa ra thị trường thành công vào cuối những năm 1950 dưới tên thương mại Trogamid T. Sự phát triển thành công của nó đã khơi dậy sự nhiệt tình của các nhà sản xuất trên toàn thế giới trong việc phát triển vật liệu nylon trong suốt.
Hiện nay, các nhà sản xuất nylon trong suốt nổi tiếng thế giới chủ yếu bao gồm EMS, LANXESS, UBE, DuPont, Evonik, Arkema, BASF, Toboyo, Philips, v.v. Các vật liệu nylon trong suốt chính hiện có trên thị trường được thể hiện trong Bảng 1.
Emmans là nhà sản xuất và cung cấp chuyên nghiệp hàng đầu về polyamide hiệu suất cao. Dòng Grilamid TR và dòng Grilon C của công ty bao gồm nhiều loại nylon trong suốt.
Dòng Grilamid TR chủ yếu bao gồm nylon bán tinh thể 12 và các nhóm cứng, có khả năng chống hóa chất cao, chống nứt ứng suất và độ trong suốt tuyệt vời. Các sản phẩm tiêu biểu nhất trong dòng này bao gồm GrilamidTR30 (PA6I/X), GrilamidTR55 (PA12/MACMI), GrilamidTR90 (PAMACM12) và GrilamidTRXE4010 (PAMACM10/1010).
Nguồn hình ảnh: Emmans
Dòng Grilon C chủ yếu là đồng trùng hợp PA6/12, có độ kết tinh yếu và tính chất nhiệt và cơ học kém. Các sản phẩm tiêu biểu bao gồm GrilonCF6S, GrilonCF7, GrilonCR8, v.v.
Năm 1988, Evonik mua lại Nobel và tiếp quản sản xuất TROGAMID®T. Polyamide có độ bền lâu và độ trong suốt cao, khả năng chịu nhiệt tốt do có vòng thơm trong phân tử. Nhược điểm của nó là độ truyền qua của nhựa màu thấp và sản phẩm đã bị ngừng sản xuất vào năm 2020.
Năm 1995, Evonik đã phát triển dòng sản phẩm mới TROGA-MID®CX bằng cách sử dụng 4,4′-diamino-dicyclohexylmethane (PACM) và axit dodecanedioic làm monome cho phản ứng trùng ngưng. Polyamide trong suốt này có khả năng truyền sáng tuyệt vời (92%), khả năng chống ăn mòn và chống nứt ứng suất tuyệt vời, độ bền rất cao và khả năng chống mài mòn ở nhiệt độ thấp. Sau hơn 20 năm phát triển, sản phẩm này đã trở thành sản phẩm chủ đạo trên thị trường.
Năm 2021, Evonik đã phát triển một thế hệ sản phẩm mới dựa trên monome sinh học, TROGAMID® myCX eCO. So với các sản phẩm có chất lượng tương đương được sản xuất bằng nguyên liệu thô hóa thạch thông thường, dây chuyền sản xuất này giảm 50% lượng khí thải carbon và thân thiện với môi trường.
Nguồn hình ảnh: Evonik
DuPontđã phát triển thành công nhựa kỹ thuật trong suốt dựa trên nylon 66. Sau hơn 50 năm cải tiến và tinh chỉnh, công ty đã phát triển các dòng sản phẩm như Selar® và Zytel®. Trong số đó, Selar® PA3426 là nhựa polyamide nylon không kết tinh có độ trong suốt và tính chất rào cản cao, giúp đóng vai trò "giống như thủy tinh" trong bao bì composite cứng.
Và bằng cách thêm PACM vào chuỗi phân tử, Zytel® 330NC010 đã ra đời. So với PA3426, khả năng kết tinh của nó giảm, nhiệt độ chuyển thủy tinh tăng 5 độ và khả năng rào cản đối với khí, dung môi nước và các sản phẩm dầu được cải thiện hơn nữa.
Arkemalà nhà sản xuất đầu tiên cung cấp polyamide trong suốt có nguồn gốc sinh học, hiệu suất cao. Dòng sản phẩm nylon trong suốt của công ty là dòng Rilsan® Clear, bao gồm G170, G830, G850, v.v. Các đặc điểm chính của nó là trọng lượng nhẹ và độ trong suốt. Trong số đó, G850 có mật độ chỉ 1,01g/cm3 và thường được gia công bằng phương pháp ép phun.
Hình ảnh Ứng dụng của nylon trong suốt trong các bộ phận cấu trúc thuốc lá điện tử
Điều đáng nói là nguyên liệu thô của các sản phẩm nylon trong suốt của Arkema chủ yếu là nguyên liệu thô có nguồn gốc sinh học. 62% nguyên liệu thô trong G820 là nguyên liệu thô có nguồn gốc sinh học, thân thiện với môi trường.
Lanxess đã phát triển một loạt các loại nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật trong suốt dựa trên polyamide 6 và polyamide 66. Trong số đó, dòng Durethan® T tập trung vào thị trường có độ trong suốt cao, bao gồm hai dòng sản phẩm, T40 và T40ZS. Chuỗi phân tử của nó chứa cấu trúc vòng benzen cứng, có đặc tính cơ học và độ trong suốt tuyệt vời. Công ty TNHH Toyobo cũng có một sản phẩm có cấu trúc tương tự, có tên là T714-E.
Ube tập trung vào phát triển nylon 6/66 và nylon 12. Dòng UBENYLON50 chủ yếu được phát triển cho copolymer nylon 6/66 có độ trong suốt cao; dòng UBESTAXPA là loại elastomer polyamide mới được phát triển với mục tiêu cải thiện đặc tính chịu mỏi uốn cong trong khi vẫn giữ được độ trong suốt.
PACP-9/6 do Philips sản xuất là polyamit trong suốt thu được bằng cách đồng ngưng tụ PACP, axit azelaic và axit adipic. Nó có độ truyền sáng tuyệt vời (92%), độ hấp thụ nước rất thấp (1%) và độ cứng điển hình của nhựa kỹ thuật (mô đun uốn 2185Pa), và có thể đùn và thổi trên thiết bị chung.
BASF chủ yếu có hai dòng sản phẩm trong ngành nylon trong suốt: Ultramid® Vision và Ultramid® FBalance. Dòng Vision sử dụng nylon 6 làm nguyên liệu thô, có đặc điểm là giá thành thấp, dễ gia công và hiệu ứng tạo màu tốt, khác biệt đáng kể so với các vật liệu polyamide khác. Dòng Ultramid® FBalance được pha tạp các đơn vị amide chuỗi dài, tập trung vào các tính chất cơ học và độ bám dính tốt với màng PU.
Ứng dụng của nylon trong suốt
1. Đồ gia dụng
Năm 2020, Emmans đã đề xuất khái niệm "bếp trong suốt" dựa trên sản phẩm Grilamid TRHT170 của mình. Trước đó, nylon trong suốt đã thâm nhập vào mọi khía cạnh của cuộc sống gia đình. Tính trong suốt, khả năng chịu nhiệt và giữ hình dạng của nó khiến nó được sử dụng rộng rãi trong vòi nước, bộ lọc nước, đồng hồ đo lưu lượng và nhiều loại hộp đựng gia dụng. Và do khả năng tạo màu tuyệt vời của nylon trong suốt, phạm vi ứng dụng của nó trong lĩnh vực gia đình đã được mở rộng hơn nữa.
Ngoài ra, trong lĩnh vực bao bì mềm và cứng như bình sữa trẻ em và mỹ phẩm, nylon trong suốt cũng được sử dụng rộng rãi do đặc tính vô trùng và bền. Các công ty lớn đã tung ra các sản phẩm tương ứng để đáp ứng các nhu cầu khác nhau của thị trường.
2. Trường quang học
Vào tháng 5 năm 2021, Safilo Eyewear thông báo rằng họ sẽ sử dụng vật liệu polyamide mới nhất của Evonik, TROGAMID®myCXeCO, trong quá trình sản xuất tròng kính râm cao cấp để cải thiện hiệu suất sản phẩm và thân thiện với môi trường.
Trước đó, vật liệu polyamide đã được sử dụng rộng rãi trong sản xuất kính và các thành phần của chúng. Là một vật liệu trong suốt lý tưởng, dòng TROGAMID®CX có thể đáp ứng nhiều yêu cầu của thị trường hiện tại đối với vật liệu gọng và tròng kính tiên tiến: trọng lượng nhẹ, không dễ vỡ, chống trầy xước, chống ăn mòn hóa học và chống nứt do ứng suất. Và không dễ gây dị ứng và chống tia UV, giúp mở rộng đáng kể phạm vi ứng dụng. Hiện tại, TROG-AMID®CX7323 đã được sử dụng rộng rãi trên thị trường kính mắt cao cấp.
Ngoài ra, Rilsan® Clear G850 do Arkema sản xuất cũng được sử dụng rộng rãi trong gọng kính do có mật độ cực thấp.
3. Thiết bị điện tử
Hiện nay, vật liệu nylon trong suốt đã được sử dụng trong nhiều loại vỏ công tắc và rơle do trọng lượng nhẹ, khả năng chịu nhiệt độ cao và chống ăn mòn, đóng vai trò quan trọng trong việc đóng gói các sản phẩm vi điện tử. Bằng cách kết hợp các đặc tính sắt điện của vật liệu nylon với độ trong suốt của chúng, các nhà nghiên cứu đã phát triển các vật liệu polyamide mới như máy dò mã Morse, vật liệu che chắn nhiễu điện từ và tụ điện màng.
4. Đồ thể thao
Khả năng chống uốn và chống mài mòn tuyệt vời của nylon trong suốt có thể đáp ứng yêu cầu về hiệu suất của các vận động viên trong các cuộc thi đấu căng thẳng. Năm 2006, giày bóng đá Anh của World Cup Đức đã sử dụng dòng sản phẩm nylon trong suốt UBESTAXPA của Ube. Độ trong suốt của nó có tác động lớn đến thiết kế của giày và vật liệu có thể được liên kết chắc chắn bằng polyurethane, tăng khả năng tự do thiết kế của sản phẩm.
Vật liệu Pebax® (Arkema), ra đời vào năm 1980, đã có tác động sâu sắc đến thể thao hiện đại. Cấu trúc của nó bao gồm các đơn vị nylon cứng và các đơn vị polyester linh hoạt. Hiệu suất vượt trội của vật liệu Pebax® khiến nó được sử dụng trong các sản phẩm của các nhà sản xuất thể thao lớn.
Ngoài ra, nylon trong suốt còn được sử dụng rộng rãi trong máy tính lặn, vỏ máy ảnh, hộp đựng đồng hồ thể thao và nhiều lĩnh vực khác.
5. Chăm sóc sức khỏe
Do đại dịch COVID-19, nhu cầu toàn cầu về thiết bị bảo vệ y tế đang tăng lên. Nylon trong suốt đáp ứng nhu cầu của thị trường chăm sóc sức khỏe do có trọng lượng nhẹ, khả năng chống nước và oxy, và tính chất cơ học tốt.
Sản phẩm Rilsan Clear G-170 MED của Arkema có độ trong suốt cao (91%), mật độ thấp (1,05g/cm3), độ linh hoạt và độ bền, dễ dàng xử lý và lắp ráp, đáp ứng nhu cầu thoải mái của bệnh nhân. Sản phẩm được sử dụng rộng rãi trong mặt nạ hô hấp, máy trợ thính và ống y tế. Ngoài ra, vật liệu nylon đã được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị y tế khác như cửa sổ bảo vệ PM2.5 và mô cơ nhân tạo.
6. Ngành công nghiệp ô tô
Nylon rất phù hợp với ngành công nghiệp ô tô vì khả năng truyền ánh sáng tốc độ cao và chịu được tiếp xúc nhiều lần với các chất ăn mòn như kem chống nắng, chất tẩy rửa và chất khử trùng mà không bị hư hỏng.
Dòng Ultramid® Vision của BASF có thể được sử dụng để làm đèn nền cho các thành phần như công tắc hoặc màn hình vận hành. Ultramid® Vision B3KDLT đặc biệt phù hợp cho các nắp chống sáng. Ngoài ra, nylon trong suốt được sử dụng rộng rãi trong các bộ lọc xăng, bộ tách dầu/nước, hệ thống điều khiển từ xa và gương chiếu hậu.
Từ khi ra đời, nylon trong suốt đã có sự phát triển vượt bậc. Do có độ trong suốt tuyệt vời, độ ổn định nhiệt cao, khả năng chống ăn mòn tốt và tính chất cơ học tuyệt vời, nylon trong suốt được sử dụng rộng rãi trong các mặt hàng gia dụng, quang học chính xác, thiết bị điện tử, đồ dùng thể thao, chăm sóc sức khỏe và ngành công nghiệp ô tô, với nhiều loại sản phẩm.
Với sự gia tăng của các thiết bị đeo được và hàng dệt may điện tử, mọi người ngày càng đòi hỏi các vật liệu nhẹ, trong suốt, có thể uốn cong với chi phí thấp. Một số vật liệu nylon được coi là vật liệu cơ sở tiềm năng cho thế hệ tiếp theo của các thiết bị điện tử trong suốt linh hoạt. Bằng cách tích hợp các ống nano carbon thành đơn, graphene, polymethyl methacrylate, sợi acetate và các vật liệu khác với nylon, các nhà nghiên cứu đã chuẩn bị nhiều loại hàng dệt may điện tử mới có độ trong suốt cao.
Ngoài ra, bằng cách thay thế nguyên liệu thô từ dầu mỏ bằng nguyên liệu thô từ sinh học, ngành công nghiệp nylon trong suốt đang hướng tới hóa học xanh. Evonik, BASF, Ube, Biond và các nhà sản xuất nylon trong suốt lớn khác trên thế giới đã vạch ra ngành công nghiệp nylon sinh học. Trong tương lai, nylon hoàn toàn từ sinh học được kỳ vọng sẽ trở thành hiện thực và có tác động sâu sắc đến cuộc sống của mọi người. (Hình ảnh sau đây là từ: Gian hàng Biond)
