Sử dụng chất tạo bọt trong hỗn hợp PVC khô – Nên chọn loại nào và tại sao?

Các nhà sản xuất PVC dryblend thường nhận được các yêu cầu cụ thể từ khách hàng liên quan đến các tính chất của vật liệu. Một yêu cầu phổ biến là thêm các tác nhân tạo bọt để giảm mật độ của PVC và giảm lượng nguyên liệu thô sử dụng trong sản xuất ống.

Tuy nhiên, việc thêm chất tạo bọt phù hợp đòi hỏi sự lựa chọn chính xác, vì nó ảnh hưởng đến khả năng xử lý PVC, chất lượng tạo bọt và các tính chất cơ học. Bài viết này thảo luận về các lựa chọn tốt nhất có sẵn trên thị trường và các yếu tố chính trong việc chọn chất tạo bọt phù hợp.

1️⃣ Tại sao lại thêm chất tạo bọt vào hỗn hợp PVC khô?

Chất tạo bọt là các phụ gia hóa học mà phân hủy nhiệt trong quá trình chế biến, giải phóng khí (như CO₂ hoặc nitơ), tạo ra một cấu trúc xốp trong polymer. Các lợi ích bao gồm:

✔️ Mật độ vật liệu thấp hơn – giảm lượng nguyên liệu thô cần thiết để sản xuất cùng một thể tích ống.
✔️ Giảm tiêu thụ PVC – PVC xốp tiết kiệm nguyên liệu mà không làm giảm tính toàn vẹn cấu trúc.
✔️ Cải thiện khả năng cách nhiệt – cấu trúc xốp nâng cao các tính năng cách nhiệt.

Chú ý: PVC xốp không làm thay đổi thể tích của ống, vì vậy nó không ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí vận chuyển. Tiết kiệm chính đến từ việc giảm tiêu thụ vật liệu, làm cho sản xuất trở nên hiệu quả về chi phí hơn.

2️⃣ Thách thức trong việc sử dụng chất tạo bọt trong hỗn hợp PVC khô

Việc thêm các tác nhân tạo bọt vào hỗn hợp khô PVC tái chế gặp phải một số thách thức công nghệ:

• Đồng nhất hóa hỗn hợp – các tác nhân tạo bọt phải được phân bố đều trong vật liệu.
• Tác động đến độ ổn định nhiệt của PVC – một số tác nhân tạo bọt có thể tăng tốc độ phân hủy polymer.
• Nhiệt độ kích hoạt tối ưu – mỗi tác nhân tạo bọt phân hủy ở một khoảng nhiệt độ khác nhau.

3️⃣ Loại Chất Tạo Bọt cho PVC – Nên Chọn Loại Nào?

Có nhiều chất tạo bọt khác nhau có sẵn trên thị trường cho PVC dryblends, được phân loại thành các tác nhân hóa học và vật lý.

Chất tạo bọt hóa học

🔹 Azodicarbonamide (ADC)

• Chất tạo bọt được sử dụng phổ biến nhất cho PVC.
• Phân hủy ở 190–210°C, giải phóng nitơ và CO₂.
• Tạo ra lỗ chân lông vừa phải – một sự cân bằng giữa việc giảm trọng lượng và độ bền.
• Việc kích hoạt có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng các chất kích hoạt (ví dụ: oxit kim loại).

🔹 Oxobisbenzenosulfonylhydrazid (OBS)

• Kích hoạt ở nhiệt độ thấp hơn (150–180°C), làm cho nó phù hợp với PVC có khả năng chịu nhiệt thấp hơn.
  
• Sản xuất lỗ nhỏ hơn ADC, cải thiện chất lượng bề mặt.
  
• Ít sự phân hủy nhiệt hơn ADC.

🔹 Carbonat và bicarbonat (ví dụ: natri bicarbonat, NaHCO₃)

• Phân hủy thành CO₂ và nước để tạo bọt.
• Ít hung hăng hơn ADC nhưng có thể yêu cầu nhiệt độ kích hoạt cao hơn.
•  Phù hợp cho các ứng dụng ít yêu cầu hơn.

🔬 Chất tạo bọt vật lý

Ít được sử dụng hơn trong các hỗn hợp khô PVC nhưng được áp dụng trong đùn ép.

🔹 Nitơ (N₂), carbon dioxide (CO₂) – yêu cầu hệ thống áp suất cao để tiêm khí vào PVC nóng chảy.
🔹 Hydrocarbon fluor hóa (ví dụ: pentane, isobutane) – chủ yếu được sử dụng để tạo bọt polyolefin.

4️⃣ Làm thế nào để chọn chất tạo bọt tốt nhất?

Việc chọn chất tạo bọt phù hợp phụ thuộc vào một số yếu tố chính:

Nhiệt độ kích hoạt

✔️ PVC cứng (ống, hồ sơ): ADC (190–210°C) hoặc OBS (150–180°C).
✔️ PVC xốp (ví dụ: tấm, ván): OBS hoặc natri bicarbonate.

Tác động đến độ ổn định nhiệt của PVC

✔️ Đối với PVC tái chế, nên tránh hàm lượng ADC cao – OBS có thể là lựa chọn tốt hơn.

Kích thước và phân bố lỗ chân lông

✔️ ADC – lỗ vừa → sự cân bằng tốt giữa trọng lượng và độ bền.
✔️ OBS – lỗ chân lông nhỏ hơn → bề mặt mịn hơn, giảm yếu tố cơ học.
✔️ Bicarbonat natri – lỗ chân lông lớn hơn → cho các ứng dụng ít yêu cầu hơn.

Dễ dàng trộn với Dryblend

✔️ ADC và OBS yêu cầu trộn mạnh, tốt nhất là trong máy trộn tốc độ cao (ví dụ: Henschel).

5️⃣ Làm thế nào để đảm bảo sự đồng nhất hiệu quả của Dryblend?

Để tránh các vấn đề xử lý:

✔️ Sử dụng máy trộn hiệu suất cao tốc độ cao (ví dụ: Henschel) để phân phối đồng đều các tác nhân tạo bọt.
✔️ Tối ưu hóa thời gian và nhiệt độ trộn – việc làm nóng quá mức có thể kích hoạt các tác nhân tạo bọt quá sớm.
✔️ Áp dụng các chất ổn định nhiệt tương thích để ngăn ngừa sự phân hủy PVC trong quá trình chế biến.

Tóm tắt – Chọn Chất Tạo Bọt Nào Cho PVC Dryblends?

✔️ ADC là chất tạo bọt được sử dụng phổ biến nhất nhưng cần kiểm soát độ ổn định nhiệt một cách cẩn thận.
✔️ OBS phù hợp hơn cho PVC tái chế do nhiệt độ kích hoạt thấp hơn.
✔️ Bicarbonat natri là một lựa chọn đơn giản cho các ứng dụng ít yêu cầu hơn.
✔️ Việc trộn đúng và kiểm soát nhiệt độ kích hoạt là rất quan trọng cho việc tạo bọt hiệu quả.

Nếu bạn sản xuất PVC dryblends và đang xem xét các tác nhân tạo bọt, việc chọn đúng phụ gia cho quy trình của khách hàng là rất quan trọng

Nhiệt độ xử lý và phân hủy của PVC

Nếu chúng ta nói về nhiệt độ xử lý, thì đáng xem xét:

Nhiệt độ xử lý PVC:

• PVC cứng (uPVC): 160–200°C
• PVC dẻo (PVC mềm): 140–180°C

Nhiệt độ phân hủy PVC:

• PVC bắt đầu phân hủy nhiệt ở khoảng 200–220°C, nhưng sự phân hủy đáng kể xảy ra trên 250°C.
• Trong quá trình phân hủy, axit clohidric (HCl) được giải phóng, điều này làm tăng tốc độ phân hủy và gây ra sự vàng úa của vật liệu.

Chất ổn định nhiệt (ví dụ: canxi-kẽm, hợp chất organotin) cho phép PVC được xử lý ở nhiệt độ cao hơn, trì hoãn sự phân hủy.

Trong các ứng dụng công nghiệp, việc duy trì cửa sổ xử lý thích hợp là rất quan trọng để ngăn ngừa hư hại PVC trong quá trình đùn ép hoặc đúc.