ข่าว

บทนำ: บทบาทของสารเติมแต่งซิลิโคนในกระบวนการผลิตพอลิเมอร์
สารเติมแต่งซิลิโคนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะสารช่วยในการผลิตและสารปรับแต่งคุณสมบัติในกระบวนการผลิตพอลิเมอร์ เพื่อควบคุมพฤติกรรมการหลอม ปรับปรุงคุณสมบัติพื้นผิว และเพิ่มเสถียรภาพในการผลิตภายใต้สภาวะการผลิตที่มีปริมาณมาก
ในสภาพแวดล้อมการแปรรูปเทอร์โมพลาสติก เช่น การอัดรีด การฉีดขึ้นรูป การเป่าฟิล์ม และการผสมสารประกอบ โพลิเมอร์มักจะได้รับแรงเฉือนสูงและอุณหภูมิสูง สภาวะเหล่านี้อาจนำไปสู่ปัญหาการแปรรูปทั่วไป ได้แก่ การไหลของวัสดุหลอมเหลวที่ไม่เสถียร ข้อบกพร่องบนพื้นผิว (เช่น การแตกร้าวของวัสดุหลอมเหลวและผิวขรุขระ) การสะสมตัวของวัสดุในแม่พิมพ์ และคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่ไม่สม่ำเสมอ
สารเติมแต่งซิลิโคนได้รับการออกแบบมาเพื่อแก้ไขข้อจำกัดด้านพื้นผิวสัมผัสและคุณสมบัติการไหล โดยการลดแรงเสียดทานระหว่างพอลิเมอร์กับโลหะ ปรับปรุงการหล่อลื่นที่พื้นผิวหลอมเหลว และทำให้พฤติกรรมการไหลมีเสถียรภาพมากขึ้นในระหว่างกระบวนการผลิต ส่งผลให้กระบวนการผลิตมีประสิทธิภาพมากขึ้นและผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายมีประสิทธิภาพสม่ำเสมอยิ่งขึ้น
มีการนำไปประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในระบบพอลิเมอร์หลักๆ รวมถึงพอลิโอเลฟิน (PE, PP, LLDPE, HDPE, EVA), สารประกอบ PVC, เทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์ (TPE, TPU, TPO, TPV) และพลาสติกวิศวกรรม (ABS, PC, PA/ไนลอน, PBT, PET, PPS, POM และ PMMA)
ในแง่ของกระบวนการผลิต สารเติมแต่งซิลิโคนถูกนำมาใช้ในกระบวนการอัดรีด การฉีดขึ้นรูป การเป่าฟิล์ม และการผสมสารประกอบ โดยช่วยรักษาเสถียรภาพของคุณสมบัติทางรีโอโลยีของวัสดุหลอมเหลว ลดแรงเสียดทานระหว่างพื้นผิว และลดข้อบกพร่องที่เกี่ยวข้องกับพื้นผิวและแม่พิมพ์ภายใต้สภาวะการทำงานต่อเนื่องหรือความเร็วสูง
การใช้งานขั้นสุดท้าย ได้แก่ ระบบสายไฟและสายเคเบิล ชิ้นส่วนภายในรถยนต์ วัสดุสำหรับรองเท้า ท่อ บรรจุภัณฑ์แบบยืดหยุ่น สารเคลือบ สี เส้นใย และผลิตภัณฑ์พลาสติกแปรรูปและดัดแปลงทางวิศวกรรมที่หลากหลาย
ด้วยความมุ่งเน้นที่เพิ่มมากขึ้นของอุตสาหกรรมในการเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต การควบคุมคุณภาพที่เข้มงวดขึ้น ลดอัตราของเสีย และปรับปรุงความยั่งยืนของวัสดุ สารเติมแต่งซิลิโคนจึงไม่ได้ถูกมองว่าเป็นเพียงสารช่วยในการผลิตอีกต่อไป แต่กลับถูกนำมาใช้เป็นส่วนประกอบสำคัญในการออกแบบระบบพอลิเมอร์มากขึ้นเรื่อยๆ โดยมีส่วนช่วยโดยตรงทั้งในด้านประสิทธิภาพการผลิตและสมรรถนะของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย
ด้วยเหตุนี้ ผู้ผลิตสารเติมแต่งซิลิโคนจึงกลายเป็นพันธมิตรทางเทคโนโลยีที่สำคัญตลอดห่วงโซ่คุณค่าของพอลิเมอร์ทั่วโลก
บทความนี้เน้นย้ำถึงผู้ผลิตสารเติมแต่งซิลิโคน 10 อันดับแรกของโลก ช่วยให้ผู้แปรรูปสามารถระบุซัพพลายเออร์ เทคโนโลยี และโซลูชันชั้นนำสำหรับการใช้งานในการแปรรูปพอลิเมอร์ได้

สารเติมแต่งซิลิโคนคืออะไร?
สารเติมแต่งซิลิโคน—หรือที่เรียกอีกอย่างว่า สารเติมแต่งซิลิโคน สารเติมแต่งซิโลเซน หรือสารเติมแต่งโพลีซิโลเซน—เป็นสารช่วยในการแปรรูปและวัสดุเพิ่มประสิทธิภาพ โดยทั่วไปแล้วจะทำมาจากโพลีไดเมทิลซิโลเซน (PDMS) หรือสารประกอบออร์กาโนซิลิโคนดัดแปลง
สารเหล่านี้ถูกผสมลงไปในปริมาณความเข้มข้นค่อนข้างต่ำ (โดยทั่วไป 0.1–5%) เพื่อปรับปรุงกระบวนการขึ้นรูป คุณลักษณะของพื้นผิว และความทนทานของผลิตภัณฑ์ในระยะยาว
ฟังก์ชันประสิทธิภาพหลัก
• ลดแรงเสียดทานในการหลอมเหลวและปรับปรุงพฤติกรรมการไหล
• ป้องกันข้อบกพร่องบนพื้นผิว เช่น รอยแตกจากการหลอมละลายและผิวหยาบกร้าน
• ลดการสะสมของคราบสกปรกบนแม่พิมพ์และลดการเกิดคราบสกปรกบนอุปกรณ์ให้น้อยที่สุด
• ช่วยเพิ่มความเรียบเนียนของพื้นผิวและคุณสมบัติในการสัมผัส
• ปรับปรุงเสถียรภาพและปริมาณการผลิตให้ดียิ่งขึ้น

เคมีพื้นฐานของสารเติมแต่งซิลิโคน
คุณสมบัติของสารเติมแต่งซิลิโคนเกิดจากโครงสร้างหลักซิลิคอน-ออกซิเจน (Si–O) ที่ยืดหยุ่น ซึ่งมักถูกปรับแต่งด้วยหมู่ข้างเคียงอินทรีย์ เช่น เมทิล
โครงสร้างโมเลกุลที่เป็นเอกลักษณ์นี้ให้ประโยชน์ดังต่อไปนี้:
• แรงตึงผิวต่ำเพื่อการหล่อลื่นที่เหนือกว่า
• มีเสถียรภาพทางความร้อนและการออกซิเดชันสูงภายใต้สภาวะการประมวลผลที่ต้องการความทนทานสูง
• คุณสมบัติกันน้ำ ช่วยปกป้องพื้นผิวโพลีเมอร์จากความชื้น
• มีคุณสมบัติการลื่นไหลและการหล่อลื่นที่ดีเยี่ยม ช่วยลดแรงเฉือนระหว่างการอัดขึ้นรูปและการหล่อ
• มีความเฉื่อยทางเคมีและมีความยืดหยุ่น ทำให้สามารถใช้งานร่วมกับโพลิเมอร์ได้หลากหลายชนิด

ประเภทของสารเติมแต่งซิลิโคนสมัยใหม่
สารเติมแต่งซิลิโคนได้รับการออกแบบมาเพื่อตอบสนองความต้องการด้านประสิทธิภาพเฉพาะด้าน โดยขึ้นอยู่กับน้ำหนักโมเลกุล หมู่ฟังก์ชัน และโครงสร้างของพอลิเมอร์ รูปแบบที่ใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรม ได้แก่ ซิลิโคนเหลว (น้ำมัน) ซิล็อกเซน ซิลิโคนดัดแปลงด้วยโพลีอีเทอร์ เรซินซิลิโคน มาสเตอร์แบทช์ซิลิโคน และผงซิลิโคน

1. มาสเตอร์แบทช์ซิลิโคน
ซิลิโคนมาสเตอร์แบทช์เป็นสูตรเม็ดคุณภาพสูงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมโพลิเมอร์ เทคโนโลยีล้ำสมัยนี้อาศัยการกระจายโพลิเมอร์ซิลิออกเซนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงมาก (UHMW) ลงในตัวพาเทอร์โมพลาสติกต่างๆ (รวมถึงโพลีโอเลฟิน พลาสติกวิศวกรรม และเทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์) โดยมาในรูปแบบเม็ดมาตรฐาน ทำให้สามารถจ่ายสารได้อย่างสะอาดและแม่นยำโดยตรงลงในเมทริกซ์เทอร์โมพลาสติกในระหว่างการผสม การอัดรีด หรือการฉีดขึ้นรูป แตกต่างจากแว็กซ์ กรดไขมันอะไมด์ หรือน้ำมันที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำแบบดั้งเดิม ซิลิโคนมาสเตอร์แบทช์ UHMW ให้การลื่นไหลของพื้นผิวและการปลดออกจากแม่พิมพ์ที่เหนือกว่า ในขณะเดียวกันก็ช่วยหลีกเลี่ยงข้อบกพร่องในการประมวลผล เช่น การลื่นของสกรูได้อย่างมีประสิทธิภาพ

2. ของเหลวซิลิโคน (PDMS)
ของเหลวซิลิโคน (PDMS) เป็นซิลิโคนที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำถึงปานกลาง เป็นโครงสร้างเชิงเส้น ไม่ทำปฏิกิริยา มีลักษณะเฉพาะคือมีโครงสร้างหลักเป็นซิลิคอน-ออกซิเจน (-Si-O-) ซ้ำๆ กัน โดยมีหมู่เมทิลเป็นหมู่ข้างเคียง ในกระบวนการผลิตพอลิเมอร์ ของเหลวซิลิโคนทำหน้าที่หลักเป็นตัวช่วยในการแปรรูปทางกายภาพชั่วคราวและสารหล่อลื่นภายนอก เนื่องจากมีความคล่องตัวของโมเลกุลสูงและไม่มีพันธะเคมีกับเมทริกซ์พอลิเมอร์หลัก จึงทำให้ความหนืดและแรงบิดของวัสดุหลอมเหลวลดลง แต่มีแนวโน้มที่จะเคลื่อนตัวสูง ทำให้เกิดการไหลซึมบนพื้นผิว การลื่นของสกรู และความล้มเหลวในการยึดเกาะของสีหรือการพิมพ์ในที่สุด

3. สารเติมแต่งออร์กาโนซิลิโคนที่มีคุณสมบัติเชิงฟังก์ชัน
สารเติมแต่งออร์กาโนซิลิโคนเชิงฟังก์ชัน คือ โคพอลิเมอร์ซิลิโคนที่มีการดัดแปลงทางเคมีหรือทางอินทรีย์ โดยมีการรวมกลุ่มฟังก์ชันที่ทำปฏิกิริยาได้หรือมีขั้ว (เช่น หมู่เอพ็อกซี อะมิโน คาร์บอกซี ไวนิล หรือโพลีอีเทอร์) เข้าไปในโครงสร้างหลักหรือปลายโซ่ของซิลิออกเซน แตกต่างจาก PDMS ทั่วไป สารเติมแต่งเหล่านี้ได้รับการออกแบบทางโมเลกุลให้ทำหน้าที่เป็นตัวปรับแต่งส่วนต่อประสานและตัวเพิ่มความเข้ากันได้เชิงปฏิกิริยา ช่วยลดแรงตึงผิวและเพิ่มการยึดเกาะระหว่างส่วนประกอบที่ไม่เข้ากัน ทำให้มีความสำคัญต่อการยกระดับพลาสติกวิศวกรรม เพิ่มประสิทธิภาพของพอลิเมอร์รีไซเคิล/PCR และปรับปรุงการเปียกและการกระจายตัวของสารตัวเติม (เช่น สารหน่วงไฟที่ปราศจากฮาโลเจน เส้นใยแก้ว) ในระบบพอลิเมอร์หลายองค์ประกอบ

4. ผงซิลิโคน
ผงซิลิโคนเป็นสารประกอบซิลิโคนที่เป็นของแข็ง มีลักษณะเป็นอนุภาค และไหลได้ดี มักประกอบด้วยพอลิเมอร์ซิลิออกเซนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงมาก (UHMW) ที่ยึดติดอยู่กับแกนซิลิกาอนินทรีย์ หรือเรซินซิลิโคนทรงกลมสามมิติ (เช่น โพลีเมทิลซิลเซสควิออกเซน) ผงซิลิโคนถูกออกแบบมาเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพอย่างถาวร โดยนำมาผสมกับเทอร์โมพลาสติกเพื่อเพิ่มคุณสมบัติของพื้นผิวให้คงทนยาวนาน เช่น ความต้านทานต่อรอยขีดข่วนและการสึกหรออย่างถาวร การลดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน (COF) อย่างคงที่ และคุณสมบัติป้องกันการเกาะติด โดยไม่ทำให้คุณสมบัติทางกลของพื้นผิวหรือความสามารถในการทาสีหลังการตกแต่งลดลง