PPSU và những thông tin ít được nhắc đến

Đã có nhiều trang nói về đặc tính của nhựa PPSU, tuy nhiên phần lớn các bài viết mới chỉ đề cập đến khả năng chịu nhiệt độ cao mà bỏ sót khả năng kháng khuẩn – một đặc tính vô cùng quan trọng, là yếu tố quyết định khiến vật liệu này ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực đề cao tính an toàn với sức khỏe con người.

PPSU hay có tên hoá học là Polyphenylsulfone, là loại nhựa nhiệt dẻo vô định hình có chứa một nhóm sulfone và một hydrocacbon thơm trong chuỗi chính phân tử. Tính đến nay, quá trình nghiên cứu, phát triển, ứng dụng vật liệu này vào cuộc sống đã trải qua gần 70 năm.

1. PPSU được nghiên cứu và phát triển thế nào?

Trong ngành công nghiệp vật liệu, việc phát triển và thương mại hóa một loại vật liệu mới như PPSU thường là kết quả nghiên cứu của nhiều cá nhân, tổ chức khác nhau. Do đó rất khó để xác định chính xác ai hoặc tổ chức đầu tiên ứng dụng PPSU vào sản xuất quy mô công nghiệp.

Một số giai đoạn chính trong quá trình nghiên cứu nhựa PPSU của nhóm các nhà khoa học này như sau:

– Giai đoạn 1 (1956-1960): Ziegler phát triển nhựa PPSU từ hợp chất hữu cơ phenylenesulfone;

– Giai đoạn 2 (1960-1970): R. R. Williams phát triển quá trình sản xuất nhựa PPSU thương mại;

– Giai đoạn 3 (1970-1980): W. J. Bailey nghiên cứu về các đặc tính vật lý và hóa học của nhựa PPSU;

– Giai đoạn 4 (1980-1990): H. H. Brinton nghiên cứu về các ứng dụng của nhựa PPSU trong y tế;

– Giai đoạn 5 (từ 1990 đến nay): Các nghiên cứu về nhựa PPSU vẫn đang được tiếp tục, nhằm phát triển các loại nhựa PPSU mới có khả năng chịu nhiệt và chịu hóa chất tốt hơn.

Trải qua 5 giai đoạn nêu trên, đến nay, các nhà khoa học đã tìm và định danh cụ thể được các tính chất cơ – lý – hóa nổi bật và khác biệt của PPSU so với các vật liệu nhựa khác đã và đang lưu hành.

2. Tính chất lý hoá của PPSU

Cấu tạo: PPSU là một loại nhựa polyether có thành phần chính là bisphenol S (BPS) và 4,4′-dihydroxybiphenyl (DHBP).

2.1. Đặc tính vật lý

– PPSU thực chất là một polymer tuyến tính có màu hổ phách trong suốt hoặc màu đen;

– Đặc tính bền, nhẹ, chịu nhiệt cao (trên 180 độ C), tính kháng vỡ cao và độ chống sốc tốt. PPSU có tính khử trùng, nó có thể chịu được hơn 1000 chu kỳ khử trùng bằng hơi nước ở 134 độ C mà không bị mất đặc tính đáng kể;

– Chống tia Gamma và tia X;

– Có khả năng chống cháy do không bắt lửa;

– Cách điện tốt;

– Có tính chống bám bẩn cao do bề mặt của nhựa PPSU có tính trơ, không tương tác với các loại chất lỏng, thức ăn. Tính chất này là do cấu trúc phân tử của nó có liên kết bền vững, không có các lỗ hổng hay kẽ hở;

– Có khả năng gia công cơ học dễ dàng, đặc tính kết dính tốt.

2.2. Đặc tính hoá học

– Có khả năng kháng hóa chất, độ ổn định thuỷ phân cao và chống oxy hoá nhiệt;

– Có tính axit tốt kèm theo khả năng chịu kiềm. Theo đó, ngoài dung môi phân cực mạnh axit nitric đậm đặc và axit sunfuric, PPSU bền với các axit, bazơ, muối, rượu, hydrocarbon aliphatic và một số chất tương tự. PPSU còn hoà tan một phần trong ketone ester, aromatics và hòa tan trong halocarbons. Như vậy, PPSU có tính kháng axit và bazơ tốt, nhưng khả năng kháng dung môi hữu cơ không tốt;

– Không chứa BPA độc hại (chính là Bisphenol A được dùng trong sản xuất nhựa. Kể từ năm 2015, Bisphenol S có trong PPSU được dùng thay thế cho Bisphenol A trong sản xuất bao bì và hộp đựng thực phẩm).

2.3. Thông số của nhựa PPSU 

Bảng thông số dưới đây sẽ giúp bạn hiểu thêm về nhựa PPSU:

Tính chất vật lý	Giá trị	Đơn vị
Tỷ trọng	1.34	g/cc
Hấp thụ nước ở trạng thái cân bằng	0.4	wt%
Hấp thụ nước ở trạng thái bão hòa	0.9	wt%
Tính chất cơ học	Giá trị	Đơn vị
Độ cứng	122	Rockwell R
Độ căng	71	MPa
Mô đun đàn hồi	2.51	GPa
Độ giãn dài	7	%
Độ bền uốn cong	102	MPa
Mô đun uốn	3.6	GPa
Độ bền va đập	3.83	J/cm
Tính chất nhiệt của PPSU	Giá trị	Đơn vị
Nhiệt độ biến dạng	217	°C
Nhiệt độ hoá mềm	216	°C
Hệ số giãn nở nhiệt	55	µm/moC
Tính chất điện của PPSU	Giá trị	Đơn vị
Điện trở suất	6.10E+15	ohm-cm
Hằng số điện môi	3.46
Độ bền điện môi	55	kV/mm

3. PPSU được ứng dụng trong lĩnh vực nào?

Theo nghiên cứu của Global market insight Inc, quy mô thị trường PPSU tại Mỹ  sẽ vượt qua mốc 500 triệu Dollar vào năm 2025. Sự tăng trưởng này có được do đặc tính chống lại các chất hóa học, bề mặt chống bám dính màng sinh học và khả năng chịu nhiệt và chịu lực ở mức đáng kinh ngạc. Dưới đây là một số ví dụ về ứng dụng phổ biến của nhựa PPSU tại các nước Bắc Mỹ, EU, Indo Pacific … :

3.1. Ứng dụng trong ngành y tế

PPSU được sử dụng trong sản xuất các bộ phận chịu nhiệt, bộ phận cách điện, bộ phận giảm mài mòn trong một số sản phẩm y tế. PPSU đã đạt các quy định có liên quan trong lĩnh vực y tế tại Hoa Kỳ và có thể thay thế các sản phẩm thép không gỉ.

PPSU có thể được sử dụng để sản xuất các dụng cụ và thiết bị y tế như:

– Thiết bị phẫu thuật: PPSU được sử dụng để sản xuất các thiết bị phẫu thuật như ống thông, ống dẫn, dụng cụ kẹp, khay dụng cụ phẫu thuật,… Nhựa PPSU có khả năng chịu nhiệt tốt, không bị biến dạng khi tiếp xúc với các dung dịch sát trùng, khử trùng và có thể bảo vệ các dụng cụ phẫu thuật khỏi tác hại của vi sinh vật và ức chế sự lây lan của nấm.

– Thiết bị cấy ghép: PPSU được sử dụng để sản xuất các thiết bị cấy ghép như van tim, stent, khớp giả,… Nhựa PPSU không bị phản ứng với các mô trong cơ thể.

– Thiết bị xét nghiệm: PPSU được sử dụng để sản xuất các thiết bị xét nghiệm như ống nghiệm, pipet,… Nhựa PPSU không bị phản ứng với các hóa chất dùng trong xét nghiệm.

– Ngoài ra, nhựa PPSU còn được sử dụng trong một số ứng dụng khác như: chế tạo răng giả, kính áp tròng, dụng cụ phòng thí nghiệm,…  Khi dùng nhựa PPSU để sản xuất dụng cụ y tế nghĩa là các thành phần này có được khả năng chống lại Plasma, Gamma, EtO và khử trùng hoá học tuyệt vời, đồng thời có thể chịu được quá trình tiệt trùng bằng hơi nước không giới hạn.

3.2. Ứng dụng trong sản xuất ô tô và hàng không

Trong ngành công nghiệp ô tô, nhựa PPSU có thể được sử dụng để sản xuất các bộ phận chịu nhiệt độ cao và có tính chất cơ học ổn định. Cụ thể, PPSU được sử dụng trong các bộ phận ô tô bao gồm: bơm dầu, pít tông kiểm soát dầu, hộp số và gờ. Đặc biệt hơn, PPSU được dùng trong sản xuất đèn pha ô tô nhờ khả năng tồn tại ở nhiệt độ hoạt động liên tục 190-200 độ C mà không bị suy giảm đặc tính.

Trong hàng không, các bộ phận máy bay đòi hỏi ít tỏa nhiệt, tạo khói thấp và phát thải ra khí độc hại thấp. Nhờ khả năng chống cháy và đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt, PPSU đã trở thành lựa chọn lý tưởng cho nội thất máy bay. Do có khả năng chịu nhiệt tốt, không bị biến dạng khi tiếp xúc với nhiệt độ cao và các hóa chất trong động cơ máy bay, PPSU còn được sử dụng để sản xuất các bộ phận máy bay như cánh quạt, ống xả, ống dẫn,… và các dụng cụ sửa chữa máy bay nhờ thêm đặc tính không bị trầy xước, dễ dàng vệ sinh.

3.3. Ứng dụng trong hệ thống cấp nước và xử lý nước thải

Nhựa PPSU được sử dụng trong ống nước và lắp đặt đường ống chủ yếu do tính chất vượt trội của nó về kháng hóa chất, kháng nhiệt và khả năng chịu áp lực.

– Đối với ống nước: nhựa PPSU được sử dụng để sản xuất ống nước trong hệ thống cung cấp nước dân dụng. Vật liệu này không bị ảnh hưởng bởi hóa chất trong nước, giúp đảm bảo sự an toàn và ổn định của hệ thống nước.

– Trong ứng dụng nước nóng và nước lạnh: PPSU thường được sử dụng trong ống dẫn nước nóng và lạnh, đặc biệt là trong các ứng dụng như hệ thống cung cấp nước cho máy lọc nước nóng và lạnh, hệ thống sưởi ấm trên sàn, và hệ thống làm mát.

– Trong linh kiện kết nối và phụ kiện: PPSU còn được sử dụng để sản xuất các linh kiện kết nối như đầu nối ống, măng xông, bộ kết nối và van, vì tính chất kháng hóa chất của nó giúp tránh tình trạng ăn mòn và xuống cấp trong hệ thống ống nước.

– Hệ thống xử lý nước và xử lý nước thải: Trong các ứng dụng xử lý nước và xử lý nước thải, nhựa PPSU có thể được sử dụng để sản xuất các linh kiện như bể chứa, ống dẫn, và van để đảm bảo tính ổn định và khả năng chịu đựng trong môi trường hóa chất.

4. PPSU được ứng dụng trong sản phẩm dành cho mẹ và bé

4.1. Nhựa PPSU được ứng dụng trong sản phẩm mẹ và bé khi nào?

Nhật Bản được coi là quốc gia tiên phong ứng dụng PPSU vào sản phẩm mẹ và bé. Nhựa PPSU được ứng dụng trong các sản phẩm mẹ và bé từ những năm 1970. Lúc đó, loại vật liệu này được sử dụng để sản xuất các thiết bị y tế dành cho trẻ em, chẳng hạn như ống thông, ống dẫn, dụng cụ kẹp,…

Đến những năm 1980, nhựa PPSU bắt đầu được sử dụng để sản xuất bình sữa, bình đựng thức ăn cho trẻ em, núm ty, và các sản phẩm liên quan đến việc nuôi dưỡng và chăm sóc trẻ sơ sinh. Nhựa PPSU được đánh giá cao bởi các đặc tính an toàn và bền bỉ, đặc biệt là khả năng không chứa BPA độc hại.

Đến những năm gần đây, các doanh nghiệp ngành hàng Mẹ và bé ở Việt Nam bắt đầu sử dụng rộng rãi nhựa PPSU để sản xuất sản phẩm của mình.

4.2. Tại sao nhựa PPSU được ứng dụng trong sản phẩm mẹ và bé?

PPSU được sử dụng trong sản xuất các sản phẩm mẹ và bé bởi nó sở hữu một loạt các tính chất ưu việt:

– An toàn cho sức khỏe: Ngoài đặc tính bề mặt trơ của PPSU khiến nó có khả năng kháng khuẩn, vật liệu này còn không chứa BPA độc hại. Đây là hóa chất được tìm thấy trong một số vật liệu khác như PP, PC, có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe, bao gồm rối loạn nội tiết, tăng cân,…  Khả năng kháng hóa chất mang lại sự an toàn khi tiếp xúc với thức ăn và nước uống mà không gây ra sự biến đổi hoặc tác động độc hại lên thực phẩm.

– Bền bỉ: Các tính chất lý hóa hiếm có khiến PPSU không bị biến đổi khi tiếp xúc với các hóa chất trong quá trình sử dụng. Vì thế các sản phẩm như bình sữa, khay đựng thức ăn,… làm từ PPSU có thể tiệt trùng bằng nhiều cách khác nhau. Khả năng chống va đập tốt làm cho nó thích hợp để sản xuất các sản phẩm cần độ bền cao như bình sữa, vỏ máy hút sữa,… Nhựa PP hay PC đều có độ bền thấp hơn PPSU, dễ bị biến dạng hoặc vỡ khi tiếp xúc với các tác động mạnh hoặc nhiệt độ cao.

– Tiện lợi: Nhựa PPSU dễ dàng vệ sinh và tiệt trùng. Điều này giúp giữ cho sản phẩm luôn sạch sẽ và an toàn với trẻ em.

Dưới đây là một số so sánh cụ thể giữa nhựa PPSU và các vật liệu khác khi sản xuất sản phẩm dành cho mẹ và bé:

Đặc tính	Nhựa PPSU	Nhựa PP	Nhựa PC
An toàn	– Bề mặt trơ chống vi khuẩn bám dính. – Không chứa BPA.	Có thể chứa BPA	Có thể chứa BPA
Độ bền	Cao	Trung bình	Trung bình
Khả năng chịu nhiệt	Cao	Trung bình	Cao
Khả năng vệ sinh	Dễ dàng	Khó khăn	Dễ dàng
Nhiệt độ an toàn hóa chất	Cao	Trung bình	Trung bình

Với những ưu điểm vượt trội như khả năng chịu nhiệt, chống bám dính vi khuẩn, chịu được tác động hóa học và vật lý, PPSU hiện là vật liệu ưu tiên sử dụng cho các sản phẩm mẹ và bé. Tại Việt Nam, Kamidi là thương hiệu tiên phong và đi đầu trong việc ứng dụng vật liệu này vào các sản phẩm đòi hỏi tính an toàn và thân thiện với sức khỏe người dùng. 

BBT Kamidi