Nghiên cứu công nghệ vật liệu polyurethane (PU) dạng xốp ứng dụng trong công nghiệp xây dựng

BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN HÓA HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM









NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VẬT LIỆU
POLYURETAN (PU) DẠNG XỐP ỨNG DỤNG TRONG
CÔNG NGHIỆP XÂY DỰNG









Chủ nhiệm đề tài :
TS. MAI VĂN TIẾN


9018

Hà Nội-2011
VIỆN HÓA HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM








NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VẬT LIỆU
POLYURETAN (PU) DẠNG XỐP ỨNG DỤNG TRONG
CÔNG NGHIỆP XÂY DỰNG
Thực hiện theo Hợp đồng số:188.11.RDHD-KHCN ngày 5 tháng 5 năm
2011 giữa Bộ Công Thương và Viện Hóa Học Công nghiệp Việt Nam



Cơ quan chủ trì: Chủ nhiệm đề tài




VIỆN HÓA HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM TS. MAI VĂN TIẾN

Những người tham gia phối hợp:
1. PGS.TS. Phạm Thế Trinh
2. ThS. Nguyễn Hường Hảo
3. ThS. Lê Thị Thu Hà
4. CN. Hà Đại Phong

5. CN. Đoàn Thị Tư
6. CN. Lê Thị Hải


Hà Nội - 2011

MỞ ĐẦU

Hiện nay, vật liệu trên cơ sở polyuretan (PU) đang được nghiên cứu và
ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống xã hội, bởi vì chúng có đặc
tính cách nhiệt, cách âm tốt, khả năng chịu lực cao, bền hóa chất, có khả năng
chống ăn mòn, dễ gia công, dễ lắp đặt, dễ kết dính với loại vật liệu khác (như:
tôn, nhôm, bê tông, nhựa….). Với khả năng cách nhiệt, cách âm t
ốt, có độ
cứng cao, đặc biệt là rất nhẹ (khối lượng riêng ở khoảng 20 ÷ 150 kg/m
3
), nên
rất thích hợp ứng dụng trong công nghiệp xây dựng dùng để làm tấm cách
nhiệt chống nóng cho mái nhà, vách ngăn, vách tường Việt Nam là quốc gia
có khí hậu nhiệt đới, nóng ẩm, số ngày nắng nóng nhiều, việc chống nóng
giảm nhiệt cho các tòa nhà cao tầng và khu vực nhà dân là rất cần thiết. Về
mùa đông, các tấm cách nhiệt, vách tường cách nhiệt có tác dụng giữ cho căn
phòng ấm áp. Vấn đề xây dựng nhà làm việc, nhà ở hiện nay đang có nhu c
ầu
rất lớn về vật liệu cho mục đích trên, ước tính khoảng 500.000-700.000
tấn/năm và ngày càng tăng.
Ngoài ra, nhu cầu về vật liệu cách nhiệt, cách âm, chống cháy cho các
ngành công nghiệp khác cũng rất lớn trong khi chúng ta vẫn đang phải nhập
khẩu như: trong ngành công nghiệp lạnh, chế tạo các panel cách nhiệt, tủ lạnh
thùng chứa đá, đường ống, kho lạnh, thùng xe tải lạnh, bồn chứa, container

lạnh… Trong công nghiệp
đóng tàu ta phải nhập các chi tiết làm vách cách
nhiệt, chống cháy, panel cho các vách tàu, phao nổi, hầm lạnh chứa thực
phẩm, ca nô cứu sinh…Do vậy, vấn đề nghiên cứu chế tạo và ứng dụng vật
liệu PU xốp là rất cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn lớn.
Trong những năm gần đây, nhiều nhà khoa học trong nước đã tiến hành
nghiên cứu và tìm cách ứng dụng về vật liệu polyuretan xốp, tuy nhiên kết
quả nghiên cứu còn rất hạn chế, các kết quả nghiên cứu mới dừng ở quy mô
phòng thí nghiệm. Việc triển khai sản xuất những loại vật liệu đặc chủng này
mới dừng ở giai đoạn sản xuất thử nghiệm, nên phạm vi sử dụng cũng như giá
trị sản phẩm chưa được đánh giá một cách đúng mức.
Với mục đích
nhằm đưa ra công nghệ chế tạo vật liệu xốp trên cơ sở
nhựa polyuretan (PU) để gia công thành vật liệu hữu ích, ứng dụng trong công
nghiệp và đời sống, chúng tôi đã xây dựng đề tài “ Nghiên cứu công nghệ chế

tạo vật liệu polyuretan (PU) dạng xốp ứng dụng trong công nghiệp xây dựng”
và xác định các nội chính nghiên cứu như sau:
- Lựa chọn nguyên liệu đầu thân thiện môi trường để chế tạo vật liệu PU xốp.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện công nghệ đến quá trình chế tạo
vật liệu PU xốp.
- Nghiên cứu lựa chọn đơn phối liệu tối ư
u để gia công chế tạo vật liệu PU
xốp.
- Phân tích tính chất cơ lý hóa của vật liệu PU xốp tạo thành.
- Sản xuất thử PU xốp và gia công thử sản phẩm ứng dụng: vật liệu
polyuretan xốp dạng tấm cứng kích cỡ khác nhau, sản phẩm định hình theo
khuôn.

MỤC LỤC
Chương 1 - TỔNG QUAN………………………………………………… 1
1.1. Tình hình nghiên cứu PU xốp trên thế giới………………………………1
1.2. Tình hình nghiên cứu chế tạo và ứng dụng PU ở Việt Nam…… …… 1
1.3. Polyuretan (PU) xốp……………………………………………….…… 2
1.3.1. Giới thiệu chung về xốp polyme……………………………………….2
1.3.2. Phân loại xốp polyme………………………………………………… 3
1.3.3. Nguyên liệu chế tạo PU xốp……………………………………………3
1.3.3.1. Polyol…………………………………………………………………3
1.3.3.2. Izocyanat…………………………………………………………… 4

1.3.3.3. Các chất tạo xốp 9
1.3.3.4. Chất xúc tác và chất ổn định……………………… 11
1.3.3.5. Các chất phụ gia khác cho sản phẩm PU xốp………… 12
1.4. Cơ ch
ế hình thành xốp PU 13
1.5. Các phương pháp sản xuất xốp……………………………………… 17
1.5.1. Gia công liên tục các loại xốp PU…………………………………….17
1.5.2. Sản xuất xốp theo mẻ (gián đoạn)…………………………………….18
1.5.3. Phun xốp 19
1.5.4. Đúc rót xốp có vỏ 19
1.6. Tính chất của PU xốp 20
1.7. Ứng dụng của PU xốp……………………… 21
CHƯƠNG 2 - THỰC NGHIỆM………………………… 23
2.1. Thiết bị, hóa chất…………………… … 23
2.1.1. Nguyên liệu hóa chất………………… 23
2.1.2. Thi
ết bị sử dụng………………………… 23
2.2. Phương pháp nghiên cứu chế tạo PU xốp…………………… 24
2.2.1. Phương pháp chế tạo mẫu xốp PU………………………… 24
2.2.2. Các phương pháp xác định, phân tính, tính chất sản phẩm 24
CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN…… 30
3.1. Lựa chọn và phân tích nguyên liệu đầu…………… 30


3.2. Ảnh hưởng các thành phần hỗn hợp phản ứng đến tính chất cơ lý của
vật liệu PU xốp 32
3.2.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ hàm lượng izoxyanat/polyol đến tính chất cơ lý
của vật liệu PU xốp 32
3.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng chất tạo xốp đến tính chất cơ lý của vật
liệu PU xốp 35

3.2.3.
Ảnh hưởng của hàm lượng chất hoạt động bề mặt polydimetylsilosan
đến tính chất của vật liệu PU xốp 36
3.2.4. Ảnh hưởng của hàm lượng chất xúc tác đến tính chất cơ lý của vật liệu 38
3.3. Ảnh hưởng các điều kiện công nghệ đến tính chất cơ lý của vật liệu PU xốp 41
3.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất cơ lý c
ủa vật liệu PU xốp 41
3.3.2. Ảnh hưởng thời gian trộn hợp đến tính chất cơ lý của vật liệu PU xốp 42
3.3.3. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến tính chất cơ lý của vật liệu PU xốp 43
3.4. Điều kiện tối ưu tổng hợp vật liệu PU xốp 44
3.5. Đặc trưng cấu trúc, tính chất của PU xốp 45
3.5.1. Phổ
hồng ngoại của vật liệu PU xốp 45
3.5.2. Tích chất nhiệt TGA của vật liệu PU xốp………… 46
3.5.3. Đặc trưng cấu trúc hình thái, tính chất xốp của vật liệu xốp PU 47
3.5.4. Độ dẫn nhiệt của PU xốp………… 48
3.5.5. Độ hấp thụ nước của vật liệu PU xốp………………… 49
3.5.6. Khả năng chịu hóa chất của sản phẩm PU xốp 49
3.6. Sơ đồ
quy trình chế tạo vật liệu PU xốp………………… 50
3.7. So sánh tính chất sản phẩm xốp PU với một số sản phẩm xốp PU
nhập khẩu hiện có trên thị trường……………………………………….51
3.8. Xây dựng giá thành sản phẩm 52
KẾT LUẬN 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
ASTM : American standard test method
CHĐBM: Chất hoạt động bề mặt
DABCO: Diamin triethylen
DSC: Phân tích nhiệt vi sai quét (Differential Scanning Calorimetry)
HDI: Hexametylen diizocyanat
HTPI: Telechelic hydroxyl cis-1,4-polyisoprene
IPDI: Izophorone diizocyanat
IR: Phổ hồng ngoại (Infraed Spectroscopy)
ISO: International standard organization
MDI: 4,4’- diphenyl meta diizocyanat
MPDI: Meta - phenylen diizocyanat
ODP: Độ phá hủy tầng ozon (Ozone Depleting)
PCL: Poly ε-caprolacton
PE: Polyetylen
PKL: Phần khối lượng
PP: Polypropylen
PPG: Polypropylen glycol
PS: Polystyren
PU: Polyuretan
PVC: Polyvinyl clorua
SEM: Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electronic
Microscopy)
TDI: Toluen Diizocyanat
T
g
: Nhiệt độ hóa thủy tinh (Glass Transition Temperature)
TGA: Phân tích nhiệt trọng lượng (Thermo Gravimetric Analysist)

TÓM TẮT NHIỆM VỤ

Trên cơ sở tổng quan tài liệu, tham khảo patent nước ngoài về công nghệ
chế tạo vật liệu polyuretan xốp, lựa chọn phương pháp nghiên cứu, tiến hành
thực nghiệm, trong năm qua đề tài đã thu được những kết quả chính như sau:
- Đề tài đã nghiên cứu lựa chọn được các loại nguyên liệu thích hợp và chế
tạo thành công xốp cứng trên cơ sở nh
ựa PU. Vật liệu PU tạo ra có cấu trúc
xốp tổ ong ứng dụng làm vật liệu xây dựng có khả năng cách âm, cách nhiệt.
- Đề tài đã tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các tỷ lệ thành phần đơn phối
liệu và các điều kiện công nghệ đến quá trình chế tạo vật liệu PU xốp cứng.
Từ đó lựa chọn ra đơn phối liệu tối ưu, để
gia công chế tạo vật liệu PU xốp.
- Sản phẩm PU xốp tạo ra có khối lượng riêng từ 40-45kg/m
3
, độ xốp 89%, độ
bền kéo đứt 252KPa, độ bền nén 180KPa, độ hấp thụ nước cỡ 1,2%, hệ số dẫn
nhiệt 0,022W/m.K, khả năng chịu môi trường hóa chất axit H
2
SO
4
10%,
NaOH 10%, muối 10% và dung môi xylen.
- Đã tạo ra hơn 10kg vật liệu PU. Đồng thời sử dụng các phương pháp ép, đổ
khuôn trên các thiết bị chuyên dụng để chế thử hơn 10 mẫu tấm cứng PU xốp
kích thước 30 x15x5 cm. Các sản phẩm được đo các tính năng cơ, lý, tính
chất cách nhiệt , so sánh với các sản phẩm cùng loại hiện có trên thị trường
có chất lượng tương, đáp ứng yêu cầu đặt ra.

1
Chương 1 - TỔNG QUAN

1.1. Tình hình nghiên cứu PU xốp trên thế giới
Tại các nước công nghiệp phát triển như: Mỹ, Đức, Trung Quốc, các
nước Tây Âu, … việc nghiên cứu chế tạo và ứng dụng vật liệu PU được thực
hiện rất sớm từ những năm 30 của thể kỷ trước. Các ứng dụng thương mại
đầu tiên của polyuretan là tạo ra vật liệu đàn hồi giống như
cao su, sơn và
chất kết dính, được phát triển mạnh vào các năm 1945÷1947, theo sau là xốp
mềm vào năm 1953 và xốp cứng năm 1957 [1, 2]. Kể từ đó chúng đã được sử
dụng trong nhiều lĩnh vực với số lượng ngày càng tăng, năm 2000 sản lượng
tiêu thụ PU trên thế giới đạt khoảng trên 8 triệu tấn/ năm, thì năm 2009 con số
này đã tăng lên trên 23 triệu tấn [3]. Đã có rất nhiề
u sản phẩm được chế tạo từ
vật liệu PU với chủng loại đa dạng như: xốp cứng, xốp mềm, xốp hấp thụ
nước….và đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp ví như: vật
liệu PU xốp cứng được ứng dụng làm vách ngăn, tấm trần cho các phòng họp
lớn, nhà xưởng công nghiệp cần giảm tiếng ồn. Trong công nghiệp sản xuất ô
tô, tàu hỏa, tàu thủy PU xốp được dùng làm tấm nóc trần, vách ngăn giữa các
khoang ghế ngồi. Ngoài ra PU xốp cứng còn được sử dụng cho các công trình
trong các nhà máy hóa chất hoặc công trình xây dựng ở khu vực biển và
không khí biển bởi vì khả năng chống ăn mòn tốt, bền hóa chất. Ngoài ra vật
liệu PU xốp còn được dùng làm đệm giường, ghế sa-lông, poster, đế giày dép,
dụng cụ thể thao, sân thể thao…[4]
1.2. Tình hình nghiên cứu chế tạo và ứng dụng PU
ở Việt Nam

Tại Việt Nam, nghiên cứu chế tạo và ứng dụng vật liệu PU không phải là
mới, tuy nhiên việc nghiên cứu chế tạo triển khai và ứng dụng các sản phẩm
chế tạo từ vật liệu này là hạn chế. Hầu hết các sản phẩm chế từ vật liệu PU và
nguyên liệu để tạo ra chúng, hiện nay chúng ta vẫn đang phải nhập khẩu hầu
như hoàn toàn. Trong nh
ững năm gần đây, việc nghiên cứu chế tạo và ứng
dụng vật liệu PU trong nước đã được quan tâm nhiều hơn, hiện tại một số cơ
sở điển hình nghiên cứu về lĩnh vực này như: Trường Đại học Bách Khoa

2
HN, Đại học Quốc Gia TP.HCM, Viện Hóa Học, Viện Khoa Học Vật Liệu-
Viện Khoa Học Công Nghệ Việt Nam, Viện Khoa Học Công nghệ Giao
Thông Vận Tải…và đã thu được các kết quả nhất định.
- Gần đây nhất nhóm tác giả do TS. Nguyễn Thị Phương Phong chủ trì
đã tiến hành : “Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano bạc trên polyuretan xốp
nhằm xử lý nguồn nước uống nhiễm khuẩn” [5] .
- Hay nhóm tác giả do Nguyễn thị Bích Thủy của Viện KHCN GTVT
đã triển khai nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu chống thấm cho
mặt cầu BT trên cơ sở nhựa polyuretan” [6].
- Tại trường Đại học KHTN-ĐHQGHN nhóm tác giả do GS.TS. Ngô
Duy Cường đã tiến hành nghiên cứu ứng dụng vật liệu PU với đề tài: Nghiên
cứu chế tạo vật liệu màng phủ nanocompozit trên cơ sở polyuretan-epoxi”
[7].
Tuy vậy v
ấn đề nghiên cứu và ứng dụng các loại vật liệu PU còn rất
khiêm tốn. Việc nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu PU đặc biệt là PU xốp
dạng tấm ứng dụng trong công nghiệp xây dựng hiện nay là cần thiết, góp
phần giảm nhập khẩu, tiết kiệm ngoại tệ.
1.3. Polyuretan (PU) xốp
1.3.1. Giới thiệu chung về xốp polyme

Xốp polyme bao gồm hai pha là pha rắn và pha khí. Pha rắn được tạ
o
thành bởi các nền polyme khác nhau, như polyme nhiệt dẻo, polyme nhiệt
rắn, polyme vô cơ, polyme blend các loại , trong pha rắn có thể mang vật liệu
độn có tính chất gia cường như sợi, bột thủy tinh, bột kim loại Pha khí được
tạo thành từ các bóng khí. Các bóng khí được hình thành từ phản ứng hoặc
quá trình bay hơi của các phân tử nhẹ như CO
2
, hơi nước hay các tác nhân
tạo xốp được thêm vào trong quá trình chế tạo sản phẩm. Các tác nhân tạo
xốp (bóng khí) thường là các hợp chất dễ bay hơi, hoặc các hợp chất dễ phân
hủy để tạo thành các chất khí từ phản ứng hoặc nhiệt [8,9].


3
1.3.2. Phân loại xốp polyme
Theo tính chất xốp, xốp polyme có thể phân loại như sau [9]:
- Phân loại theo cấu trúc: xốp polyme có 2 dạng là xốp có cấu trúc
đều đặn, xốp có vỏ đặc trong lõi xốp. Loại xốp thứ nhất có cấu trúc các
khoảng trống xốp có kích thước đều nhau, còn lại thứ hai là loại xốp có vỏ
đặc, bên trong có cấu tạo xốp dạng tổ ong, mật độ tăng dần từ trong ra ngoài,
kích thướ
c của xốp tạo ra càng nhỏ lại. Ngoài ra theo cấu trúc có thể phân loại
thành xốp có cấu trúc kín, hở và hỗn hợp. Xốp có mặt kín là loại xốp mà trong
đó các pha được sắp xếp riêng biệt, không có các mối liên hệ nào với nhau.
Xốp có cấu trúc hở thì nhân tố nối các pha lại với nhau là không khí. Xốp có
cấu trúc hỗn hợp là xốp có sự sắp xếp lẫn lộn cả mặt kín và hở. Để tạo ra các
cấu trúc x
ốp khác nhau, người ta sử dụng các phương pháp vật lý, hóa học
theo mục đích sử dụng, ví dụ như xốp có vỏ đặc thì độ cách nhiệt cao hơn,

nhưng xốp có cấu tạo hở thì độ cách âm tốt hơn.
- Phân loại theo độ cứng: độ cứng hay mềm của xốp phụ thuộc vào
nhiều yếu tố như nhiệt độ hóa thủy tinh (Tg) cao hoặc thấp hơn nhiệt
độ
phòng, bản chất của vật liệu tạo nên pha rắn, độ kết tinh, mật độ tạo liên kết
ngang. Trong các polyme xốp cứng có đặc điểm độ đàn hồi nhỏ như xốp PS,
PVC (cứng) còn xốp mềm có độ đàn hồi lớn hơn như PU (mềm), xốp PE…
1.3.3. Nguyên liệu chế tạo PU xốp
Thành phần chính và quan trọng nhất để tạo nên polyuretan xốp là các
polyol và izocyanat, ngoài ra trong tổ h
ợp chế tạo PU xốp còn có các loại
nguyên liệu khác như: chất tạo xốp, chất xúc tác, chất hoạt động bề mặt, phụ
gia chống oxi hóa, chống cháy, chất tạo mầu… tùy thuộc vào loại xốp PU và
mục đích ứng dụng [10].
1.3.3.1. Polyol.
Polyol là các oligome hay các polyme chứa ít nhất hai nhóm hydroxyl
(-OH). Polyol thương mại có khối lượng phân tử và chỉ số hydroxyl thay đổi
trong phạm vi rộng. Hiện tại có khoảng 450 loại polyol được
ứng dụng trong

4
tổng hợp PU [11]. Ngoài polyol khâu mạch, trong thành phần polyol có thể
còn có chất kéo dài mạch. Polyol mạch ngắn như glycol, polyol mạch dài như
triblock copolyme etylen oxit/propylene oxit/etylen oxit (EO/PO/EO).
Polyol có vai trò quan trọng ảnh hưởng tới cấu trúc và tính chất của
polyuretan tạo thành. Sự linh động của polyol dẫn tới sự linh động cho sản
phẩm polyuretan như có thể thay đổi độ chịu kéo, độ chịu va đập, khả năng
chịu nhiệt độ thấp, hạ nhiệt độ thủ
y tinh hóa (Tg)… Các thuộc tính của
polyuretan sẽ khác đi khi sử dụng các polyol khác nhau đặc biệt là khi sử

dụng các polyol có cấu trúc đối xứng cao.
Ảnh hưởng của polyol tới cấu trúc và tính chất của polyuretan được Ako và
Kennedy nghiên cứu và chỉ ra rằng các polyol càng có nhiều nhóm hydroxyl
sẽ cho độ bền kéo cao hơn, độ đàn hồi và độ thấm nước thấp nhưng độ ổn
định không khí cao [ 12].
Kébir và cộng sự giới thiệu việc sử dụng telechelic hydroxyl cis-1,4-
polyisopren (HTPI) trong t
ổng hợp của Polyuretan. Ảnh hưởng của trọng
lượng phân tử, cũng như cấu trúc hóa học của polyuretan đến các quá trình
hydro hóa, epoxy hóa, đến tính chất nhiệt của chúng…đã được khảo sát.
Nghiên cứu tính cơ nhiệt của chúng cho thấy tính đàn hồi của vật liệu giảm
với sự giảm trọng lượng phân tử của HTPI hoặc với sự gia tăng hàm lượng
epoxy và nâng cao quá trình truyền nhiệt [13, 14 ].
1.3.3.2. Izocyanat:
Izocyanat là các h
ợp chất chứa nhóm chức NCO có thể tổng hợp dựa trên
phản ứng tổng quát sau [ 9, 15]:
R
2
S
2
O
4
+ 2KCN → 2 R-NCO + K
2
S
2
O
4
.

Hiện nay để tổng hợp ra các hợp chất cyanat, sử dụng nhiều phương
pháp khác nhau dựa trên phản ứng của các hợp chất amin và phosgen.
H
2
N - R - NH
2
+ 2HCl → ClH . H
2
N - R - NH
2
.HCl
HCl . H
2
N - R - NH
2
.Cl + ClOCl → OCN - R' - NCO + HCl

5
Tùy thuộc vào nguyên liệu có thể tạo ra sản phẩm di, tricyanat. Tuy
nhiên, sản phẩm thông dụng nhất là diizocyanat với 2 nhóm cyanat ở đầu
mạch và cuối mạch. Các loại diizocyanat phổ biến để chế tạo PU có thể ở
dạng thẳng hoặc dạng vòng. Phổ biến nhất là toluen diizocyanat (TDI); 1,6
hexametylen diizocyanat (HDI); 4,4’- diphenyl meta diizocyanat (MDI);
izophorone diizocyanat (IPDI); para- phenyl diizocynat (PPDI)
Các hỗn hợp izocyanat có khả năng phản ứng với các hợp chất có chứa
H linh động, mà tiêu biểu là H
2
0 để tạo ra amin và CO
2
, phản ứng với amin

tạo ra ure.
Các diizocyanat có khả năng phản ứng mạnh với các chất chứa H linh
động theo mức độ giảm dần sau: amin thẳng > amin thơm > H
2
O > rượu bậc 1
> rượu bậc 2 > rượu bậc III > phenol > axit > amit.
Những phản ứng này rất quan trọng trong việc sản xuất và biến tính
polyizocyanat. Sản phẩm xốp được tạo ra từ sự liên kết của uretan phản ứng
với hệ - NCO, -H
2
O. Sự tạo xốp này xảy ra do quá trình giải phóng CO
2
và
nhóm ure đồng thời được tạo thành bằng phản ứng cộng:
Phản ứng giữa các nhóm cyanat:
2R NCO
Qu¸ tr×nh dime hãa
Photphin PH
3
R
N
C
O
C
O
N
R
3R NCO
Qu¸ tr×nh trime hãa
Axetat

R
N
C
C
N
C
O
N
R
O
R
O

Phản ứng giữa các nhóm izocyanat rất quan trọng, xúc tác đặc biệt sử
dụng cho phản ứng là photphin PH
3
, axetat.

6
Biến tính cyanat tạo adduct: nhằm làm giảm độ độc cũng như họat tính
của các izocyanat. Bên cạnh đó chúng còn làm tăng một số tính chất: khả
năng chịu nhiệt, bền với môi trường, tính chất cơ lý cao. Các sản phẩm này
thường dùng để chế tạo các loại xốp.
Một số loại diizocyanat quan trọng trong tổng hợp PU xốp
*Izocyanat mạch vòng no và mạch thẳng:


N-izocyanat hexylamino cacboxyl

1,6 Hecxametylen diizocyanat (HDI)

* Izocyanat mạch vòng thơm
Hơn 90% PU được sản xuất từ loại này dạng izocyanat nhân thơm chủ
yếu sử dụng cho loại PU xốp cứng, mềm, đàn hồi, kết dính
Điển hình cho loại izocyanat này là là 2,4 toluen diizocyanat và đồng
phân của nó là 2,6 toluen dizocyanat (TDI).

TDI được tổng hợp từ các toluen diamin và phosgen trong dung môi trơ và
xúc tác hydro hóa.

7
Trong quá trình tổng hợp, sự phân tách đồng phân 2,3 TDI là cần thiết
bởi sự có mặt của nó có thể làm ảnh hưởng xấu đến quá trình tổng hợp PU.
TDI là một chất lỏng không mầu, nhiệt độ sôi 120
0
C tại 100 mmHg.
4,4' - diphenyl metha diizocyanat (MDI) nguyên chất là nguyên liệu
quan trọng trong sản xuất PU. MDI ở dạng rắn , nóng chảy ở 37
0
C và có xu
hướng dime hóa ở nhiệt độ phòng. Công thức cấu tạo của MDI:

4,4' - diphenyl meta diizocyanat (MDI)
Một số diizocyanat thơm khác cũng được sử dụng để tổng hợp PU nhưng
không được sử dụng rộng rãi bằng TDI và MDI. Công thức cấu tạo của
chúng:


1,5- diizocyanat naphtalen para - phenylen diizocyanat (PPDI)

Meta - phenylen diizocyanat (MPDI) 1-Clo- 2,4 - phenylen diizocyanat

3,3': dimethoxy - 4,4' - bisphenylene diisocynat

4,4' - bis (2 - methyl izocyanatophenyl) metan.

8
Izocyanat là thành phần chính chủ yếu để tạo nên các liên kết
polyurethan và ảnh hưởng đến tính chất sản phẩm tạo thành. Với sự đối xứng
tăng của monome izocyanat, sẽ làm tăng tính kết tinh, làm giảm sự tách pha,
tăng độ cứng, tăng độ bền kéo và mô đun đàn hồi. Nhiều nghiên cứu chỉ ra
rằng cấu trúc izocyanat ảnh hưởng tới cấu trúc và tính chất polyuretan. Lee và
cộng sự [16] đã nghiên cứu tác dụ
ng của các loại diizocyanat lên thuộc tính
của vật liệu polyuretan khi tiến hành tổng hợp polyuretan từ 1,4-butandiol với
các diizocyanat khác nhau như (MDI, TDI, IPDI, HMDI và HDI). Các dữ liệu
từ kết quả phân tích DSC và DMA cho thấy rằng các quá trình chuyển đổi
nhiệt bị ảnh hưởng đáng kể bởi cấu trúc của diizocyanat. Polyuretan tạo ra, có
thể là polyuretan cứng hoặc polyuretan mềm hoặc là sự trộn lẫn cả hai. Cấu
trúc izocyanat cũng ảnh hưởng đáng kể đế
n tính chất cơ học. MDI cho độ bền
kéo và độ bền xé cao nhất trong khi IPDI là thấp nhất.
Javni và các cộng sự [17,18 ] nghiên cứu ảnh hưởng của izocyanat khác
nhau lên tính chất của polyuretan chế tạo từ dầu đậu nành. Họ chỉ ra rằng tính
chất của polyuretan đậu nành phụ thuộc vào mật độ tạo liên kết ngang và cấu
trúc của izocyanat. Triizocyanat thơm cho mật độ khâu mạch cao nhất, độ bền
kéo cao, nhưng độ dãn dài thấp nh
ất, các polyuretan bị trương trong toluene.
Polyuretan với cấu trúc vòng thơm và cyclodiizocyanat cho các giá trị về tính
chất cơ lý nằm giữa tính chất của các polyuretan hai nhóm chức mạch thẳng.

Kébir và cộng sự [14] đã nghiên cứu ảnh hưởng của cấu trúc và hàm lượng
của izocyanat khác nhau tới tính chất của polyuretan tạo thành. Kết quả chỉ ra
rằng cấu trúc diizocyanat (TDI, MDI, H12-MDI) không có ảnh hưởng đáng
kể đến các thuộc tính của polyuretan. Tuy nhiên, I-IPDI chỉ ra mật độ liên kết
cao hơn và các đoạn mạch cứng cao hơn. Tuy vậy, với sự gia tăng của tỷ lệ
đương lượng izocyanat/ hydroxyl (NCO] / [OH] = 1,75) (I-IPDI), sẽ tăng
tính đàn hồi và giảm tối đa mođun kéo. Độ ổn định nhiệt
tùy thuộc vào cấu trúc izocyanat được quan sát thấy: PU (TDI) < PU (H12-
MDI) < PU (I-IPDI).
PU tổng hợp từ izocyanat thơm dễ bị hóa vàng khi phơi ra ngoài ánh
sáng. Sự hình thành mầu có thể là kết quả của sự oxy hóa của những nhóm
amino và sự oxy hóa của những amin được giải phóng trong quá trình tổng
hợp tại nhiệt độ 150 - 215
0
C.

9
1.3.3.3. Các chất tạo xốp
Trong quá trình sản xuất, cấu trúc của PU xốp được tạo nên bởi chất tạo
xốp. Các chất tạo xốp ở nhiệt độ xác định sẽ chuyển sang trạng thái khí hoặc
là trong phản ứng hoá học tạo chất ở trạng thái khí .
- Dựa trên quá trình tạo xốp chất dẻo có thể chia thành 3 nhóm:
+ Được tạo xốp trong trạng thái dàn nhớt: PS
+ Được tạo x
ốp trong trạng thái nóng chảy: PF, PE, PVC.
+ Quá trình tạo xốp tiến hành từ trạng thái chất lỏng được xuất
phát trong quá trình phản ứng hoá học: PU, PF, EP
* Xốp chất dẻo có hai nhóm lớn:
- Xốp hoá học
- Xốp vật lý.

Trong quá trình tạo xốp người ta còn định lượng thêm các chất ổn định
và chất tạo mầm vào chất dẻo cần tạo xốp, mục đích là để ngăn cản sự co lại
củ
a xốp được tạo ra hay là sẽ tạo được cấu trúc xốp mịn màng hơn.
* Các chất tạo xốp vật lý: sử dụng một số loại hợp chất dạng lỏng, có
nhiệt độ sôi thấp, trong quá trình gia công, thì hiệu ứng nhiệt của phản ứng
hoặc nhiệt cung cấp từ bên ngoài làm cho các hợp chất này bay hơi vật lý.
Bảng 1.1. Một số chất tạo xốp vật lý và tính chấ
t của chúng [19]
STT
Chất tạo xốp
vật lý
Công thức cấu
tạo
Khối
lượng
phân tử,
g/mol
Nhiệt
độ sôi,
o
C
Độ dẫn
nhiệt,
mW/m.K

ODP
(độ
phá
hủy

tầng
ozon)
1 CFC-11 CFCl
3
137 23,8 8,7 1
2 HCFC-141b CH
3
CFCl
2
117 32,1 9,7 0,11
3 c-Pentan C
5
H
10
70 49,0 12,0 0

10
4 n-Pentan C
5
H
12
72 36,0 15,0 0
5 HFC-134a CF
3
CFH
2
102 26,1 13,6 0
6 HFC365mfc CF
3
CH

2
CF
2
CH
3
148 40,0 10,6 0
7 HFC-245fa HCF
2
CH
2
CF
3
134 15,3 12,2 0
* Các chất tạo xốp hoá học: là các hợp chất hoá học các chất này bị phân huỷ
dưới tác dụng của nhiệt độ trong quá trình gia công polyme hoặc hiệu ứng
nhiệt của phản ứng tạo thành dạng khí.
Bảng 1.2. Một số chất tạo xốp hoá học
TT
Chất khơi mào
Khoảng nhiệt độ
phân huỷ trong
chất dẻo (
0
C)
Lượng khí
được hình
thành (ml/g)
1 N, N dimetyl N, N dinitro 90 - 105 126
2 N,N dinitrozo pentametylen
tetramin

130 - 190 265
3 Toluen sunfonic semickahazid 225 - 235 146
Hiện nay, các nước trên thế giới đang hướng tới việc cắt giảm và dừng
hẳn các chất gây phá hủy tầng ozon như CFC, HCFC, do đó từ đầu thế kỷ 21
các nước tập trung nghiên cứu chế tạo PU xốp sử dụng các chất tạo xốp thân
thiện với môi trường như: HFC 365mfc, HFC 245fa và nước [20, 21]. Nước
dùng làm chất tạo xốp sẽ cho bọt sớm nhất, ở nhiệt độ th
ấp, nước phản ứng
với izocyanat tạo axit cacbamic và ngay lập tức phân hủy thành amin và CO
2
Trong khi đó HFC365mfc cho phản ứng chậm nhất. Nước cho bọt xốp có cấu
trúc lỗ rỗng nhất, tỷ trọng thấp nhất, độ bền nén thấp và nhiệt độ hóa thủy tinh
cao nhất và sự ổn định kích thước ở nhiệt độ cao. Do ảnh hưởng của lỗ xốp và
tính dẫn nhiệt lớn của CO
2
nên xốp tạo bởi nước có tính dẫn nhiệt cao nhất.
Mặt khác HFC 365mfc cho kích thước lỗ xốp nhỏ nhất, tỷ trọng xốp lớn nhất,
độ bền nén cao nhất, trong khi đó HFC 245fa cho giá trị trung gian và tính
dẫn nhiệt thấp nhất [21, 22, 23,]. Nước là chất tạo xốp không độc, rất thân

11
thiện với môi trường, tuy nhiên khi sử dụng phản ứng tạo CO
2
phân tán nhanh
phá vỡ thành lỗ [24,25,26]. Nghiên cứu động học quá trình hình thành PU xốp
cũng cho thấy sự hình thành xốp phụ thuộc vào tốc độ phản ứng thổi và phản
ứng tạo gel [27, 28].
1.3.3.4. Chất xúc tác và chất ổn định
Tốc độ phản ứng hình thành polyuretan xốp không chỉ phụ thuộc hàm
lượng tỷ lệ thành phần nguyên liệu đầu, tốc độ thổi tạo xốp mà còn phụ thuộc

vào hàm lượng chấ
t xúc tác như: xúc tác amin và xúc tác thiếc [28,29].
Xúc tác của phản ứng tổng hợp PU là những bazơ hữu cơ và một số
hợp chất cơ kim.
Trong số các loại xúc tác, amin bậc 3 và những hợp chất cơ kim (chủ
yếu là những dẫn xuất của thiếc) được sử dụng rộng rãi nhất, đặc biệt là amin
bậc 3. Những chất xúc tác không chỉ ảnh hưởng đến tốc độ củ
a phản ứng, sự
lan truyền của phản ứng theo dây chuyền mà còn ảnh hưởng tới khả năng
khâu mạch của PU, từ đó ảnh hưởng tới các đặc tính của PU tạo ra. Một chức
năng quan trọng khác của xúc tác là giúp cho phản ứng xảy ra hoàn toàn dẫn
tới khả năng khâu mạch thích hợp cho PU tạo ra. Amin bậc 3 là chất xúc tác
có hiệu quả cao đối với phản ứng izocyanat - hydroxyl và izocyanat - nước.
Nói chung, tính bazơ tăng trong các hợp chất amin bậc 3 tăng cường họat tính
của xúc tác cho phản ứng tổng hợp PU. Tuy nhiên trong trường hợp của
diamin triethylen (DABCO), hoạt tính xúc tác lại được tăng cường bởi cấu
trúc hóa lập thể. Sự thế điện tử làm tăng cường họat tính của xúc tác.
Xúc tác trên cơ sở hợp chất cơ kim của thiếc cũng được sử dụng, nó có
mùi nhẹ, với nồ
ng độ thấp, phản ứng vẫn có thể diễn ra với tốc độ cao. Một số
xúc tác loại này được sử dụng phối hợp với những hàm lượng nhỏ của chất
chống oxy hoá như axit tartaric. Một số loại hợp chất cơ kim của thiếc hay
được sử dụng trong tổng hợp PU:
Thiếc (II) octoat, oleat thiếc (II) dilaurat, dibutyl dilaurat, Sn - 2 etyl
hexanoat:

12
[CH
3
(CH

2
)
3
CH (C
2
H
5
)CO
2
]
2
Sn
Sn - 2etyl hexanoat.
[CH
3
(CH
2
)
10
CO
2
]
2
Sn [(CH
2
)
3
CH
3
]

2
.
Dibutyl diraurat.
Những chất xúc tác đề cập ở trên có thể được sử dụng đơn lẻ hay đôi khi cũng
được dùng kết hợp với nhau cùng với chất chống thấm, chất kết dính …trong
quá trình chế tạo PU xốp.
Do các hợp chất izocyanat có khả năng phản ứng rất cao ở nhiệt độ thường.
Trong quá trình bảo quản hoặc sử dụng để điều chỉnh tốc độ
phản ứng, người
ta có thể sử dụng các tác nhân khoá mạch như: phenol, cresol, caprolactam,
metyletyl xeton,…Các hợp chất này tác dụng với izocyanat tạo aduct có khả
năng ổn định ở nhiệt độ thường. Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao, chúng lại được
giải phóng và phản ứng vẫn tiếp tục xảy ra.
1.3.3.5. Các chất phụ gia khác cho sản phẩm PU xốp.
Tùy vào mục đích sử dụng mà trong quá trình chế tạo PU xốp có thể có
thêm một số các phụ khác như sau:
+ Chất hoạt động bề mặt.
Những chất hoạt động bề mặt silicon có khả năng giảm sức căng bề mặt
và nhũ hoá thành phần không thích hợp trong hỗn hợp. Ảnh hưởng của chất
hoạt động bề mặt đến sự hình thành xốp, đến hình thái cấu trúc lỗ xốp, sức
căng bề mặt, đến tính chấ
t nhiệt và độ bền cơ học của vật liệu đã được khảo
sát [30] cho thấy: thời gian tạo kem, thời gian gel, thời gian không dính tăng;
tỷ trọng xốp và sức căng bề mặt giảm nhanh, kích thước lỗ xốp và độ dẫn
nhiệt giảm [31].
Thường sử dụng những copolyme polydimethyl siloxane và
polyoxyalkylen làm chất hoạt động bề mặt [32].

13
Những chất hoạt động bề mặt với mối liên kết Si - O - C là những chất

có khả năng thủy phân, trừ những mối liên kết Si- C không có khả năng thủy
phân.
Vài copolyme silicon có gắn alkyl trong mạch không có khả năng thủy
phân cũng được sử dụng như những chất hoạt động bề mặt đặc biệt.
Trong quá trình tạo xốp xảy ra hai quá trình, quá trình tạo liên kết
uretan và quá trình tạo dạng xốp.
Vai trò của chất xúc tác là đẩy nhanh quá trình tạo liên kết uretan, còn
chất hoạt động bề mặt tạo cho xốp có hình dạng, cấu trúc (cấu trúc kín, cấu
trúc hở, cấu trúc hỗn hợp), kích thước xốp thích hợp.
+ Chất chống tia tử ngoại.
Có hai loại chất chống tia tử ngoại là chất hấp thụ tia tử ngoại và chất
phản xạ tia tử ngoại. Các chất này thường là các hợp chất amin.
+ Chất ch
ống oxy hóa.
Những chất ngăn trở quá trình oxy hóa như 2,6 - ditertiary butyl - 4 -
methylphenol (BHT). Ngoài ra, chất chống oxy hóa còn có vai trò làm chậm
ngọn lửa trong quá trình cháy.
1.4. Cơ chế hình thành xốp PU [9, 33]
- Các polyol và izocyanat ban đầu có khối lượng và độ nhớt thấp, dịch
chuyển qua lại trên các thành bóng khí yếu hình thành trong quá trình tạo xốp.
Những thành bóng như vậy dễ bị vỡ và khí thoát ra. Vì thế cần tăng tính đàn
hồi và độ bền của thành bóng, nhờ sự tăng khối lượng phân tử c
ủa polyme.
- Cơ chế hình thành bóng khí xẩy ra trong khoảng vài giây, qúa trình này
giống như tạo khí trong khi đun sôi chất lỏng. Khí hình thành trong quá trình
phản ứng, hoặc quá trình bay hơi nhờ thêm tác nhân tạo xốp, tan một phần
trong khối polyme. Khi đạt đến giới hạn độ tan, tức là khi khí tạo ra vượt quá
khả năng tan (bão hòa), khí thừa sẽ hình thành bóng khí.
- Trạng thái ban đầu khi hình thành bóng khí gọi là hình thành nhân. Số
bóng khí sẽ tùy thuộc vào số nhân có mặt trong hệ. Sự hình thành nhân có thể

14
là đồng nhất hoặc không đồng nhất (trong trường hợp có các nhân khác).
Nhân bóng thường là một lượng nhỏ khí trong các kẽ nứt hoặc chỗ gồ ghề
trên bề mặt chất rắn hoặc hạt chất lỏng, trong trường hợp nhân không đồng
nhất. Bắt đầu quá trình hình thành xốp đặc trưng bằng sự hình thành một
lượng lớn nhân. Chúng gây nên hiện tượng phản xạ ánh sáng tạo cho khối
chất có màu trắng (tạ
o kem) mà chưa tăng thể tích đáng kể.
- Trạng thái tiếp theo là bóng khí tăng lên nhờ thu được khí thoát ra, làm
tăng thể tích của hỗn hợp xốp. Trạng thái này gọi là nở xốp (foam rise). Độ
bền của quá trình bong bóng lớn lên phụ thuộc vào sức căng bề mặt. Nếu sức
căng bề mặt quá lớn làm cho không hình thành các nhân, chỉ một lượng nhỏ
các bong bóng lớn lên, và hình dạng sẽ thon ra theo chiều lớn của bóng.
Người ta không mong mu
ốn những xốp như vậy vì chúng có tính chất cơ lý
bất đẳng hướng.
- Điều chỉnh bong bóng lớn lên bằng cách thêm chất hoạt động bề mặt
(thường dùng copolyme silicon). Chúng làm giảm sức căng bề mặt và có thể
chia các bóng khí ra nhỏ hơn, đều hơn. Quá trình này được trợ giúp bằng việc
trộn mạnh.
- Xốp nở (phụ thuộc vào sự phân tán khí vào các bóng) hoàn thành khi
quá trình polyme hóa quá điểm gel, mạng lưới polyme mở
rộng từ đầu này tới
đầu kia. Nồng độ khí trong khối biến đổi theo thời gian.
Hình 1.1 mô tả 3 vùng đặc trưng của ba trạng thái hình thành xốp; vùng I
tạo nhân (phản ứng làm trắng khối nhưng không tăng thể tích, đặc trưng cho
thời gian tạo kem-Cream time); vùng II và III tương ứng với sự nở xốp.

15

Hình 1.1. Các giai đoạn hình thành xốp
Hình trên có thể giải thích như sau: khí tạo ra trong quá trình tạo xốp hòa
tan vào trong polyme cho đến khi đạt giới hạn bão hòa. Tốc độ hình thành
nhân Vn = 0. Sự hình thành nhân không xảy ra ở trạng thái quá bão hòa thấp
(Vn = 0) nhưng sẽ bắt đầu ở trạng thái quá bão hòa cao hơn và sẽ tăng tốc cho
đến khi đạt tốc độ cực đại (Vn = µ). Khi quá trình tạo nhân hoàn thành, nồng
độ khí trong polyme sẽ giảm do sự khuếch tán khí vào các bóng tăng lên.
Nồng độ khí trong polyme sẽ giả
m theo thời gian cho tới khi đạt giới hạn bão
hòa.
- Các thông số kỹ thuật đặc trưng cho quá trình tạo xốp là thời gian tạo
kem (Cream time), thời gian nở (rise time) và thời gian gel (gel time). Thời
gian tạo kem biến đổi trong khoảng 0,001 đến 30 giây, thời gian nở trong
khoảng 20 đến 120 giây. Thời gian tạo gel được đo bằng cách nhúng đũa thủy
tinh vào trong khối xốp. Trước khi polyme gel hóa, nó nhầy và dễ dàng kéo
thành sợi dài.
* Quá trình hình thành xốp PU: Quá trình hình thành xốp PU trải qua hàng
loạt các giai đo
ạn sau đây:
- Pha chế thành phần và khuấy trộn xốp. Các thành phần hóa học được pha
chế (thường bằng thiết bị định chuẩn) theo lượng và tỷ lệ thích hợp và được

16
khuấy trộn với nhau (trong đầu trộn của máy (mixing head) hoặc trong bình
chứa đối với trường hợp trộn tay (hand-mixing)). Trong quá trình khuấy trộn,
một lượng nhỏ bóng khí hình thành trong khối chất lỏng. Trong trường hợp
máy đổ xốp, một lượng nhỏ khí được bơm vào trong buồng trộn.
- Thời gian tạo kem (Cream time). Sau một khoảng thời gian ngắn, các khí trợ
nở (CO

2
hay các chất trợ nở khác) bắt đầu khuyếch tán vào trong và làm tăng
lượng bóng khí nhỏ trong khối chất, hiện tượng giống như khối kem. Thời
gian bắt đầu trộn đến khi khối chất chuyển thành kem gọi là thời gian tạo
kem, thường khoảng 6 – 15 giây đối với xốp mềm (xốp cứng thường thời gian
tạo kem lâu hơn).
- Nở (Rising). Khi các khí thổi được tạo ra nhiều hơn, hỗn hợp x
ốp tiếp tục nở
và trở nên nhớt hơn trong khi quá trình polyme hóa vẫn tiếp tục xẩy ra trong
pha lỏng. Tổng số bóng khí giữ nguyên không đổi trong quá trình nở xốp. Để
ổn định xốp và ngăn được các bóng khí kết khối lại với nhau, người ta sử
dụng các chất hoạt động bề mặt.
- Nở hoàn toàn (Full rise). Khoảng 100 – 200 giây sau khi trộn, phản ứng thổi
dừng lại còn phản ứng gel hóa tiếp t
ục. Kiến trúc của tế bào chứa đầy khí dần
dần vững chắc hơn, thành mỏng của chúng có thể không giữ áp suất khí lâu
hơn. Khi nở hoàn toàn, những thành mỏng này vỡ ra và các khí được giải
phóng (xì hơi) cuối cùng xốp được gel hóa phù hợp và đủ mạnh để giữ khối
xốp ổn định. Thời gian từ khi bắt đầu đến nở hoàn toàn (đến lúc xì hơi) được
gọi là thời gian nở (rise time).
- Gel hóa (Gelling). Phản ứng gel hóa (hay polyme hóa) tiếp tục cho đến khi
đạt được thời gian gọi là thời gian gel hóa (Gel time) (thường 20 – 120 giây
sau thời gian nở) khi khối xốp đó được gel hóa. Để kiểm tra khối xốp đó được
gel hóa hay chưa, dùng que gỗ nhúng đi nhúng lại sâu khoàng 2 – 4 cm vào
khối xốp cho đến khi cảm thấy sự đàn hồi. Khi lớp da bên ngoài khối xốp
không dính khi chạm đầu ngón tay vào tức là đó đạt đến thời gian không dính

17
(tack free time). Mặc dù thời gian gel hóa thường xảy ra sau thời gian nở khi
sản xuất xốp mềm, nhưng nó có thể là ngược lại đối với xốp cứng.

- Lưu hóa (Curing).Chỉ xẩy ra đối với xốp mềm, khối xốp sau đó được
chuyển vào khu vực lưu hóa khoảng ít nhất 24 giờ để cho phản ứng gel hóa
(hay polyme hóa) xảy ra hoàn toàn.
1.5. Các phương pháp sản xuất xốp.
Có nhiều phương pháp để tạ
o ra xốp có cấu trúc đồng đều [9] như:
- Quá trình tạo xốp liên tục để gia công các tấm, các khối.
- Phủ xốp và đúc vật thể rỗng, chủ yếu sử dụng cho cách nhiệt, cách âm.
- Phun xốp chất dẻo lên vật liệu cốt.
Trong số các quá trình tạo xốp được tiến hành bằng phản ứng hoá học thì
quá trình gia công tạo xốp có ý nghĩa nhất là quá trình gia công xốp từ PU.
1.5.1. Gia công liên tục các loại xốp PU.
B
ằng quá trình gia công liên tục ta có thể sản xuất cả loại xốp mềm và
xốp cứng. Nguyên liệu ban đầu của quá trình sản xuất xốp là izocyanat,
polyol và chất tạo xốp. Các chất này trộn lẫn với nhau bằng máy trộn phù
hợp, sau đó rải đều trên băng tải. Sau khi được rải đều trên băng tải, tuỳ thuộc
vào nhiệt độ các thành phần phản ứng với nhau, đồng thời khí được sinh ra
do ph
ản ứng. Quá trình tạo xốp có thể giới hạn bằng băng chạy. Sau khi làm
nguội, xốp được cắt thành từng sản phẩm theo kích thước nhất định.
Mặt cắt ngang được giới hạn nhờ các băng chạy có thể đạt tới 2 x 1 m.
Trong quá trình sản xuất xốp có mặt cắt ngang lớn hơn, vấn đề chủ yếu là
nhiệt độ, bởi vì nhiệt độ cao, cấu trúc xố
p sẽ bị phá vỡ.
Quá trình gia công liên tục ta có thể gia công xốp có cấu trúc tầng kẹp
bằng sử dụng hai lớp sợi dây ở cả hai mặt. Khả năng bám dính tốt của PU sẽ
đảm bảo cho mối liên hệ giữa xốp và sợi dây.