Tổng hợp VẬT LIỆU POLYURETHANE

Khóa luận tốt nghiệp 8/2009

A. TỔNG QUAN

1


Nguyễn Ngọc Hoàng

1

GVHD TS Hà Thúc Chí Nhân

GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU POLYURETHANE

1.1 Khái niệm về Polyurethane.
Polyurethane thường được gọi tắt là PU. Polyurethane thực chất là sản phẩm của một
quá trình trùng hợp bậc (trùng ngưng) giữa polyisocyanates OCN-R-NCO và
polyalcohols (polyols) HO-R-OH. Người ta lợi dụng đặc tính rất nhạy cảm của nhóm
chức isocyanate với H linh động để tạo nên các liên kết urethane (liên kết của nhóm
isocyanate với H linh động của alcohol). Phản ứng tạo liên kết urethane giữa 1 phân tử
chứa 1 nhóm isocyanate với 1 phân tử chứa 1 nhóm alcohol được mình họa như sau.

O
R1 N C O

H O R2

R1 N C O
H O R2

R1 N C O R2
H

Hình 1: Cách thức hình thành liên kết urethane.
Trong trường hợp phản ứng giữa phân tử chứa 2 nhóm isocynate với phân tử chứa
2 nhóm alcohol, các liên kết urethane này có tác dụng như một chất keo kết dính và
nối các phân tử polyisocyanate với polyol để tạo một dây polymer dài. Phản ứng tạo ra
polyurethane có thể được minh họa như sau.

Hình 2: Phản ứng tạo Polyurethane.
Một cách thật đơn giản, ta hãy hình dung tới hình ảnh polyurethane chính là sản
phẩm của việc “nắm tay nhau” của các phân tử có 2 nhóm chức isocyanate và các phân
tử có 2 nhóm chức alcohol như thế này.

2


Khóa luận tốt nghiệp 8/2009

Vậy polyurethane được hình thành với 2 nguyên liệu chính: Đó là Polyisocyanates
với Polyols. Ngoài ra, tất nhiên phải có thêm các chất xúc tác, các phụ gia trong quy
mô sản xuất công nghiệp. Ở khu vực Bắc Mỹ, người ta gọi thành phần chứa isocyanate
là thành phần A, thành phần chứa nhóm alcohol được pha sẵn với xúc tác, phụ gia
được gọi là thành phần B. Ở Châu Âu, người ta là gọi ngược lại, thành phần A là
polyol với xúc tác, phụ gia, thành phần B là chứa isocyanate. Bài báo cáo này sẽ dùng
quy ước của Bắc Mỹ.
Từ nãy giờ ta nói tới trường hợp phản ứng đơn giản nhất để tạo Polyurethane là
giữa diols và diisocyanates (tức giữa phân tử chứa 2 nhóm alcohol và phân tử chứa 2
nhóm isocyanate). Nhưng trên nguyên tắc thành phần A có thể chứa nhiều hơn 2 nhóm
isocyanate trong mỗi phân tử và thành phần B có thể chứa nhiều hơn 2 nhóm alcohol

trong mỗi phân tử , lúc này sản phẩm Polyurethane có khâu mạng. Trong bài báo cáo,
tôi đề cập đến phản ứng giữa diisocyanate với diol là chính.
1.2 Nguyên liệu để sản xuất Polyurethane.
Để sản xuất polymer Polyurethane đòi hỏi phải có nguyên liệu gồm hợp chất
polyisocyanates (A) và hợp chất polyols (B). Cấu trúc, đặc tính lý hóa và kích thước
phân tử của những hợp chất này ảnh hưởng đến quá trình polymer hóa, tính chất cơ lý
sản phẩm polyurethane cũng như mức độ khó dễ của khâu gia công sản xuất. Thêm
vào đó các phụ gia như xúc tác, chất hoạt động bề mặt, chất tạo xốp, chất nối dài
mạch, chất chống cháy và hạt độn cũng được sử dụng để kiểm soát và hiệu chỉnh quá
trình phản ứng, tạo nên đặc tính riêng cho sản phẩm polyurethane.
1.2.1 Isocyanates (Hợp phần A).
Muốn sản xuất Polyurethane, hợp chất chứa nhóm isocyanate phải có số nhóm chức ít
nhất là hai. Hai loại hợp chất isocyanate dạng vòng thơm quan trọng nhất để sản xuất
ra Polyurethane đó là Toluene diisocyanate (TDI) và Diphenilmethane diisocyanate
(MDI).
3


Nguyễn Ngọc Hoàng

GVHD TS Hà Thúc Chí Nhân

Hình 3: Toluene Diisocyanate (TDI).

Hình 4: Diphenilmethane diisocyanate (4,4’-MDI).
Ngoài ra, còn có rất nhiều dạng isocyanate khác được kể tên ra như sau:
Dạng vòng thơm: p-phenylene diisocyante (PPDI), naphthalene diisocyanate (NDI) và
o-tolidine diisocyanate (TODI).

Hình 5: Naphthalene diisocyanate (NDI)

Hình 6: p-phenylene diisocyante (PPDI)

Hình 7: o-tolidine diisocyanate (TODI)

4


Khóa luận tốt nghiệp 8/2009

Dạng hợp chất béo: 1,6-hexamethylene diisocyanate (HDI), 1-isocyanato-3isocyanatomethyl-3,5,5-trimethyl-cyclohexane (isophorone diisocyanate, IPDI) và
4,4'-diisocyanato dicyclohexylmethane (H12MDI). Tuy nhiên bởi độc tính của những
hợp chất này nên dạng monomer của chúng không được sản xuất thương mại mà
thường được chuyển hóa thành dạng prepolymer, dimer hay trimer.

NCO

NCO
Hình 8: 1,6-hexamethylene diisocyanate (HDI)

Hình 9: 4,4'-diisocyanato dicyclohexylmethane (H12MDI)
1.2.2 Polyols và phụ gia (Hợp phần B).
1.2.2.1 Polyols.
Đặc điểm chung của polyol là chúng có các nhóm đầu và cuối mạch là các nhóm
alcohol (-OH), trọng lượng phân tử của một phân tử polyol thường cao hơn nhiều so
với trọng lượng phân tử của một phân tử polyisocyanates.
Hầu hết polyols được phân loại thành hai dạng chủ yếu polyether polyols và
polyester polyols.
• Polyether polyols có dạng tổng quát: HO-(R-O) n-R-OH. Một trong những
polyether polyols điển hình là Polypropylene glycol (PPG).

CH3
O

HO
O
CH3

n

OH

CH3

Hình 10: Polypropylene glycol (PPG).
• Polyester polyols có dạng tổng quát: HO-R-CO-(O-R-CO)n-O-R-OH
Tuy nhiên cũng tồn tại một vài loại polyols đặc biệt bao gồm polycarbonate
polyols, poly caprolactone polyols, polybutadiene polyols và polysulfide polyols.
Những nguyên liệu này được dùng trong nhựa nhiệt dẻo, chất bịt kín, keo dán và
những ứng dụng đòi hỏi khả năng chống chọi với hóa chất và môi trường.
5


Nguyễn Ngọc Hoàng

GVHD TS Hà Thúc Chí Nhân

1.2.2.2 Phụ gia.
(a) Chất nối dài mạch và khâu mạng không gian.
Vai trò của polyisocyanates và polyols đã quá rõ ràng do chúng là hai tác chất quan

trọng nhất để hình thành nên Polyurethane. Vậy chất nối dài mạch là gì? Tại sao
Polyrethane cần phải thêm chất nối dài mạch? Vai trò của nó như thế nào? Đó là
những vấn đề ta cần làm rõ.
•

Chât nối dài mạch là gì?
Chất nối dài mạch hay chất khâu mạng có chung đặc điểm là những hợp
chất chứa nhóm alcohol (–OH) hay nhóm (–NH2) ở cuối mạch. Điểm khác
biệt ở chỗ chất nối dài mạch có số nhóm alcohol hay nhóm NH 2 cuối mạch
bằng 2, trong khi chất khâu mạng có số nhóm alcohol cuối mạch nhiều hơn
hai.
• Tại sao PU cần phải thêm chất nối dài mạch? Vai trò của nó như thế
nào?
Thông thường trong quá trình tổng hợp PU, trước tiên người ta thường dùng
dư diisocyanates so với polyols (thường nhất là tỉ lệ mol diisocyante với
polyols là 2:1). Ta biết rằng phản ứng giữa diols và diisocyanates là một
phản ứng trùng hợp bậc với nhóm chức trung bình bằng 2, phản ứng dạng
AA-BB, do đó cần tỉ lệ mol giữa AA : BB bằng 1 để phản ứng đạt hiệu quả
tốt nhất. Vì thế mà sau đó để cân bằng tỉ lệ mol giữa diisocyanates và diols,
sau đó người ta cần thêm chất nối dài mạch là một hợp chất diols thấp phân
tử. Cụ thể khi đó tỷ lệ mol giữa diisocyanates : polyols : diols (diols là chất
nối dài mạch) = 2 : 1 : 1.
Chất nối dài mạch đóng vai trò quan trọng trong hình thái của
Polyurethane dạng sợi, đàn hồi và PU foam do chính chúng có vai trò tạo ra
những phân vùng cứng (hard segments) trong PU. Tính chất đàn hồi của vật
liệu PU đến từ sự phân chia pha của những vùng copolymer cứng và mềm
(tương ứng là những vùng chứa liên kết urethane của isocyanate và chất nối
dài mạch ứng với những vùng polyether hay polyester vô định hình).
Ta dừng lại đây và nói một chút về khái niệm những phân vùng cứng (hard
segments) và mềm (hard segments) trong Polyurethane. Vấn đề nảy sinh do trong một

chuỗi Polyurethane dài, các thành phần trong một dây có độ phân cực khác nhau:
Đoạn liên kết urethane của isocyanate với chất nối dài mạch có tính phân cực cao
(hard segments), trong khi đoạn do polyols đóng góp có tính phân cực thấp (soft
segments). Khi các chuỗi dây đứng cạnh nhau đoạn liên kết urethane có khuynh hướng
tụ hợp gần nhau, các đoạn polyols cũng có khuynh hướng tương tự. Quan sát mô hình
sau, chúng ta hiểu được sự phân bố lại các phân vùng trong Polyurethane, chính sự
phân bố những phân vùng cứng mềm như thế đã tạo ra tính chất đàn hồi rất đặc trưng
của PU.

6


Khóa luận tốt nghiệp 8/2009

Hình 11: Cấu trúc vi mô của Polyurethane.
Những đoạn mềm (soft segments) có tính kém phân cực và dài được hình thành bởi
polyols thì linh động và chủ yếu có cấu dạng là những cuộn rối. Trong khi đó, những
đoạn liên kết urethane cứng (hard segments) có tính phân cực và ngắn hơn thì kém
linh động. Việc gắn kết xen kẽ các đoạn cứng bên cạnh các đoạn mềm đã tạo nên tính
chất đàn hồi rất điển hình của Polyurethane. Điều này có thể được giải thích là các
đoạn cứng đã ngăn chặn dòng chảy nhựa quá tự do của các đoạn mềm linh động cao.
Khi Polyurethane bị làm biến dạng cơ học, một phần những đoạn mềm linh động đã bị
giải rối, kéo căng ra và những đoạn cứng thì định hướng thẳng hàng theo hướng kéo.
Việc tái định hướng của những đoạn cứng và những liên kết Hydrogen liên tục đóng
góp rất nhiều vào độ bền kéo, độ kháng xé, độ biến dạng đàn hồi cao của Polyurethane
[1,2,3,4,5].
Việc lựa chọn chất nối dài mạch ảnh hưởng đến tính kháng hóa chất, kháng nhiệt,
khả năng mềm dẻo tương đối của sản phẩm. Những chất nối dài mạch quan trọng nhất
là Ethylene glycol, 1,4-Butanediol (viết tắt là 1,4-DBO hay là BDO), 1,6-hexanediol,
cyclohexane dimethanol and hydroquinone bis(2-hydroxyethyl) ether (HQEE).

OH
HO

Hình 12: Ethylene Glycol.
OH
HO

Hình 13: 1,4-Butanediol.
OH
HO

Hình 14: 1,6-Hexanediol.
7


Nguyễn Ngọc Hoàng

GVHD TS Hà Thúc Chí Nhân

Hình 15: Hydroquinone bis(2-hydroxyethyl) ether (HQEE).

Hình 16: Cyclohexane dimethanol
Bảng thống kê một vài hợp chất nối dài mạch và khâu mạng quan trọng.
Bảng 1: Hợp chất hydroxyl 2 nhóm chức.

Bảng 2: Hợp chất hydroxyl 3 nhóm chức.

8

Khóa luận tốt nghiệp 8/2009

Bảng 3: Hợp chất hydroxyl 4 nhóm chức.

Bảng 4 : Hợp chất amin 2 nhóm chức.

(b) Chất xúc tác.

Chất xúc tác Polyurethane có thể phân loại thành hai nhóm chính: Nhóm hợp chất
amine và nhóm phức cơ kim.
Những xúc tác amine truyền thống là những amine tam cấp như là
triethylenediamine (TEDA hay là DABCO), dimethylciclohexylamine (DMCHA),
dimethyl ethanolamine (DMEA). Xúc tác amine tam cấp được chọn lựa dựa vào khả
năng thúc đẩy cho phản ứng tạo liên kết urethane giữa isocyanate với polyols (còn gọi
là phản ứng tạo gel) hoặc cho phản ứng tạo bọt hoặc là cho phản ứng trime hóa các
phân tử isocyanate (đây là một phản ứng phụ giữa các phân tử isocyanate). Thông
thường, một xúc tác amine sẽ xúc tác cho cả ba loại phản ứng trên. Tuy nhiên, một xúc
tác sẽ ưu đãi xúc tác mạnh hơn cho một trong ba phản ứng. Ví dụ như
tetramethylbutanediamine (TMBDA) ưu đãi phản ứng tạo ra nhóm urethane tức phản
ứng tạo gel. Trái lại, pentamethyl dipropylenetriamine and N -(3dimethylaminopropyl)-N,N-diisopropanolamine thúc đẩy một cách cân bằng phản ứng
tạo gel và phản ứng tạo bọt.

Hình 17: Triethylenediamine.

Hình 18: Dimethylciclohexylamine (DMCHA).

N
OH
Hình 19: Dimethyl ethanolamine (DMEA).
9

Nguyễn Ngọc Hoàng

GVHD TS Hà Thúc Chí Nhân

Hình 20: Cơ chế xúc tác Polyurethane dùng amine tam cấp.
Những xúc tác cơ kim chủ yếu dựa trên thủy ngân, chì, thiếc (Dibutiltin dilaurate),
bismuth (bismuth otanoate) và kẽm. Mercury carboxylates, ví dụ như phenylmercuric
neodeconate là những xúc tác đặc biệt hiệu quả cho Polyurethane elastomer, những
ứng dụng sơn phủ và chất bịt kín bởi chúng xúc tác rất hiệu quả với phản ứng gel hóa
giữa isocyanate với polyols. Những xúc tác chì được sử dụng nhiều trong những ứng
dụng cách nhiệt PU foam rắn (bằng việc phun) bởi khả năng xúc tác của chúng ngay
cả trong điều kiện nhiệt độ thấp và độ ẩm không khí cao. Ở Mỹ, khi nhận ra độc tính
cao của các xúc tác liên quan đến thủy ngân và chì, người ta đang dần đần thay thế
chúng bằng các hợp chất khác ít nguy hiểm hơn. Từ những năm 1900, bismth và kẽm
carboxylates được dùng để thay thế, nhưng bởi khả năng xúc tác kém hơn nhiều phức
chất chì và thủy ngân nên hiện nay người ta chuyển sang sử dụng Alkyl tin
carboxylates trong mọi trường hợp liên quan đến ứng dụng Polyurethane. Ví dụ như
Dibutyltin dilaurate hiện đang được dùng như một xúc tác tiêu chuẩn cho chất kết dính
và chất bịt kín trên cơ sở Polyurethane và Dibutyltin oxides được dùng cho ứng dụng
sơn phủ.

Hình 21: Dibutyltin dilaurate.
(c) Chất hoạt tính bề mặt.

Chất hoạt tính bề mặt được dùng cho cả Polymer Polyurethne foam lẫn non-foam.
Chúng thường tồn tại dưới dạng polydimethylsiloxane-polyoxyalkylene block
copolymers, silicone oils, nonylphenol ethoxylates và những hợp chất hữu cơ khác.
Trong các ứng dụng Polyurethane foam, chất hoạt tính bề mặt có vai trò nhũ tương hóa

thành phần lỏng, điều tiết kích thước các cell (tạm dịch là ô xốp), ổn định cấu trúc các
vi ô xốp này và ngăn chúng sụp đổ (do kích thước ô xốp quá to khi trương nở) cũng
10


Khóa luận tốt nghiệp 8/2009

như giảm thiểu các khuyết tật lỗ trống bề mặt vật liệu. Còn trong các ứng dụng nonfoam chúng được sử dụng như các chất phá bọt, ngăn chặn khuyết tật bề mặt cũng như
các vi bọt trong lòng và trên bề mặt vật liệu.
1.3 Các phản ứng phụ có thể xảy ra trong điều chế, bảo quản Polyurethane.
1.3.1 Các phản ứng phụ khi bảo quản isocyanates.
Ngay cả ở nhiệt độ thường bản thân tác chất isocyanate rất dễ xảy ra các phản ứng
dimer hóa, trimer, polymer hóa như sau.

Hình 22: Phản ứng phụ của các phân tử Isocyanate với nhau.
Polyisocyanates không có ứng dụng thương mại do đó cần loại bỏ phản ứng tạo
polyisocyanates khi tiến hành các phản ứng tạo nhóm urethane. Cần lưu ý một phản
ứng quan trọng của nhóm isocyanate rất dễ xảy ra ở nhiệt độ cao mà không cần có xúc
tác tạo ra khí CO2. Đó là phản ứng tạo carbodiimide như sau.

Hình 23: Phản ứng giữa 2 phân tử Isocyanate tạo Carbodiimide và CO 2.
Phản ứng này thậm chí có thể diễn ra ở nhiệt độ phòng dưới sự hiện diện của
những xúc tác đặc biệt (ví dụ như 1-ethyl-3 methyl-3-phospholin-1-oxide).
11


Nguyễn Ngọc Hoàng

GVHD TS Hà Thúc Chí Nhân

Carbodiimide được sử dụng là chất ổn định chống lại sự thủy phân của urethane
polyester. Bởi vì chúng phản ứng với acids (tạo ra trong quá trình thủy phân) nên làm
chậm quá trình lại. Acids sẽ quay ngược trở lại xúc tác cho quá trình thủy phân diễn ra
nhanh hơn. Carbodiimide làm giảm nồng độ lượng acids sinh ra này, khiến chúng mất
tác dụng xúc tác.
Một vài phản ứng tự sinh trong lòng của hợp chất isocyanates gây ra nhiều vấn đề
trong quá trình bảo quản. Môi trường baz khiến cho các phản ứng phụ này diễn ra
nhanh chóng, do đó một mặt người ta thường thêm vào isocyanates acid làm chất ức
chế [6] một mặt bảo quản isocyantes ở nhiệt độ thấp (0-10oC).
1.3.2 Các phản ứng phụ của isocyanate với các hợp chất chứa Hydro linh động.
Như đã nói phần trên, isocyanate đặc biệt nhạy cảm với các hợp chất chứa H linh động
do đó bất cứ chất nào chứa H linh động đều có khả năng gắn kết với isocyanate.

Hình 24: Phản ứng của nhóm chức Isocyanate với các nhóm chứa Hydro linh động.
12


Khóa luận tốt nghiệp 8/2009

Những phản ứng phụ như thế này rất dễ xảy ra ngay cả ở điều kiện nhiệt độ không
cao, không xúc tác và nếu xảy ra đương nhiên sẽ làm giảm khả năng hình thành liên
kết urethane của hợp chất isocyanate, ảnh hưởng nghiêm trọng đến tính chất của
Polyurethane cả về mặt tích cực lẫn mặt tiêu cực. Mặt tiêu cực ở đây là các phản ứng
phụ đã khóa các nhóm chức isocyanate lại, ngăn chúng phản ứng với polyols. Tuy
nhiên, nếu biết khống chế và tận dụng hiệu quả hai phản ứng phụ cuối cùng thì
Polyurethane kèm hai phản ứng phụ này thể hiện tính đa năng trong ứng dụng. Đó là
hai phản ứng phụ quan trọng sau.

Hình 25: Phản ứng Isocyanate với H2O và acid hữu cơ sinh ra khí CO2.
Khi phối trộn isocyanate với polyols kèm theo xúc tác, một lượng nhỏ nước hay

acid hữu cơ ta có được Polyurethane foam (tạm dịch là Polyurethane xốp). Khi trộn
như thế này, phản ứng hình thành liên kết urethane để tạo nên Polymer xảy ra song
song với phản ứng tạo amine + CO 2 (trong trường hợp thêm nước) hay amide + CO 2
(trong trường hợp thêm vào hệ acid hữu cơ). Các bọt khí CO 2 phát sinh làm trương
phồng khối Polymer đang hình thành. Sau một khoảng thời gian rất ngắn, phản ứng
tạo polymer kết thúc, đông cứng và bẫy các bọt khí ở trong lòng khiến cho
Polyurethane foam chứa rất nhiều những vi bọt, phân tán cực tốt. (Cần nói thêm là chỉ
những Polymer nào đạt được tiêu chí chứa bọt trong lòng, bọt phân tán thật tốt và đều,
để toàn khối Polymer có tính chất cơ lý không chênh lệch nhau quá nhiều cho từng
vùng cục bộ , kích thước bọt nhỏ… mới gọi là Polymer foam. Tránh quan niệm sai
lầm là bất cứ Polymer nào chứa bọt đều gọi là Polymer foam). Nếu điều khiển được
tốc độ phản ứng tốt, hàm lượng tạo thành liên kết urethane với hàm lượng bọt sinh ra ở
mức độ hợp lý, ta có được một sản phẩm nhẹ, đàn hồi, thể tích và khối lượng riêng của
khối Polymer được kiểm soát dễ dàng. Từ đó mà phát sinh ra hàng loạt những ứng
dụng có tính cơ động cao như phao, lốp xe, dày dép, nệm, tấm cách nhiệt, ghế, giường,
…

Hình 26: Polyurethane được ứng dụng làm hộp đựng chống sốc, ghe và nệm xe hơi.
13


Nguyễn Ngọc Hoàng

GVHD TS Hà Thúc Chí Nhân

1.4 Polyurethane foam [7,8,9,10,11,12].
Như đã nói ở trên, Polymer muốn được gọi là Polymer foam phải đạt được các chỉ tiêu
như các bọt xốp trong lòng khối Polymer có kích thước không quá lớn, bọt phân tán
cực đều và mịn trong toàn khối Polymer tạo nên một thể đồng nhất cho toàn khối…
Hiện nay người ta đã có thể tạo ra nhiều loại Polymer foam như PE foam, PP foam, PS

foam, Polyurethane foam… Trong đó, Polyurethane foam thể hiện ưu điểm vượt trội
trong nhiều lĩnh vực ứng dụng, khả năng điều chế đơn giản, tính chất cơ lý có thể kiểm
soát dễ dàng tùy vào điều kiện tác chất, gia công.
Với nhiều ưu điểm và khả năng linh động như thế nên nhóm các sản phẩm
Polyurethane foam đã trở thành phân nhóm lớn nhất trong công nghiệp sản xuất
Polyurethane, chiếm đến 80% tổng lượng sản phẩm Polyurethane. Polyurethane foam
có thể phân thành hai phân nhóm chính: Nhóm foam mềm dẻo và nhóm foam cứng.
Foam mềm dẻo ứng dụng chủ yếu làm đồ đạc gia dụng, công nghiệp xe hơi, hộp đựng
chống sốc… Trong khi đó, foam dạng rắn được dùng trong công nghệ cách nhiệt ở tủ
lạnh, xây dựng, và một phần cho công nghiệp ô tô. Tuy nhiên việc phân lập nhóm
foam dẻo và cứng cho một sản phẩm foam nào đó đôi khi không rõ ràng bởi độ cứng
hay dẻo dai của những sản phẩm foam là rất đa dạng và liên tục. Do đó ngoài những
dạng foam cứng và dẻo tuyệt đối còn có những dạng có độ cứng trung gian và được
gọi là foam semi-rigid (foam bán cứng). Foam bán cứng được ứng dụng chủ yếu trong
ghế ngồi ô tô, những thành phần an toàn nội và ngoại thất. Tồn tại hai phương pháp
chủ yếu để tạo Polyurethane foam: Phương pháp vật lý và phương pháp hóa học.
Phương pháp vật lý: Thêm chất tạo bọt vật lý (chất tạo bọt không xảy ra phản ứng
với các monomer) với đặc điểm là chúng có nhiệt độ sôi thấp (như propane, butane,
pentane, fluorocarbon…) vào phản ứng tạo Polymer. Lợi dụng nhiệt sinh ra trong phản
ứng giữa isocyanate với polyols tạo liên kết urethane, các chất tạo bọt bốc hơi và hình
thành trong lòng khối Polymer các lỗ xốp.
Phương pháp hóa học: Thêm chất tạo bọt hóa học (chất tạo bọt phản ứng với
monomer isocyanate tạo thành khí CO2). Thông thường người ta sử dụng nước. Ngoài
ra, người ta có thể dùng các acid hữu cơ. Chúng phản ứng với isocyanate tạo khí như
phản ứng sau.

Hình 27: Phản ứng tạo bọt khí bằng phương pháp hóa học cho Polyurethane foam.
Song song với phản ứng tạo khí CO2, phản ứng polymer hóa vẫn tiếp diễn. Các dây
polymer dài khi hình thành, khô cứng và bẫy các bọt CO 2 trong lòng khối Polymer tạo
thành PU foam. Quá trình được mô tả ngắn gọn trong hai phản ứng căn bản như sau.

14


Khóa luận tốt nghiệp 8/2009

Isocyanate + polyol → polymer.
Isocyanate + H2O →CO2 (hình thành foam)
Tiến trình tạo foam tốt yêu cầu hai phản ứng trên phải diễn ra ở cùng một tốc độ.
Nếu phản ứng polymer hóa (phản ứng trên) diễn ra nhanh hơn, polymer hình thành sẽ
có trọng lượng phân tử cao, mức độ tạo foam thấp. Nếu phản ứng thứ hai (phản ứng
tạo thành CO2) diễn ra nhanh hơn, foam tiến triển quá mức sẽ phá vỡ kết cấu khối
Polymer vốn dĩ chưa hình thành hoàn thiện do phản ứng Polymer hóa diễn ra chậm
hơn. Ở mức cân bằng về tốc độ cho hai phản ứng polymer hóa và tạo bọt, quá trình
polymer hóa diễn tiến đủ nhanh để mang tới độ nhớt thật cao, khả năng rắn nhanh
khiến khối Polymer đạt được độ mạnh cần thiết đễ bẫy các bọt khí trong lòng Polymer
mà không bị phá vỡ bởi khí nở mãnh liệt. Tốt nhất là khi quá trình tạo bọt kết thúc,
việc Polymer hóa cũng hoàn thành.
Thành phần đặc trưng cho việc sản xuất Polyurethane foam thường là
• Isocyanate.
• Polyol.
• Nước.
• Tác nhân tạo bọt vật lý.
• Xúc tác amine.
• Xúc tác cơ kim.
• Chất hoạt hóa bề mặt (thường là silicone block copolymer).
Ngày nay, foam hầu hết được điều chế bằng tiến trình một bước, nghĩa là mọi
thành phần tạo foam được phối trộn đồng thời, hỗn hợp sau đó trở thành sản phẩm
cuối cùng. Tiến trình rất hữu hiệu này, nay có thể tiến hành do bởi việc phát triển của
rất nhiều xúc tác có khả năng cân bằng tốc độ của phản ứng tạo Polymer và phản ứng

tạo khí CO2.
Xúc tác amine thường được dùng để xúc tác cho phản ứng giữa isocyanate- H 2O
(phản ứng tạo bọt). Trong khi xúc tác thiếc hay các kim loại khác để điều tiết tốc độ
phản ứng isocyanate-polyols (phản ứng tạo gel). Chất hoạt tính bề mặt thường thêm
vào khoảng 1-2% để điều khiển kích thước lỗ xốp. Lượng chất hoạt tính bề mặt cao
hơn thường cho ra lỗ xốp nhỏ, vách lỗ xốp mỏng. Còn nếu cho quá nhiều, khung sườn
và vách lỗ xốp không thể chịu nổi áp suất do khí bay ra sẽ khiến sập đổ khối foam.
1.5 Polyurethane nhiệt dẻo.
Polyurethane nhiệt dẻo (được viết tắt là TPU) được xem là một loại chất dẻo với rất
nhiều tính năng hữu dụng bao gồm khả năng đàn hồi rất cao, tính trong suốt, khả năng
chống chịu với dầu mỡ và sự mài mòn. Chúng là một copolymer block mạch thẳng
bao gồm các phân đoạn cứng và mềm.
Các phân đoạn mềm linh hoạt, có độ phân cực thấp gắn kết nhờ liên kết hóa trị với
các phân đoạn cứng phân cực hơn nhiều. Những đoạn phân cực hút nhau mạnh mẽ,
chúng co cụm lại hình thành một pha trật tự, hình thành vùng kết tinh. Vùng kết tinh
này phân bố trong pha nền làm các đoạn rối Polyols linh hoạt hơn. Hiện tượng tách
pha này giữa hai khối sẽ ảnh hưởng quan trọng nhiều hay ít phụ thuộc vào tính phân
cực và trọng lượng phân tử của dây Polyols và điều kiện sản phẩm. Pha kết tinh đóng
vai trò tạo ra những liên kết vật lý (sức hút giữa các đoạn phân cực với nhau) tạo nên
15


Nguyễn Ngọc Hoàng

GVHD TS Hà Thúc Chí Nhân

mức độ đàn hồi cao của TPU, còn những đoạn Polyols dài linh hoạt tạo ra độ dãn dài
cho Polymer.
Tuy nhiên, những liên kết vật lý giữa các đoạn phân cực với nhau sẽ mất đi dưới
tác dụng của sức nóng. Do đó, khi cấp nhiệt cho TPU, các đoạn Polymer sẽ cực kì linh

hoạt. Do đó, các phương pháp gia công cổ điển như đùn, phun và cán vẫn có thể được
sử dụng với TPU. Một kết quả không kém phần quan trọng có thể rút ra là các phế liệu
Polyurethane Thermoplastic có thể được tái xử lý trở lại.
Polyurethane nhiệt dẻo được điều chế từ các tác chất ban đầu là Diisocyanates và
Diols. Ngoài ra ta cũng cần thêm chất nối dài mạch, các xúc tác ( là các hợp chất cơ
kim hay các amine tam cấp) như với Polyurethaen foam. Ta có thể kể ra một vài tác
chất dùng để điều chế TPU như trong bảng sau.
Bảng 5: Các tác chất thường dùng trong tổng hợp Polyurethane.

Poly (tetra
1,3-Butyl

Polyoxy
molecular weight

BG, Fisher),
M

Ethy
poly(propy

Poly(ethylen

Poly(propy
PPG2, Mn 5 2000), g

Polypropylene g

16

Khóa luận tốt nghiệp 8/2009

Poly(propyle

Polyoxyte

1.6 Những ứng dụng của Polyurethane.
Polyurethane là một dạng polymer có nhiều ứng dụng linh hoạt bởi những đặc tính nổi
bật như đàn hồi, chống mài mòn, khả năng dãn dài cao, độ bền cơ học, tính linh hoạt
trong khả năng điều tiết độ cứng mềm của sản phẩm, tính chống ăn mòn, chống hóa
chất, thân thiện sinh học cao... Do đó Polyurethane được ứng dụng trong nhiều lĩnh
vực từ cao cấp nhất như y học đến những lĩnh vực rất phổ thông.
Bảng 6: Thống kê về ứng dụng của Polyurethane (tại Mỹ,2004).
Ứng dụng
Xây dụng và kiến trúc
Vận tải
Đồ gia dụng và giường
Phụ tùng
Đóng gói
Tơ, sợi và trang phục
Cơ cấu các bộ phận máy
Điện tử
Giày dép
Ứng dụng khác
Tổng cộng

Lượng Polyurethane
được ứng dụng (triệu
pounds)

1459
1298
1127
278
251
181
178
75
39
558
5444

Phần trăm sử dụng
26.80%
23.80%
20.70%
5.10%
4.60%
3.30%
3.30%
1.40%
0.70%
10.20%
100%

Dựa vào quá trình gia công, thay đổi phụ gia, xúc tác. Người ta hoàn toàn kiểm
soát tốt khả năng cứng mềm, tỉ trọng của sản phẩm Polyurethane. Nhìn vào bảng sau
đây người ta thấy rằng tính chất sau gia công của sản phẩm Polyurethane là một dải
liên tục khó mà phân tách rõ các dạng Polyurethane nào là nhiệt dẻo, nào là foam
cứng, foam mềm,… Tính chất cơ lý đa năng như vậy mang tới những ứng dụng cũng

rất đa năng. Đôi lúc hai hay ba dạng sản phẩm Polyurethane vẫn có thể ứng dụng cho
một dạng sản phẩm hay một dạng Polyurethane cũng có thể ứng dụng cho nhiều dạng
sản phẩm khác nhau.
Điểm đáng lưu ý là hơn 3/4 tổng lượng tiêu thụ Polyurethane là những sản phẩm
PU foam cả dưới dạng foam cứng và foam dẻo. Điều này có thể là do quy trình gia
công foam đơn giản hơn non-foam, thể tích sản phẩm tạo ra hoàn toàn có thể kiểm
17


Nguyễn Ngọc Hoàng

GVHD TS Hà Thúc Chí Nhân

soát dễ dàng, việc điền đầy khuôn rất tốt, hầu như là luôn có thể tạo ra sản phẩm với
hình dạng mong muốn.
1.6.1 Ứng dụng trong quần áo vào trang bị thể thao.
Polyurethane đóng góp vào cuộc sống thường nhật của chúng
ta những ứng dụng rộng lớn thông qua trang phục và những
ứng dụng của trang phục trong lĩnh vực thể thao được làm từ
Polyurethane. Một ví dụ điển hình chính là sợi spandex, đặc
trưng bởi tính chất đàn hồi và thoải mái, được ứng dụng làm
đồ lót cho phụ nữ, bít tất dài cũng như ngắn, trang phục thể
thao (đồ bơi và đồ trượt tuyết). Trang phục khoác ngoài dựa
trên cơ sở Polyurethane sở hữu khả năng chống trầy và ứng
phó với thời tiết xấu một cách lạ thường, do vậy chúng được ứng dụng rộng rãi trong
các trang bị thể thao khác nhau như là trượt tuyết và đua thuyền buồm. Polyurethane
xốp rắn có khối lượng nhẹ và khả năng chống trầy, những đặc tính khiến chúng đặc
biệt thích hợp cho môn thể thao leo núi cao, làm lõi cho ván lướt sóng. Hơn nữa, khả
năng chống trầy và dẻo dai khiến Polyurethane được ứng dụng nhiều trong việc làm ra
đế giày dép.

Hình 28: Bộ đồ bới LZR Racer danh tiếng của hãng Speedo bằng Polyurethane được
quy cho là giúp các vận dộng viên đạt được hàng loạt các kỉ lục thế giới trong Olympic
Bắc Kinh 2008.
1.6.2 Ứng dụng trong gia đình và các ứng dụng thường nhật khác.
Lớp sơn và lớp phủ ngoài Polyurethane giúp bảo vệ sự hao mòn, trầy
xước, cũng như làm đồ vật và các nhạc cụ như piano sáng bóng thẩm
mỹ. Các dạng Polyurethane xốp dẻo cũng được sử dụng rộng rãi để
sản xuất vật liệu ghế nệm và giường ngủ. Trong bếp, các
Polyurethane xốp cứng được dùng làm đế cách nhiệt tủ lạnh. Tính
tương thích sinh học của Polyurethane khiến chúng có giá trị và được
tận dụng trong các thiết bị làm sạch nước,băng vệ sinh khô và tã lót vệ
sinh. Da thuộc nhân tạo Polyurethane, da tổng hợp và các vật liệu xốp
được sử dụng rộng rãi để sản xuất túi xách, giày và nhiều sản phẩm
khác nhờ cảm giác tin cậy và tính bền.
18


Khóa luận tốt nghiệp 8/2009

1.6.3 Ứng dụng trong ngành điện tử.
Polyurethane cũng đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ sự phát
triển liên tục của ngành điện. Ứng dụng khác nhau trong phương
tiện ghi âm, từ băng video, đĩa vi tính, thậm chí thẻ trả trước và vé
tàu xe. Do đặc tính cách điện của Polyurethane, chúng cũng được sử
dụng rộng rãi trong sợi và dây cáp sợi quang học. Độ bám dính của
Polyurethane cũng tìm thấy những tấm dát mỏng mạch in ở điện
thoại cầm tay.
1.6.4 Ứng dụng trong y tế.
Polyurethane cũng đóng một vai trò đáng kể trong việc hỗ trợ tiến

bộ trong lĩnh vực y học. Một đặc tính quan trọng của Polyurethane
đàn hồi là có cấu trúc phân tử tương tự với cấu trúc protein của con
người, điều này khiến chúng trở thành ứng viên sáng giá trong các
ứng dụng y như khả năng bắt chước sinh học. Ví dụ, Polyurethane
đàn hồi đang được sử dụng làm chất bịt kín những bó sợi rỗng trong
các ống trụ thẩm tách nhân tạo.
1.6.5 Ứng dụng trong phương tiện vận chuyển.
Polyurethane được ứng dụng cực kỳ rộng rãi
trong hình thái vật lý khác nhau trong lĩnh vực
ô tô, như tấm cách âm, cách nhiệt, nệm ghế êm
ái, sàn giảm độ rung, tiếng ồn, chất bịt kín,
bảng đựng dụng cụ, khung cửa, tấm chắn bùn,
tấm lót đầu ở ghế xe, vật giảm sóc, roan, lốp xe
với tuổi thọ dài, chất phủ bề mặt. Một ứng dụng
nổi tiếng gần đây là xích bánh xe dẻo, bền và
chống chầy xước, nhưng không làm tổn thương bề mặt đường như xích bằng kim loại .
Do đặc tính bền và chịu mọi thời tiết, lớp phủ dựa trên cơ sở Polyurethane cũng có
dùng trong ứng dụng xe motor, tàu và toa xe hàng .

Hinh 29: Lốp xe bằng Polyurethane.
19


Nguyễn Ngọc Hoàng

GVHD TS Hà Thúc Chí Nhân

1.6.6 Ứng dụng trong xây dựng và công trình dân dụng.
Polyurethane được sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng. Trong
lĩnh vực nhà cửa, Polyurethane foam xốp cứng là chất cách nhiệt tốt

nhất để làm tường, trần và sàn nhà, giảm nhu cầu dùng máy điều
hòa, giúp tiết kiệm năng lượng. Do khả năng thích ứng với mọi thời
tiết, lớp phủ làm bằng Polyurethane được dùng để phủ bề mặt tường
bên ngoài. Ngoài ra, lợi dụng khả năng chống ẩm, chống hóa chất,
và đặc tính dẻo tốt, Polyurethane cũng được dùng trong vật liệu làm
sàn trong các bệnh viện, phòng thể dục, lớp phủ bề mặt cầu đường
để tránh gỉ, vật giảm xóc giữa đường ray xe lửa và tà vẹt, chất bịt
kín và tác nhân chống thấm nước cho mái nhà cao tầng cũng như
chất keo kết dính trong những ngôi nhà gỗ được làm sẵn. Polyurethane cũng được ứng
dụng làm sàn thể thao trong mọi thời tiết.
1.6.7 Những ứng dụng công nghiệp khác.
Polyurethane nhiệt dẻo được sử dụng trong nhiều dạng con
lăn khác nhau trong máy in và máy photocopy cũng như con
lăn trong các dây chuyền sản xuất các tấm kim loại, các
tấm thép và giấy. Polyurethane nhiệt dẻo cũng được dùng
làm vật liệu cách ly trong các thùng chứa và bình đựng
LNG.

2

CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT ĐẾ GIÀY BẰNG POLYURE-THANE FOAM

2.1 Quy trình sản xuất đế giày quy mô công nghiệp ở công ty TNHH thương mại
và sản xuất Minh Diệu.

20


Khóa luận tốt nghiệp 8/2009

Polyurethane thể hiện khả năng ứng dụng linh hoạt từ những sản phẩm cao cấp đòi hỏi
tính năng cơ lý cao của Polymer đến các ứng dụng phổ thông mà việc sản xuất đế giày
dép từ Polyurethane foam là một ví dụ. Công ty TNHH Sản xuất và thương mại Minh
Diệu hiện đang sản xuất đế giày dép với quy trình như trên.
Tác chất sử dụng.
• Polyols công nghiệp dùng để phản ứng tạo foam với MDI đã được biến tính. Có
hai loại Polyols công nghiệp được dùng chủ yếu.
Polyol UTE 5071 nhập từ SAMSUNG, Hàn Quốc.
Polyol 25590 nhập từ Singapore.
• Diphenilmethane diisocyanate (MDI) đã được biến tính thành dạng lỏng xuất
xứ từ SAMSUNG, Hàn Quốc.
• Chất nối dài mạch Ethylene glycol – MEG nhập từ Indonesia.
• Xúc tác là hợp chất amin SSP090521-1 nhập từ Hàn Quốc
• Chất róc khuôn là Polysiloxane.
• Các phụ gia khác như bột màu, chất phá bọt… (thường được trộn chung với
Polyester polyols).
Đây là một quy trình hoàn thiện mà công ty Minh Diệu muốn hướng đến. Nhưng
hiện tại quy trình vẫn còn khuyết ở khâu hóa lỏng isocyanate rắn, họ chưa thể tự làm
nên công ty phải phụ thuộc vào việc nhập isocyanate dạng lỏng (được biến tính từ
isocyanate rắn) từ công ty SAMSUNG, Hàn Quốc. Điều này khiến giá thành nguyên
liệu tăng cao, công ty không chủ động trong quy trình. Ngọai trừ khiếm khuyết này,
quy trình tỏ ra khá hiệu quả trong sản xuất.

21


Nguyễn Ngọc Hoàng

GVHD TS Hà Thúc Chí Nhân

Hình 30: Dây chuyền sản xuất đế giày bằng Polyurethane foam.
Trong một bồn khuấy trộn lớn, có thiết bị kiểm soát áp suất, Polyester polyols công
nghiệp được khuấy trộn ở nhiệt độ khoảng 80 oC với các phụ gia như ~ 1% ethylene
glycol (chất đóng rắn), ~2% chất xúc tác là một hợp chất amin tam cấp, màu pha sẵn.
Thành phần các phụ gia có thể thay đổi tùy vào yêu cầu sản phẩm của khách hàng. Sau
khi pha phụ gia vào Polyester polyols, hợp phần này được công nhân chuyên chở rót
vào một thùng chứa tác chất trên máy bơm định lượng, một thùng tác chất nữa cũng
nằm trên máy bơm định lượng là thùng chứa isocyanate lỏng được nhập khẩu từ tập
đoàn SAMSUNG. Máy bơm định lượng này nằm ở dây chuyền sản xuất đế giày như
hình trên (ba thùng phía trái dây chuyền), máy bơm định lượng có nhiệm vụ rót ra
khuôn một lượng chính xác các tác chất. Máy được thiết kế gồm hai vòi phun dẫn từ
hai thùng chứa tác chất isocyanate (hợp phần A) và polyols được pha sẵn phụ gia (hợp
phần B). Hai vòi phun dẫn vào một máy khuấy siêu tốc có khả năng trộn hai hợp phần
A, B với tốc độ 8000 – 9000 vòng/ phút. Sau khi nâng nhiệt cho hai thùng chứa hai
hợp phần A, B lên khoảng 50oC, dây chuyền sản xuất đế giày có thể bắt đầu.
Trước tiên, khuôn sắt dạng đế giày được bôi chất róc khuôn. Các khuôn phải có bề
dày lớn, nặng và vững chắc, có khóa đóng mở khuôn để tránh khi Polyurethane foam
nở trong khuôn gây ra áp suất lớn sẽ làm bung khuôn, ảnh hưởng đến hình dạng và
chất lượng sản phẩm.
Sau khi bôi chất róc khuôn, đặt khuôn lên băng chuyền đưa tới máy rót tác chất. Ở
đây, dưới tác dụng của áp suất, máy bơm định lượng rót một lượng chính xác hợp
phần A và B vào máy khuấy siêu tốc, A và B trộn lẫn vào nhau hình thành
Polyurethane foam. Tiếp theo máy ép rót nhanh Polyurethane foam vừa mới điều chế
ra khuôn. Khuôn được đậy nắp, khóa lại chắc chắn, để cho Polyurethane foam trương
trong lòng khuôn để điền đầy khuôn, tạo hình đế giày muốn sản xuất. Sau 4-5 phút,
phản ứng tạo foam kết thúc, Polyurethane foam có hình dạng như mong muốn, nhẹ và

22

Khóa luận tốt nghiệp 8/2009

đàn hồi. Sau một vài bước hoàn thiện sản phẩm như sơn màu, cắt bavia, kiểm định
chất lượng… Đế giày được phân phối ra thị trường.
2.2 Vấn đề còn tồn tại.
Vấn đề khúc mắc nhất trong dây chuyền sản xuất đế giày dựa trên cơ sở Polyurethane
foam của công ty Minh Diệu hiện là họ đang phải nhập isocyanate dạng lỏng từ phía
Hàn Quốc. Isocyanate lỏng này được biến tính từ Diphenilmethane diisocyanate
(MDI) dạng tinh thể rắn ở nhiệt độ thường. Điều này khiến chi phí nguyên liệu tăng
cao, công ty bị chi phối một phần từ phía Hàn Quốc trong việc nhập nguyên liệu, họ
không chủ động được nguồn hàng. Thêm nữa việc giao dịch qua đường biển nguồn
nguyên liệu isocyanate lỏng tốn khá nhiều thời gian và tiền của. Trong khi đó nếu tìm
ra hướng tự biến tính MDI dạng tinh thể rắn ở nhiệt độ thường thành dạng lỏng, họ
giảm được chi phí nhờ phía SAMSUNG, Hàn Quốc biến tính, chủ động hơn trong
nguồn nguyên liệu do việc tìm nguồn nguyên liệu MDI công nghiệp dạng rắn tinh thể
ở nhiệt độ thường dễ dàng hơn khi so với nguồn MDI đã được biến tính thành dạng
lỏng.
Tại sao nhất thiết phải hóa lỏng MDI ?
Đơn giản vì phản ứng giữa pha lỏng (Polyols được pha phụ gia) và pha lỏng
(Isoyanate lỏng biến tính từ MDI rắn) diễn ra tốt hơn rất nhiều nếu cứ để nguyên MDI
rắn tác dụng với Polyols ở pha lỏng. Hơn nữa, phản ứng tạo foam theo quy trình trên,
chỉ diễn ra trong tối đa 5 phút nên phản ứng giữa pha lỏng và pha rắn không thể hiệu
quả được do thời gian phản ứng quá ngắn, pha rắn MDI dù có nhiệt độ nóng chảy
không cao (~60oC) cũng không kịp tan chảy và hòa trộn tốt vào lòng pha lỏng Polyols
đã được pha sẵn phụ gia. Đó là lý do chủ yếu phải dùng MDI đã hóa lỏng.
Như đã nói, MDI là một chất diisocyanates rất nhạy nước ngay cả với vệt nước
trong không khí nên khó bảo quản, việc tiến hành phản ứng biến tính đòi hỏi phải diễn
ra càng nhanh càng tốt, càng ít khả năng tiếp xúc với môi trường không khí nóng ẩm ở
Việt Nam càng tốt. Do đó, môi trường bảo quản, tiến hành phản ứng khá khó khăn.
Biết được khó khăn chính yếu nhất, ta hoàn toàn xác định được phương hướng cải

tiến. Đó là phải hóa lỏng được MDI ngay trong điều kiện thường và MDI được biến
tính phải mang tới tính chất cơ lý tốt hơn hay ít nhất xấp xỉ với sản phẩm đế giày được
sản xuất theo quy trình trước đây (quy trình phải nhập MDI lỏng từ Hàn Quốc).

23


Nguyễn Ngọc Hoàng

GVHD TS Hà Thúc Chí Nhân

B. THỰC NGHIỆM

24


Khóa luận tốt nghiệp 8/2009

1

2

MỤC TIÊU CỦA PHẦN THỰC NGHIỆM
•

Hóa lỏng Diphenilmethane Diisocyanate (MDI) rắn ở ngay nhiệt độ thường.
Nếu thực hiện được, đây sẽ là một cải tiến quan trọng góp phần giúp công ty
Minh Diệu tiết kiệm được chi phí mua MDI đã được hóa lỏng sẵn, đồng thời
chủ động được nguồn nguyên liệu.

•

Thăm dò tính chất của composite trên cơ sở Polyurethane foam với đất sét
Thuận Hải biến tính.

•

Thăm dò tính chất của composite trên cơ sở Polyurethane nhiệt dẻo với đất
sét Thuận Hải biến tính.

THỰC NGHIỆM HÓA LỎNG DIPHENILMETHANE
DIISOCYANATE (MDI) RẮN Ở NGAY NHIỆT ĐỘ THƯỜNG

2.1 Các phương án được đề xuất trong việc biến MDI rắn thành lỏng ở nhiệt độ
thường, phân tích và tìm ra phương án tối ưu nhất.
(a) Nghiền thật mịn các tinh thể MDI rắn thành bột. Bột mịn này có diện tích tiếp

xúc cao, dễ dàng hòa tan rồi nóng chảy nên tương tác phản ứng nhanh với
Polyols đã được gia nhiệt sẵn ở 80oC.
Phân tích:
•

Khi nghiền nhỏ, rõ rằng diện tích phản ứng của tinh thể MDI rắn tăng
lên nhanh chóng. Điều này có thể bù đắp phần nào khiếm khuyết của
phản ứng giữa hai pha khác nhau. Tuy nhiên, phản ứng giữa pha rắn và
pha lỏng không thể bằng phản ứng giữa hai pha lỏng với nhau đặc biệt
trong điều kiện thời gian phản ứng ngắn chỉ vài phút.
• Khi nghiền nhỏ như thế, MDI có rất nhiều cơ hội tiếp xúc với không khí.
Mà MDI là một hợp chất rất nhạy hơi nước. Phản ứng sau đây rất có thể
sinh ra.

-N=C=O + H-O-H → -NH2 + CO2
Phản ứng phụ này tạo bọt khí và làm mất đi những nhóm isocyanate –
NCO để tác dụng với nhóm alcohol trong phản ứng trùng ngưng với
Polyols. Hiệu suất phản ứng do vậy rất thấp. Ta có thể loại không khí trong
khi nghiền bằng cách rút chân không hay sục N 2. Tuy nhiên việc làm như
thế này vừa phức tạp vừa không hiệu quả. Hiệu quả kinh tế quá thấp.
Kết luận: Phương pháp không khả thi.
(b) Dùng dung môi hòa tan MDI rắn thành dạng lỏng. Dung môi DMF hòa tan có

khả năng hòa tan MDI rắn thành lỏng. Thử phân tích vấn đề nảy sinh nếu dùng
phương pháp này.
Phân tích:
25