SẢN XUẤT POLYURETHANE

CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP HCTG
ĐỀ TÀI: SẢN XUẤT POLYURETHANE
Sinh viên thực hiện:
Tạ Ngọc Hùng – 20115926
Vũ Thị Nhung - 20115988
Tạ Thị Minh Hương – 20115930
Lê Hồng Sơn - 20113258


NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ POLYURETHANES
CHƯƠNG 2: TỔNG HỢP ISOCYANAT
CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP POLYOL
CHƯƠNG 4: CÁC CNSX


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Lịch sử phát triển Polyurethanes
Hóa học về polyurethane dựa trên nền tảng vào năm 1849 khi Wurtz và Hofmann lần đầu tiên báo cáo
về phản ứng giữa isocyanate và một hợp chất hydroxy. Nhưng mãi cho đến năm 1937 khi Otto Bayer
và các cộng sự tại phòng thí nghiệm I.G. Farnen, Đức, tìm ra được ứng dụng thương mại dựa trên
phản ứng giữa hexamethylene diisocyanate và butanediol, sản phẩm có tính chất cơ lý tương tự
nylon (polyamides), ngày nay vẫn còn được sử dụng để làm các sợi cho bàn chải.


1.1. KHÁI NIỆM VỀ POLYURETHANE

•

Polyurethane thường được gọi tắt là PU, là sản phẩm của 1 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


1.1. KHÁI NIỆM VỀ POLYURETHANE

•

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.


1.1. KHÁI NIỆM VỀ POLYURETHANE


1.1. KHÁI NIỆM VỀ 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.


1.1. KHÁI NIỆM VỀ POLYURETHANE

1.1. KHÁI NIỆM VỀ POLYURETHANE

•

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


1.2. TÍNH CHẤT CỦA POLYURETHANE

•

1.2.1.Tính chất cách nhiệt:
PU foam cứng (mút PU cứng) có độ dẫn nhiệt thấp so với hầu hết các vật liệu cách nhiệt khác hiện có,
(xem bảng so sánh bên dưới) nhờ đó được sử dụng làm vật liệu giữ nhiệt hoặc cách nhiệt trong môi
trường làm lạnh hay trữ lạnh...
Cách nhiệt hiệu quả cho hầu hết các công trình xây dựng, cả trong lĩnh vực xây dựng dân dụng (nhà
cửa, nhà container..) cũng như trong các công trình ứng dụng đặc biệt.


1.2. TÍNH CHẤT CỦA POLYURETHANE

•

1.2.2.Độ bền:
Foam PU cứng có độ bền nén và độ bền biến dạng cao, kết hợp với vật liệu phủ lên bề mặt (mặt nhựa,

thép...) sẽ cho độ bền lớn hơn gấp nhiều lần, phù hợp cho từng ứng dụng.


1.2. TÍNH CHẤT CỦA POLYURETHANE

•

1.2.3.Khả năng gia công:
Mút Polyurethane cứng có thể sản xuất liên tục hoặc không liên tục trong nhà máy, cũng có thể khuấy
trộn thủ công hoặc phun bằng máy phun tay hoặc bơm trực tiếp vào ứng dụng mong muốn. Thực tế
không có vật liệu cách nhiệt nào có các đặc tính sản xuất linh hoạt đến như vậy!


1.2. TÍNH CHẤT CỦA POLYURETHANE

•

1.2.4.Độ kết dính:
Trong khoảng thời gian giữa quá trình trộn và lưu hóa sau cùng, mút cứng polyurethane có độ kết dính
vô cùng lớn, nhờ đó cho phép gắn kết hiệu quả với nhiều loại bề mặt của công trình xây dựng (mặt xi
măng, gỗ, composite, nhựa, kim loại...).
Độ kết dính thường mạnh hơn cả độ bền kéo và độ bền biến dạng của mút.


1.2. TÍNH CHẤT CỦA POLYURETHANE

•

1.2.5.Tính tương hợp:
Rigid PU foam (mút PU foam) kết hợp được với hầu hết các vật liệu làm bề mặt

thông thường như giấy, lá kim loại, sợi thủy tinh, thép, nhôm, tấm vữa, gỗ ép và
cả nhựa đường. Điều này giúp cho dễ dàng sản xuất các loại panel có các kiểu bề
mặt khác nhau (ví dụ tấm lợp cách nhiệt - tôn xốp: một mặt tôn, một mặt tấm
nhựa PVC). Điều đó cũng cho phép mút pu sử dụng được trong khâu hoàn thiện
các công trình xây dựng giống như là vữa và sơn để làm hàng rào ngăn ẩm, ngăn
ồn và cách nhiệt trong điều kiện môi trường ẩm ướt, có tiếng ồn và môi trường
chịu nhiệt.


1.2. TÍNH CHẤT CỦA POLYURETHANE

•

1.2.6.Độ bền trong điều kiện sử dụng:
Mút PU cứng có thể sử dụng trong các điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt từ - 200 độ C đến + 100 độ C.


1.2. TÍNH CHẤT CỦA POLYURETHANE

•

1.2.7.Sự lão hóa:
Có sự tăng giá trị dẫn nhiệt theo thời gian của mút PU không được phủ bề mặt (tức khả năng cách nhiệt
giảm đi theo thời gian - độ truyền nhiệt tăng lên). Sự tăng giá trị độ dẫn nhiệt này giảm đi nếu như mút
cứng được phủ lên bề mặt bằng vật liệu phù hợp như là thép, nhôm hay các loại bề mặt nhựa và các
loại bề mặt khác. Sự phủ bề mặt giúp hạn chế sự khuếch tán không khí vào trong các tế bào mút gây ra
sự tăng độ truyền nhiệt.


1.2. TÍNH CHẤT CỦA POLYURETHANE

•

1.2.8.Khả năng hấp thụ nước:
Mút polyurethane cứng có độ thấm khí thấp, ngoài ra trong các công trình xây dựng còn được kết hợp
thêm với các vật liệu giúp ngăn sự xâm nhập của hơi ẩm như là màng phim (film) polyethylene hay
màng phim nhôm, vừa có tác dụng bảo vệ bề mặt, vừa có chức năng trang trí.


1.2. TÍNH CHẤT CỦA POLYURETHANE

•

1.2.9.Tính chống cháy:
Giống như tất cả các vật liệu xây dựng gốc hữu cơ khác-gỗ, giấy, nhựa, sơn- mút PU cứng cũng dễ cháy, tuy nhiên khả
năng và tốc độ cháy có thể điều chỉnh để phù hợp cho từng ứng dụng trong xây dựng. Khả năng cháy của panel có thể
giảm đáng kể bằng các vật liệu phủ bề mặt, ví dụ bề mặt bằng tôn thép..
Hiệu quả chống cháy tốt nhất có thể thực hiện được bằng cách sử dụng mút PU cứng hay mút polyisocyanurate
(PIR) có gia cường bằng sợi thủy tinh hay những kết cấu mạng lưới có tính chất nóng chảy ở nhiệt độ cao. Mút PU
cứng thường dùng có độ dày thấp hơn các vật liệu cách nhiệt khác, do đó nhiệt độ hay năng lượng cần cho sự cháy
cũng thấp hơn so với vật liệu khác dày hơn.


1.2. TÍNH CHẤT CỦA POLYURETHANE

•

1.2.10.Tính nhẹ:
Tại tỷ trọng 30kg/m3, thể tích của polyurethane trong mút PU cứng là khoảng 3%. 97 phần trăm còn lại
của khối mút là khí bị giữ trong các tế bào mút giúp cho nó có tính truyền nhiệt thấp.

Tính nhẹ của mút là một khía cạnh quan trọng trong vấn đề vận chuyển, thao tác và lắp đặt dễ dàng.


1.2. TÍNH CHẤT CỦA POLYURETHANE

•

1.2.11.Tính chịu hóa chất: 
Mút PU cứng chịu hóa chất rất xuất sắc đối với nhiều loại hóa chất, dung môi và dầu.


1.3. CÁC DẠNG POLYURETHANE

•

1.3.1. Dạng sợi
Mục đích ban đầu của việc phát triển polyurethane là tìm kiếm một vật liệu thay thế cho nylon. Những
phát triển ban đầu của Otto Bayer dẫn đến những phát minh đầu tiên và sự phát triển của dạng sợi và
dạng bọt. Các loại sợi thông dụng nhất được làm từ polyurethane là Perlon và Spandex.


1.3. CÁC DẠNG POLYURETHANE

•
•
•

1.3.2. Dạng màng

•

Loại một thành phần trong hầu hết các trường hợp dựa vào sự kết mạng diễn ra bởi
phản ứng của hơi nước trong không khí với prepolyme  để hình thành polyme rắn. Khí
cacbon dioxyt được tạo thành trong suốt phản ứng này và nó thoát ra ngoài không khí
hoặc được giữ lại bằng các vật liệu độn trong hệ thống phản ứng. Những loại này được
dùng làm vật liệu chống thấm nước và sơn polyurethane một lớp phủ.

•

Màng có thể làm từ polyurethane theo 3 cách chính sau:
Polyurethane phun xịt hai thành phần được sử dụng để sản xuất sơn và lớp phủ
chống hóa chất. Polyurethane có thể tan trong một vài dung môi để dễ dàng trong quá
trình phun xịt. Polyurethane ngày càng trở nên rất quan trọng trong lĩnh vực này của thị
trường vì vận tốc kết mạng của chúng rất nhanh.

Latex: Polyurethane đã kết mạng hoàn toàn được tạo thành trong latex, và việc loại
bỏ môi trường huyền phù tạo thành lớp film. Loại này được dùng để tạo nên những chi
tiết được phủ mỏng như các vật ngăn ẩm và các chất kết dính. Áp lực bảo vệ môi trường
trong việc giảm thiểu hàm lượng hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VoC) đã dẫn đến sự quan
tâm ngày càng lớn trong lĩnh vực này.


1.3. CÁC DẠNG POLYURETHANE

•

1.3.3. Dạng đổ khuôn
Năm 1952, dạng polyurethane đổ khuôn lần đầu tiên được thương mại. Năm 1956, loại polyether lần
đầu tiên được giới thiệu bởi DuPont, sau đó là loại polyether rẻ hơn từ BASF and Dow trong những
năm tiếp theo. Trong những năm sau đó, những phát triển đã được thực hiện để kết mạng dạng này và

các isocyanate đặc biệt để tối ưu các tính chất khác nhau. Có vô số những ứng dụng khác nhau đối với
loại polyurethane đổ khuôn, từ các bánh xe cao su của giày trượt đến các chi tiết quân sự.


1.3. CÁC DẠNG POLYURETHANE


1.3. CÁC DẠNG POLYURETHANE

•
•

1.3.4. Dạng nhiệt dẻo
Polyurethane nhiệt dẻo được thiết kết để có thể gia công bằng các máy gia công nhựa chuẩn, như là
các máy ép đùn và các máy khuôn tiêm. Polyurethan nhiệt dẻo được dùng trong những ứng dụng y
sinh. Chúng cũng có thể được sử dụng ở dạng vi xốp nên rõ ràng khối lượng riêng có thể giảm xuống.
Một vài ứng dụng bao gồm ống, tay cầm, các chi tiết xe hơi, đế và gót giày.