SẢN XUẤT POLYURETHANE

Nhóm 12

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KĨ THUẬT HÓA HỌC
Bộ môn Công nghệ Tổng hợp Hữu cơ – Hóa dầu

TIỂU LUẬN MÔN CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP
HỢP CHẤT TRUNG GIAN
ĐỀ TÀI: SẢN XUẤT POLYURETHANE

GVHD:

PGS.TS Nguyễn Hồng Liên

SVTH:
Nguyễn Thị Hạnh 20123073
Bùi Tùng Lâm
20123231
Đỗ Ngọc Châm
20125906
Trần Đức Triều
20123633
Trần Đức Lâm
20132226

1


Nhóm 12

MỤC LỤC

1

Lời mở đầu

Những vật liệu composite đơn gian đã có từ rất xa xưa. Khoảng 5000 năm trước công
nguyên con người đã biết trộn những viên đá nhỏ vào đất trước khi làm gạch để tránh cong
vênh khi phơi nắng. và điển hình về composite chính là hợp chất được dùng để ướp xác của
người Ai Cập.
Chính thiên nhiên đã tạp ra cấu trúc composite trước tiên, đó là thân cây gỗ có cấu
trúc composite gồm nhều sợi xenlulo dài được kết nối với nhau bằng licnin. Kết quả của sự
liên kết hài hòa ấy là thân cây vừa bền và dẻo.
Người Hylap cổ cũng đã biết lấy mật ong trộn với đất, cát sỏi làm vật liệu xây dựng.
Và ở Việt Nam, ngày xưa truyền lại cách làm nhà bằng trộn bùn với rơm băm nhỏ để trát
vách nhà, khi khô tạo lớp vật liệu cứng, mát về mùa hè và ấm vào mùa đông. …
Mặc dù composite là vật liệu đã có từ lâu, nhưng ngành khoa học về vật liệu
composite chỉ mới hình thành gắn với sự xuất hiện trong công nghệ chế tạo tên lửa ở Mỹ từ
những năm 1950. Từ đó đến nay, khoa học công nghệ vật liệu composite đã phát triển trên
toàn thế giới và có khi thật ngữ “vật liệu mới” đồng nghĩa với “vật liệu composite”
Một trong những vật liệu composite được sử dụng trong các loại nhựa nền là
polyurethane.

2


Nhóm 12

Polyurethane phát hiện: những năm 1930, người Đức Otto Bayer đầu tiên tổng hợp
các TPU là đại lý hàng dệt may xuất hiện ở châu Âu, nhưng hầu hết các sản phẩm dung môi
cho sơn khô hoàn thiện. Trong những năm 1960, như nhận thức của người dân về bảo vệ
bảo vệ môi trường của chính phủ, sơn TPU nước nổi lên. Sau 70 năm, sự phát triển nhanh

chóng của lớp phủ PU nước, vải tráng PU đã được ứng dụng rộng rãi. Từ những năm 1980,
nghiên cứu TPU và ứng dụng công nghệ đột phá xảy ra. So với dệt may nước ngoài và trong
nước kết thúc đại lý trên nghiên cứu PU sau:
Polyurethane là chất duy nhất đồng thời đặc tính đàn hồi của một hợp chất cao su và
tính dẻo dai, tính bền của kim loại, bởi vì nó có một dải biên độ cứng rất rộng. Chỉ riêng đặc
điểm này thôi cũng đủ để sản fẩm cao su PU rất được ưa chuộng ngày nay.
Đặc trưng sản xuất và sử dụng polyurethane là có thể tạo ra những loại mút từ rất mềm
đến mềm hay mút cứng hoặc bán cứng và dạng đàn hồi. Chúng có thể tạo ra dạng khối lớn
hay đổ vào các khuôn có hình dạng và kích thước khác nhau.
Sau đây là những tìm hiểu của nhóm về đề tài, vì thời gian ngắn và kiến thức còn hạn
hẹp nên còn nhiều thiếu sót. Mong cô góp ý thêm để nhóm có thể hiểu hơn về đề tài.
Chúng em xin chân thành cảm ơn

3


Nhóm 12

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ POLYURETHANE
1.Khái niệm :
Polyurethane (gọi tắt là PU) là chuỗi chính có lặp đi lặp lại các nhóm Carbamate
(NHCOO) các hợp chất phân tử chung.
Hầu hết PU là polymer dẻo nhiệt, bên cạnh đó PU cũng có thể là nhiệt rắn hoặc cao
su.
PU được hình thành bởi các phản ứng trùng ngưng của bischoroformates với
diamine. Polyurethane là sản phẩm của phản ứng giữa một isocyanate có chứa hai hoặc
nhiều isocyanate nhóm mỗi phân tử (R-(N=C=O)n n ≥ 2)với một polyol chúa hai hay nhiều
hydroxyl mỗi phân tử (R’-(OH)n n≥2), trong sự hiện diện của một chất xúc tác hoặc bằng
cách kích hoạt với ánh sáng cực tím. Nói ngắn ngọn polyurethane là những polymer chưa
nhóm liên kết (-NH-CO-O-)

4


Nhóm 12

Phản ứng của bischloroformate với diamine

Phản ứng tạo Polyurethane

Cấu tạo cơ bản của polyurethane:
Gồm 3 phần chính:


Phần kém linh động:
Cấu tạo là hợp chất polyure mạch vòng, trong đó chủ yếu là diisocyanate

thơm. Liên kết chặt chẽ tạo thành từng vùng, cụm trong xư (tiểu đảo).
Kích thước tiểu đảo rất nhỏ (30-100nm)
 Phần linh động:

5


Nhóm 12

Cấu tạo bởi các polyethe hay polyeste đồng trùng hợp.
Chiếm 60÷90% khối lượng
Tồn tại vô định hình trong xơ.
Khi không tải các mạng dạng cuộn xoắn, đoạn ở trạng thái vô định hình

Khi chịu tải, chuyển sang mạch thẳng, các đoạn macahj chuyển thành tinh thể
(tăng độ bền xơ)
 Phần mở rộng
Có thể là khung cứng hay phần linh động, tùy theo yêu cầu sản xuất.
2. Đặc điểm và tính chất:
Tính 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, nhờ sử dụng các vật liệu cách nhiệu hoặc cách nhiệt
trong môi trường lạnh.
Cách nhiệt hiệu quả cho hầu hết các công trình xây dựng, cả trong lĩnh vực xây dựng
dân dụng (nhà ở, nhà container...) cũng như trong các công trình ứng dụng đặc biệt.
Độ bền: Mút PU cứng có độ bền nén và độ bền biến dạng cao, kết hợp với vật liệu
phủ trên bề mặt (mặt nhựa, thép...) để có độ bền lớn hơn gấp nhiều lần, phù hợp cho từng
ứng dụng.
Khả năng gia công: Mút PU 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 có vật liệu cách nhiệt nào có các đặc tính linh hoạt đến
vậy?
Độ kết dính: Trong khoảng thời gian giữa quá trình trộn và lưu hóa sau cùng mút
cứng PU có độ kết dính vô cùng lớn, nhờ đó cho phép gắn kết hiệu quả với nhiều loại bề
mặt công trình xây dựng (mặt xi măng, gỗ composite, nhựa, kim loại...). Độ kết dính thường
mạnh hơn cả độ bền kéo và độ biến dạng mút.
Tính tương hợp: Rigid PU foam (mút PU foam) kết hợp được 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 nhôm một mặt tấm nhựa PVC). Điều đó
cho phép mút PU sử dụng trong khâu hoàn thiệu các công trình xây dựng giống như vữa và
sơn để ngăn ẩm, ồn và cách nhiệt trong môi trường ẩm ướt, có tiếng ồn và môi trường chịu

6

Nhóm 12

nhiệt.
Độ bền trong điều kiện sử dụng: Mút PU cứng có thể sử dụng trong các điều kiện
nhiệt độ khắc nghiệt từ -200oC ÷ 100 oC
Bền nhiệt: khả năng ứng dụng của PU rất rộng
<-80 oC: polyurethane rắn, cứng và ở trạng thái thủy tinh.
-80÷20 oC: các pha cứng của urethane bắt đầu xoay và chuyển động
20÷130 oC đây là khoảng nhiệt độ sử dụng các vật liệu polyurethane
130÷180 oC polyurethane trở nên mềm
>180 oC polyurethane bắt đầu phân hủy
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 thép, nhôm hay các 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 nhiệt độ truyền nhiệt.
Khả năng hấp thụ nước: mút PU cứng có độ thấm khí thấp, ngoài ra các công trình
xây dựng còn được kết hợp thêm các vật liệu giúp ngăn sự xâm nhập của hơi ẩm như màng
film polyethylene hay màng film nhôm, vừa có tác dụng bảo vệ bề mặt vừa có chức năng
trang trí.
Tính chống cháy: Giống như tất cả các vật liệu xây dựng gốc hữu cơ khác-gỗ, giấy,
nhựa, sơn-mút PU cũng dễ cháy, tuy nhiên khả năng và tốc độ có thể điều chỉnh phù hợp
cho từng ứng dụng trong xây dựng. Khả năng cháy panel có thể giảm đáng kể bằng các vật
liệu bề mặt, ví dụ bề mặt bằng tôn thép...
Hiệu quả chống cháy tốt nhất có thể thực hiện bằng cách sử dụng mút cứng hay mút
polyisocyanuarate (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 cũng 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.

Tính nhẹ: tại tỉ trọng 30 kg/m 3, thể tích của poly urethane trong mút cứng là khoảng
3%. 97% còn lại là khối mút là khí bị giữa trong 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

7


Nhóm 12

và lắp đặt dễ dàng.
Tính chịu hóa chất: Mút PU cứng chịu hóa chất rất tốt với nhiều loại hóa chất, dung
môi và dầu.

3. Các loại polyurethane
Polyurethane có thể đước sản xuất với sự khác biệt rất lớn về thành phần hóa học. Sử
dụng các kỹ thuật phối trộn khác nhau, có thể sản xuất ra polyurethane với những tính chất
khác nhau. Các nhóm chính bao gồm:
•
•
•
•
•
•

Dạng sợi
Dạng màng
Dạng đổ khuôn
Dạng nhiệt dẻo
Dạng bọt
Dạng cán được

3.3.1. Dạng sợi:
Mục đích ban đầu của việc phát triển polyurethane là tìm kiếm một vật liệu thay thế
nylon. Nhưng phát triển ban đầu của Otto Bayer đẫn đến 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
3.3.2. Dạng màng:
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 vài dung môi dễ dàng trong phum xịt. Polyurethane ngày càng trở nên rất quang
trọng trong lĩnh vực này của thị trường vì vận tôc kết mạng của chúng rất nhanh. Những
loại này được dùng làm vật liệu chống thấm nước và sơn polyurethane một lớp phủ.
3.3.3. Dạng đổ khuôn:
Năm 1952, dạng polyurethane đổ khuôn lần đầu tiên được thương mại hóa. Năm
1956, loại polyether đầu tiên được giới thiệu bởi DuPont, sau đó là loại polyether rẻ tiền từ
BASF and Dow trong những năm tiếp theo. Và sau đó nó được phát triển và tối ưu hóa các
tính chất khác nhau. Có vô số ứng dụng đối với Poluurethane đổ khuôn, từ các bánh xu cao
su của giày trượt, bánh xe cso su chịu mài mòn.
3.3.4. Dạng nhiệt dẻo:

8


Nhóm 12

Polyurethane nhiệt dẻo được thiết kế có thể gia công bằng các máy gia công nhựa
chuẩn, như các máy ép đùn và các máy khuôn tiệm. polyurethane nhiệt dẻo được dùng
những ứng dụng y sinh. Chúng có thể sử dụng ở dạng vi xốp nên rõ ràng khối lượng riêng
của chúng sẽ giảm xuống. một vài ứng dụng bao gồm ống tay cầm, các chi tiết xe hơi, và
gót giày.

3.3.5 Dạng bọt
Polyurethane dạng bọt được sử dụng trong máy bay chiến tranh thế giới thứ 2. Dạng
bọt trở nên phổ biến khi các polyol loại polyether giá thấp có mặt trên thị trường. nhiều
công sức đã được thực hiện để phát mình polyuretane dạng bọt này.
Các thành phần nguyên liệu chính tạo thành polyurethane dạng bọt cũng tương tự
như polyurethane đổ khuôn như polyol, diisocyanate, chất kéo dài mạch. Tuy nhiên, trong
polyurethane tạo bọt có một thành phần quan trọng khác là chất tạo bọt. Hai loại chất tạo
bọt được sử dụng là chất tạo bọt hóa học và chất tạo bọt vật lý.
Chất tạo bọt hóa học là những hóa chất phản ứng với các nhóm diisocyanate để tạo
khí CO2. Sự hình thành bọt polyurethane rất phức tạp, bao gồm hai phản ứng xảy ra đồng
thời: phản ứng tạo thành khí CO2 và phản ứng hình thành các liên kết ure. Các chất tạo bọt
hóa học thông dụng là nước, các hợp chất hữu cơ có khả năng tạo enol và axit boric.

Bọt polyurethane có thể được tạo thành theo các dạng riêng biệt như sau:
Loại cứng: loại bọt cứng được dùng cho cả cách nhiệt và cách âm. Chúng có thể gia
công bằng tay hoặc bằng máy, chúng có thể được phun xịt. chúng được sử dụ ng làm phao
nổi , ván lướt sóng.
Loại mềm dẻo: Polyurethane dạng mềm dẻo có nhiều ứng dụng trong nhà như nệm,
gối và tấm lót thảm. Dạng bọt này được gia công bình thường và cần một diện tích lớn cho
sản phẩm đã hoàn thành vì khối lượng riêng của nó rất thấp.
Loại phủ bên ngoài: Những loại polyurethane phủ bên ngoài được thiết kế có lớp phủ
bên ngoài không phải là bọt, mà có phần bên trong là bọt. Điều này tạo nên một cảm giác
chắc chắn rằng không có chất bẩn được giữ lại trong các lỗ xốp. Những ví dụ điển hình của

9


Nhóm 12

loại này là bánh lái và bảng đồng hồ xe ô tô.

3.3.6. Dạng cán được
Urethane cán được, có thể gia công trên máy gia công sao su chuẩn. Chúng có thể
được kết mạng bằng peroxide hoặc lưu huỳnh. Các dạng được kết mạng bằng lưu huỳnh
phải thêm vào một vài hóa chất để làm cho quá trình kết mạng bằng lưu huỳnh diễn ra.
Những polyurethane này cũng có những tính chất như loại polyurethane đổ khuôn nhưng
cần được gia công trên máy gia công cao su chuẩn.
Ngoài ra còn có thể phân loại theo 3 cách khác thành 3 nhóm chính.
-

Polyurethane nhiệt dẻo
Polyurethane đổ khuôn
Polyurethane kết mạng

4. Ứng dụng :

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.

Sản phẩm Polyurethane có nhiều công dụng. Hơn ba phần tư số tiêu thụ toàn cầu của
các sản phẩm polyurethane là ở dạng bọt, với các loại linh hoạt và cứng nhắc là tương
đương về kích thước thị trường. Trong cả hai trường hợp, các bọt thường đằng sau các vật
liệu khác: mút là đằng sau các loại vải bọc đồ nội thất thương mại và trong nước; bọt cứng
nhắc là bên trong các bức tường bằng kim loại và nhựa của hầu hết các tủ lạnh và tủ đông,
hoặc phía sau giấy, kim loại và các vật liệu bề mặt khác trong trường hợp nhiệt cách nhiệt
tấm trong ngành xây dựng. Sử dụng của nó trong hàng may mặc đang tăng: ví dụ, trong lót
ly brassieres. Polyurethane cũng được sử dụng cho các đường gờ bao gồm khung cửa, cột,
lan can, tiêu đề cửa sổ, trên các bức tường, huy chương và hình hoa hồng.

Bảng dưới đây cho thấy cách polyurethan được sử dụng (số liệu của Mỹ từ năm
2004):

10


Nhóm 12

Ứng dụng

Cách sử dụng (hàng triệu bảng
Anh)
Công Trình Xây Dựng 1459
Giao thông vận tải
1298
Đồ nội thất và đồ 1127
giường
Máy móc gia dụng
278
Bao bì
215
Dệt may, sợi và May 181
mặc
Máy móc và Foundry 178
Điện tử
75
Giày
39
Các ứng dụng khác
558

Tổng số
54444

Tỷ lệ phần trăm của
tổng số
26,8%
23,9%
20,6%
5,1%
4,6%
3,3%
3,3%
1,4%
0,7%
10,2%
100%

1. Gia dụng:
- Đặc điểm chính: Cách nhiệt, bảo vệ, kết cấu,giá trị kinh tế.
- Ứng dụng: -Tủ lạnh, tủ đông, máy bán hàng tự động, máy nước nóng, bình ủ điện.
2. Tự động
- Đặc điểm chính: Tiện nghi, an toàn, nhẹ, bền, linh hoạt, hấp thụ năng lượng, thiết kế
tự do.
- Ứng dụng : Bảng điều khiển (IP) hỗ trợ, Tay lái xe hơi, các chi tiết trên xe hơi, linh
kiên điện tử.
3. Xây dựng
- Đặc điểm chính: Cách nhiệt, bảo vệ, bền, chống ăn mòn
- Ứng dụng : phun lợp polyurethane, tấm kim loại cách điện, cách nhiệt đường ống,
thay thế gỗ trong các cửa sổ, cửa ra vào và đồ ghỗ, sản phẩm gỗ chế, cửa vào và cửa nhà để
xe cách nhiệt, Tôn PU, Tôn Xốp, Tôn Mát, Tấm lợp cách nhiệt polyurethane

4. Xe hơi, hàng không, tàu thuyền
- Đặc điểm:độ bền cao, nhẹ, kháng mài mòn. Ít thấm nước với chất ô nhiễm dầu
.Thường thì các thành phần điện tử được bảo vệ khỏi ảnh hưởng của môi trường và sốc cơ

11


Nhóm 12

khí bằng cách bao quanh chúng trong polyurethane. Thông thường polyurethan được lựa
chọn cho các kháng mài mòn tuyệt vời, đặc tính tốt điện, độ bám dính tuyệt vời, sức mạnh
tác động, và nhiệt độ thấp linh hoạt. Những bất lợi của polyurethan là nhiệt độ dịch vụ trên
hạn chế (thường là 250 ° F (121 ° C)). Trong sản xuất sản xuất điện tử sẽ mua một urethane
hai phần (nhựa và chất xúc tác) mà có thể được trộn lẫn và đổ vào lắp ráp mạch (xem Resin
pha chế ). Trong hầu hết các trường hợp, các thức bảng mạch lắp ráp sẽ không thể sửa chữa
sau khi urethane đã chữa khỏi. Bởi vì tính chất vật lý và chi phí thấp, đóng gói polyurethane
(potting) là một lựa chọn phổ biến trong các lĩnh vực sản xuất ô tô cho mạch ô tô và các
cảm biến.
- Ứng dụng: Bọt polyurethane linh hoạt và bán linh hoạt được sử dụng rộng rãi cho
các thành phần nội thất của xe ô tô , trong ghế, tựa đầu, tay vịn, lót mái, ván lướt sóng, sàn
thuyền
5. Nội thất và nệm
- Đặc điểm chính: Tiện nghi, linh hoạt, độ bền cao, trọng lượng nhẹ, thiết kế tự do
- Ứng dụng: bọc đồ gỗ đệm, đệm ghế ô tô và nội thất trang trí, thảm đệm và nệm lót
và rắn lõi nệm lõi.

6. Công nghiệp
- Đặc điểm chính : đàn hồi, dẻo dai, bền, chịu mài mòn, độ rung và âm thanh giảm
xóc, xé kháng, chịu ăn mòn, làm việc trong môi trường dung môi, chịu được tác động, trọng
lượng nhẹ, thiết kế linh hoạt.

- Ứng dụng: Polyurethane cũng được sử dụng trong việc đưa ra rắn lốp và bánh xe .
Ứng dụng công nghiệp bao gồm xe nâng ổ đĩa và bánh xe tải, hàng tạp hóa và hàng công
nghiệp, và bánh xe tàu lượn siêu tốc. Độ bền của bánh xe polyurethane cho phép phạm vi
của các thủ thuật và các pha nguy hiểm thực hiện trênván trượt để mở rộng đáng kể.
Polyurethane cũng được sử dụng để làm cho lốp xe thiết bị nhỏ trong ngành công nghiệp cỏ
và vườn cho xe cút kít, xe tay, máy cắt cỏ, xe đẩy, vv. Công trình xây dựng khác đã được
phát triển cho lốp xe khí nén, và các biến thể bọt microcellular được sử dụng rộng rãi trong
các lốp xe trên xe lăn, xe đạp và sử dụng khác như. Những loại bọt sau này cũng đang gặp
phải rộng rãi trong các bánh xe lái xe và phụ tùng ô tô nội thất và ngoại thất khác, bao gồm
cản xe và chắn bùn. Giấy và con lăn kim loại sơn, bánh xe công nghiệp và lốp xe, bánh xe

12


Nhóm 12

băng tải, các chi tiết của máy bơm, các máy xoắn (cyclon), các bánh lái của băng tải, đầu
đai và phương tiện nạo vét. Polyurethane cũng được sử dụng làm các loại ống đặc biệt và
phủ bể chứa. Vì tính kháng tia bức xạ, polyurethane cũng được sử dụng trong công nghiệp
hạt nhân .Polyurethane có ứng dụng quan trọng trong quá trình sản xuất ngắn hạn khi mà
các sản phẩm có thể được làm chính xác cho tới khi các khuôn đắt tiền hơn được chế tạo,
Sản phẩm cao su kỹ thuật từ nhựa Polyurethane được sử dụng nhiều cho ngành tôn
thép trong việc mạ, cán, ...

7. Keo dán
- Đặc điểm: Polyurethane có thể được sử dụng như một chất kết dính , đặc biệt là một
chế biến gỗ keo . Ưu điểm chính của nó trên nhiều keo gỗ truyền thống là khả năng chống
nước của nó. Tính năng đặc biệt của nó là đông ở nhiệt độ phòng và chống ẩm. Với đặc tính
không nhiễm độc, không có mùi mạnh. Hợp chất PU được áp dụng trong nhiều công trình
có tính đặc thù cao.

13


Nhóm 12

- Ứng dụng: Sản phẩm được áp dụng đối với các vỉa hè của đường đua nhựa thông
gió và sản xuất của thảm mặt đất an toàn, vỉa hè của sân vận động và sân chơi. Và bám dính
yếu của nó trước khi tạo liên kết ngang cứng sẽ không dính vào các công cụ, dụng cụ và do
đó sẽ tạo điều kiện cho việc xây dựng, giảm thiểu việc sử dụng các dung môi hữu cơ và tiết
kiệm chi phí. Tính ưu việt của sản phẩm này nằm trong khả năng chống chịu ảnh hưởng từ
môi trường, độ đàn hồi cao và tốc độ phục hồi, làm cho thoải mái hơn để vị thế trên .

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT POLYURETHANE

Các thành phần chính để thực hiện một polyurethane là isocyanat và polyol . Các
nguyên liệu khác được thêm vào để giúp xử lý các polymer hoặc để thay đổi các thuộc tính
của polymer.
•

Isocyanate

Isocyanate sử dụng để làm cho polyurethane phải có hai hoặc nhiều nhóm isocyanate
trên mỗi phân tử. Các isocyanat phổ biến nhất được sử dụng là thơm di isocyantes, toluene
diisocyanate (TDI) và methylene diphenyl diisocyanate (MDI). Đặc điểm nguyên liệu
isocyanate là: Các chất có chứa isocyanate có khả năng phản ứng cao với nước, rượu, amin,
acid carboxilic, phenol và các hợp chất khác có chứa H linh động. Isocyanate có tác dụng
với nước tạo ra ure thay thế và do trong ure có nguyên tử H linh động nên nó có khả năng
tác dụng với isocyanate. Tuy nhiên phản ứng này xảy ra rất chậm so với amin tự do, tuy vậy
nó cũng là yếu tố để nối các phân tử lại với nhau.

RNCO+H2O = RNH2+CO2 RNH2 +RNCO = R-NH-CO-NH-R
Một số isocyanate thường dùng:
TDI: toluenediisocyanate
MDI: diphenylmethane diisocyanat
NDI: naphthalene diisocyanate
HDI : aliphatic isocyanate is hexamethylene diisocyanate

14


Nhóm 12

IPDI: isophorone diisocyanate
HMDI : hydrogenated MDI

15


Nhóm 12
•

Polyol:
Là các oligomer hay các polymer chứa ít nhất hai nhóm hydroxyl (-OH).

Các loại polyol được dùng phổ biến:
PPO: polypropylene oxide, hay còn gọi là PPG (polypropylene glycols, polyethylene
glycols)
PTHF: polytetrahydrofurane
Polyol có thể polyols polyether, được thực hiện bởi phản ứng của epoxit với một hợp
chất hoạt tính hydro chứa starter, hoặc polyols polyester, được thực hiện bởi các

polycondensation đa chức năng axit cacboxylic và các hợp chất hydroxyl.
1. Polyol cho mút khối mềm
chủ yếu là các triol ( 3 nhóm chức ) có KLĐL từ 500-2500
2. Polyol cho mút đàn hồi cao hoặc mút đổ khuôn
là những polyol đầu bịt E.O có KLĐL khoảng từ 1500-2100
3. Polyol cho mút cứng
thường có số nhóm chức cao ( > 3) và có KLĐL < 200
Sản xuất Polyol

Thiết bị phản ứng có lớp vỏ kép, vận chuyển hơi nước để làm nóng trước

16


Nhóm 12

glycerin và xúc tác tới nhiệt độ 120-140°C , propylen oxide được đưa vào với tốc
độ kiểm soát, duy trì ở áp suất 350 kPa và được điều chỉnh theo tiến trình phản
ứng. Nhiệt sinh ra trong quá trình phản ứng được loại bỏ bằng cách lưu
thông nước trong lớp vỏ kép. Việc bổ sung epoxide kéo dài khoảng 12h, các phản ứng
được tiến hành tiếp tục trong khoảng 1h nữa.
Lỏng thu được từ lò phản ứng hoạt động trong môi trường trơ và lưu giữ dưới áp suất
chân không cao (6-7 kPa). Ở 100°C, áp suất riêng phần thấp hơn 1kPa có lợi cho việc loại
bỏ các hợp chất nhẹ. Một số chất dùng để làm sạch polyol cũng được bổ sung: than hoạt tính
để tẩy trắng, đất sét axit để trung hòa xút, phụ gia cho quá trình lọc tiếp theo. Sản phẩm
được lưu trữ trong tank, môi trường khí trơ ở khoảng 75°C. Thiết bị sử dụng là thép không
gi

17

Nhóm 12

Xúc tác
Để điều khiển tốt tốc độ phản ứng, kích cỡ tế bào của mút cần thêm các
phụ gia khác. Các phụ gia thông thường đáng kể nhất gồm có:
- Chất trợ nở vật lý ( blowing agent)
- Xúc tác amine (Chất xúc tác amin truyền thống là các amin bậc ba như
triethylenediamine(Teda,1,4-diazabicyclooctan
hoặc
DABCO
),dimethylcyclohexylamine
(DMCHA),
và
dimethylethanolamine (DMEA))
Xúc tác kim loại
Silicone hoạt động bề mặt
Các phụ gia khác:
Chất tạo màu (dyestuff)
Chất làm mềm dẻo (plasticizer)
Chất chống cháy (Fire retardant)
Chất tạo liên kết ngang (cross-linking agent)
• Tổng hợp TDI
•

Toluene diisocyanate (hay tolylene diisocyanate) có một số đồng phân, hai đồng
phân quan trọng nhất là đồng phân 2,4 -diisocyanat và đồng phân 2,6 - .diisocyanat

Trong phản ứng với polyol, đồng phân 2,6 - cản trở về mặt không gian hơn sẽ
cho mút cứng hơn đồng phân 2,4 - . Vì lý do đó, TDI 65/35 chứa nhiều đồng phân

2,6 - hơn so với trong TDI 80/20, được sử dụng cho mút đặc biệt như là mút có tính
chất chịu tải trọng cao.
TDI 80/20 sử dụng phổ biến nhất trong công nghiệp do sản xuất giá thành rẻ
nhất. Nó được ứng dụng chủ yếu trong sản xuất mút mềm. TDI thô cũng được sử
18


Nhóm 12

dụng trong sản xuất mút cứng

Công nghệ tổng hợp TDI được thực hiện trong quy mô công nghiệp bởi nhiều
hang:BASF,Bayer,Dow,Mitsui, ,Nippon polyurethane,Mobay.. .theo 3 giai đoạn:
- Nitrohóa toluene thành dinitrotoluen
- Khử dinitrotoluen thành tolylen diamin
- Phosgen hóa tolylen diamin thành TDI

Thuyết minh lưu trình công nghệ:
Nguyên liệu :
- tolylen diamin đưa vào thiết bị khuấy trộn cùng dòng dung

môi o- diclobenzen tuần hoàn ,sử dụng hơi nước để gia
nhiệt .
- hỗn hợp khí CO và Cl2 đưa vào thiết bị phosgene hóa- là thiết bị

phản ứng ống chùm,Cl2 dư và có mặt than hoạt tính ,nhiệt độ phản
ứng duy trì khoảng 500C bằng dòng nước mát để tổng hợp
phosgen .Dòng sản phẩm ra khỏi thiết bị phosgene hóa đưa tới tháp
hấp thụ khí bằng dung môi o-diclobenzen.Dung môi này sẽ hấp thụ
phosgene và đưa vào thiết bị khuấy trộn đảm bảo phosgene đạt 30%

khối lượng dung dịch trong dung môi .
Các chất phản ứng gồm phosgen và tolylen đã hòa tan trong dung môi được đưa
19


Nhóm 12

qua 1 van trộn để đảm bảo lượng phosgene dư 50%.Sau đó đưa hỗn hợp vào thiết

bị phản ứng phosgene hóa:2 thiết bị phản ứng đặt theo chiều dọc,vỏ bọc an toàn với
hơi nước nóng và được trang bị các đĩa trên các vách ngăn để thuận lợi cho sự tiếp
xúc của các chất phản ứng.Sản phẩm phản ứng thu ở đỉnh được đưa qua thiết bị
tách dung môi,sản phẩm ở đỉnh gồm dung môi bay hơi và khí chưa phản ứng.Dòng
20


Nhóm 12

tolylen thô thu ở đáy đưa qua thiết bị xử lý bằng N2 để giảm hàm lượng phosgene
xuống 0,04% khối lượng.Phần khí ra ở đỉnh thiết bị Stripping tuần hoàn lại thiết bị
nhả hấp thụ(thu hồi dung môi) .

không ngưng sau khi tách dung môi đưa qua kết hợp với dòng sản phẩn từ đỉnh
thiết bị phosgene hóa vào thiết bị hấp thụ phosgen.dung môi ngưng tụ được tuần
hoàn trở lại hòa tan nguyên liệu và 1 phần đưa qua thiết bị hấp thụ phosgen.tại thiết
bị hấp thụ phosgene khí và dung môi tiếp xúc ngược,dung môi o-diclobenzen sẽ hấp
thụ chủ yếu là phosgene,dung dịch hấp thụ ở đáy tuần hoàn trở lại làm nguyên
liệu.Phần khí ra khỏi thiết bị hấp thụ này chứa 90% hydrochloride,phosgene và khí
trơ đưa qua thiết bị hấp thụ bằng nước thu hồi được sản phẩm có chứa 32% khối
lượng axit HCl.Phần khí còn lại được phân hủy bằng dòng nước ngược tạo CO2 và

HCl.
Dòng tolylen diisocyanat thô tiếp tục đưa qua thiết bị xả nhanh để loại bỏ các
phần cặn.Dòng thu được ở đỉnh thiết bị xả nhanh đưa qua thiết bị chưng thu hồi dung
môi ở đỉnh,dung môi có thể tuần hoàn trở lại.Sản phẩm ở đáy đưa qua tháp chưng thu
hồi isocyanate:sản phẩm đỉnh tuần hoàn lại tháp chưng thu hồi dung môi,sản phẩm
đáy đưa qua tháp tinh chế isocyanate ta sẽ chưng và thu được TDI tinh khiết ở
đỉnh,dòng sản phẩm nặng ở đáy đưa tuần hoàn lại thiết bị xả nhanh.

21


Nhóm 12

CHƯƠNG 3: CNSX POLYURETHANE
1.

Giới thiệu công nghệ

•

Phần quan trọng nhất của CNSX PU nằm ở đầu trộn. Tùy theo mục đích sản
xuất của dây chuyền mà các loại đầu trộn khác nhau được lựa chọn để sử dụng
loại đầu trộn phù hợp.

•

Có 2 loại đầu trộn:

 Đầu trộn áp suất thấp: sử dụng khuấy cơ học, giá thành thấp, sử dụng để sản

xuất các vật liệu nhỏ, quy mô nhỏ.
 Đầu trộng ấp suất cao: Sử dụng khuấy va chạm, tỉ lệ chính xác khuấy trộn

nhanh, không cần tráng rửa.
 Phần quan trọng nhất của CNSX PU nằm ở đầu trộn. Tùy theo mục đích sản

xuất của dây chuyền mà các loại đầu trộn khác nhau được lựa chọn để sử dụng
loại đầu trộn phù hợp.
•

Các loại đầu trộn đều hoạt động theo nguyên lý cơ bản: các loại nguyên
liệu đi theo các đường khác nhau vào đầu trộn, được trộn với rồi phun ra

•
•

ngoài.
Sự khác biệt giữa các đầu trộn nằm ở việc sử dụng tác nhân khuấy trộn.
Quá trình hoạt động gián đoạn, sau mỗi chu kỳ phải ngưng hoạt động để vệ
sinh đầu trộn bằng dung môi để tránh tắc nghẽn vòi phun.

2. Quá trình sản xuất sử dụng đầu trộn ấp suất thấp
•
•

Isocyanat chứa trong tankchứa 13 được bơm đưa tới đầu trộn áp suất thấp10.
Tương tự với polyol, ngoài ra các chất phụ gia, chất trợ xúc tác được đưa từ

•

bình 15 qua bơm 16 tới đầu trộn.
Nguyên liệu được trộn sau đó sẽ phun vào khuôn đúc.

22


Nhóm 12

Các loại đầu trộn đều hoạt động theo nguyên lý cơ bản: các loại nguyên liệu đi
theo các đường khác nhau vào đầu trộn, được trộn với rồi phun ra ngoài. Sự khác
biệt giữa các đầu trộn nằm ở việc sử dụng tác nhân khuấy trộn. Ở hình a, các nguyên
liệu được khuấy bằng cánh khuấy 20, trong khi đó đầu trộn ở hình b sử dụng dòng
không khí thổi vào liên tục để khuấy trộn nguyên liệu. Hình c sử dụng cả 2 phương
pháp với cánh khuấy 31 và đường dẫn không khí 32 nhằm tăng hiệu quả của quá
trình. Đường vào của các nguyên liệu có thể được đặt theo 1 trong 2 cách tùy theo
mục đích sử dụng như trong hình.
Quá trình hoạt động gián đoạn, sau mỗi chu kỳ phải ngưng hoạt động để vệ sinh
đầu trộn bằng dung môi để tránh tắc nghẽn vòi phun. Việc rửa vòi phun có thể tự
động bằng cách thiết lập trên máy tính hoặc rửa bằng tay.

23


Nhóm 12

3. Quá trình sản xuất sử dụng đầu trộn ấp suất cao

1.
2.
3.

4.
5.
6.
7.
8.

Đầu trộn
Khuấy trộn
Xả áp
Máy nén
Bình chứa polyol
Thiết bị gia nhiệt
Bơm nguyên liệu
Thiết bị làm mát

Quy trình sản xuất ở áp suất cao tương tự như ở áp suất thấp nhưng các nguyên
liệu được bơm ở áp suất cao từ bể chứa, qua thiết bị trao đổi nhiệt rồi đi vào đầu trộn.
Một phần nguyên liệu chưa sử dụng được hổi lưu lại bình chứa sản phẩm.
Tại đầu trộn các nguyên liệu ở áp suất cao sẽ va đập với nhau sau đó phun ra
ngoài mà không cần sử dụng cánh khuấy hay không khí.
Các đầu trộn áp suất cao đều sử dụng nguyên lý này.Với các mục đích tạo ra sản
phẩm có tính chất khác nhau, các đầu trộn này có các biến thể 2-3 dòng vào, 1-2
buồng trộn hay các kích thước vòi phun khác nhau.
Chuyển động nhiễu loạn cao - hình thành và duy trì trong một buồng trộn nhỏ tương
ứng trong đó dòng của hai hóa chất đi đến. hóa chất được định lượng trong một
buồng thông thường và sau đó bơm vào buồng trộn kích thước không đổi, ở đó chúng
đạt được năng lượng cần thiết.

4 .Một số loại đầu trộn ấp suất cao thông dụng

24


Nhóm 12

Nhu cầu về thiết bị có thể tạo ra những bộ phận có nhiều hơn một công thức tăng
cao (thí dụ, Công nghệ tạo cứng cho đệm) đã được đáp ưng bằng các đầu trộn
Cannon FP2L. Những đầu trộn này đặc trưng bằng buồng trộn dạng chữ L nhưng có
hai buồng trộn độc lập nhau.

Cannon FP2L 22 High-Pressure Mixing Head Hai buồng trộn
được cấp bởi hai thành phần hóa chất độc lập (Cũng có thể sử dụng hai Isocyanate
khác nhau và hai polyol khác nhau) hoặc máy ba thành phần (hai polyol khác nhau
và một Isocyanate, chuyển đổi cho hai buồng trộn nhờ vào hệ thống van tự động).
Điều này cho phép sử dụng hai công thức khác nhau cho cùng một khuôn hoặc trong
các khuôn khác nhau, rất nhanh.
Để phối trộn hoàn hảo các công thức có biến thiên độ nhớt và lưu lượng ra cao, đầu
trộn được gắn thêm một thiết bị cơ khí giúp điều khiển piston tự rửa trung tâm.
Lợi ích khác của đầu trộn Cannon FP2L nhờ vào khả năng lưu lượng ra cao, thực
hiện trong đầu trộn nhỏ và khối lượng giới hạn. Điều này là yếu tố vô cùng
25