TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA FOAM PU

ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA KHOA HỌC
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
…………o0o…………

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA
FOAM PU

SVTH: HỒ TẤN ĐẠT
MSSV: 09139030
GVHD: ThS. Phạm Quỳnh Thái Sơn

TP.HỒ CHÍ MINH, THÁNG 8 NĂM 2013
i


TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA FOAM PU

Tác giả

HỒ TẤN ĐẠT

Khóa luận đƣợc đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sƣ ngành
Công Nghệ Hóa Học

Giáo viên hƣớng dẫn:
Th.S Phạm Quỳnh Thái Sơn

Tháng 08 năm 2013

ii


LỜI CẢM ƠN
Kính gửi đến các thầy cô trong Bộ Môn Công Nghệ Hóa Học, Trƣờng Đại học
Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh lời cảm ơn chân thành vì đã tận tình truyền đạt
cho chúng tôi những kiến thức quí giá trong quá trình học tập, giúp đỡ và tạo điều kiện
thuận lợi để chúng tôi thực hiện đề tài một cách tốt nhất.
Tôi xin chân thành cảm ơnthầy Th.S Phạm Quỳnh Thái Sơn, giảng viên Bộ
Môn Công Nghệ Hóa Học, Trƣờng Đại học Nông Lâm Tp.HCM đã tận tình hƣớng
dẫn, giúp đỡ, động viên chúng tôi, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho chúng tôi trong suốt
quá trình thực hiện đề tài này.
Con xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ba mẹ đã nuôi dạy con khôn lớn để con có
đƣợc thành quả nhƣ ngày hôm nay.
Cuối cùng, chúng tôi xin gửi lời cảm ơn đến các bạn trong lớp DH09HH đã
giúp đỡ chúng tôi trong thời gian chúng tôi thực hiện đề tài.
Kính chúc mọi ngƣời sức khỏe và thành công !

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 8/2013
Sinh viên thực hiện

Hồ Tấn Đạt

iii


ABSTRACT
By the guidance of MA. Pham Quynh Thai Sơn, the project “synthesis and
properties of polyurethanes survey ” was made by sutdent Ho Tan Dat form 03/2013 to

07/2013 in technical room I4 laboratory ( Department chemical Technology) of Nong
Lam University in Ho Chi Minh City.
One of them, which is widely used in the polyurethane factories, is
diisocyanates and polyol. These compounds are widely used in surface coatings,
polyurethane foams, adhesives, resins, elastomers, binders, and sealants
Polyurethane polymers are formed by reacting an isocyanate with a polyol.
Both the isocyanates and polyols used to make polyurethanes contain on average two
or more functional groups per molecule.
Polyurethanes are used which occurs widely in the manufacture of flexible,
high-resilience foam seating; rigid foam insulation panels; microcellular foam seals
and gaskets; carpet underlay; hard-plastic parts..
In this project, I surveyed the synthesized and properties of polyurethanes.
This process has been integrated components in different proportions, the survey
identified thermal conductivity in shape, different volume and mechanical strength,
such as hardness, strength, strain, elasticity, brittleness. All of compounds will
evaluate Biological activity assays.

iv


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. iii
ABSTRACT ................................................................................................................. iv
MỤC LỤC ..................................................................................................................... v
Danh sách chữ viết tắt: ................................................................................................ viii
Danh sách các hình ....................................................................................................... ix
Danh sách các bảng ...................................................................................................... xi
Danh sách các phụ lục ................................................................................................. xii
Chƣơng 1: MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề:............................................................................................................... 1

1.2 Mục đích đề tài: ....................................................................................................... 1
1.3 Nội dung đề tài: ....................................................................................................... 1
1.4 Yêu cầu:................................................................................................................... 1
Chƣơng 2: TỔNG QUAN ............................................................................................. 2
2.1 Lịch sử hình thành: .................................................................................................. 2
2.2 Phân loại: ................................................................................................................. 2
2.3 Thao tác đổ Foam PU: ............................................................................................. 3
2.4 Cở sở lý thuyết: ....................................................................................................... 3
2.5 Thành phần: ............................................................................................................. 6
2.5.1 Isocyanat: .......................................................................................................... 7
2.5.2 Polyols: ............................................................................................................. 8
2.5.3 Chuỗi mở rộng và các mối liên kết chéo. ........................................................... 9
2.5.4 Chất xúc tác. ................................................................................................... 11
2.6 Ứng dụng: .............................................................................................................. 12
2.7 Công nghệ chế tạo: ................................................................................................ 14
v


Chƣơng3: HÓA CHẤT VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................... 16
3.1 Hóa chất:................................................................................................................ 16
3.2 Dụng cụ và thiết bị: ................................................................................................ 16
3.3 Quy trình tổng hợp và khảo sát của foam PU. ........................................................ 17
3.3.1: Thí nghiệm 1: Tổng hợp foam PU. ................................................................. 17
3.3 2: Thí nghiệm 2:.Khảo sát tính chất của foam. ................................................... 18
3.4 Các thí nghiệm khảo sát tính chất của foam: .......................................................... 19
.3.4.1. Khảo sát tỷ trọng của foam................................................................................ 19
3.4.1.1 Thí nghiệm 1 đo tỷ trọng đối với hình trụ theo tỉ lệ: 1:1và; 1:2. ................ 19
3.4.1.2 Thí nghiệm 2 đo tỷ trọng đối với hình lập phƣơng theo tỉ lệ: 1:1và; 1:2. ... 19
3.4.2 Khảo sát hệ số hệ số dẫn nhiệt của foam.......................................................... 20
3.4.2.1Trƣờng hợp 1: Không có sơn chống thấm. ................................................. 20

3.4.2.2 Thí nghiệm 3 đo hệ số dẫn nhiệt đối với hình trụ theo tỉ lệ: 1:1 và; 1:2. .... 20
3.4.2.3Thí nghiệm 4 đo hệ số dẫn nhiệt với hình hộp chữ nhật theo tỉ lệ: 1:1và;
1:2........................................................................................................................ 20
3.4.3Trƣờng hợp 2: Có sơn chống thấm. .................................................................. 20
3.4.3.1 Thí nghiệm 5 đo hệ số dẫn nhiệt đối với hình trụ theo tỉ lệ: 1:1và; 1:2. ..... 20
3.4.3.2 Thí nghiệm 6 đo hệ số dẫn nhiệt đối với hình lập phƣơng theo tỉ lệ: 1:1 và;
1:2........................................................................................................................ 21
3.4.4 Thí nghiệm đo độ bền cơ học: ......................................................................... 21
3.4.4.1 Thí nghiệm 7 đo độ nén theo tỉ lệ 1:1. ...................................................... 21
3.4.4.2 Thí nghiệm 8 đo độ đâm xuyên theo tỉ lệ 1:1 và; 1:2. ............................... 22
3.4.4.3Thí nghiệm 9 đo độ gãy vỡ1:1. .................................................................. 22
Chƣơng 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN: ................................................................... 23
4.1 Kết quả: ................................................................................................................. 23
4.2. Khảo sát tỷ trọng của foam.................................................................................... 25
vi


4.2.1 Thí nghiệm 1 đo tỷ trọng đối với hình trụ theo tỉ lệ: 1:1 và; 1:2. ...................... 25
4.2.2 Thí nghiệm 2 đo tỷ trọng đối với hình lập phƣơng theo tỉ lệ: 1:1 và; 1:2.......... 27
4.3 Khảo sát hệ số hệ số dẫn nhiệt của foam. ............................................................... 29
4.3.1 Trƣờng hợp 1: Không có sơn chống thấm. ...................................................... 29
4.3.1.1 Thí nghiệm 3 đo hệ số dẫn nhiệt đối với hình trụ theo tỉ lệ: 1:1 và; 1:2. .... 29
4.2.1.2 Thí nghiệm 4 đo hệ số dẫn nhiệt với hình hộp chữ nhật theo tỉ lệ: 1:1và;
1:2........................................................................................................................ 31
4.3.2Trƣờng hợp 2: Có sơn chống thấm . ................................................................. 33
4.3.2.1 Thí nghiệm 5 đo hệ số dẫn nhiệt đối với hình trụ theo tỉ lệ: 1:1và; 1:2. ..... 33
4.3.2.2 Thí nghiệm 6 đo hệ số dẫn nhiệt đối với hình lập phƣơng theo tỉ lệ: 1:1 và;
1:2 ........................................................................................................................... 35
4.4 Thí nghiệm đo độ bền cơ học: ................................................................................ 37
4.4.1 Thí nghiệm 7 đo độ nén theo tỉ lệ 1:1. ............................................................. 37

4.4.2 Thí nghiệm 8 đo độ đâm xuyên theo tỉ lệ 1:1 và; 1:2 ....................................... 39
4.4.3 Thí nghiệm 9 đo độ gãy vỡ theo tỉ lệ 1:1. ........................................................ 42
Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ: ....................................................................... 44
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................ 45
PHỤ LỤC .................................................................................................................... 47

vii


Danh sách chữ viết tắt:
DMCHA: Dimethylcyclohexylamine
PU: Polyurethan.
BDO: 1,4-butanediol.
DABCO hoặc TEDA: 1,4-diazabicyclo octane.
HDI: Hexamethylene diisocyanate.
MDI: Methylene diphenyl diisocyanate.
PVC: Poly vinyl clorua.
IPDI: Isophorone diisocyanate
TDI: Toluene diisocyanate.
R: Gốc hydrocacbon.
IPDI: Isophorone diisocyanate .
HQEE: bis ether hydroquinone (2-hydroxyetyl).
PHD: Polyurea.
PVC: Polyvinyl chloride.
TA setting: Cài đặt cho hệ thống 1 chế độ đo tùy chọn hoặc chạy các chế độ đã có
trong máy.
ANOVA: Analysis of variance
HPLC: High performance liquid chromatography
LSD: Least significant different
kg: kilogram.

m: mét.
r: Bán kính.
k: Nhiệt độ k.
W: oát

viii


Danh sách các hình
Hình 1: Phƣơng trình tổng hợp Polyurethan. .................................................................. 3
Hình 2: Phƣơng trình cơ chế tách phản ứng PU bởi một amin thứ ba. ............................ 5
Hình 3: Phƣơng trình phản ứng tổng quát urethane. ....................................................... 5
Hình 4: Phƣơng trình phản ứng khí cacbonic hình thành bằng việc phản ứng lại nƣớc
và isocyanate. ................................................................................................................ 6
Hình 5: Công thức phân tử chung của isocyanat. ........................................................... 7
Hình 6: Tên công thức phân tử Pure MDI‟s và polymeric MDI‟s. ................................. 7
Hình 7: Sản phẩm nội thất............................................................................................ 13
Hình 8: Sản phẩm trong xây dựng. ................................................................................. 1
Hình 9: Sản phẩm ô tô và thiết bị điện tử. .................................................................... 14
Hình 10: Thiết bị đổ Foam PU. .................................................................................... 14
Hình 11: Công thức phân tử Toluen diisocyanate gồm 2 hỗn hợp. ............................... 16
Hình 12:Tƣờng phẳng. ................................................................................................. 24
Hình 13: Mẫu đo tỷ trọng hình trụ theo tỉ lệ 1:1. .......................................................... 25
Hình 14: Mẫu đo tỷ trọng hình trụ theo tỉ lệ 1:2. .......................................................... 26
Hình 15: Đồ thị biểu diễn kết quả đo tỷ trọng. ............................................................. 26
Hình 16: Mẫu đo tỷ trọng hình lập phƣơng theo tỉ lệ 1:1. ............................................. 27
Hình 17: Mẫu đo tỷ trọng hình lập phƣơng theo tỉ lệ 1:2. ............................................. 28
Hình 18: Đồ thị biểu diễn kết quả đo tỷ trọng theo tỉ lệ. ............................................... 28
Hình 19: Mẫu đo hệ số dẫn nhiệt hình trụ theo tỉ lệ 1:1. ............................................... 30
Hình 20: Mẫu đo hệ số dẫn nhiêt hình trụ theo tỉ lệ 1:2. ............................................... 30

Hình 21: Đồ thị biểu diễn kết quả hệ số dẫn nhiệt không có sơn chống thấm theo tỉ lệ. 31
Hình 22: Mẫu đo hệ số dẫn nhiệt hình hộp chữ nhật theo tỉ lệ 1:1. ............................... 32
Hình 23: Mẫu đo hệ số dẫn nhiệt hình hộp chữ nhật theo tỉ lệ 1:2. ............................... 32
Hình 24: Đồ thị biểu diễn kết quả đo hệ số dẫn nhiệt hình hộp chữ nhật không có sơn
chống thấm theo tỉ lệ. ................................................................................................... 33
Hình 25: Mẫu đo hệ số dẫn nhiệt hình trụ theo tỉ lệ 1:1. ............................................... 34
Hình 26: Mẫu đo hệ số dẫn nhiệt hình trụ theo tỉ lệ 1:2 ................................................ 34
Hình 27:Đồ thị biểu diễn kết quả đo hệ số dẫn nhiệt hình trụ có sơn chống thấm theo tỉ
lệ. ................................................................................................................................ 35
ix


Hình 28: Mẫu đo hệ số dẫn nhiệt hình lập phƣơng thí nghiệm 6 theo tỉ lệ 1:1 và; 1:2... 36
Hình 29: Đồ thị biểu diễn kết quả đo hệ số dẫn nhiệt hình trụ có sơn chống thấm theo
tỉ lệ. ............................................................................................................................. 36
Hình 30: Đồ thị biểu d iễn kết quả đo của phép đo nén theo tỉ lệ 1:1. ........................... 37
Hình 31: Đồ thị biểu diễn kết quả đo, tính toán của phép đo nén giữ trong 1 thời gian. 38
Hình 32: Đồ thị biểu diễn kết quả đo của phép đo đâm xuyên theo tỉ lệ 1:1. ................ 39
Hình 33: Đồ thị biểu diễn kết quả đo, tính toán của phép đo đâm xuyên theo tỉ lệ 1:1. . 40
Hình 34: Đồ thị biểu diễn kết quả đo của phép đo đâm xuyên theo tỉ lệ 1:2. ................ 41
Hình 35: Đồ thị biểu diễn kết quả đo của phép đo gãy vỡ theo tỉ lệ 1:1. ....................... 42

x


Danh sách các bảng
Bảng 1: Chuỗi mở rộng và các mối liên kết ngang. [20] .................................................. 10
Bảng 2: Bảng kết quả đo tỷ trọng hình trụ thí nghiệm theo tỉ lệ. ................................... 26
Bảng 3: Bảng kết quả đo tỷ trọng hình lập phƣơng theo tỉ lệ. ....................................... 28
Bảng 4: Kết quả đo hệ số dẫn nhiệt hình trụ không có sơn chống thấm theo tỉ lệ. ........ 30

Bảng 5: Kết quả đo hệ số dẫn nhiệt hình hộp chữ nhật không có sơn chống thấm theo tỉ
lệ. ................................................................................................................................ 32
Bảng 6: Kết quả đo hệ số dẫn nhiệt hình trụ có sơn chống thấm theo tỉ lệ. ................... 34
Bảng 7: Kết quả đo hệ số dẫn nhiệt ở hình lập phƣơng có sơn chống thấm theotỉ lệ. .... 36
Bảng 8: Bảng kết quả đo độ đàn hồi theo tỉ lệ 1:1. ....................................................... 38
Bảng 9: Bảng kết quả đo của phép đo đâm xuyên theo tỉ lệ 1:1 .................................... 40
Bảng 10: Bảng kết quả đo của phép đo đâm xuyên theo tỉ lệ 1:2. ................................. 41
Bảng 11: Bảng kết quả đo của phép đo gãy vỡ theo tỉ lệ 1:1. ....................................... 42

xi


Danh sách các phụ lục
Phụ lục 1: Bảng phân tích ANOVA, LSD ảnh hƣởng của tỉ lệ lên tỷ trọng foam PU. ... 47
Phụ lục 2: Bảng phân tích ANOVA, LSD ảnh hƣởng của tỉ lệ lên tỷ trọng foam PU. ... 48
Phụ lục 3: Bảng phân tích ANOVA, LSD ảnh hƣởng của tỉ lệ lên hệ số dẫn nhiệt. ...... 49
Phụ lục 4: Bảng phân tích ANOVA, LSD ảnh hƣởng của tỉ lệ lên hệ số dẫn nhiệt. ...... 50
Phụ lục 5: Bảng phân tích ANOVA, LSD ảnh hƣởng của tỉ lệ lên hệ số dẫn nhiệt. ...... 51
Phụ lục 6a: Bảng phân tích ANOVA ảnh hƣởng của tỉ lệ lên hệ số dẫn nhiệt hình lập
phƣơng có sơn chống thấm. ......................................................................................... 52
Phụ lục 7: Bảng cài đặt thông số cho phép đo nén. ....................................................... 53
Phụ lục 8: Bảng cài đặt thông số cho phép đo đâm xuyên. ........................................... 53
Phụ lục 9: Bảng cài đặt thông số cho phép đo gãy vỡ. .................................................. 53

xii


Chương 1: MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề:
Foam PU có tầm quan trọng cuộc sống chúng ta. Foam PU đƣợc sử dụng rộng rãi

ở các lĩnh vực khác nhau nhƣ trong các thiết bị máy móc, y tế,trong các công trình
kiến trúc...Thay thế một số vật liệu trƣớc kia năng cao giá trị kinh tế, thời gian tồn tại
lâu làm đạt lợi ích kinh tế tối ƣu và giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng.
Đƣợc sự phân công và giúp đỡ của bộ môn CÔNG NGHỆ HÓA HỌC, trƣờng
Đại học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh dƣới sự hƣớng dẫn của Ths.Phạm Quỳnh Thái
Sơn , nay tôi thực hiện đề tài ‘‘tổng hợp và khảo sát tính chất của Foam PU” để xác
định cách phối chế cho ra sản phẩm đạt: thành phần, nhiệt độ, tỷ trọng, độ bền cơ học,
hệ số dẫn nhiệt. Cho ra một quy trình chế tạo Foam PU hoàn thiện nhất.

1.2 Mục đích đề tài:
-

Tổng hợp: thành phần, nhiệt độ, tỷ trọng, hình dạng của sản phẩm.

-

Khảo sát:độ bền cơ học, hệ số dẫn nhiệt của sản phẩm ởmôi trƣờng nƣớc đá.

-

Tìm đƣợc tỷ trọng, độ bền cơ học, hệ số dẫn nhiệt tối ƣu nhất của sản phẩm.

1.3 Nội dung đề tài:
- Xác định: thành phần, nhiệt độ, tỷ trọng, hình dạng của sản phẩm.
- Khảo sát:độ bền cơ học, hệ số dẫn nhiêt của sản phẩm.

1.4 Yêu cầu:
- Xác định: thành phần, nhiệt độ, tỷ trọng, hình dạng.
- Khảo sát: độ bền cơ học, hệ số dẫn nhiệt của sản phẩm ở các môi trƣờng nƣớc đá.

1


Chương 2: TỔNG QUAN
2.1 Lịch sử hình thành:
Ngƣời tiên phong trênpolymepolyurethane, Otto Bayer và đồng nghiệp của ông
ấy vào năm 1937 tại phòng thí nghiệm của I.G. Farben ở Leverkusen, Đức. Polymer
mới có một số lợi thế hơn hiện hữu đƣợc tạo ra bởi trùng hợp olefin, hoặc trùng
ngƣng, và đã không đƣợc che phủ bởi đạt đƣợc bằng phát minh Wallace Carothers trên
polyester.[1]
Công việc sớm tập trung vào sản xuất sợi và linh hoạt bọt vàmủ đã đƣợc áp dụng
trên quy mô hạn chế nhƣ lớp phủ máy bay trong chiến tranh thế II. Polyisocyanates trở
thành phục vụ cho mục đích thƣơng mại vào năm 1952 và sản xuất bọt polyurethane
linh hoạt. Năm 1954 sử dụngtoluene diisocyanate ( TDI ) và polyols polyester. Vật
liệu là dùng để tạo ra bọt cứng, cao su kẹo cao su, và chất đàn hồi. Sợi thẳng đã đƣợc
tạo ra từ hexamethylene diisocyanate ( HDI ) và 1,4 - butanediol (BDO)[1,2,]
Sự sẵn có tác nhân thổi chlorofluoroalkane, polyol polyete rẻ tiền, và
diisocyanate diphenyl methylene ( MDI ) đểpolyurethane bọt cứng đƣợc dùng làm
trang bị vật liệu cách nhiệt. Vào năm 1967, urethane polyisocyanurate bọt cứng đƣợc
giới thiệu, đƣa ra tốt hơn tính bền nhiệt và tính bốc cháy đƣợc sức cản.Đầu những năm
1980, nƣớc - thổi bọt linh hoạt microcellular đƣợc dùng để khuôn thừng nhỏ, tấm xe
cộ, nút bịt kín bộ lọc không khí, thay thế sơn chất dẻo nhựa PVC từ ứng dụng xe cộ đã
tăng rất nhiều thị phần. Bọt polyurethane bây giờ đƣợc dùng trong ứng dụng bộ lọc
dầu nhiệt độ cao.[3,4]
Nâng lên chi phí gia tăng lƣợng nguyên liệu hóa dầu và một mong muốn nâng
cao cải tiến công nghệ đối với các sản phẩm xanh thân thiện với môi trƣờng nâng lên
sự quan tâm về polyols trích từ dầu thực vật. Một trong những ngƣời ủng hộ tiếng nói
mạnh mẽ của các Polyurethan đƣợc thực hiện bằng cách sử dụng các polyols dầu tự
nhiên là Công ty Ford Motor.[5,6]

2.2 Phân loại:
 Phân loại theo độ cứng:
2


Foam cứng: Xuất xứ Malaysia,Japan, Mỹ.
- Tỷ trọng nở tự do từ 25 – 100 kg/m3
- Dùng để: cách nhiệt, cách âm.
Foam mềm: Xuất xứMalaysia,Japan, Mỹ.
- Dùngcho: nệm ô tô, xe máy,…
- Tỷ trọng 45 – 55 kg/m3.

2.3 Thao tác đổ Foam PU:
Cân 30g polyol và 30g Diisocianate, trộn tất cả chất trên vào bịch nylon, dùng tay
trộn đều, thao tác này phải nhanh trong khoảng thời gian tạo kem (1 † 35 giây), cắt
bịch nylon rồi rót vào khuôn đổ cho đến Foam PU khô trong khoảng thời gian 260 s.
rồi sau đó lấy mẫu (xử lý) đem đi đo các thông số cần xác định.

2.4 Cở sở lý thuyết:
Polyurethane ở lớp của hợp chất gọi là polyme phản ứng, trong đó bao gồm
epoxies, polyeste không no, và phenolics polyurethane đƣợc sản xuất bởi phản ứng của
một isocyanate chứa hai hoặc nhiều isocyanat nhóm mỗi phân tử (R-(N = C = O)n ≥ 2)
với một polyol có chứa nhóm hydroxy trung bình hai hoặc nhiều hơn mỗi phân tử (R'(OH) n ≥ 2), với sự có mặt của chất xúc tác.[7,8,9]

Hình 1: Phƣơng trình tổng hợp Polyurethan.
3


Đặc tính của một polyurethane chịu ảnh hƣởng nhiều bởi các loại isocyanat và
polyol đƣợc sử dụng để làm cho nó:dài, phân đoạn linh hoạt, tính đàn hồi mềm,

polyme đàn hồi. Lƣợng lớn của crosslinking tính đàn hồi dai hoặc cứng polyme. Chuỗi
dài và crosslinking thấp tính đàn hồi polyme là rất co giãn, chuỗi mạch với nhiều
crosslinks sản phẩm polyme cứng trong khi chuỗi dài và crosslinking vật trung gian
tính đàn hồi polyme có ích cho chế tạo bọt. Crosslinking có mặt đƣa vào polyurethane
nghĩa là polyme bao gồm lƣới ba chiều và trọng lƣợng phân tử cao. Về một vài
phƣơng diện mẫu polyurethane có thể đƣợc xem nhƣ một phân tử khổng lồ. Một hệ
quả là polyurethane điển hình không làm mềm hay nấu chảy khi phản ứng nhiệt
polyme. Lựa chọn có hiệu quả cho isocyanat và polyol, ngoài chất độn khác và điều
kiện xử lý cho phép polyurethane có rất nhiều đặc tính polyme rất phổ biến.[10]
Isocyanat là những vật liệu phản ứng. Điều này làm cho chúng hữu ích trong việc
làm nhựa, nhƣng cũng đòi hỏi phải chú ý đặc biệt trong việc xử lý và sử dụng. Các
isocyanat thơm, diphenylmethane diisocyanate (MDI) hoặc toluen diisocyanate (TDI)
phản ứng hơn isocyanat béo, chẳng hạn nhƣ diisocyanate hexamethylene (HDI) hoặc
isophorone diisocyanate (IPDI). Phần lớn isocyanat là difunctional, có chính xác hai
nhóm isocyanate mỗi phân tử. Một ngoại lệ quan trọng này là diisocyanate
diphenylmethane trùng hợp, mà là một hỗn hợp của các phân tử với hai, ba, và các
nhóm isocyanate bốn hoặc nhiều hơn. [11]
Polyol polyme có trung bình hai hoặc nhiều nhóm hydroxyl trên một phân tử.
Polyol polyether chủ yếu đƣợc thực hiện bằng cách polymer hóa oxit etylen và
propylen oxit. Polyol polyester đƣợc thực hiện tƣơng tự nhƣ polyme polyester. Các
polyol sử dụng để làm polyurethane không phải là "tinh khiết" các hợp chất nó thƣờng
là hỗn hợp của các phân tử tƣơng tự với trọng lƣợng phân tử khác nhau và các hỗn hợp
của các phân tử có chứa một số lƣợng khác nhau của các nhóm hydroxyl. Đó là lý do
tại sao các "chức năng trung bình" thƣờng đƣợc đề cập, là hỗn hợp phức tạp, polyol
công nghiệp có thành phần của nó cũng đủ kiểm soát để sản xuất polyurethane có đặc
tính phù hợp. Polyol đƣợc sử dụng để làm cho polyurethane cứng có trọng lƣợng phân
tử nặng hàng trăm, trong khi những ngƣời sử dụng để làm polyurethane có tính linh
hoạt có khối lƣợng phân tử lên đến 10.000 hoặc nhiều hơn.
4

Phản ứng trùng hợp làm cho một loại polymer có chứa các liên kết urethane,
RNHCOOR' và đƣợc xúc tác bởi amin, chẳng hạn nhƣ 1,4-diazabicyclo octane (còn
gọi là DABCO hoặc TEDA), và các hợp chất kim loại, chẳng hạn nhƣ dibutyltin
dilaurate hoặc bismuth octanoate. Điều này thƣờng đƣợc gọi là phản ứng gellation
hoặc gelling đơn giản.
Sự có mặt của nƣớc trong hỗn hợp phản ứng (thƣờng đƣợc thêm cố ý để làm cho
bọt ), isocyanat phản ứng với nƣớc để tạo thành một liên kết urê và khí carbon dioxide
và các polymer kết quả chứa cả urethane và các mối liên kết urê. Phản ứng này đƣợc
gọi là phản ứng thổi và đƣợc xúc tác bởi các amin nhƣ bis-ether (2dimetylaminoetyl).[11]

Hình 2: Phƣơng trình cơ chế tách phản ứng PU bởi một amin thứ ba.
Một trong những thuộc tính mong muốn nhất của polyurethan là khả năng đƣợc
chuyển thành bọt. Một bọt đòi hỏi sự hình thành của một chất khí tại cùng một thời
gian nhƣ trùng hợp urethane (gellation) đang xảy ra. Khí có thể là carbon dioxide,
hoặc đƣợc tạo ra bởi phản ứng isocyanate với nƣớc, hoặc thêm vào nhƣ là một chất khí
hoặc đƣợc sản xuất bởi các chất lỏng dễ bay hơi sôi. Trong trƣờng hợp thứ hai nhiệt
đƣợc tạo ra bởi trùng hợp gây ra các chất lỏng để làm bay hơi.[10,11]

Hình 3: Phƣơng trình phản ứng tổng quát urethane.
5


Khi nƣớc đƣợc sử dụng để sản xuất khí, chúng phải đƣợc thực hiện để sử dụng sự
kết hợp của các chất xúc tác để đạt đƣợc sự cân bằng thích hợp giữa gellation và thổi.
Phản ứng tạo ra khí carbon dioxide liên quan đến phân tử nƣớc, phản ứng với một
isocyanate đầu tiên hình thành một acid carbamic không ổn định, sau đó phân hủy
thành carbon dioxide và một amin. Amin phản ứng với isocyanat nhiều hơn để cung
cấp cho một urê thay thế. Nƣớc có trọng lƣợng phân tử rất thấp, do đó mặc dù tỷ lệ
phần trăm trọng lƣợng của nƣớc có thể là nhỏ, tỷ lệ mol của nƣớc có thể lƣợng cao và

đáng kể urê sản xuất. Urê không phải là rất dễ tan trong hỗn hợp phản ứng và xu
hƣớng hình thành riêng biệt giai đoạn "phân đoạn cứng" bao gồm chủ yếu của vật liệu
gốc polyurea. Sự tập trung và tổ chức các giai đoạn polyurea có thể có một tác động
đáng kể đến các tính chất của bọt polyurethane.[8,9]

Hình 4: Phƣơng trình phản ứng khí cacbonic hình thành bằng việc phản ứng lại nƣớc
và isocyanate.
Chất hoạt động bề mặt đƣợc sử dụng trong các bọt polyurethane nhũ hóa các thành
phần chất lỏng, điều chỉnh kích thƣớc phân tử, và ổn định cấu trúc tế bào để ngăn chặn
sự sụp đổ và các khuyết tật bề mặt. Chất hoạt động bề mặt xốp cứng đƣợc thiết kế để
sản xuất các tế bào rất tốt và tế bào đóng rất cao. Bề mặt xốp dẻo đƣợc thiết kế để ổn
định khối lƣợng phản ứng trong khi cùng một lúc tối đa hóa di động mở để ngăn chặn
các bọt từ từ thu hẹp lại.[12]

2.5 Thành phần:
Các thành phần chính để thực hiện một polyurethane là isocyanat và polyols.

6


2.5.1 Isocyanat:

Hình 5: Công thức phân tử chung của isocyanat.
Isocyanat đƣợc sử dụng để làm cho polyurethane phải có hai hoặc nhiều nhóm
isocyanate trên mỗi phân tử. Các isocyanat đƣợc sử dụng phổ biến nhất là những
diisocyantes thơm, toluen diisocyanate (TDI) và methylene diphenyl diisocyanate (
MDI). TDI và MDI nói chung là ít tốn kém và nhiều phản ứng hơn isocyanat khác.
Trong công nghiệp TDI và MDI là hỗn hợp các chất đồng phân và MDI thƣờng có
chứa các vật liệu cao phân tử. Chúng đƣợc sử dụng để làm cho xốp dẻo (bọt slabstock
ví dụ cho nệm hoặc bọt đúc cho ghế xe), bọt cứng nhắc (ví dụ nhƣ bọt cách điện trong

tủ lạnh) chất đàn hồi. Các isocyanat có thể đƣợc sửa đổi bởi một phần phản ứng với
các polyol hoặc giới thiệu một số vật liệu khác để giảm biến động (và do đó độc tính)
của isocyanat, giảm điểm đóng băng của họ để làm cho xử lý dễ dàng hơn hoặc để cải
thiện các tính chất của các polyme cuối cùng.[13]

7


Hình 6: Tên công thức phân tử Pure MDI‟s và polymeric MDI‟s.
Béo và cycloaliphatic isocyanat đƣợc sử dụng trong khối lƣợng nhỏ hơn, thƣờng
xuyên nhất trong các lớp phủ và các ứng dụng khác, nơi mà màu sắc và quan trọng kể
từ polyurethane với isocyanat thơm có xu hƣớng để làm tối khi tiếp xúc với ánh
sáng.[14]
2.5.2 Polyols:
Một polyol là một rƣợu có chứa nhiều nhóm hydroxyl. Polyol có thể polyol
polyether, đƣợc thực hiện bởi phản ứng của epoxit có một hydro hoạt động có chứa
hợp chất khởi động, hoặc polyester polyol, đƣợc thực hiện bởi các polycondensation
axit carboxylic đa chức năng và các hợp chất hydroxyl. Chúng có thể đƣợc phân loại
tiếp theo sử dụng cuối cùng. Cao hơn polyol trọng lƣợng phân tử (phân tử trọng lƣợng
từ 2.000 đến 10.000) đƣợc sử dụng để làm cho polyurethan linh hoạt hơn trong khi
thấp hơn polyol trọng lƣợng phân tử làm cho sản phẩm cứng rắn hơn.[15]
Trình tự bổ sung và ứng dụng mỗi oxit ảnh hƣởng đến nhiều ứng dụng polyol,
chẳng hạn nhƣ khả năng tƣơng thích, khả năng hòa tan với nƣớc, và độ phản ứng.
Polyol đƣợc thực hiện chỉ với propylen oxit đƣợc chấm dứt với các nhóm hydroxyl thứ
và ít phản ứng hơn polyol giới hạn với oxit etylen, trong đó có chứa một tỷ lệ phần
trăm cao hơn của các nhóm chính hydroxyl. Polyol ghép (còn gọi là đầy polyols hoặc
polyols polymer) chứa tinh phân tán styrene-acrylonitrile, acrylonitrile, hoặc chất rắn
polyurea (PHD) polymer hóa học ghép với một polyete trọng lƣợng phân tử cao.
Chúng đƣợc sử dụng để tăng các thuộc tính chịu lực của bọt mật độ thấp cao khả năng
phục hồi, cũng nhƣ thêm dẻo dai để bọt siêu vi và đúc chất đàn hồi. Một lớp đặc biệt

của polyether polyol, poly glycol, đƣợc thực hiện bằng cách polymer hóa
tetrahydrofuran, đƣợc sử dụng trong làm ƣớt hiệu suất cao, sơn và các ứng dụng chất
đàn hồi.[8]
Polyol đặc biệt bao gồm polyol polycarbonate, polycaprolactone polyol, polyol
polybutadiene, và polyol polysunfit. Các vật liệu đƣợc sử dụng trong các ứng dụng
chất đàn hồi, sealant, và chất kết dính đó có yêu cầu khả năng thay đổi cao cấp và khả
năng chống tấn công hóa học và môi trƣờng.[9]

8


2.5.3 Chuỗi mở rộng và các mối liên kết chéo.
Mở rộng chuỗi và các mối liên kết chéo (hoặc cao hơn) là những hợp chất có trọng
lƣợng phân tử hydroxyl thấp và amin chấm dứt đóng một vai trò quan trọng trong hình
thái polymer của sợi polyurethane, chất đàn hồi, chất kết dính, và da thiếu nhất định và
bọt siêu vi. Các đặc tính đàn hồi của các vật liệu có nguồn gốc từ sự phân chia giai
đoạn của các phân đoạn copolymer cứng và mềm của polyme, nhƣ. Tách pha này xảy
ra bởi vì chủ yếu là phân đoạn không phân cực, nhiệt độ nóng chảy thấp và mềm
không tƣơng thích với các phân đoạn nóng chảy cao cứng. Bởi vì các phân đoạn cứng
đƣợc liên kết cộng hóa trị cùng với các phân đoạn mềm, họ ức chế dòng chảy nhựa của
các chuỗi polime, do đó tạo ra khả năng phục hồi đàn hồi.Sự lựa chọn chuỗi mở cũng
xác định nhiệt, chịu uốn, và đặc tính kháng hóa chất. Mở rộng dây chuyền quan trọng
nhất là ethylene glycol, 1,4-butanediol (1,4-BDO hoặc BDO), 1,6-hexanediol,
dimethanol cyclohexane.[16,17,18,19]
Tất cả các glycol tạo thành polyurethane rằng giai đoạn riêng biệt và hình thành
lĩnh vực phân đoạn đƣợc xác định rõ khó khăn, và đƣợc làm tan chảy có thể chế biến.
Nó là tất cả phù hợp cho các polyurethan dẻo nóng với ngoại lệ của ethylene glycol, kể
từ khi xuất phát urethane bis-phenyl trải qua suy thoái bất lợi ở mức độ phân khúc cao
cứng. Diethanolamine và triethanolamine đƣợc sử dụng trong flex bọt đúc để xây dựng
vững chắc và thêm hoạt động xúc tác.[7]

9


Bảng 1: Chuỗi mở rộng và các mối liên kết ngang.[20]
hydroxyl compounds – difunctional molecules
MW

s.g.

m.p. °C

b.p. °C

ethylene glycol

62,1

1,110

-13,4

197,4

diethylene glycol

106,

1,111

-8,7

245,5

triethylene glycol

150,2

1,120

-7.2

287,8

tetraethylene glycol

194,2

1,123

-9,4

325,6

propylene glycol

76,1

1,032

supercools

187,4

dipropylene glycol

134,2

1,022

supercools

232,2

tripropylene glycol

192,3

1,110

supercools

265.1

1,3-propanediol

76,1

1,060

-28

210

1,3-butanediol

92,1

1,005

-

207,5

1,4-butanediol

92.1

1.017

20.1

235

neopentyl glycol

104.2

-

130

206

1,6-hexanediol

118.2

1.017

43

250

1,4-cyclohexanedimethanol

-

-

-

-

HQEE

-

-

-

-

ethanolamine

61.1

1.018

10.3

170

diethanolamine

105.1

1.097

28

271

methyldiethanolamine

119.1

1.043

-21

242

phenyldiethanolamine

181.2

-

58

228

hydroxyl compounds – trifunctional molecules
MW

s.g.

f.p. °C

b.p. °C

92.1

1.261

18.0

290

trimethylolpropane

-

-

-

-

1,2,6-hexanetriol

-

-

-

-

triethanolamine

149.2

1.124

21

-

glycerol

10


hydroxyl compounds – tetrafunctional molecules
MW
pentaerythritol

s.g.

136.2

m.p. °C

b.p. °C

260.5

N,N,N',N'-tetrakis

-

-

-

-

(2-hydroxypropyl)

-

-

-

-

ethylenediamine

-

-

-

-

amine compounds – difunctional molecules
MW

s.g.

m.p. °C

b.p. °C

diethyltoluenediamine

178.3

1.022

-

308

dimethylthiotoluenediamine

214.0

1.208

-

-

2.5.4 Chất xúc tác.
Polyurethane chất xúc tác có thể đƣợc phân thành hai loại, các hợp chất amin và
phức kim loại.
Chất xúc tác amin truyền thống đã đƣợc học các amin nhƣ triethylenediamine
(TEDA, 1,4-diazabicyclo octan hoặc DABCO), dimethylcyclohexylamine (DMCHA),
và dimethylethanolamine (DMEA). Chất xúc tác amin bậc ba đƣợc lựa chọn dựa vào
việc urethane (polyol + isocyanate, hoặc gel) phản ứng, urê (nƣớc + isoxyanat, hoặc
thổi) phản ứng, hoặc isocyanate trimerization phản ứng. Chất xúc tác có chứa một
nhóm hydroxyl hoặc amin thứ cấp, phản ứng vào khung nhựa, có thể thay thế chất xúc
tác truyền thống do đó làm giảm số lƣợng của amin có thể đi ra của polyme.[21,22]
Các hợp chất kim loại dựa trên thủy ngân, chì, thiếc, bismuth kẽm, và đƣợc sử

dụng làm chất xúc tác polyurethane. Cacboxylat Mercury, là chất xúc tác đặc biệt hiệu
quả cho chất đàn hồi polyurethane, sơn và các ứng dụng chất bịt kín, vì chúng là chọn
lọc cao đối với các polyol + isocyanat. Cacboxylat Bismuth và kẽm đã đƣợc sử dụng
nhƣ là lựa chọn thay thế. Cacboxylat tin Alkyl, oxit và mercaptides oxit đƣợc sử dụng
trong tất cả các loại của các ứng dụng polyurethane.[23,24]

11


2.6 Ứng dụng:
May mặc: các nhà khoa học phát hiện ra rằng polyurethan có thể đƣợc thực hiện,
họ đã kết hợp với nylon để làm nhẹ hơn, hàng may mặc căng ra. Bởi vì tiến bộ ngày
nay trong kỹ thuật polyurethane, các nhà sản xuất có thể làm cho một loạt các trang
phục từ polyurethane và đƣợc sử dụng cho hàng may mặc, quần áo thể thao và một
loạt các phụ kiện.
Thiết bị: polyurethane là một thành phần quan trọng trong các thiết bị chính ngƣời
tiêu dùng sử dụng hàng ngày. Việc sử dụng phổ biến nhất cho Polyurethane trong thiết
bị chủ yếu là bọt cứng nhắc cho tủ lạnh và hệ thống cách nhiệt tủ đông.
Ô tô: polyurethane đƣợc sử dụng trong xe hơi. Ngoài các bọt mà làm cho ghế xe
hơi thoải mái, cản xe, thân xe, spoilers, cửa ra vào và cửa sổ tất cả polyurethan sử
dụng.
Xây dựng: với tỷ lệ Polyurethan phù hợp: trọng lƣợng, đặc tính cách, độ bền và
tính linh hoạt, polyurethane thƣờng đƣợc sử dụng trong xây dựng và xây dựng các ứng
dụng. Polyurethane đƣợc sử dụng trên tất cả các ngôi nhà. Trong tầng, đệm bọt linh
hoạt đệm thảm của bạn. Trong mái nhà, trải nhựa phản chiếu trên polyurethane có thể
trả lại ánh sáng mặt trời và nhiệt ra, giúp nhà ở lại mát mẻ, đồng thời giúp giảm mức
tiêu thụ năng lƣợng.
Gỗ tổng hợp: polyurethane đóng một vai trò quan trọng trong vật liệu hiện đại,
chẳng hạn nhƣ gỗ composite.
Thiết bị điện tử: polyurethan không bọt thƣờng đƣợc sử dụng trong các ngành

công nghiệp điện và điện tử để đóng gói, niêm phong và cách nhiệt mong manh, nhạy
cảm với áp lực, các thành phần vi điện tử, dây cáp dƣới nƣớc và bo mạch.
Nội thất: polyurethane, chủ yếu dƣới dạng bọt linh hoạt, là một trong những vật
liệu phổ biến nhất đƣợc sử dụng trong nội thất nhƣ bàn ghế, giƣờng và thảm lót.
Y khoa: Polyurethan thƣờng đƣợc sử dụng trong một số ứng dụng y tế, bao gồm cả
ống thông và ống mục đích chung, giƣờng bệnh viện, màn phẫu thuật, băng vết thƣơng
12


và một loạt các thiết bị đúc tiêm. Sử dụng phổ biến nhất của họ là trong cấy ghép ngắn
hạn.
Bao bì: Polyurethane đƣợc sử dụng rộng rãi để bảo vệ một cách an toàn và vận chuyển
nhiều mặt hàng, chẳng hạn nhƣ thiết bị chẩn đoán điện tử và y tế, thủy tinh tinh tế và
các bộ phận công nghiệp lớn.[29,30]

Hình 7: Sản phẩm nội thất.

13