CÁC CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT POLYURETHANES

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ POLYURETHANES3 Lịch sử hình thành1.1.Khái niệm về Polyurethanes41.2.Tính chất của Polyurethanes61.2.1.Tính chất cách nhiệt1.2.2.Độ bền1.2.3.Khả năng gia công1.2.4.Độ kết dính1.2.5.Tính tương hợp1.2.6.Độ bền trong điều kiện sử dụng1.2.7.Sự lão hóa1.2.8.Khả năng hấp thụ nước1.2.9.Tính chống cháy1.2.10.Tính nhẹ1.2.11.Tính chịu hóa chất1.3.Các dạng Polyurethanes91.3.1.Dạng sợi1.3.2.Dạng màng1.3.3.Dạng đổ khuôn1.3.4.Dạng nhiệt dẻo1.3.5.Dạng bọt1.3.6.Dạng cán được1.4.Những ứng dụng của Polyurethanes121.4.1.Ứng dụng trong quần áo vào trang bị thể thao1.4.2.Ứng dụng trong gia đình và các ứng dụng thường nhật khác1.4.3.Ứng dụng trong ngành điện tử1.4.4.Ứng dụng trong ngành y tế1.4.5.Ứng dụng trong phương tiện vận chuyển1.4.6.Ứng dụng trong xây dựng và công trình dân dụng1.4.7.Những ứng dụng công nghiệp khác1.5.Nguyên liệu để sản xuất Polyurethanes

1.4.1. Ứ ng d ng trong qu n áo vào trang b th thao ụ ầ ị ể

1.4.2. Ứ ng d ng trong gia đình và các ng d ng th ụ ứ ụ ườ ng

nh t khác ậ

1.4.3. Ứ ng d ng trong ngành đi n t ụ ệ ử

1.4.4. Ứ ng d ng trong ngành y t ụ ế

1.4.5. Ứ ng d ng trong ph ụ ươ ng ti n v n chuy n ệ ậ ể

1.4.6. Ứ ng d ng trong xây d ng và công trình dân d ng ụ ự ụ

1.4.7. Nh ng ng d ng công nghi p khác ữ ứ ụ ệ

1.5. Nguyên li u đ s n xu t Polyurethanes ệ ể ả ấ

2.4.1 Nitrohóa toluene thành dinitro toluene

2.4.2 Kh dinitro toluene thành tolylene diamin ử 2.4.3.Phosgen hóa tolylene diamin thành TDI 2.4.4.T ng h p Diphenylmethane – 4,4’-diisocyanate (MDI) ổ ợ 2.4.5.Ph n ng ng ng t c a formandehyt v i anilin thành ả ứ ư ụ ủ ớ metylen diphenyldiamin

2.4.6.Phosgen hóa poliamin thành MDI

S thi u tr m tr ng nguyên v t li u trong chi n tranh th gi i ự ế ầ ọ ậ ệ ế ế ớ

II (1937 – 1945) đã giúp đ y m nh s phát tri n nguyên li u ẩ ạ ự ể ệ

polyurethane cho ngành s i, s n và mút x p Tuy nhiên s phát ợ ơ ố ựtri n m nh mẽ c a lĩnh v c này x y ra vào nh ng năm 1950 khi ể ạ ủ ự ả ữ

người ta tìm ra nguyên li u m i Toluene diisocyanate (TDI) và ệ ớpolyester polyol đ s n xu t mút m m Đ c S nh y v t th c s ể ả ấ ề ở ứ ự ả ọ ự ựvào năm 1957 khi có nhi u lo i polyether polyols (poly ete) đề ạ ược cho vào công th c mút x p Chúng không ch có giá c nh tranh h n ứ ố ỉ ạ ơ

mà mút t o ra còn có tính ch t c lý t t h n các s n ph m t ạ ấ ơ ố ơ ả ẩ ừ

polyester polyol (poly este) S phát tri n m nh mẽ h n còn nh ự ể ạ ơ ờvào nhu c u l n m nh t th trầ ớ ạ ừ ị ường Châu Âu, Mỹ và Nh t B n ậ ả Ngày nay polyurethane đ ng hàng th 6 trong t ng lứ ứ ổ ượng tiêu

th các lo i polymer, v i kho ng 6% th trụ ạ ớ ả ị ường tiêu th Ph n ng ụ ầ ứ

d ng l n nh t c a urethane là mút x p m m (kho ng 44%), mút ụ ớ ấ ủ ố ề ả

c ng (kho ng 28%), còn l i 28% cho ng d ng trong s n, keo dán, ứ ả ạ ứ ụ ơgioăng ph t và d ng PU đàn h i (s li u v th ph n ng d ng có ớ ạ ồ ố ệ ề ị ầ ứ ụ

th khác nhau tùy theo vùng, nể ước, khu v c).ự

Không gi ng nh nh ng polymer khác nh là polyethylene, ố ư ữ ư

polystyrene hay polyvinyl chloride … đượ ạc t o nên t các monomerừethylene, styrene hay vinyl chloride (vinyl clorua) , polyurethane không đượ ạc t o nên t các đ n v urethane theo cách thông thừ ơ ị ường

mà d a trên ph n ng t các polyhydroxy nh là polyether polyol ự ả ứ ừ ư

v i các isocyanate Nói ng n g n polyurethane là nh ng polymer ớ ắ ọ ữ

ch a nhóm liên k t (-NH-CO-O-).ứ ế

Đ c tr ng s n xu t và s d ng polyurethane là có th t o ra ặ ư ả ấ ử ụ ể ạ

nh ng lo i mút t r t m m đ n m m hay mút c ng ho c bán ữ ạ ừ ấ ề ế ề ứ ặ

c ng và d ng đàn h i Chúng có th t o ra d ng kh i l n hay đ ứ ạ ồ ể ạ ạ ố ớ ổvào các khuôn có hình d ng và kích thạ ước khác nhau

k t c a nhóm isocyanate v i H linh đ ng c a alcohol) Ph n ngế ủ ớ ộ ủ ả ứ

t o liên k t urethane gi a 1 phân t ch a 1 nhóm isocyanate v i 1ạ ế ữ ử ứ ớphân t ch a 1 nhóm alcohol đử ứ ược mình h a nh sau.ọ ư

t o ra polyurethane có th đạ ể ược minh h a nh sau.ọ ư

Hình 2: Ph n ng t o Polyurethane ả ứ ạ

M t cách th t đ n gi n, ta hãy hình dung t i hình nhộ ậ ơ ả ớ ảpolyurethane chính là s n ph m c a vi c “n m tay nhau” c a cácả ẩ ủ ệ ắ ủphân t có 2 nhóm ch c isocyanate và các phân t có 2 nhóm ch cử ứ ử ứalcohol nh th này.ư ế

V y polyurethane đậ ược hình thành v i 2 nguyên li u chính: Đóớ ệ

là Polyisocyanates v i Polyols Ngoài ra, t t nhiên ph i có thêm cácớ ấ ả

ch t xúc tác, các ph gia trong quy mô s n xu t công nghi p khuấ ụ ả ấ ệ Ở

v c B c Mỹ, ngự ắ ười ta g i thành ph n ch a isocyanate là thànhọ ầ ứ

ph n A, thành ph n ch a nhóm alcohol đầ ầ ứ ược pha s n v i xúc tác,ẵ ớ

ph gia đụ ượ ọc g i là thành ph n B Châu Âu, ngầ Ở ười ta là g i ngọ ược

l i, thành ph n A là polyol v i xúc tác, ph gia, thành ph n B làạ ầ ớ ụ ầ

ch a isocyanate Bài báo cáo này sẽ dùng quy ứ ướ ủc c a B c Mỹ.ắ

T nãy gi ta nói t i trừ ờ ớ ường h p ph n ng đ n gi n nh t đợ ả ứ ơ ả ấ ể

t o Polyurethane là gi a diols và diisocyanates (t c gi a phân tạ ữ ứ ữ ử

ch a 2 nhóm alcohol và phân t ch a 2 nhóm isocyanate) Nh ngứ ử ứ ưtrên nguyên t c thành ph n A có th ch a nhi u h n 2 nhómắ ầ ể ứ ề ơisocyanate trong m i phân t và thành ph n B có th ch a nhi uỗ ử ầ ể ứ ề

h n 2 nhóm alcohol trong m i phân t , lúc này s n ph mơ ỗ ử ả ẩPolyurethane có khâu m ng Trong bài báo cáo, tôi đ c p đ nạ ề ậ ế

ph n ng gi a diisocyanate v i diol là chính.ả ứ ữ ớ

1.2 TÍNH CH T C A POLYURETHANE Ấ Ủ

Polyurethane cách nhi t (Mút polyurethane c ng - rigid foam) ệ ứ

đượ ử ục s d ng trong nhi u lĩnh v c ng d ng khác nhau nh có cácề ự ứ ụ ờtính ch t v t lý, c h c t i u Ph bi n s d ng trong s n xu t ấ ậ ơ ọ ố ư ổ ế ử ụ ả ấpanel (dùng trong kho l nh), s n xu t mút cách nhi t t l nh, bìnhạ ả ấ ệ ủ ạnóng l nh ch y đi n, bình nóng l nh năng lạ ạ ệ ạ ượng m t tr i, dùng đặ ờ ể

ph h m tàu đánh cá, cách nhi t đủ ầ ệ ường ng hay các thi t b tr ố ế ị ữ

l nh khác nói chung ạ

1.2.1.Tính ch t cách nhi t ấ ệ :

PU foam c ng (mút PU c ng) có đ d n nhi t th p so v i h u ứ ứ ộ ẫ ệ ấ ớ ầ

h t các v t li u cách nhi t khác hi n có, (xem b ng so sánh bên ế ậ ệ ệ ệ ả

dưới) nh đó đờ ượ ử ục s d ng làm v t li u gi nhi t ho c cách nhi t ậ ệ ữ ệ ặ ệtrong môi trường làm l nh hay tr l nh ạ ữ ạ

Cách nhi t hi u qu cho h u h t các công trình xây d ng, c ệ ệ ả ầ ế ự ảtrong lĩnh v c xây d ng dân d ng (nhà c a, nhà container ) cũng ự ự ụ ử

nh trong các công trình ng d ng đ c bi t.ư ứ ụ ặ ệ

1.2.2.Đ b n ộ ề :

Foam PU c ng có đ b n nén và đ b n bi n d ng cao, k t h p ứ ộ ề ộ ề ế ạ ế ợ

v i v t li u ph lên b m t (m t nh a, thép ) sẽ cho đ b n l n ớ ậ ệ ủ ề ặ ặ ự ộ ề ớ

h n g p nhi u l n, phù h p cho t ng ng d ng.ơ ấ ề ầ ợ ừ ứ ụ

1.2.3.Kh năng gia công ả :

Mút Polyurethane c ng có th s n xu t liên t c ho c không liênứ ể ả ấ ụ ặ

t c trong nhà máy, cũng có th khu y tr n th công ho c phun ụ ể ấ ộ ủ ặ

b ng máy phun tay ho c b m tr c ti p vào ng d ng mong mu n ằ ặ ơ ự ế ứ ụ ố

Th c t không có v t li u cách nhi t nào có các đ c tính s n xu t ự ế ậ ệ ệ ặ ả ấlinh ho t đ n nh v y!ạ ế ư ậ

1.2.4.Đ k t dính ộ ế :

Trong kho ng th i gian gi a quá trình tr n và l u hóa sau cùng, ả ờ ữ ộ ưmút c ng polyurethane có đ k t dính vô cùng l n, nh đó cho ứ ộ ế ớ ờphép g n k t hi u qu v i nhi u lo i b m t c a công trình xây ắ ế ệ ả ớ ề ạ ề ặ ủ

d ng (m t xi măng, g , composite, nh a, kim lo i ).ự ặ ỗ ự ạ

Đ k t dính thộ ế ường m nh h n c đ b n kéo và đ b n bi n ạ ơ ả ộ ề ộ ề ế

d ng c a mút.ạ ủ

1.2.5.Tính t ươ ng h p ợ :

Rigid PU foam (mút PU foam) k t h p đế ợ ược v i h u h t các v t ớ ầ ế ậ

li u làm b m t thông thệ ề ặ ường nh gi y, lá kim lo i, s i th y tinh, ư ấ ạ ợ ủthép, nhôm, t m v a, g ép và c nh a đấ ữ ỗ ả ự ường Đi u này giúp cho ề

d dàng s n xu t các lo i panel có các ki u b m t khác nhau (ví ễ ả ấ ạ ể ề ặ

d t m l p cách nhi t - tôn x p: m t m t tôn, m t m t t m nh a ụ ấ ợ ệ ố ộ ặ ộ ặ ấ ựPVC) Đi u đó cũng cho phép mút pu s d ng đề ử ụ ược trong khâu hoàn thi n các công trình xây d ng gi ng nh là v a và s n đ làmệ ự ố ư ữ ơ ểhàng rào ngăn m, ngăn n và cách nhi t trong đi u ki n môi ẩ ồ ệ ề ệ

trường m ẩ ướt, có ti ng n và môi trế ồ ường ch u nhi t.ị ệ

1.2.6.Đ b n trong đi u ki n s d ng ộ ề ề ệ ử ụ :

Mút PU c ng có th s d ng trong các đi u ki n nhi t đ kh c ứ ể ử ụ ề ệ ệ ộ ắ

nghi t t - 200 đ C đ n + 100 đ C.ệ ừ ộ ế ộ

1.2.7.S lão hóa ự :

Có s tăng giá tr d n nhi t theo th i gian c a mút PU không ự ị ẫ ệ ờ ủ

được ph b m t (t c kh năng cách nhi t gi m đi theo th i gian -ủ ề ặ ứ ả ệ ả ờ

đ truy n nhi t tăng lên) S tăng giá tr đ d n nhi t này gi m đi ộ ề ệ ự ị ộ ẫ ệ ả

n u nh mút c ng đế ư ứ ược ph lên b m t b ng v t li u phù h p ủ ề ặ ằ ậ ệ ợ

nh là thép, nhôm hay các lo i b m t nh a và các lo i b m t ư ạ ề ặ ự ạ ề ặkhác S ph b m t giúp h n ch s khu ch tán không khí vào ự ủ ề ặ ạ ế ự ếtrong các t bào mút gây ra s tăng đ truy n nhi t.ế ự ộ ề ệ

1.2.8.Kh năng h p th n ả ấ ụ ướ : c

Mút polyurethane c ng có đ th m khí th p, ngoài ra trong các ứ ộ ấ ấcông trình xây d ng còn đự ược k t h p thêm v i các v t li u giúp ế ợ ớ ậ ệngăn s xâm nh p c a h i m nh là màng phim (film) ự ậ ủ ơ ẩ ư

polyethylene hay màng phim nhôm, v a có tác d ng b o v b ừ ụ ả ệ ề

m t, v a có ch c năng trang trí.ặ ừ ứ

1.2.9.Tính ch ng cháy ố :

Gi ng nh t t c các v t li u xây d ng g c h u c khác-g , ố ư ấ ả ậ ệ ự ố ữ ơ ỗ

gi y, nh a, s n- mút PU c ng cũng d cháy, tuy nhiên kh năng và ấ ự ơ ứ ễ ả

t c đ cháy có th đi u ch nh đ phù h p cho t ng ng d ng trongố ộ ể ề ỉ ể ợ ừ ứ ụxây d ng Kh năng cháy c a panel có th gi m đáng k b ng các ự ả ủ ể ả ể ằ

v t li u ph b m t, ví d b m t b ng tôn thép ậ ệ ủ ề ặ ụ ề ặ ằ

Hi u qu ch ng cháy t t nh t có th th c hi n đệ ả ố ố ấ ể ự ệ ược b ng cách ằ

s d ng mút PU c ng hay mút polyisocyanurate (PIR) có gia cử ụ ứ ường

b ng s i th y tinh hay nh ng k t c u m ng lằ ợ ủ ữ ế ấ ạ ưới có tính ch t nóngấ

ch y nhi t đ cao Mút PU c ng thả ở ệ ộ ứ ường dùng có đ dày th p h nộ ấ ơcác v t li u cách nhi t khác, do đó nhi t đ hay năng lậ ệ ệ ệ ộ ượng c n ầcho s cháy cũng th p h n so v i v t li u khác dày h n.ự ấ ơ ớ ậ ệ ơ

1.2.10.Tính nhẹ:

T i t tr ng 30kg/m3, th tích c a polyurethane trong mút PU ạ ỷ ọ ể ủ

th s n xu t ra polyurethane v i nh ng tính ch t khác nhau Các ể ả ấ ớ ữ ấnhóm chính bao g m:ồ

- D ng s iạ ợ

M c đích ban đ u c a vi c phát tri n polyurethane là tìm ki m ụ ầ ủ ệ ể ế

m t v t li u thay th cho nylon Nh ng phát tri n ban đ u c a ộ ậ ệ ế ữ ể ầ ủOtto Bayer d n đ n nh ng phát minh đ u tiên và s phát tri n c aẫ ế ữ ầ ự ể ủ

d ng s i và d ng b t Các lo i s i thông d ng nh t đạ ợ ạ ọ ạ ợ ụ ấ ược làm t ừpolyurethane là Perlon và Spandex

1.3.2 D ng màng ạ

Màng có th làm t polyurethane theo 3 cách chính sau:ể ừ

Polyurethane phun x t hai thành ph nị ầ đượ ử ục s d ng đ s n ể ả

xu t s n và l p ph ch ng hóa ch t Polyurethane có th tan trongấ ơ ớ ủ ố ấ ể

m t vài dung môi đ d dàng trong quá trình phun x t ộ ể ễ ị

Polyurethane ngày càng tr nên r t quan tr ng trong lĩnh v c này ở ấ ọ ự

c a th trủ ị ường vì v n t c k t m ng c a chúng r t nhanh.ậ ố ế ạ ủ ấ

Lo iạ m t thành ph nộ ầ trong h u h t các trầ ế ường h p d a vào s ợ ự ự

k t m ng di n ra b i ph n ng c a h i nế ạ ễ ở ả ứ ủ ơ ước trong không khí v i ớprepolyme đ hình thành polyme r n Khí cacbon dioxyt để ắ ượ ạc t o thành trong su t ph n ng này và nó thoát ra ngoài không khí ho cố ả ứ ặ

m ng nh các v t ngăn m và các ch t k t dính Áp l c b o v môiỏ ư ậ ẩ ấ ế ự ả ệ

trường trong vi c gi m thi u hàm lệ ả ể ượng h p ch t h u c d bay ợ ấ ữ ơ ễ

h i (VoC) đã d n đ n s quan tâm ngày càng l n trong lĩnh v c ơ ẫ ế ự ớ ựnày.

1.3.3 D ng đ khuôn ạ ổ

Năm 1952, d ng polyurethane đ khuôn l n đ u tiên đạ ổ ầ ầ ược

thương m i Năm 1956, lo i polyether l n đ u tiên đạ ạ ầ ầ ược gi i thi uớ ệ

b i DuPont, sau đó là lo i polyether r h n t BASF and Dow trongở ạ ẻ ơ ừ

nh ng năm ti p theo Trong nh ng năm sau đó, nh ng phát tri n ữ ế ữ ữ ể

đã được th c hi n đ k t m ng d ng này và các isocyanate đ c ự ệ ể ế ạ ạ ặ

bi t đ t i u các tính ch t khác nhau Có vô s nh ng ng d ng ệ ể ố ư ấ ố ữ ứ ụkhác nhau đ i v i lo i polyurethane đ khuôn, t các bánh xe cao ố ớ ạ ổ ừ

su c a giày trủ ượ ết đ n các chi ti t quân s ế ự

Bánh xe cao su polyurethane ch u mài mòn ị

1.3.4 D ng nhi t d o ạ ệ ẻ

Polyurethane nhi t d o đệ ẻ ược thi t k t đ có th gia công b ng ế ế ể ể ằcác máy gia công nh a chu n, nh là các máy ép đùn và các máy ự ẩ ưkhuôn tiêm Polyurethan nhi t d o đệ ẻ ược dùng trong nh ng ng ữ ứ

d ng y sinh Chúng cũng có th đụ ể ượ ử ục s d ng d ng vi x p nên rõở ạ ốràng kh i lố ượng riêng có th gi m xu ng M t vài ng d ng bao ể ả ố ộ ứ ụ

g m ng, tay c m, các chi ti t xe h i, đ và gót giày.ồ ố ầ ế ơ ế

1.3.5 D ng b t ạ ọ

Polyurethane d ng b t đạ ọ ượ ử ục s d ng trong máy bay Chi n ở ếtranh th gi i th hai D ng b t tr nên ph bi n khi khi các polyolế ớ ứ ạ ọ ở ổ ế

lo i polyether giá th p có m t trên th trạ ấ ặ ị ường Nhi u công s c đã ề ứ

được th c hi n đ phát tri n polyurethane d ng b t này D ng b tự ệ ể ể ạ ọ ạ ọ

có m ng lạ ướ ấi c u trúc l x p không gian 3 chi u Các l x p có thỗ ố ề ỗ ố ể

m ho c đóng, tùy thu c vào ng d ng c th B t polyurethane ở ặ ộ ứ ụ ụ ể ọ

có th để ượ ạc t o thành theo các d ng riêng bi t sau:ạ ệ

Lo i c ng ạ ứ : Lo i b t c ng đạ ọ ứ ược dùng cho c cách nhi t và cách ả ệ

âm Chúng có th để ược gia công b ng tay ho c b ng máy ho c, ằ ặ ằ ặ

m t cách khác, chúng có th độ ể ược phun x t Chúng cũng có th ị ể

đượ ử ục s d ng làm phao n i Chúng đổ ượ ử ục s d ng nh v t li u ư ậ ệcách ly trên tường và tr n nhà cũng nh trong ván lầ ư ướt sóng đ t oể ạnên c u trúc c a ván Nh ng ng d ng c a chúng r t khác nhau và ấ ủ ữ ứ ụ ủ ấ

ch đỉ ược gi i h n b i s sáng t o c a ngớ ạ ở ự ạ ủ ười thi t k ế ế

Lo i m m d o ạ ề ẻ : Polyurethane d ng m m d o có nhi u ng ạ ề ẻ ề ứ

d ng trong nhà nh n m, g i và t m lót th m D ng b t này đụ ư ệ ố ấ ả ạ ọ ược gia công bình thường và c n m t di n tích l n cho s n ph m đã ầ ộ ệ ớ ả ẩhoàn thành vì kh i lố ượng riêng c a nó r t th p.ủ ấ ấ

Lo i ph bên ngoài ạ ủ : Nh ng lo i polyurethane ph bên ngoài ữ ạ ủ

được thi t k có l p ph bên ngoài không ph i là b t, mà có ph n ế ế ớ ủ ả ọ ầbên trong là b t Đi u này t o nên m t c m giác ch c ch n r ng ọ ề ạ ộ ả ắ ắ ằkhông có ch t b n đấ ẩ ược gi l i trong các l x p Nh ng ví d đi n ữ ạ ỗ ố ữ ụ ểhình c a lo i này là bánh lái và b ng đ ng h xe ô tô.ủ ạ ả ồ ồ

1.3.6 D ng cán đ ạ ượ c

Urethane cán được, có th gia công trên máy gia công sao su ểchu n Chúng có th đẩ ể ược k t m ng b ng peroxide ho c l u ế ạ ằ ặ ư

huỳnh Các d ng đạ ược k t m ng b ng l u huỳnh ph i thêm vào ế ạ ằ ư ả

m t vài hóa ch t đ làm cho quá trình k t m ng b ng l u huỳnh ộ ấ ể ế ạ ằ ư

di n ra.ễ Nh ng polyurethane này cũng có nh ng tính ch t nh lo i ữ ữ ấ ư ạpolyurethane đ khuôn nh ng c n đổ ư ầ ược gia công trên máy gia côngcao su chu n.ẩ

Ngoài ra nó còn được phân lo i theo cách khác thành 3 nhóm ạchính là:

+ Polyurethane nhi t d oệ ẻ

+ Polyurethane đ khuônổ

+ Polyurethane k t m ngế ạ

Polyurethane nhi t d o: ệ ẻ được gia công trên các máy nh a ựthông thường và khi được gia nhi t trên 120ệ 0C t i 150ớ 0C, nó sẽ

m m và có th gia công đề ể ược

Theo đ nh nghĩa, quá trình này có th l p đi l p l i nhi u l n ị ể ậ ậ ạ ề ầ TPU được cung c p là nh ng m ch polymer có chi u dài thích ấ ữ ạ ề

h p v i nh ng nhóm cu i m ch không cho phép kéo dài m ch ợ ớ ữ ở ố ạ ạ

Đ i v i polyurethane k t m ng: ố ớ ế ạ ngang, nh ng liên k t hóa ữ ế

h c th c s đọ ự ự ược hình thành theo 3 chi u không gian.ề

S khác bi t chinh là đ i v i polyurethane đ khuôn, c u trúc ự ệ ố ớ ổ ấhóa h c th c s g m 2 vùng chính, vùng c ng và vùng m m.ọ ự ự ồ ứ ề

Đi u này không rõ rang trong polyurethane k t m ng.ề ế ạ

M t ví d đi n hình là vi c them TMP (trimetylol propane) vào ộ ụ ể ệpolyurethane đ làm cho nó m m h n.ể ề ơ

Ch t k t m ng này sẽ làm cho v t li u m m nhi u h n vì nó bấ ế ạ ậ ệ ề ề ơ ẻ

đ c ng m m c a s n ph m, tính ch ng ăn mòn, ch ng hóa ch t,ộ ứ ề ủ ả ẩ ố ố ấthân thi n sinh h c cao Do đó Polyurethane đệ ọ ượ ức ng d ng trongụnhi u lĩnh v c t cao c p nh t nh y h c đ n nh ng lĩnh v c r tề ự ừ ấ ấ ư ọ ế ữ ự ấ

ph thông.ổ

ng d ngỨ ụ

Lượng Polyurethane

đượ ức ng d ng (tri uụ ệpounds)

d ng s n ph m Polyurethane v n có th ng d ng cho m t d ngạ ả ẩ ẫ ể ứ ụ ộ ạ

s n ph m hay m t d ng Polyurethane cũng có th ng d ng choả ẩ ộ ạ ể ứ ụnhi u d ng s n ph m khác nhau.ề ạ ả ẩ

Đi m đáng l u ý là h n 3/4 t ng lể ư ơ ổ ượng tiêu th Polyurethane làụ

nh ng s n ph m PU foam c dữ ả ẩ ả ướ ại d ng foam c ng và foam d o.ứ ẻ

Đi u này có th là do quy trình gia công foam đ n gi n h n non-ề ể ơ ả ơfoam, th tích s n ph m t o ra hoàn toàn có th ki m soát dể ả ẩ ạ ể ể ễdàng, vi c đi n đ y khuôn r t t t, h u nh là luôn có th t o raệ ề ầ ấ ố ầ ư ể ạ

s n ph m v i hình d ng mong mu n.ả ẩ ớ ạ ố

1.4.1 ng d ng trong qu n áo vào trang b th thao Ứ ụ ầ ị ể

Polyurethane đóng góp vào cu c s ng thộ ố ường nh t c a chúng taậ ủ

nh ng ng d ng r ng l n thông qua trang ph c và nh ng ngữ ứ ụ ộ ớ ụ ữ ứ

d ng c a trang ph c trong lĩnh v c th thao đụ ủ ụ ự ể ược làm từ

Polyurethane M t ví d đi n hình chính là s i spandex, đ c tr ngộ ụ ể ợ ặ ư

b i tính ch t đàn h i và tho i mái, đở ấ ồ ả ượ ức ng d ng làm đ lót choụ ồ

ph n , bít t t dài cũng nh ng n, trang ph c th thao (đ b i vàụ ữ ấ ư ắ ụ ể ồ ơ

đ trồ ượt tuy t) Trang ph c khoác ngoài d a trên c sế ụ ự ơ ởPolyurethane s h u kh năng ch ng tr y và ng phó v i th i ti tở ữ ả ố ầ ứ ớ ờ ế

x u m t cách l thấ ộ ạ ường, do v y chúng đậ ượ ức ng d ng r ng rãiụ ộtrong các trang b th thao khác nhau nh là trị ể ư ượt tuy t và đuaếthuy n bu m Polyurethane x p r n có kh i lề ồ ố ắ ố ượng nh và khẹ ảnăng ch ng tr y, nh ng đ c tính khi n chúng đ c bi t thích h pố ầ ữ ặ ế ặ ệ ợcho môn th thao leo núi cao, làm lõi cho ván lể ướt sóng H n n a,ơ ữ

kh năng ch ng tr y và d o dai khi n Polyurethane đả ố ầ ẻ ế ượ ức ng

d ng nhi u trong vi c làm ra đ giày dép.ụ ề ệ ế

1.4.2 ng d ng trong gia đình và các ng d ng th Ứ ụ ứ ụ ườ ng

nh t khác ậ

L p s n và l p ph ngoài Polyurethane giúp b o v s haoớ ơ ớ ủ ả ệ ựmòn, tr y xầ ước, cũng nh làm đ v t và các nh c c nh pianoư ồ ậ ạ ụ ưsáng bong th m mỹ Các d ng Polyurethane x p d o cũng đẩ ạ ố ẻ ượ ửc s

d ng r ng rãi đ s n xu t v t li u gh n m và giụ ộ ể ả ấ ậ ệ ế ệ ường ng Trongủ

phương ti n ghi âm, t băng video, đĩa vi tính, th m chí th trệ ừ ậ ẻ ả

trước và vé tàu xe Do đ c tính cách đi n c a Polyurethane, chúngặ ệ ủcũng đượ ử ục s d ng r ng rãi trong s i và dây cáp s i quang h c Độ ợ ợ ọ ộbám dính c a Polyurethane cũng tìm th y nh ng t m dát m ngủ ấ ữ ấ ỏ

m ch in đi n tho i c m tay.ạ ở ệ ạ ầ

1.4.4 ng d ng trong y t Ứ ụ ế

Polyurethane cũng đóng m t vai trò đáng k trong vi c h trộ ể ệ ỗ ợ

ti n b trong lĩnh v c y h c M t đ c tính quan tr ng c aế ộ ự ọ ộ ặ ọ ủPolyurethane đàn h i là có c u trúc phân t tồ ấ ử ương t v i c u trúcự ớ ấprotein c a con ngủ ười, đi u này khi n chúng tr thành ng viênề ế ở ứsáng giá trong các ng d ng y nh kh năng b t chứ ụ ư ả ắ ước sinh h c Víọ

d , Polyurethane đàn h i đang đụ ồ ược s d ng làm ch t b t kínử ụ ấ ị

nh ng bó s i r ng trong các ng tr th m tách nhân t o.ữ ợ ỗ ố ụ ẩ ạ

1.4.5 ng d ng trong ph Ứ ụ ươ ng ti n v n chuy n ệ ậ ể

Polyurethane đượ ức ng d ng c c kỳ r ng rãi trong hình tháiụ ự ộ

v t lý khác nhau trong lĩnh v c ô tô, nh t m cách âm, cách nhi t,ậ ự ư ấ ệ

n m gh êm ái, sàn gi m đ rung, ti ng n, ch t b t kín, b ngệ ế ả ộ ế ồ ấ ị ả

1.4.6 ng d ng trong xây d ng và công trình dân d ng Ứ ụ ự ụ

Polyurethane được s d ng r ng rãi trong ngành xây d ng.ử ụ ộ ựTrong lĩnh v c nhà c a, Polyurethane foam x p c ng là ch t cáchự ử ố ứ ấnhi t t t nh t đ làm tệ ố ấ ể ường, tr n và sàn nhà, gi m nhu c u dùngầ ả ầmáy đi u hòa, giúp ti t ki m năng lề ế ệ ượng Do kh năng thích ngả ứ

mái nhà cao t ng cũng nh ch t keo k t dính trong nh ng ngôi nhàầ ư ấ ế ữ

g đỗ ược làm s n Polyurethane cũng đẵ ượ ức ng d ng làm sàn thụ ểthao trong m i th i ti t.ọ ờ ế

1.4.7 Nh ng ng d ng công nghi p khác ữ ứ ụ ệ

Polyurethane nhi t d o đệ ẻ ượ ử ục s d ng trong nhi u d ng con lănề ạkhác nhau trong máy in và máy photocopy cũng nh con lăn trong ưcác dây chuy n s n xu t các t m kim lo i, các t m thép và gi y ề ả ấ ấ ạ ấ ấPolyurethane nhi t d o cũng đệ ẻ ược dùng làm v t li u cách ly trong ậ ệcác thùng ch a và bình đ ng LNGứ ự

1.5 NGUYÊN LI U Đ S N XU T POLYURETHANES Ệ Ể Ả Ấ

Đ s n xu t polymer Polyurethane đòi h i ph i có nguyên li u ể ả ấ ỏ ả ệ

g m h p ch t polyisocyanates (A) và h p ch t polyols (B) C u ồ ợ ấ ợ ấ ấtrúc, đ c tính lý hóa và kích thặ ước phân t c a nh ng h p ch t nàyử ủ ữ ợ ấ

nh h ng đ n quá trình polymer hóa, tính ch t c lý s n ph m

polyurethane cũng nh m c đ khó d c a khâu gia công s n xu t.ư ứ ộ ễ ủ ả ấThêm vào đó các ph gia nh xúc tác, ch t ho t đ ng b m t, ch t ụ ư ấ ạ ộ ề ặ ấ

t o x p, ch t n i dài m ch, ch t ch ng cháy và h t đ n cũng đạ ố ấ ố ạ ấ ố ạ ộ ược

s d ng đử ụ ểki m soát và hi u ch nh quá trình ph n ng, t o nên ể ệ ỉ ả ứ ạ

đ c tính riêng cho s n ph m polyurethane.ặ ả ẩ

Ph n ng v i nucleophil: Isocyanat là m t electrophil nên có kh năng ả ứ ớ ộ ả

ph n ng v i các h p ch t nh rả ứ ớ ợ ấ ư ượu, amin và c nả ước Khi isocyanat ph nả

ng v i r u đ n ch c sẽ x y ra ph n ng t o urethan theo ph n ng:

ROH + R'NCO → ROC(O)N(H)R' Khi isocyanat ph n ng v i rả ứ ớ ượu đa ch c sẽ x y ra ph n ng đ ng ứ ả ả ứ ồtrùng h p t o s n ph m polyurethane Ngoài ra isocyanat còn có th ph n ợ ạ ả ẩ ể ả

ng v i amin đ t o ure v i nhi u ng d ng th c t :

R2NH + R'NCO → R2NC(O)N(H)R'

Tương t nh v i rự ư ớ ượu, khi ph n ng v i h p ch t ch a nhi u nhóm ả ứ ớ ợ ấ ứ ềamin, s n ph m t o thành là polyure.ả ẩ ạ

Ph n ng đóng vòng: Các phân t isocyanat tham gia ph n ng tam h pả ứ ử ả ứ ợ

đ t o thành các h p d vòng có c u trúc tể ạ ợ ị ấ ương t axít xyanuric ự

Ph n ng s p x p l i: isocyanat là h p ch t trung gian trong quá trình ả ứ ắ ế ạ ợ ấ

t ng h p các amin b ng phổ ợ ằ ương pháp th y phân.ủ

ph m isocyanat khác bao g m 3,4% là hexametylen di-isocyanat (HDI) và ẩ ồisophoron di-isocyanat (IPDI).

Các h p ch t isocyanat có 1 nhóm ch c quan tr ng nh t trong công ợ ấ ứ ọ ấnghi p là metyl isocyanat (MIC), có ng d ng trong s n xu t thu c tr sâu,ệ ứ ụ ả ấ ố ừthu c b o v th c v t.ố ả ệ ự ậ

v i isocyanat l n khác (TDI, HDI) Tuy nhiên, nó, gi ng nh isocyanat khác, ớ ớ ố ư

là m t ch t gây d ng và m n c m Ngộ ấ ị ứ ẫ ả ười m n c m v i isocyanat có th ẫ ả ớ ể

có nh ng ph n ng nguy hi m khi ti p xúc v i lữ ả ứ ể ế ớ ượng nh nh suy hô h p ỏ ư ấ

X lý MDI yêu c u ki m soát kỹ thu t nghiêm ng t và thi t b b o v cá ử ầ ể ậ ặ ế ị ả ệnhân

Methyl isocyanate (MIC) là c c kỳ đ c h i MIC là đ c h i khi hít ph i, ự ộ ạ ộ ạ ảtiêu hóa và ti p xúc v i lế ớ ượng th p 0,4 ppm Tri u ch ng ph i nhi m bao ấ ệ ứ ơ ễ

g m ho, đau ng c, khó th , hen suy n, kích ng m t, mũi và h ng, cũng ồ ự ở ễ ứ ắ ọ

nh t n thư ổ ương da Khi ti p xúc cao h n 21 ph n tri u, có th d n đ n ế ơ ầ ệ ể ẫ ếphù ph i ho c ph i và xu t huy t, viêm ph i ph qu n và t vong.ổ ặ ổ ấ ế ổ ế ả ử

Tác d ng đ c h i c a các h p ch t đã đụ ộ ạ ủ ợ ấ ược rõ ràng trong th m h a ả ọBhopal, khi kho ng 42000 kg methyl isocyanate và các khí khác đã đả ược phát hành t b ch a dừ ể ứ ưới lòng đ t c a nhà máy Union Carbide India ấ ủLimited (UCIL), trên m t khu v c đông dân c trên 03 Tháng 12 1984, ngayộ ự ư

l p t c gi t ch t hàng ngàn ngậ ứ ế ế ười và d n đ n cái ch t c a hàng ch c ngàn ẫ ế ế ủ ụ

người trong vài tu n ti p theo.ầ ế

T t c các isocyanate s d ng trong công nghi p polyurethane ch a ít ấ ả ử ụ ệ ứ

nh t hai nhóm isocyanate Isocyanate s d ng ph bi n nh t là toluene ấ ử ụ ổ ế ấdiisocyanate (TDI) và diphenylmethane – 4,4’- diisocyanate (MDI)

2.4.T ng h p Toluene Diisocyanate (TDI) ổ ợ

Toluene diisocyanate (hay tolylene diisocyanate) có m t s đ ng phân, ộ ố ồhai đ ng phân quan tr ng nh t là đ ng phân 2,4 –diisocyanat và đ ng ồ ọ ấ ồ ồphân 2,6 - diisocyanat

Toluene diisocyanate thương m i thạ ường dùng là TDI 80/20 hay T – 80 trong đó có ch a 80% đ ng phân 2,4 – và 20% đ ng phân 2,6 - Ngoài ra ứ ồ ồcòn có TDI 65/35 hay T – 65 là h n h p c a 65% đ ng phân 2,4 – và 35% ỗ ợ ủ ồ

đ ng phân 2,6 - ồ

Th t ho t tính hóa h c c a các nhóm isocyanate nh sau:ứ ự ạ ọ ủ ư

4 – NCO > 2- và 6 – NCO > 2 – NCO(đ ng phân 2,4 -) (đ ng phân 2,6 -) (đ ng phân 2,4 -)ồ ồ ồ