BỘ GIÁO DỤC
VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
Hắc Thị Nhung
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOZIT
CHỐNG CHÁY TRÊN NỀN POLYURETHANE
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
Hà Nội - 2020
BỘ GIÁO DỤC
VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
Hắc Thị Nhung
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOZIT
CHỐNG CHÁY TRÊN NỀN POLYURETHANE
Chuyên ngành: Hóa hữu cơ
Mã số: 8440114
LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Hoàng Mai Hà
Hà Nội - 2020
i
Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ “Nghiên cứu chế tạo vật liệu
compozit chống cháy trên nền polyurethane” là do tôi thực hiện dưới sự
hướng dẫn của TS. Hoàng Mai Hà. Đây không phải là bản sao chép của bất kỳ
cá nhân hay tổ chức nào. Các số liệu, kết quả trong luận văn là do tôi tiến
hành, tính toán, đánh giá và chưa từng được ai công bố trên bất kỳ công trình
nghiên cứu trước đây.
Hà Nội, ngày 28 tháng 05 năm
2020
Học viên
Hắc Thị Nhung
ii
Lời cảm ơn
Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, bên cạnh sự cố gắng nỗ lực của
bản thân, tôi đa nhận được nhiêu sự giúp đỡ, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy,
cô giáo, cũng như sự động viên, khích lệ của gia đình, bạn bè, đồng nghiệp.
Trước hết, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS. Hoàng Mai Hà – Viện
Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, người đa tận tình
hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận
văn. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các đồng nghiệp thuộc phòng Vật liệu
tiên tiến, Viện Hóa học đa nhiệt tình hỗ trợ tôi trong suốt thời gian làm luận
văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, các thầy cô giáo trong Khoa
Hóa học và Phòng Sau đại học, Học viện Khoa học và Công nghệ đa tận tình
truyên đạt những kiến thức quý báu, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập
và nghiên cứu tại trường.
Tôi trân trọng và biết ơn sâu sắc gia đình và bạn bè đa động viên, giúp
đỡ, tạo mọi điêu kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận văn này.
Hà Nội, ngày 28 tháng 05 năm 2020
Học viên
Hắắc Thị Nhung
iii
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt
Ký hiệu
Tiếng anh
Diễn giải
APP
Ammonium polyphosphate
Ammonium polyphosphate
C5
Cyclopentane
Cyclopentane
CNT
Carbon nanotube
Ống nano cacbon
EG
Expandable graphite
Graphit gian nở nhiệt
FPU
Flexible polyurethane foam
Xốp polyurethane mêm
FR
Flame retardant
Chất chống cháy
HGM
Hollow glass microsphere
Cầu thủy tinh rỗng kích
thước micro
LDH
Layered double hydroxide
Hydroxit lớp kép
LOI
Limited oxygene index
Chỉ số oxy giới hạn
MC
Melamine cyanurate
Melamine cyanurate
MDI
Diphenylmethane diisocyanate
Diphenylmethane
diisocyanate
MMT
Montmorillonite
Montmorillonite
PIR-PUR
Polyisocyanurate-polyurethane
Polyisocyanuratepolyurethane
PU
Polyurethane
Polyurethane
PUF
Polyurethane foam
Xốp polyurethane
SEM
Scan electron microscopy
Hiển vi điện tử quét
iv
TDI
Toluene diisocyanate
Toluene diisocyanate
TEM
Transmission electron
microscopy
Hiển vi điện tử truyên qua
TEP
Triethylphosphate
Triethylphosphate
TGA
Thermogravimetric analysis
Phân tích nhiệt trọng lượng
TPU
Thermal polyurethane
Polyurethane nhiệt dẻo
UL94-HB
Horizontal burning test
Thử nghiệm cháy ngang
UL94-V
Vertical burning test
Thử nghiệm cháy đứng
XRD
X-Ray Diffraction
Nhiễu xạ tia X
v
Danh mục bảng biiu
Bảng 111: Các thành phần trong PU và lý do sử dung chúng1111111111111111111111111115
Bảng 112: Cấu trúc hóa học của một số isocyante quan trọng111111111111111111111111117
Bảng 211: Thành phần phối liệu của các compozit trên nên polyurethane1111127
Bảng 212: Thành phần phối liệu của các nanocompozit clay/EG/PUF111111111128
Bảng 21g: Tiêu chí phân loại khả năng chống cháy của vật liệu theo UL94-V
31
Bảng g11: Kết quả kiểm tra cháy UL-94 của các compozit PUF11111111111111111111g4
Bảng g12: Kết quả kiểm tra tính chất chống cháy của các compozit PUF11111144
Bảng g1g: Tính chất cơ lý của PUF tinh khiết và các compozit PUF111111111111147
vi
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Hình 1111 Quy mô thị trường PU ở Mỹ từ năm 2014-2025 (Tỷ USD)11111111111114
Hình 1121 Con đường chung để tổng hợp polyurethane11111111111111111111111111111111111 4
Hình 11g1 Công thức cấu tạo của một số polyol điển hình1111111111111111111111111111111 6
Hình 1141 Một số ứng dung của polyurethane trong xây dựng1111111111111111111111111
Hình 1151 Cấu trúc hóa học của một số chất chống cháy halogen phổ biến11114
Hình 1161 Hoạt động trong pha rắn của FRs dựa trên phốt pho111111111111111111111115
Hình 1171 Cấu trúc chung của vật liệu chống cháy phốt pho1111111111111111111111111116
Hình 1181 Cấu trúc hóa học của một số FR chứa nitơ phổ biến111111111111111111111116
Hình 1191 Minh họa cấu trúc mạng (a); ảnh SEM (b) và TEM (c) của MMT 20
Hình 11101 Cấu trúc của graphit111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111 21
Hình 2111 Quy trình chế tạo compozit PUF ((*) vòng/ phút)11111111111111111111111111126
Hình 2121 Mô hình thử nghiệm khả năng chống cháy theo phương pháp
UL94-HB........................................................................................................ 29
Hình 21g1 Mô hình thử nghiệm khả năng chống cháy theo phương pháp
UL94-V...........................................................................................................30
Hình g111 Giá trị LOI của các compozit APP/PUF, MC/PUF và EG/PUF ở
các hàm lượng chất độn khác nhau.................................................................36
Hình g121 Hình ảnh của mẫu PUF tinh khiết và mẫu compozit APP/PUF (a,
a’), MC/PUF (b, b’) và EG/PUF (c, c’) ở các hàm lượng chất độn khác nhau
sau khi kiểm tra cháy ngang và cháy đứng..................................................... 37
Hình g1g1 Ảnh SEM của 15EG/PUF trước (a) và sau khi bị đốt cháy (b) và
ảnh phóng đại tương ứng của chúng (a’) và (b’).............................................39
Hình g141 Ảnh hưởng của hàm lượng các chất độn đến độ bên nén ở 10% của
các compozit PUF (a) và đường cong độ bên nén của các compozit ở 25%
hàm lượng chất độn (b)...................................................................................41
vii
Hình g151 Ảnh SEM của các mẫu xốp: PUF tinh khiết (a), 20APP/PUF (b),
20MC/PUF (c) và 20EG/PUF (d) ở ccng độ phóng đại..................................42
Hình g161 Đường cong TGA và DTG của PUF tinh khiết (a), compozit
15EG/PUF (b) và nanocompozit 5clay/15EG/PUF (c)...................................46
Hình g171 Độ bên nén của các vật liệu xốp PU1111111111111111111111111111111111111111111111148
Hình g181 Giản đồ XRD của nanoclay và nanocompozit PUF (a) và ảnh TEM
của nanocompozit 5clay/15EG/PUF (b)......................................................... 49
Hình g191 Độ dẫn nhiệt của xốp PU tinh khiết và các compozit PUF11111111111150
viii
MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan.....................................................................................................i
Lời cảm ơn........................................................................................................ii
Danh muc các ký hiệu và chữ viết tắt..............................................................iii
Danh muc bảng biểu......................................................................................... v
Danh muc các hình v,, đồ thị...........................................................................vi
MỤC LỤC.....................................................................................................viii
MỞ ĐẦU...........................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU...........................................................3
1.1. POLYURETHANE................................................................................3
1.1.1. Giới thiệu chung vê polyurethane...................................................3
1.1.2. Phương pháp tổng hợp polyurethane.............................................. 4
1.1.3. Các loại polyurethane......................................................................9
1.1.4. Ứng dung của Polyurethane..........................................................10
1.2. CÁC CHẤT CHỐNG CHÁY..............................................................12
1.2.1. Các hợp chất chống cháy chứa halogen........................................13
1.2.2. Các chất chống cháy chứa phốt pho..............................................14
1.2.3. Các chất chống cháy chứa nitơ..................................................... 16
1.2.4. Vật liệu chống cháy cấu trúc nano................................................17
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ XỐP POLYURETHANE CHỐNG
CHÁY......................................................................................................... 21
1.3.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước.................................................21
1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước..................................................23
CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25
2.1. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ.................................................................25
2.1.1. Hóa chất........................................................................................ 25
2.1.2. Thiết bị..........................................................................................25
ix
2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.............................................. 26
2.2.1. Chuẩn bị mẫu xốp PUF.................................................................26
2.2.2. Các phương pháp nghiên cứu tính chất chống cháy.....................28
2.2.3. Phương pháp nghiên cứu sự ổn định nhiệt của xốp PU................32
2.2.4. Các phương pháp nghiên cứu tính chất cơ lý................................32
2.2.5. Phương pháp nghiên cứu hình thái bê mặt....................................32
2.2.6. Các phương pháp nghiên cứu khả năng phân tán của vật liệu cấu
trúc nano..................................................................................................33
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..................................................34
3.1. COMPOZIT TRÊN NỀN POLYURETHANE....................................34
3.1.1. Ảnh hưởng của các chất chống cháy khác nhau đến tính chất
chống cháy của xốp PU...........................................................................34
3.1.2. Ảnh hưởng của các chất chống cháy khác nhau đến cơ tính của
xốp PU.....................................................................................................40
3.2. NANOCOMPOZIT CLAY/EG/PUF...................................................43
3.2.1. Tính chất chống cháy của nanocompozit......................................43
3.2.2. Sự ổn định nhiệt của nanocompozit..............................................44
3.2.3. Tính chất cơ lý của nanocompozit................................................46
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN.............................................................................. 52
CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ.............................................................53
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................54
1
MỞ ĐẦU
Theo báo cáo trong Hội nghị Tổng kết công tác năm 2019 của Cuc
Cảnh sát PCCC và CNCH, cả nước xảy ra 3790 vu cháy làm chết 85 người, bị
thương 126 người, thiệt hại vê tài sản ước tính lên tới 1527 tỷ đồng và 3952
ha rừng. Cháy lớn gây thiệt hại nghiêm trọng tập trung chủ yếu tại các địa
phương có tốc độ phát triển kinh tế và đô thị hóa nhanh, có nhiêu khu công
nghiệp, khu chế xuất, chợ, trong tâm thương mại, nhà cao tầng. Mặc dc, tình
hình cháy nổ diễn biến phức tạp và ngày càng nghiêm trọng nhưng ý thức
người dân vê tuân thủ các quy tắc an toàn phòng chống cháy nổ, đặc biệt
trong sử dung điện, sử dung lửa…chưa tốt dẫn đến những nguy cơ cháy nổ
xảy ra cao. Bên cạnh đó, nước ta đang trong giai đoạn tăng trưởng mạnh, quá
trình công nghiệp hóa, hiện đại hoá ngày càng nhanh, số công trình xây dựng
gia tăng từ 30.000 đến 50.000 công trình/năm. Các khu công nghiệp, cơ sở
sản xuất, kinh doanh, ccng với các tòa cao ốc, các khu chung cư được xây
dựng ngày càng nhiêu. Hơn thế nữa, hiện nay các vật liệu từ polyme và các
vật liệu compozit được sử dung ngày càng nhiêu trong các công trình xây
dựng do tính tiện lợi và thẩm mỹ mà nó mang lại. Trong khi đó, hầu hết các
loại nhựa, kể cả nhựa kỹ thuật lẫn dân dung, đêu có tính bắt cháy cao do cấu
trúc phân tử mạch cacbon của chúng. Đó là một trong những nguyên nhân
làm các ngọn lửa lan rộng nhanh chóng, gây khó khăn trong công tác cứu hộ ở
một số đám cháy hiện nay. Vì vậy, việc nghiên cứu cải thiện tính dễ cháy của
các polyme được sử dung nhiêu trong xây dựng là một vấn đê mang tính cấp
bách và thực sự cần thiết.
Xốp polyurethane cứng là một trong những vật liệu cách âm, cách nhiệt
được sử dung phổ biến trong công nghiệp và đời sống, đặc biệt là trong ngành
công nghiệp xây dựng, vì nhiêu ưu điểm nổi bật của nó như độ dẫn nhiệt thấp,
trọng lượng nhẹ,, độ thấm ẩm thấp, tính chất cơ học tuyệt vời và khả năng bám
dính với các vật liệu khác như bê tông, tôn, nhôm… tốt. Tính riêng ở Việt
Nam, tổng lượng các nguyên liệu polyol và isocyanate dcng để chế tạo xốp
polyurethane mà chúng ta nhập khẩu mỗi năm lên tới hàng chuc nghìn tấn và
giá trị của các sản phẩm xây dựng từ xốp polyurethane như tấm lợp, vách
2
ngăn và gạch mát do các công ty trong nước chế tạo mỗi năm lên tới hàng
nghìn tỷ đồng. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của xốp polyurethane cứng là
tính dễ cháy và giải phóng ra nhiêu khói và khí độc khi cháy, tiêm ẩn nguy
hiểm khi sử dung trong các công trình xây dựng. Từ đó có thể thấy rằng, việc
nâng cao khả năng chống cháy cho các sản phẩm từ xốp polyurethane là hết
sức cần thiết.
Các hợp chất chứa halogen là chất chống cháy truyên thống có hiệu quả
chống cháy cao cho các polyme. Tuy nhiên, các polyme có chứa halogen s,
giải phóng ra nhiêu khói và khí độc trong quá trình cháy, ảnh hưởng nghiêm
trọng tới môi trường và sức khỏee con người. Vì vậy, những chất chống cháy
halogen gần như không còn được sử dung và thậm chí đa bị cấm ở nhiêu quốc
gia. Xu hướng hiện nay của thế giới là nghiên cứu, chế tạo và sử dung những
phu gia chống cháy “xanh” thân thiện với môi trường và an toàn với sức khỏee
con người. Do đó, các phu gia chống cháy như các hợp chất chứa phốt pho,
nitơ, các vật liệu cấu trúc nano hoặc tổ hợp của chúng đang được nghiên cứu
và sử dung rộng rai. Vì vậy, nhằm nghiên cứu và chế tạo vật liệu compozit
chống cháy trên nên xốp polyurethane thân thiện với môi trường và độ bên cơ
tính cao, chúng tôi đa lựa chọn đê tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit
chống cháy trên nền polyurethane”. Đê tài gồm các nội dung sau:
1. Nghiên cứu chế tạo compozit trên nên polyurethane sử dung các phu
gia chống cháy khác nhau như ammonium polyphosphate, melamine
cyanurate, graphit gian nở nhiệt và nanoclay hữu cơ;
2. Đánh giá khả năng chống cháy và tính chất cơ lý của các compozit đa
tổng hợp được;
3
CHƯƠNG 11 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. POLYURETHANE
111111 Giới thiệu chung về polyurethane
Polyurethane (PU) là một nhóm vật liệu polyme đặc biệt, chúng có thể
được kết hợp vào nhiêu loại vật liệu khác nhau, như sơn, lớp phủ lỏeng, chất
đàn hồi, chất cách điện, sợi đàn hồi, da tích hợp, vv. Một số loại PU xuất hiện
ngày nay là do những cải tiến trong sáng chế của nhà khoa học người Đức
GS. Otto Bayer và các đồng nghiệp của ông. Việc phát minh ra kỹ thuật
polyaddition diisocyanate của nhóm nghiên cứu trên đa mở ra ngành công
nghiệp PU vào năm 1937, trong đó, PU được tạo ra thông qua phản ứng giữa
diisocyanate và polyeste diol.
PU lần đầu tiên được phát triển thay thế cho cao su trong Thế chiến II.
Vào giữa những năm 1950, vật liệu PU được đưa vào sản xuất công nghiệp
đầu tiên là lớp phủ PU. Đến cuối những năm 1950, đệm mêm được làm từ
xốp PU mêm được đưa ra thị trường. Ngoài ra, xốp PU mêm được tổng hợp
từ các polyol polyete giá rẻ còn được phát triển rộng rai trong một số ứng
dung như tự động hóa và vật liệu bọc vẫn còn được sử dung tới ngày nay.
Những cải tiến liên tuc trong kỹ thuật chế biến, các loại phu gia và các công
thức đa góp phần đa dạng hóa ứng dung của vật liệu này. Hiện nay, PU là một
trong những loại polyme phổ biến, đa dạng và được nghiên cứu rộng rai nhất
trên thế giới. Những vật liệu này có độ bên cơ lý cao làm cho chúng phc hợp
để thay thế một số vật liệu như kim loại, nhựa và cao su trong hàng loạt các
sản phẩm kỹ thuật. Do đó, chúng được ứng dung rộng rai trong y sinh, xây
dựng, tự động hóa, dệt may và trong một số lĩnh vực khác [1].
Do có thể tổng hợp từ nhiêu nguồn nguyên liệu khác nhau mà PU có
được nhiêu đặc tính khác nhau và nhiêu ứng dung đặc biệt. Chúng có thể
được phân thành nhiêu loại dựa trên các tính chất: xốp cứng, xốp mêm, nhựa
nhiệt dẻo, chất kết dính, lớp phủ, chất bịt kín và chất đàn hồi. Quy mô thị
trường các sản phẩm PU và ước tính tới năm 2025 ở Mỹ được đưa ra trong
Hình 1.1 [2]. Trong số các ứng dung chính, xốp PU là một trong những sản
4
phẩm dựa trên PU nổi bật nhất và được sử dung rộng rai trên toàn cầu với số
lượng lớn. Khoảng 50% sản lượng xốp PU được tiêu thu trên thị trường hiện
nay là xốp PU cứng.
Xốp cứng
Xốp mêm
Vật liệu phủ
Nhựa nhiệt dẻo
Chất kết dính và bịt kín
Vật liệu khác
Hình 1111 Quy mô thị trường PU ở Mỹ từ năm 2014-2025 (Tỷ USD)
111121 Phương pháp tổng hợp polyurethane
Các vật liệu PU có thể được tổng hợp thông qua nhiêu phương pháp
khác nhau. Phương pháp phổ biến nhất là thông qua phản ứng giữa một polyol
và diisocyanate [3]. Hình 1.2 minh họa con đường tổng hợp điển hình của PU.
Các chất phu gia và chất xúc tác thích hợp cũng có thể được kết hợp để thu
được vật liệu PU mong muốn.
Hình 1121 Con đường chung để tổng hợp polyurethane
5
Bảng 111: Các thành phần trong PU và lý do sử dung chúng
Thành phần
Lý do sử dung
Isocyanate
Là tiên chất, đồng thời quyết định khả năng
đóng rắn của PU.
Polyol
Đóng góp các đoạn mạch dài linh hoạt, tạo ra
các polyme mêm dẻo
Xúc tác
Để tăng tốc độ phản ứng giữa isocyanate và
polyol và cho phép phản ứng diễn ra ở nhiệt độ
thấp hơn
Chất/ hóa dẻo
Để giảm độ cứng vật liệu
Chất tạo màu
Sản xuất vật liệu PU màu, đặc biệt cho muc
đích thẩm mỹ
Chất tạo liên kết chéo
Để biến đổi cấu trúc của phân tử PU và tăng
cường tính chất cơ học của vật liệu
Tác nhân trợ nở/ Chất Để hỗ trợ sản xuất xốp PU, giúp kiểm soát sự
hoạt động bê mặt
hình thành bong bóng trong tổng hợp và kiểm
soát cấu trúc lỗ xốp
Chất độn
Để giảm thiểu chi phí và cải thiện tính chất vật
liệu, chẳng hạn như độ cứng và độ bên kéo
Chất chống cháy
Để giảm tính dễ cháy của vật liệu
Chất giảm khói
Để giảm tỷ lệ phát sinh khói khi vật liệu bị
cháy
Phu gia có thể được đưa vào trong quá trình tổng hợp PU bao gồm chất
làm chậm cháy, chất tạo màu, chất tạo liên kết chéo, các chất độn, chất trợ nở
và chất hoạt động bê mặt. PU có thể được chế tạo thành bất kỳ hình dạng nào
với nhiêu đặc tính khác nhau chỉ bằng cách thay đổi số lượng và loại polyol,
6
isocyanate hoặc chất phu gia. Các thành phần phổ biến nhất có thể được tìm
thấy trong các PU điển hình và các lý do sử dung được trình bày trong Bảng
1.1 [1].
1.1.2.1. Polyol
Các polyol được sử dung cho tổng hợp PU là các oligome hay các
polyme chứa ít nhất hai nhóm hydroxyl (–OH). Có nhiêu loại polyol khác
nhau, trong đó các loại polyol được sử dung phổ biến nhất là polyete và
polyeste.
Hình 11g1 Công thức cấu tạo của một số polyol điển hình
7
Polyol thường được sử dung dưới dạng hỗn hợp của các phân tử tương
tự vê bản chất nhưng có trọng lượng phân tử và số lượng các nhóm –OH khác
nhau. Mặc dc hỗn hợp các polyol rất phức tạp, nhưng các polyol sử dung
trong công nghiệp có thành phần đa được kiểm soát cẩn thận để có được các
tính chất phc hợp. Ví du, xốp PU cứng được làm từ các polyol có trọng lượng
phân tử thấp (vài trăm đơn vị), trong khi xốp PU mêm thường sử dung các
polyol có trọng lượng phân tử cao (khoảng trên mười nghìn đơn vị) [1].
1.1.2.2. Isocyanate
Bảng 112: Cấu trúc hóa học của một số isocyante quan trọng
Hợp chất
Cấu trúc
Methylene diphenyl
diisocyanate
Hexamethylene
diisocyanate
Isophorone diisocyanate
Toluene diisocyanate
Hexamethylene
diisocyanate
Isocyanate là thành phần quan trọng trong việc tổng hợp polyurethane.
Isocyanate sử dung để tổng hợp PU phải có hai hoặc nhiêu nhóm isocyanate (NCO) trên mỗi phân tử. Các isocyanate được sử dung phổ biến nhất là
8
methylene diphenyl diisocyanate (MDI), toluene diisocyanate (TDI) và các
diisocyanate mạch thẳng. Cấu trúc của một số isocyanate phổ biến được minh
họa trong Bảng 1.2. Nói chung, MDI và TDI rẻ hơn và có khả năng phản ứng
cao hơn so với các isocyanate khác. MDI và TDI sử dung trong công nghiệp
là hỗn hợp các đồng phân và thường bao gồm vật liệu polyme. Chúng thường
được sử dung để sản xuất xốp PU mêm được ứng dung trong sản xuất ghế
ngồi xe hơi hoặc xốp để sản xuất nệm [4]. Chúng cũng có thể được sử dung
để sản xuất xốp cứng, làm vật liệu cách nhiệt trong tủ lạnh và sản xuất các vật
liệu có tính đàn hồi (như cho đế giày).
1.1.2.3. Xúc tác
Các chất xúc tác thường được kết hợp vào PU có thể được phân thành
hai loại chính: các phức kim loại và các hợp chất amin. Xúc tác amin truyên
thống bao gồm các amin bậc ba, như dimethylcyclohexylamine,
dimethylethanolamin, 1,4-diazabicyclo [2.2.2]octane và triethylenediamine.
Việc lựa chọn các chất xúc tác amin dựa trên khả năng điêu khiển phản ứng
trime hóa ure, urethane hoặc isocyanate của chúng. Các phức kim loại từ các
hợp chất của bismuth, chì, k,m, thiếc và thủy ngân cũng có thể được sử dung
làm chất xúc tác cho phản ứng tổng hợp PU. Thông thường, chất xúc tác được
sử dung trong việc tổng hợp PU có tính chọn lọc tcy thuộc vào ứng dung. Ví
du, các nanohybrid CuCo2O4/g-C3H4 được sử dung để giảm phát sinh CO và
nguy cơ hỏea hoạn [5].
1.1.2.4. Các chất kéo dài mạch và tạo liên kết chéo
Một nhóm hợp chất khác thường đóng vai trò quan trọng trong hình
thái polyme của PU là chất kéo dài mạch và chất tạo liên kết chéo. Các hợp
chất này thường kết thúc bằng các nhóm amin hoặc hydroxyl, với khối lượng
phân tử thấp. Một số chất kéo dài mạch được sử dung phổ biến bao gồm 1,4butanediol, cyclohexane dimethanol, ethylene glycol, hydroquinone bis (2hydroxyetyl) ete và 1,6-hexanediol [1].
1.1.2.5. Chất hoạt động bề mặt
9
Chất hoạt động bê mặt thường được sử dung để cải thiện các tính chất
của vật liệu PU. Chúng thường là các polydimetylsiloxan - polyoxyalkylene,
ethylylate nonylphenol, dầu silicone và một số hợp chất hữu cơ khác. Đối với
việc sản xuất xốp PU, chất hoạt động bê mặt được sử dung để nhũ hóa các
thành phần chất lỏeng, kiểm soát kích thước lỗ xốp và ổn định cấu trúc lỗ xốp
nhằm chống lại sự sup đổ của cấu trúc cũng như hạn chế việc tạo khoảng
trống giữa các bê mặt tiếp xúc. Trong một số vật liệu PU khác, chúng được sử
dung như tác nhân chống tạo bọt và khí. Tuy nhiên, có một vài nhược điểm
liên quan đến việc sử dung chất hoạt động bê mặt để tổng hợp PU. Ví du, các
chất hoạt động bê mặt thông thường có khối lượng phân tử thấp có thể gây ra
sự phân lớp và ăn mòn [6].
1111g1 Các loại polyurethane
1.1.3.1. Xốp polyurethane cứng
Xốp PU cứng có thể được tổng hợp từ nguồn polyol gốc dầu mỏe hoặc
polyol sinh học từ dầu thực vật hoặc lignin thực vật. Các tính chất của PU phu
thuộc vào loại nhóm hydroxyl có trong polyol. Ví du, Các PU được tổng hợp
từ glycerine (một polyol gốc dầu mỏe, chứa một nhóm hydroxyl sơ cấp) và từ
dầu thực vật thể hiện các tính chất cơ lý khác nhau. Ngoài ra, phản ứng giữa
một polyol chứa nhóm hydroxyl thứ cấp và isocyanate thấp hơn so với phản
ứng giữa một polyol chứa nhóm hydroxyl sơ cấp và isocyanate. Vì vậy, hỗn
hợp giữa các polyol này thường được sử dung để giảm sự tiêu thu của polyol
gốc dầu mỏe [7].
Xốp PU cứng được biết đến nhiêu nhất với vai trò là vật liệu cách nhiệt
và tiết kiệm năng lượng. Việc sử dung loại vật liệu này giúp giảm đáng kể chi
phí năng lượng và giá thành sản phẩm. Theo báo cáo từ Bộ Năng lượng Mỹ,
hệ thống sưởi và làm mát là một trong những nguồn tiêu thu năng lượng chính
trong phần lớn các hộ gia đình và chiếm khoảng 48% tổng năng lượng tiêu
thu trong một hộ gia đình ở Mỹ [8]. Để đảm bảo sự ổn định nhiệt cũng như
giảm tiếng ồn cho các thiết bị gia dung và thương mại, các nhà xây dựng s, sử
dung xốp PU cứng. Vật liệu này đa được chứng minh là có hiệu quả trong
việc cách nhiệt, và do đó đa được áp dung trong cửa sổ cách nhiệt, tường và
- Xem thêm -