lý thuyết polyurethane, công nghệ, ứng dụng

Lịch sử phát triển polyurethane Hóa học về polyurethane dựa trên nền tảng vào năm 1849 khi Wurtz và Hofmann lần đầu tiên báo cáo về phản ứng giữa isocyanate và một hợp chất hydroxy. Nhưng mãi cho đến năm 1937 khi Otto Bayer và các cộng sự tại phòng thí nghiệm I.G. Farnen, Đức, tìm ra được ứng dụng thương mại dựa trên phản ứng giữa hexamethylene diisocyanate và butanediol, sản phẩm có tính chất cơ lý tương tự nylon (polyamides), ngày nay vẫn còn được sử dụng để làm các sợi cho bàn chải. Sự thiếu trầm trọng nguyên vật liệu trong chiến tranh thế giới II (1937 – 1945) đã giúp đẩy mạnh sự phát triển nguyên liệu polyurethane cho ngành sợi, sơn và mút xốp. Tuy nhiên sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực này xảy ra vào những năm 1950 khi người ta tìm ra nguyên liệu mới Toluene diisocyanate (TDI) và polyester polyol để sản xuất mút mềm ở Đức. Sự nhảy vọt thực sự vào năm 1957 khi có nhiều loại polyether polyols (poly ete) được cho vào công thức mút xốp. Chúng không chỉ có giá cạnh tranh hơn mà mút tạo ra còn có tính chất cơ lý tốt hơn các sản phẩm từ polyester polyol (poly este). Sự phát triển mạnh mẽ hơn còn nhờ vào nhu cầu lớn mạnh từ thị trường Châu Âu, Mỹ và Nhật Bản. Ngày nay polyurethane đứng hàng thứ 6 trong tổng lượng tiêu thụ các loại polymer, với khoảng 6% thị trường tiêu thụ. Phần ứng dụng lớn nhất của urethane là mút xốp mềm (khoảng 44%), mút cứng (khoảng 28%), còn lại 28% cho ứng dụng trong sơn, keo dán, gioăng phớt và dạng PU đàn hồi. (số liệu về thị phần ứng dụng có thể khác nhau tùy theo vùng, nước, khu vực). Không giống như những polymer khác như là polyethylene, polystyrene hay polyvinyl chloride … được tạo nên từ các monomer ethylene, styrene hay vinyl chloride (vinyl clorua)…, polyurethane không được tạo nên từ các đơn vị urethane theo cách thông thường mà dựa trên phản ứng từ các polyhydroxy như là polyether polyol với các isocyanate. Nói ngắn gọn polyurethane là những polymer chứa nhóm liên kết (-NH-CO-O-). 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.

  • bà con đừng spam để tui post dần các công nghệ, ứng dụng về PU trong mục này nhé! Mọi góp ý nhắn vào message tui nhé!Nhớ thanks động viên nhé!:bepdi(

Lý thuyết các hợp chất hoạt động cho phản ứng polyurethane Phản ứng urethane cơ bản là phản ứng giữa một hợp chất isocyanate và một hợp chất chứa hydro hoạt động. Isocyanate là những hợp chất có một hay nhiều nhóm isocyanate hoạt động (-N=C=O). Hydrogen (-H) hoạt động nói chung được gắn lên một nguyên tử có độ âm điện lớn như là Nitrogen (N), oxygen (O), sulphur (S) hay chlorine (Cl). Những hợp chất sau chứa hydrogen hoạt động: Amine bậc một: R – NH2 Amine bậc hai: R2NH Rượu bậc một/ nước: R – CH2 – OH/H – O – H Rượu bậc hai: R2CH - OH Rượu bậc ba: R3C - OH Carboxylic acid R - COOH Các hợp chất ure: R – NH –CO – NH - R Các hợp chất urethane: R – NH – CO - O – R’ Amide: R – CO – NH2

(tham khảo: Plexible Polyurethane Foam - Urethanes Unlimited)

Nguyên liệu sản xuất polyurethane Giới thiệu: Hóa chất cơ bản để sản xuất mút xốp polyurethane cơ bản gồm có:

  • Isocyanate
  • Polyol hay các hợp chất polymer tương tự (những hợp chất chứa nhóm – OH)
  • Nước 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
  • 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)

Ngoài ra còn có thể thêm các phụ gia khác chu những mục đích riêng biệt. Các nguyên liệu thô trên sẽ lần lượt được giới thiệu dưới đây.

Polyol: Giới thiệu chung: Thuật ngữ “polyol” để chỉ tên các rượu đa chức. Có hai loại polyol chính sử dụng trong công nghiệp urethane là polyester polyol và polyether polyol. Polyether polyol ngày nay chiếm hơn 90% lượng polyol sử dụng, do đó chúng ta sẽ không bàn thêm nhiều về polyester polyol. Polyether polyol là dạng rượu đa chức có mạch dài chứa nhóm liên kết ether (ê te C – O - C) (* có những thuật ngữ không chính xác sẽ được sửa sau mong bà con góp ý!)

Organic oxide (oxit hữu cơ) để tổng hợp polyol Các oxit hữu cơ để sản xuất polyether polyol là các epoxide (e pô xít) có chứa vòng ether. Các ô xít hữu cơ sử dụng để sản xuất polyether polyol thường là các alkene oxide (an ken oxit) như là:

Sản xuất Polyol

Phản ứng cộng giữa alkene oxide với chất khởi đầu xảy ra trong điều kiện có mặt của xúc tác, thường là một base mạnh (ba zơ mạnh).
Nếu chất khởi đầu sử dụng có hai chức, thí dụ, ethylene glycol hay propylene glycol, khi đó sản phẩm (hỗn hợp sản phẩm) sẽ chứa hai chức polyol hay diol. Ví dụ, ethylene glycol có thể chuyển thành poly (exoethylene) glycol với khối lượng phân tử điều khiển theo lượng ethylene oxide thêm vào:

Nếu chất khởi đầu chứa ba chức như là glycerine, khi cộng với alkene oxide tạo ra chuỗi tuyến tính theo ba hướng. Sản phẩm phản ứng sẽ là dạng triol (chứa ba nhóm OH). Tính chất vật lý và hóa học của polyol phụ thuộc phần lớn vào các yếu tố: 1 Loại alkene oxide sử dụng 2. Thứ tự cộng hợp alkene oxide sử dụng (nếu sử dụng nhiều alkene oxide) 3. Nhóm chức của chất khởi đầu

         Ethylene oxide (E.O) và propylene oxide (P.O) là hai alkene oxide được sử dụng trong thương mại. Bằng cách thay đổi tỷ lệ của E.O và P.O sẽ tạo ra nhiều loại cấu trúc polyol khác nhau.
        Nếu E.O được cộng vào sau cùng, sản phẩm sẽ có đuôi là nhóm hydroxy bậc một (OH):

Nếu quá trình polymer hóa với các alkene oxide khác như là P.O sẽ cho đuôi là nhóm hydroxy bậc hai. Nhóm hydroxy bậc một hoạt động hơn nhóm bậc hai, polyol có nhóm bậc một thường được gọi là polyol bịt hay nắp E.O, có hoạt tính cao hơn các polyol khác.

Kiểu polyol và ứng dụng

          Hai đặc trưng quan trọng nhất của polyol là khối lượng phân tử và nhóm chức được biểu thị liên hệ qua biểu thức:

Khối lượng đương lượng (E.W) = (khối lượng phân tử)/(số nhóm chức) Bảng dưới chỉ mối liên hệ giữa nhóm chức và khối lượng đương lượng của polyol và ứng dụng sử dụng của chúng.

Polyol cho mút khối mềm Polyol cho mút khối mềm chủ yếu là các triol (ba nhóm chức) có khối lượng đương lượng nằm trong khoảng 500 đến 2500. Cũng có thể sử dụng hỗn hợp của triol và diol nhưng với điều kiện lượng nhóm chức trung bình không bé hơn 2,5. Các polyol cơ bản là poly (oxypropylen) triol với các khối oxyethylene (-CH2-CH2-O-) chiếm khoảng 5 đến 20% khối lượng. Polyol cho mút khối đàn hồi cao hoặc mút đổ khuôn Là những polyol đầu bịt E.O có phân tử lượng đương lượng khoảng từ 1500 đến 2100.

Polyol cho mút cứng (Rigid foam)

      Polyol cho mút cứng thường có số nhóm chức cao ( > 3) và có phân tử lượng đương lượng nhỏ hơn 200. Cần sử dụng polyol có số nhóm chức cao vì mút cứng cần lượng liên kết ngang lớn hơn.

Bảng : lượng nhóm chức và phân tử lượng đương lượng của polyol và kiểu mút

Isocyanate Tất cả các isocyanate sử dụng trong công nghiệp polyurethane chứa ít nhất hai nhóm isocyanate. Isocyanate sử dụng phổ biến nhất là toluene diisocyanate (TDI) và diphenylmethane – 4,4’- diisocyanate (MDI). Toluene Diisocyanate (TDI) Toluene diisocyanate (hay tolylene diisocyanate) có một số đồng phân, hai đồng phân quan trọng nhất là đồng phân 2,4 – và đồng phân 2,6 - . Toluene diisocyanate thương mại thường dùng là TDI 80/20 hay T – 80 trong đó có chứa 80% đồng phân 2,4 – và 20% đồng phân 2,6 - . Ngoài ra còn có TDI 65/35 hay T – 65 là hỗn hợp của 65% đồng phân 2,4 – và 35% đồng phân 2,6 - . Thứ tự hoạt tính hóa học của các nhóm isocyanate như sau: 4 – NCO > 2- và 6 – NCO > 2 – NCO (đồng phân 2,4 -) (đồng phân 2,6 -) (đồng phân 2,4 -) Tốc độ phản ứng tương ứng là 8 : 3 : 1 ở 38oC. Do đó nhóm 4 – NCO ưu tiên phản ứng hơn. 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 dụng trong sản xuất mút cứng.

Diphenylmethane – 4,4’-diisocyanate (MDI)

Thông thường được gọi là methylene diphenyl diisocyanate (hay MDI), trong thương mại nó thường ở dạng thô. MDI tinh khiết có màu vàng nhạt, MDI thô thường có màu vàng đến nâu chứa chủ yếu 55% diphenylmethane diisocyanate (4,4’ – và đồng phân 2,4’ - ), 25% triisocyanate và 20% các polyisocyanate cao hơn được gọi là polymethylene polyphenyl isocyanate (PMPPI).

Cả dạng MDI thô lẫn tinh khiết có áp suất bay hơi thấp hơn TDI và ít độc hơn. Hỗn hợp của MDI thô và TDI 80/20 HAY tdi 65/35 được sử dụng để sản xuất mút mềm đàn hồi, cả dạng khối lẫn dạng đổ khuôn. Mút cứng và mút bán cứng sử dụng chủ yếu là MDI thô. MDI tinh khiết thường đắt và ít khi được sử dụng.

[b]* bà con đừng spam để tui post dần các công nghệ, ứng dụng về PU trong mục này nhé! Mọi góp ý nhắn vào message tui nhé!Nhớ thanks động viên nhé! Nhấn vào để xem thêm về mút cứng, mút mềm

[/b]

Hi tanyenxao,

Trong thương mại,TDI và MDI không có ở dạng 100% monomer.Nó thường có kèm theo dimer,trimer và hàm lượng di-trimer này phụ thuộc thời gian lưu trữ.

Do tính chất độc hại, các chất này, nhất là HDI, ngày nay thường không được dùng đơn nhất mà phải phối hợp với các oliogmer mạch thẳng khác chứa isocyante ít độc hại hơn.

Thân,

Teppi

Bổ sung thông tin bên lề:

Tôi không biết khái niêm bên chổ bạn như thế nào về dimer, trimer, tetramer,… pentamer,… của những anh “MDI”,“TDI”,"HDI"có độ nhớt cao hơn giá trị chuẩn của nó sau một thời gian lưu trữ hoặc đã mở nắp ra trích dùng từ thùng chứa.

Không có một đại gia Hustman, Dow, BASF nói cho bác vấn đề về “gót chân Asin” nhạy ẩm và “sự chết” một phần của nó đâu.

Vì họ muốn sản phẩm của mình là number 1 mà.

Nhưng với người dùng lâu năm trong ngành sản xuất ứng dụng như tôi thì chuyện đó không thể nói khác đi được. Chỉ có điều là hệ thống khái niệm của chổ tôi thì các chuyên gia bên Akzo, Philips, Fujitsu, Sammsung, Nike, cũng như Bayer đều nói thế.

Ngoài ra, một số polymer từ acid béo không no của dầu thực vật, hoặc polyester hoặc novolak hoặc từ cardanol-formaldehyde có số đơn vị lặp lại thấp ( n= 5-10) được biến tính bằng “grafting” các nhóm chức isocyante có khả năng phản ứng với ẩm và khô tạo màng phim . Các anh này cũng được xếp vào nhóm ứng dụng từ oligomer isocyante.

Bạn nào trong diễn đàn có ý kiến thêm thì bổ sung vào trong một topic khác làm rõ vấn đề này hơn.

Thân,

Teppi

Chất trợ nở vật lý (Physical blowing Agent) Trong sản xuất mút polyurethane, carbon dioxide (CO2) thường được tạo ra bằng phản ứng giữa isocyanate với nước. Do đó, nước là tác nhân thổi (trợ nở) hóa học, vì nó đi kèm với phản ứng hóa học. Loại chất trợ nở thứ hai hay còn gọi là chất trợ nở phụ trợ thường sử dụng cho mút mềm hoặc mút có tỷ trọng nhỏ hơn 24kg/m3. Không có phản ứng hóa học xảy ra giữa chất trợ nở vật lý với bất kỳ thành phần hóa học của mút. Chất trợ nở vật lý hầu hết là chất lỏng có nhiệt độ sôi thấp và hầu hết là dung môi. Nhiệt độ phát ra từ phản ứng giữa isocyanate và polyol, nước thường cao hơn mức đủ để làm sôi hay làm bay hơi các chất trợ nở vật lý này. Danh sách các chất trợ nở vật lý sẽ được cập nhật sau, vì hiện nay đã có rất nhiều chất bị cấm theo công ước Montreal hay nghị định thư Kyoto

Xúc tác amine (Amin) A min bậc 3 đã được sử dụng từ lâu làm xúc tác cho sản xuất polyurethane. Chúng đóng vai trò cân bằng và điểu khiển phản ứng gel hóa và phản ứng thổi (tạo bọt lớn) do đó quá trình tạo mút được điều chỉnh thích hợp. Kiểu cũng như nồng độ xúc tác amin có thể được lựa chọn để phù hợp cho quá trình mong muốn như là phản ứng nở, thời gian phản ứng (thí dụ, thời gian tạo kem (cream) thời gian nở và thời gian gel hóa) và ngay cả cho lớp da bên ngoài của mút. Lượng xúc tác amin có thể điều chỉnh để cải thiện khả năng tạo khí và để giảm thiểu biến thiên tỷ trọng. Các xúc tác amine thương mại thường chứa nhiều amin khác nhau, hoạt tính của chúng tất nhiên là không giống nhau. Một số có thể xúc tác cho phản ứng nở, số khác cho phản ứng gel hóa. Bảng dưới đây giới thiệu một số xúc tác amine thông thường và ứng dụng.

Các bạn sử dụng nhiều về xúc tác xin bổ sung thêm nhé:chocwe (

Xúc tác thiếc Các dẫn xuất hữu cơ của thiếc (Tin) được biết có tính xúc tác mạnh đối với phản ứng gel hóa (phản ứng làm khối polyurethane quánh lại). Khi sử dụng kết hợp với xúc tác amin, phản ứng thổi và phản ứng gel hóa có thể cân bằng nhanh chóng hơn. Stannous Octoate (tên hợp chất muối thiếc, tên theo IUPAC: tin(II) 2 – ethylhexanoate) là xúc tác thiếc thông dụng nhất hay dùng trong sản xuất mút khối mềm. Mức xúc tác stannous octoate thấp, mút sẽ nứt do gel hóa không đủ và phản ứng thổi tương đối dư. Tăng nồng độ xúc tác stannous octoate vừa phải sẽ cho mút tế bào mở và bớt căng. Tăng xúc tác nhiều thêm nữa sẽ giảm độ đàn hồi và tạo mút khít hơn. Tăng nhiều lược xúc tác thiếc, làm cho quá trình gel hóa quá nhanh làm cho các khoang tế bào mút khó vỡ ra được. Bảng kết luận về nồng độ xúc tác ảnh hưởng lên mút ở dưới đây, dựa vào đó mà bạn có thể xác định công thức pha trộn phù hợp theo kinh nghiệm. Ảnh hưởng của thành phần hóa học lên lượng xúc tác cần dùng

Trong đổ khuôn lạnh/mút đàn hồi cao,  có thể dùng dibutyltin dilaurate (DBTDL) lượng rất nhỏ ( thường < 0,1 pphp -parts per hundred parts of polyol) để cải thiện độ bền của mút.

Các chất phụ gia khác Chất tạo màu Cả màu hữu cơ lẫn vô cơ đều sử dụng được. Chúng có thể phân chia thành:

  1. Màu không tan trong nước. Chúng thường phân tán trong polyol hay trong chất dẻo hóa (plasticizer).
  2. Tan trong nước. Có nhiều loại và hầu hết thường thay đổi nồng độ theo nước, do đó có thể giảm theo tổng lượng nước trong công thức mút. Chất chống cháy (Fire Retardant-Làm chậm cháy) Có nhiều chất chống cháy một phần hay làm chậm cháy trong thương mại nhưng tất cả thường thấy có gây bệnh ung thư. Thêm một lượng nhỏ (lên đến 2 pphp- phần theo phần trăm polyol) chất làm chậm cháy thường không gây ảnh hưởng hoặc rất nhỏ đến tính chất cơ lý của mút. Nhưng khi tăng lượng đáng kể của chất chậm cháy sẽ gây ảnh hưởng tới tính chất cơ lý của mút.

Chất tạo liên kết ngang và chất tăng mạch Đây là những chất có hoạt tính hóa học có thể sử dụng phối hợp trong sản xuất polymer nhờ phản ứng hóa học. Để sản xuất mút chịu tải trọng cao cần phải cải thiện lượng liên kết ngang trong polymer. Tuy nhiên, vì những chất này thường rất hoạt động, việc chọn lọc và nồng độ của chất tạo liên kết ngang, cũng như bản chất của polyol tương ứng là có giới hạn nên phải cân nhắc theo công thức phù hợp. Chi tiết về các phụ gia, xúc tác, sẽ được cập nhật vào thời gian tơi! Bà con có đóng góp gì gửi message mình sẽ thêm nguyên văn và người đóng góp nhé, Thanks trước. Đừng add thông tin bên dưới để mình post tiếp các phần khác

Hình thành mút polyurethane Qúa trình hình thành mút Có một loạt các tiến trình xảy ra trong quá trình tạo mút polyurethane được tổng hợp sau đây:

  1. Pha chế thành phần và khuấy trộn mút. Các thành phần hóa học được pha chế (thường bằng thiết bị định chuẩn) theo lượng và tỷ lệ thích hợp và được khuấy trộn với nhau (trong đầu trộn của máy (mixing head) hoặc trong bình chứa đối với trường hợp trộn tay (hand-mixing)). Trong quá trình khuấy trộn, một lượng nhỏ bóng khí hình thành trong khối chất lỏng. Trong trường hợp máy đổ mút, một lượng nhỏ khí được bơm vào trong buồng trộn.
  2. Thời gian tạo kem (Creamtime). Sau một khoảng thời gian ngắn, các khí trợ nở (CO2 hay các chất trợ nở khác) bắt đầu khuếch tán vào trong và làm tăng lượng bóng khí nhỏ trong khối chất, hiện tượng giống như khối kem. Thời gian bắt đầu trộn đến khi khối chất chuyển thành kem gọi là thời gian tạo kem, thường khoảng 6 – 15 giây đối với mút mềm (mút cứng thường thời gian tạo kem lâu hơn).
  3. Nở (Rising). Khi các khí thổi được tạo ra nhiều hơn, hỗn hợp mút tiếp tục nở và trở nên nhớt hơn khi quá trình polymer hóa còn xảy ra trong pha lỏng. Tổng số bóng khí giữ nguyên không đổi trong quá trình nở mút. Giảm sức căng bề mặt bằng silicone hoạt động bề mặt làm cho khối mút ổn định hơn và ngăn được các bóng khí kết khối lại với nhau.
  4. Nở hoàn toàn (Full rise). Khoảng 100 – 200 giây sau khi trộn, phản ứng thổi dừng lại còn phản ứng gel hóa tiếp tục. Kiến trúc của tế bào chứa đầy khí dần dần vững chắc hơn, thành mỏng của chúng có thể không giữ áp suất khí lâu hơn. Khi nở hoàn toàn, những thành mỏng này vỡ ra và các khí được giải phóng (xì hơi) cuối cùng mút được gel hóa phù hợp và đủ mạnh để giữ khối mút ổn định. Thời gian từ khi bắt đầu đến nở hoàn toàn (đến lúc xì hơi) được gọi là thời gian nở rise time.
  5. Gel hóa (Gelling). Phản ứng gel hóa (hay polymer hóa) tiếp tục cho đến khi đạt được thời gian gọi là thời gian gel hóa Gel time (thường 20 – 120 giây sau thời gian nở) khi khối mút đã được gel hóa. Để kiểm tra khối mút đã được gel hóa hay chưa, dùng que gỗ nhúng đi nhúng lại sâu khoàng 2 – 4 cm vào khối mút cho đến khi cảm thấy sự đàn hồi. Khi lớp da bên ngoài khối mút không dính khi chạm đầu ngón tay vào tức là đã đạt đến thời gian không dính tack free time. Mặc dù thời gian gel hóa thường xảy ra sau thời gian nở khi sản xuất mút mềm, nhưng nó có thể là ngược lại đối với mút cứng.
  6. Lưu hóa (Curing). Khối mút sau đó được chuyển vào khu vực lưu hóa khoảng ít nhất 24 giờ để cho phản ứng gel hóa (hay polymer hóa) xảy ra hoàn toàn.

ảnh hưởng sự thay đổi công thức lên tính chất vật lý của mút Phần này chúng ta sẽ thảo luận về ảnh hưởng của sự thay đổi thành phần hóa học lên tính chất vật lý của mút. ảnh hưởng của mức độ thổi (thổi bọt khí) lên tỷ trọng Tỷ trọng của mút được xác định bằng lượng chất trợ nở có mặt trong công thức đổ mút. Sau nữa nó được xác định bằng tỷ lệ thổi (blow index) là số tỷ lượng của phần nước theo 100 phần polyol. Có tồn tại mối liên hệ mang tính kinh nghiệm giữa hiệu xuất thổi của nước và của trichlorofluoromethane (TCFM) và với dichloromethane (hay methylene chloride, MEC); 1 phần của nước = 10 phần TCFM = 9 phần MEC

Liên hệ này hoàn toàn phụ thuộc vào điều kiện xung quanh và thực hiện trên máy đổ mút ổn định nhiệt hóa chất tốt. Có sự khác biệt lớn so với ở các nước nhiệt đới và những nơi có độ cao lớn so với mặt nước biển.
Dựa vào mối liên hệ của hiệu xuất thổi, tỷ lệ thổi có thể được xác định như sau:

Tỷ lệ thổi (Blow index) = phần nước theo 100 phần polyol (pphp water) + pphp TCFM/10 + pphp MEC/9 Nói chung, tỷ lệ thổi càng cao, tỷ trọng của mút càng thấp. ở tỷ những tỷ lệ thổi rất cao, sự giảm tỷ trọng không nhiều. Xem thêm biểu đồ về tỷ lệ thổi và tỷ trọng của mút trong hình trên.

ảnh hưởng của kiểu chất trợ nở (chất thổi bọt) lên độ cứng của mút Khi tăng lượng nước trong công thức sẽ làm tăng lượng phản ứng tạo nhóm urea, do đó làm tăng độ cứng của mút. Đồng thời tỷ trọng của mút sẽ giảm và kiến trúc tế bảo mút nhỏ và yếu hơn do đó làm giảm khả năng chịu tải trọng. Biểu đồ mô tả ảnh hưởng của nước lên độ cứng: Nước ở những mức độ thấp, khi thay đổi lượng nhỏ trong công thức cũng làm ảnh hưởng lớn đến độ cứng. Tác nhân thổi vật lý (trợ nở vật lý) như là TCFM và MEC (hiện nay hay dùng 141b1,1-dichloro-1-fluoroethane) không phản ứng với isocyanate để tạo ra nhóm ure. Khi tăng lượng chất trợ nở vật lý thường dẫn đến kết quả là làm giảm độ cứng của mút. Xem minh họa trong biểu đồ dưới đây:

Ảnh hưởng tỷ lệ isocyanate lên độ cứng của mút Với tỷ lệ isocyanate khác nhau trong công thức mút sẽ độ cứng khác nhau. Trong sản xuất mút khối mềm, tỷ lệ isocyanate trong khoảng 105 đến 115 trong vòng khoảng đó đố cứng của mút có thể điều chỉnh an toàn và nhanh chóng. Nói chung, mút trở nên cứng hơn khi tỷ lệ isocyanate tăng. Tuy nhiên, đến điểm tới hạn độ cứng không tăng đáng kể nhưng những tính chất vật lý như là độ dãn, sức căng và sức đàn hồi trở nên rất tệ hại. Trong mút mềm đổ khuôn, tỷ lệ isocyanate thường rơi vào khoảng 85 – 110 cho cả đổ khuôn nóng lẫn khuôn lạnh.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đổ mút polyurethane Các yếu tố vật lý

  1. Kiểu máy đổ mút
  2. Định chuẩn (khả năng định chuẩn của máy)
  3. Số lượng dòng hóa chất và nhiệt độ
  4. Thiết kế đầu trộn
  5. Thiết kế cánh khuấy và tốc độ khuấy (đối với máy áp thấp)
  6. Khí bơm vào
  7. Thiết kế nozzle pha chế
  8. Độ nghiêng băng tải và tốc độ (đối với mút khối)
  9. Tốc độ chạy ngang (đối với mút khối, roof)
  10. Nhiệt độ khuôn (mút đổ khuôn)
  11. Nhiệt độ xung quanh, áp suất và độ ẩm

Kỹ thuật đổ khuôn Hai kỹ thuật đổ khuôn chính trong công nghiệp polyurethane đó là kỹ thuật lưu hóa nóng và lưu hóa lạnh. Liên quan đến đổ khuôn lưu hóa nóng là áp dụng nhiệt độ cao vào lưu hóa nhằm giúp mút đạt được tính chất cơ lý tối đa như người sử dụng mong muốn. Công thức và thành phần của mút này tương tự như mút khối truyền thống ngoại trừ sử dụng cá polyol đầu bịt E.O (ethylene oxide) và một lượng nhỏ các hệ xúc tác khác. Đổ khuôn lưu hóa lạnh được phát triển thời gian gần đây và không cần lò lưu hóa. Độ phản ứng cao của các thành phần đảm bảo phản ứng hoàn toàn ở nhiệt độ môi trường xung quanh. Những năm gần đây, nhiều công nghệ mới đã phát triển để sản xuất mút có độ đàn hồi theo trục thẳng đứng không dưới 60% và suất đàn hồi lớn hơn 2.3. Những mút như thế gọi là mút đàn hồi cao được thực hiện hầu hết trong đổ mút khuôn lạnh. Do đó thuật ngữ lưu hóa lạnh và đàn hồi cao ra đời. Trong khi mút đổ khuôn nóng thường là những khối mút có tỷ trọng cao, mút khuôn lạnh lại khá khác biệt. Ngoài thể hiện tính đàn hồi của mút cao su thiên nhiên, thì độ bền và tính chịu lửa vượt khá trội so với cao su. Sự khác nhau về đổ khuôn nóng và khuôn lạnh ghi ở bảng dưới đây.

(bảng cập nhật sau nghe bà con!)

Các lỗi khi sản xuất mút mềm hay gặp phải!

Mọi sự mô tả mang tính tương đối, bà con xem và bổ sung thêm nhé! Thanks!:24h_112:

  1. Lỗi sản phẩm Sôi Mô tả Xuất hiện nhiều bóng khí lớn và rộp bề mặt Cách khắc phục Kiểm tra chất lượng silicone và lượng dùng.

Kiểm tra chất lượng và lượng dùng xúc tác thiếc. 2. Lỗi sản phẩm Xụp mút (xụp foam) Mô tả Mút nở lên sau đó xụp xuống (hiện tượng co rút) Cách khắc phục Kiểm tra chất lượng và lượng sử dụng silicone

Kiểm tra chất lượng và lượng dùng xúc tác thiếc.

Kiểm tra những chất bẩn có thể có trong mút.

3. Lỗi sản phẩm Bóng khí trời ơi! (Crazy balls) Mô tả Những bóng khí nhỏ di chuyển nhanh dưới bề mặt mút Cách khắc phục Với máy áp thấp: Tăng tốc độ khuấy trộn.

Máy áp cao: Tăng áp suất khuấy trộn.

Nói chung hạn chế tối đa sự bắn tung tóe khi phun ra.

4. Lỗi sản phẩm Bốc khói Mô tả Dư thừa hơi TDI bay khỏi bề mặt mút Cách khắc phục Kiểm tra xem có lỗi khuấy trộn hóa chất không, đặc biệt kiểm tra TDI, polyol và lượng nước đi ra.

5. Lỗi sản phẩm Sự trườn kem Mô tả Dòng hóa chất giai đoạn tạo kem di chuyển ngược trở lại điểm phun hóa chất Cách khắc phục Tăng tốc băng tải.

Giảm góc nghiêng băng tải

Giảm xúc tác amine

6. Lỗi sản phẩm Chạy chậm Mô tả Dòng chất chảy phía sau đã nở thành khối mút Cách khắc phục Tăng tốc đô băng tải.

Giảm góc nghiên băng tải

Tăng xúc tác

7. Lỗi sản phẩm Rỗ mặt trăng Mô tả Nứt nẻ lỗ chỗ ở trên và dưới bề mặt mút Cách khắc phục Máy áp thấp: Khuấy tốc độ thấp hơn/ khí trộn ít hơn

Máy áp cao: tăng áp suất khuấy trộn.

Tăng xúc tác thiếc và/ hoặc giảm xúc tác amine sao cho tế bào đủ mở.

Kiểm tra chất lượng silicone

Khiếm Khuyết vật lý

8. Lỗi sản phẩm Tế bào thô (không mịn) Mô tả Mút hình thành từ những tế bào lớn Cách khắc phục Kiểm tra mức độ và độ hoạt động của silicone.

Máy áp thấp: Tăng tốc đọ khuấy/ tăng khí trộn

Máy áp cao: giảm áp xuất trộn.

9. Lỗi sản phẩm Mút chết Mô tả Mút có độ đàn hồi thấp và tế bào đóng Cách khắc phục Giảm xúc tác thiếc.

Giảm mức độ silicone.

Gắng chỉnh sao cho kích cỡ tế bào tốt hơn.

10. Lỗi sản phẩm Lưu hóa chậm Mô tả Polymer đạt độ đàn hồi cần thiết quá chậm.

Mút quá yếu và quá dính để có thể cắt được.

Kích cỡ khối mút không đều khi ra khỏi đường hầm băng tải. Cách khắc phục Tăng xúc tác amine và/ hoặc xúc tác thiếc.

Kiểm tra lỗi định lượng nước/TDI/Polyol/thiếc.

11. Lỗi sản phẩm Phục hồi kém Mô tả Mút hồi phục chậm khi dùng vật nhọn làm lõm xuống Cách khắc phục Cải thiện dòng khí thổi mút bằng cách giảm xúc tác thiếc và/ hoặc mức silicone.

Cố để cho kích cỡ tế bào tốt hơn.

Cải thiện điều kiện lưu hóa.

12. Lỗi sản phẩm Mút bở (dễ vụn) Mô tả Mút bở và không có độ chịu tải cần thiết. Cách khắc phục Xem lại việc định lượng thiếc/polyol/TDI/Nước.

13. Lỗi sản phẩm Cháy sém Mô tả Màu không đẹp và mất tính chất trong lõi mút Cách khắc phục Kiểm tra lượng TDI/nước/polyol.

Kiểm tra các chất bẩn.

14. Lỗi sản phẩm Mùi Mô tả Mút thành phẩm có mùi không dễ chịu Cách khắc phục Dùng thử xúc tác amine khác.

Tăng thời gian cho mút bay hơi.

15. Lỗi sản phẩm Dính Mô tả Bề mặt vẫn dính sau thời gian dài Cách khắc phục Tăng lượng xúc tác các loại.

16. Lỗi sản phẩm Nứt zig – zag (nứt thiếc) Mô tả Nứt zig – zag trên bề mặt hoặc suốt khối mút Cách khắc phục Tăng nồng độ xúc tác thiếc.

Kiểm tra để giảm hoạt tính xúc tác thiếc.

Kiểm tra lưu lượng xúc tác thiếc.

Kiểm tra lưu lượng TDI và nước đi ra.

17. Lỗi sản phẩm Nứt hoạt tính hóa học Mô tả Nứt nhẹ hầu hết khối mút Cách khắc phục Giảm hoạt tính của toàn bộ hệ mút, thí dụ, xúc tác amin, thiếc, silicone.

Kiểm tra lưu lương ra của TDI.

18. Lỗi sản phẩm Sự hồi phục Mô tả Khối mút nở đến chiều cao tối đa rồi xẹp trở lại Cách khắc phục Tăng lượng silicone, kiểm tra lưu lượng ra.

Tăng và kiểm tra lưu lượng ra của thiếc.

19. Lỗi sản phẩm Co rút Mô tả Co rút trong quá trình lưu hóa Cách khắc phục Giảm xúc tác thiếc.

Giảm lượng silicone.

Máy áp thấp: tăng tốc khuấy trộn/kiểm tra khí trộn.

Máy áp cao: giảm áp xuất trộn.

Kiểm tra chất bẩn trong hệ.

20. Lỗi sản phẩm Khoảng trống Mô tả Những khoảng trống nhỏ phân bố ngẫu nhiên hầu khắp khối mút Cách khắc phục Tăng nồng độ xúc tác thiếc.

Tăng kích cỡ tế bào mút.

Máy áp thấp: giảm khí trộn, giảm tốc độ khuấy.

Máy áp cao: tăng áp suất khuấy trộn.

21. Lỗi sản phẩm Tạo lỗ hổng ở đáy Mô tả Khối mút có tế bào đóng, đáy bị khuyết Cách khắc phục Giảm xúc tác thiếc.

Kiểm tra xem định lượng có đúng không.

22. Lỗi sản phẩm Sức căng yếu Mô tả Sức căng yếu hơn bình thường Cách khắc phục Kiểm tra lưu lượng TDI/nước/polyol.

Giảm kích cỡ tế bào.

23. Lỗi sản phẩm Độ dãn dài kém Mô tả Độ dãn dài kém hơn bình thường Cách khắc phục Kiểm tra lưu lượng TDI/nước/polyol.

Giảm lượng TDI trong thành phần công thức.

24. Lỗi sản phẩm Độ nén cao Mô tả Độ nén cao hơn 10% Cách khắc phục Giảm lương thiếc, silicone.

Dùng TDI trong khoảng 105 – 108.

Sử dụng hệ xúc tác phối hợp.

Cải thiện điều kiện lưu hóa.

25. Lỗi sản phẩm Chịu tải kém Mô tả Chịu tải kém hơn mong đợi Cách khắc phục Tăng TDI.

Kiểm tra lưu lượng nước/TDI/polyol.

26. Lỗi sản phẩm Chịu tải quá cao Mô tả Công thức cho độ chịu tải cao hơn mong đợi Cách khắc phục Kiểm tra lưu lượng nước/TDI/polyol.

Giảm TDI.

Đầu trộn phun xốp polyurethane (Mixing heads) Kiểu:

Đầu trộn phun xốp pu áp suất cao Đầu trộn rót xốp polyurethane áp suất thấp phun hóa chất polyurethane & làm đầy hốc nhỏ Sản xuất Panel pu cách âm cách nhiệt Sản xuất Polyurethanes gia cường Phun mút xốp cách nhiệt đường ống Đầu trộn là bộ phận quan trọng nhất trong thiết bị sản xuất Polyurethanes. Đóng vai trò là trái tim của hệ thống! Nó phải đảm bảo trộn đều các thành phần hóa chất để cho ra mút xốp chất lượng cao.

Đầu trộn xốp pu cần phải dễ dàng bảo trì bảo dưỡng, nhằm tránh tiêu phí thời gian vô ích. Nó cần phải được gói gọn tối đa, giúp dễ dàng sử dụng không đòi hỏi phải huấn luyện nhiều cũng như dễ dàng gắn lên robot điều khiển.

Các nghiên cứu về động lực học, sử dụng các mô phỏng và mô hình toán học để dự đoán khả năng xảy ra trong điều kiện sử dụng thực tế, sử dụng hệ CAD để thiết kế, sản xuất trên các thiết bị điều khiển số, xử lý bề mặt tinh vi, điều khiển chất lượng dựa trên nhiều phương diện và các thử nghiệm về độ cứng: dưới đây là một số đầu trộn phun xốp polyurethane dùng cho thiết bị áp suất cao và áp suất thấp. Hiện tại đầu trộn xốp thường có lưu lượng ra khoảng 0.2 gr/giây, dùng cho kỹ thuật rót xốp áp suất thấp sản xuất miếng đệm (gasketing technology), hay lưu lượng lên đến 10,000 gr/giây dùng cho các hệ polyure phản ứng nhanh.

Đầu trộn áp cao FPL* Chuẩn hai thành phần (* Bằng sáng chế của Cannon) Được Cannon phát triển và nhận bằng sáng chế vào năm 1979, đầu trộn FPL* kể từ đó đã cải thiện đáng kể cách sản xuất polyurethane đổ khuôn.

Sự đổi mới trong đầu trộn dạng “L” là tránh gây bắn tung tóe khi đổ vào khuôn hở, mở ra một đường hướng cho một loạt các úng dụn mới và cải thiện điều kiện làm việc trước đó. Đầu trộn áp suất cao Cannon FPL

Cannon đã phát triển nhiều năm qua những kiểu đầu trộn áp cao FPL khác nhau, chuyên cho những ứng dụng đặc biệt cũng như yêu cầu về hiệu suất và yêu cầu về tiêu chuẩn chất lượng hoàn hảo.

Phối trộn tối ưu nhờ phương pháp phối trộn va chạm tốc độ cao của hai thành phần khi ra khỏi kim phun (jet). Qua giai đoạn đầu tiên đến buồng trộn thứ hai dòng chất hỗn loạn được phối trộn hoàn toàn. Dòng chất ra khỏi đầu trộn thành lớp mà không hề bắn tung tóe.

Khối lượng nhẹ: sự giảm kích thươc của đầu trộnCannon FPL, cũng như chất lượng các lớp hóa chất phối trộn đi ra, giúp cho FPL là thiết bị hoàn hảo dùng cho đổ khuôn hở. Hơn nữa trong trường hợp thao tác đổ tự động sử dụng robot hoặc bằng tay, có thể dùng loại kích cỡ nhỏ hơn hay kiểu giá thành thấp hơn nhằm có được tốc độ hay hiệu suất hoàn hảo mong muốn.

Đầu trộn áp cao chuẩn Cannon FPL dạng “L” hiện có các mẫu sau: Total Component Output () FPL 7 FPL 10 FPL 14 FPL18 FPL 24 FPL 32 Min Recommended 20 50 90 180 300 500 Max Laminar Flow 70 150 300 400 700 1850 Max Recommended 90 260 600 1100 2000 4600 () All value are calculated in cc/s, considering a component viscosity < 1000 cps.

Tuần tự hoạt động

Chu kỳ áp suất thấp

Chu kỳ áp thấp, về nguyên lý để đảm bảo tối ưu hóa mức nhiệt độ hóa chất, diễn ra giữa máy bơm và van hồi gắn trên đường đi của nguyên liệu. Thời gian của chu kỳ áp suất thấp được xác định do thiết kế máy. Khi thực hiện thao tác đổ, van hồi sẽ đóng lại, chuyển hóa chất chảy vào trong đầu trộn. Khi đó chu kỳ áp suất cao bắt đầu.

Chu kỳ áp suất cao

Đây là trạng thái ngắn trước thao tác đổ, trong quá trình đó áp suất của các hóa chất ổn định. Hóa chất, đi qua kim phun điều chỉnh được ở bên ngoài, chảy qua hai đường rãnh (trong piston buồng trộn) và chuyển hướng trở lại, chuyển về thùng chứa. Ở trang thái này áp suất của hóa chất chuyển về giá trị trước đó.

Pha chế (Dispense)

Kết thúc chu kỳ áp suất cao ống piston thụt vào. Khi piston chạm đáy, tín hiệu “bắt đầu đổ” được chuyển đến hệ điều khiển, đồng thời điểu khiển phun lượng chất và phối trộn tự động. Hai hóa chất lỏng phân tán mạnh vào nhau trong một buồng trộn nhỏ, chuyển từ áp suất di chuyển (khoảng 150-200 bar) thành năng lượng phối trộn.

Kỳ cuối

Các hóa chất tiếp tục chảy vào dưới áp suất cao một lúc trong đường rãnh hồi về, đảm bảo làm sạch hoàn toàm kim phun. Tiếp theo đó piston đẩy ra, loại bỏ phần polyurethan còn dư lại và đóng đầu trộn. Vạn hồi mở trở lại và bắt đầu chu kỳ áp suất thấp cho đến khi yêu cầu thao tác phối trộn kế tiếp.

Phần đầu trộn và thiết bị, do chủ yếu được tiếp cận máy của Cannon, nên trong cách giới thiệu không tránh khỏi sử dụng từ “Cannon”, đôi khi làm khó chịu đối với người đọc vì cảm thấy sự thiên vị. Mong bà con thông cảm và bổ sung thêm những loại đầu trộn và công nghệ khác để mọi người tham khảo!:24h_038: