intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Luận văn Thạc sĩ Hóa học: Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit chống cháy trên nền Polyurethane

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:69

Thêm vào BST
Báo xấu
40
lượt xem 6
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài nghiên cứu chế tạo compozit trên nền polyurethane sử dụng các phụ gia chống cháy khác nhau như ammonium polyphosphate, melamine cyanurate, graphit giãn nở nhiệt và nanoclay hữu cơ; đánh giá khả năng chống cháy và tính chất cơ lý của các compozit đã tổng hợp được. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Hóa học: Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit chống cháy trên nền Polyurethane

  1. BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO 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
  2. BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO 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
  3. 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
  4. ii Lời cảm ơn Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, bên cạnh sự cố gắng nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được nhiều 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 đã 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 đã 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 đã tận tình truyền 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 đã động viên, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận văn này. Hà Nội, ngày 28 tháng 05 năm 2020 Học viên Hắc Thị Nhung
  5. 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 giãn nở nhiệt FPU Flexible polyurethane foam Xốp polyurethane mềm 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 Polyisocyanurate- polyurethane PU Polyurethane Polyurethane PUF Polyurethane foam Xốp polyurethane SEM Scan electron microscopy Hiển vi điện tử quét
  6. iv TDI Toluene diisocyanate Toluene diisocyanate TEM Transmission electron Hiển vi điện tử truyền qua microscopy 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
  7. v Danh mục bảng biểu Bảng 1.1: Các thành phần trong PU và lý do sử dụng chúng ........................... 5 Bảng 1.2: Cấu trúc hóa học của một số isocyante quan trọng.......................... 7 Bảng 2.1: Thành phần phối liệu của các compozit trên nền polyurethane..... 27 Bảng 2.2: Thành phần phối liệu của các nanocompozit clay/EG/PUF .......... 28 Bảng 2.3: Tiêu chí phân loại khả năng chống cháy của vật liệu theo UL94-V ......................................................................................................................... 31 Bảng 3.1: Kết quả kiểm tra cháy UL-94 của các compozit PUF ................... 34 Bảng 3.2: Kết quả kiểm tra tính chất chống cháy của các compozit PUF ..... 44 Bảng 3.3: Tính chất cơ lý của PUF tinh khiết và các compozit PUF ............. 47
  8. vi Danh mục các hình vẽ, đồ thị Hình 1.1. Quy mô thị trường PU ở Mỹ từ năm 2014-2025 (Tỷ USD) ............ 4 Hình 1.2. Con đường chung để tổng hợp polyurethane ................................... 4 Hình 1.3. Công thức cấu tạo của một số polyol điển hình ............................... 6 Hình 1.4. Một số ứng dụng của polyurethane trong xây dựng....................... 11 Hình 1.5. Cấu trúc hóa học của một số chất chống cháy halogen phổ biến... 14 Hình 1.6. Hoạt động trong pha rắn của FRs dựa trên phốt pho ..................... 15 Hình 1.7. Cấu trúc chung của vật liệu chống cháy phốt pho ........................ 16 Hình 1.8. Cấu trúc hóa học của một số FR chứa nitơ phổ biến ..................... 16 Hình 1.9. Minh họa cấu trúc mạng (a); ảnh SEM (b) và TEM (c) của MMT 20 Hình 1.10. Cấu trúc của graphit ..................................................................... 21 Hình 2.1. Quy trình chế tạo compozit PUF ((*) vòng/ phút) ........................... 26 Hình 2.2. Mô hình thử nghiệm khả năng chống cháy theo phương pháp UL94-HB ......................................................................................................... 29 Hình 2.3. Mô hình thử nghiệm khả năng chống cháy theo phương pháp UL94-V ........................................................................................................... 30 Hình 3.1. Giá trị LOI của các compozit APP/PUF, MC/PUF và EG/PUF ở các hàm lượng chất độn khác nhau ................................................................. 36 Hình 3.2. 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 3.3. 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 3.4. Ảnh hưởng của hàm lượng các chất độn đến độ bền nén ở 10% của các compozit PUF (a) và đường cong độ bền nén của các compozit ở 25% hàm lượng chất độn (b) ................................................................................... 41
  9. vii Hình 3.5. Ảnh SEM của các mẫu xốp: PUF tinh khiết (a), 20APP/PUF (b), 20MC/PUF (c) và 20EG/PUF (d) ở cùng độ phóng đại ................................. 42 Hình 3.6. Đường cong TGA và DTG của PUF tinh khiết (a), compozit 15EG/PUF (b) và nanocompozit 5clay/15EG/PUF (c) ................................... 46 Hình 3.7. Độ bền nén của các vật liệu xốp PU............................................... 48 Hình 3.8. Giản đồ XRD của nanoclay và nanocompozit PUF (a) và ảnh TEM của nanocompozit 5clay/15EG/PUF (b) ......................................................... 49 Hình 3.9. Độ dẫn nhiệt của xốp PU tinh khiết và các compozit PUF ........... 50
  10. viii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan ...................................................................................................... i Lời cảm ơn ........................................................................................................ ii Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt .............................................................. iii Danh mục bảng biểu.......................................................................................... v Danh mục các hình vẽ, 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 về polyurethane ................................................... 3 1.1.2. Phương pháp tổng hợp polyurethane .............................................. 4 1.1.3. Các loại polyurethane...................................................................... 9 1.1.4. Ứng dụng 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
  11. 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 bề 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
  12. 1 MỞ ĐẦU Theo báo cáo trong Hội nghị Tổng kết công tác năm 2019 của Cục Cảnh sát PCCC và CNCH, cả nước xảy ra 3790 vụ cháy làm chết 85 người, bị thương 126 người, thiệt hại về 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 nhiều khu công nghiệp, khu chế xuất, chợ, trong tâm thương mại, nhà cao tầng. Mặc dù, tình hình cháy nổ diễn biến phức tạp và ngày càng nghiêm trọng nhưng ý thức người dân về tuân thủ các quy tắc an toàn phòng chống cháy nổ, đặc biệt trong sử dụng điện, sử dụng 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, cùng với các tòa cao ốc, các khu chung cư được xây dựng ngày càng nhiều. Hơn thế nữa, hiện nay các vật liệu từ polyme và các vật liệu compozit được sử dụng ngày càng nhiều 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 dụng, đều 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 dụng nhiều trong xây dựng là một vấn đề mang tính cấp bách và thực sự cần thiết. Xốp polyurethane cứng là một trong những vật liệu cách âm, cách nhiệt được sử dụng phổ biến trong công nghiệp và đời sống, đặc biệt là trong ngành công nghiệp xây dựng, vì nhiều 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 dùng để chế tạo xốp polyurethane mà chúng ta nhập khẩu mỗi năm lên tới hàng chục nghìn tấn và giá trị của các sản phẩm xây dựng từ xốp polyurethane như tấm lợp, vách
  13. 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 nhiều khói và khí độc khi cháy, tiềm ẩn nguy hiểm khi sử dụng 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 truyền thống có hiệu quả chống cháy cao cho các polyme. Tuy nhiên, các polyme có chứa halogen sẽ giải phóng ra nhiều khói và khí độc trong quá trình cháy, ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường và sức khỏe con người. Vì vậy, những chất chống cháy halogen gần như không còn được sử dụng và thậm chí đã bị cấm ở nhiều quốc gia. Xu hướng hiện nay của thế giới là nghiên cứu, chế tạo và sử dụng những phụ gia chống cháy “xanh” thân thiện với môi trường và an toàn với sức khỏe con người. Do đó, các phụ 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 dụng rộng rãi. Vì vậy, nhằm nghiên cứu và chế tạo vật liệu compozit chống cháy trên nền xốp polyurethane thân thiện với môi trường và độ bền cơ tính cao, chúng tôi đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit chống cháy trên nền polyurethane”. Đề tài gồm các nội dung sau: 1. Nghiên cứu chế tạo compozit trên nền polyurethane sử dụng các phụ gia chống cháy khác nhau như ammonium polyphosphate, melamine cyanurate, graphit giãn nở nhiệt và nanoclay hữu cơ; 2. Đánh giá khả năng chống cháy và tính chất cơ lý của các compozit đã tổng hợp được;
  14. 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. POLYURETHANE 1.1.1. Giới thiệu chung về polyurethane Polyurethane (PU) là một nhóm vật liệu polyme đặc biệt, chúng có thể được kết hợp vào nhiều loại vật liệu khác nhau, như sơn, lớp phủ lỏng, 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 đã 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 mềm được làm từ xốp PU mềm được đưa ra thị trường. Ngoài ra, xốp PU mềm được tổng hợp từ các polyol polyete giá rẻ còn được phát triển rộng rãi trong một số ứng dụng như tự động hóa và vật liệu bọc vẫn còn được sử dụng tới ngày nay. Những cải tiến liên tục trong kỹ thuật chế biến, các loại phụ gia và các công thức đã góp phần đa dạng hóa ứng dụng của vật liệu này. Hiện nay, PU là một trong những loại polyme phổ biến, đa dạng và được nghiên cứu rộng rãi nhất trên thế giới. Những vật liệu này có độ bền cơ lý cao làm cho chúng phù 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 dụng rộng rãi trong y sinh, xây dựng, tự động hóa, dệt may và trong một số lĩnh vực khác [1]. Do có thể tổng hợp từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau mà PU có được nhiều đặc tính khác nhau và nhiều ứng dụng đặc biệt. Chúng có thể được phân thành nhiều loại dựa trên các tính chất: xốp cứng, xốp mềm, 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 dụng chính, xốp PU là một trong những sản
  15. 4 phẩm dựa trên PU nổi bật nhất và được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu với số lượng lớn. Khoảng 50% sản lượng xốp PU được tiêu thụ trên thị trường hiện nay là xốp PU cứng. Xốp cứng Xốp mềm Vật liệu phủ Chất kết dính và bịt kín Nhựa nhiệt dẻo Vật liệu khác Hình 1.1. Quy mô thị trường PU ở Mỹ từ năm 2014-2025 (Tỷ USD) 1.1.2. Phương pháp tổng hợp polyurethane Các vật liệu PU có thể được tổng hợp thông qua nhiều 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 phụ gia và chất xúc tác thích hợp cũng có thể được kết hợp để thu được vật liệu PU mong muốn. Hình 1.2. Con đường chung để tổng hợp polyurethane
  16. 5 Bảng 1.1: Các thành phần trong PU và lý do sử dụng chúng Thành phần Lý do sử dụng Isocyanate Là tiền chất, đồng thời quyết định khả năng đóng rắn của PU. Polyol Đóng góp các đoạn mạch dài linh hoạt, tạo ra các polyme mềm 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 mục 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 bề 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 bền 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 Phụ 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 bề mặt. PU có thể được chế tạo thành bất kỳ hình dạng nào với nhiều đặc tính khác nhau chỉ bằng cách thay đổi số lượng và loại polyol,
  17. 6 isocyanate hoặc chất phụ gia. Các thành phần phổ biến nhất có thể được tìm thấy trong các PU điển hình và các lý do sử dụng được trình bày trong Bảng 1.1 [1]. 1.1.2.1. Polyol Các polyol được sử dụng cho tổng hợp PU là các oligome hay các polyme chứa ít nhất hai nhóm hydroxyl (–OH). Có nhiều loại polyol khác nhau, trong đó các loại polyol được sử dụng phổ biến nhất là polyete và polyeste. Hình 1.3. Công thức cấu tạo của một số polyol điển hình
  18. 7 Polyol thường được sử dụng dưới dạng hỗn hợp của các phân tử tương tự về bản chất nhưng có trọng lượng phân tử và số lượng các nhóm –OH khác nhau. Mặc dù hỗn hợp các polyol rất phức tạp, nhưng các polyol sử dụng trong công nghiệp có thành phần đã được kiểm soát cẩn thận để có được các tính chất phù hợp. Ví dụ, xốp PU cứng được làm từ các polyol có trọng lượng phân tử thấp (vài trăm đơn vị), trong khi xốp PU mềm thường sử dụng các polyol có trọng lượng phân tử cao (khoảng trên mười nghìn đơn vị) [1]. 1.1.2.2. Isocyanate Bảng 1.2: 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 dụng để tổng hợp PU phải có hai hoặc nhiều nhóm isocyanate (-NCO) trên mỗi phân tử. Các isocyanate được sử dụng phổ biến nhất là
  19. 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 dụng trong công nghiệp là hỗn hợp các đồng phân và thường bao gồm vật liệu polyme. Chúng thường được sử dụng để sản xuất xốp PU mềm được ứng dụng trong sản xuất ghế ngồi xe hơi hoặc xốp để sản xuất nệm [4]. Chúng cũng có thể được sử dụng 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 truyền 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 điều khiển phản ứng trime hóa ure, urethane hoặc isocyanate của chúng. Các phức kim loại từ các hợp chất của bismuth, chì, kẽm, thiếc và thủy ngân cũng có thể được sử dụng làm chất xúc tác cho phản ứng tổng hợp PU. Thông thường, chất xúc tác được sử dụng trong việc tổng hợp PU có tính chọn lọc tùy thuộc vào ứng dụng. Ví dụ, các nanohybrid CuCo2O4/g-C3H4 được sử dụng để giảm phát sinh CO và nguy cơ hỏa 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 dụng phổ biến bao gồm 1,4- butanediol, cyclohexane dimethanol, ethylene glycol, hydroquinone bis (2- hydroxyetyl) ete và 1,6-hexanediol [1]. 1.1.2.5. Chất hoạt động bề mặt
  20. 9 Chất hoạt động bề mặt thường được sử dụng 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 bề mặt được sử dụng để nhũ hóa các thành phần chất lỏng, kiểm soát kích thước lỗ xốp và ổn định cấu trúc lỗ xốp nhằm chống lại sự sụp đổ của cấu trúc cũng như hạn chế việc tạo khoảng trống giữa các bề mặt tiếp xúc. Trong một số vật liệu PU khác, chúng được sử dụng như tác nhân chống tạo bọt và khí. Tuy nhiên, có một vài nhược điểm liên quan đến việc sử dụng chất hoạt động bề mặt để tổng hợp PU. Ví dụ, các chất hoạt động bề mặt thông thường có khối lượng phân tử thấp có thể gây ra sự phân lớp và ăn mòn [6]. 1.1.3. Các loại polyurethane 1.1.3.1. Xốp polyurethane cứng Xốp PU cứng có thể được tổng hợp từ nguồn polyol gốc dầu mỏ hoặc polyol sinh học từ dầu thực vật hoặc lignin thực vật. Các tính chất của PU phụ thuộc vào loại nhóm hydroxyl có trong polyol. Ví dụ, Các PU được tổng hợp từ glycerine (một polyol gốc dầu mỏ, 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 dụng để giảm sự tiêu thụ của polyol gốc dầu mỏ [7]. Xốp PU cứng được biết đến nhiều nhất với vai trò là vật liệu cách nhiệt và tiết kiệm năng lượng. Việc sử dụng 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 thụ năng lượng chính trong phần lớn các hộ gia đình và chiếm khoảng 48% tổng năng lượng tiêu thụ 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 dụng và thương mại, các nhà xây dựng sẽ sử dụng xốp PU cứng. Vật liệu này đã được chứng minh là có hiệu quả trong việc cách nhiệt, và do đó đã được áp dụng trong cửa sổ cách nhiệt, tường và
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.11: Bộ Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Tài Chính Ngân Hàng
172 tài liệu
841 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2