XơXơ POLYURETHANEPOLYURETHANE

PHẦN I : GIỚI THIỆU

Ngành dệt phát triển nhanh,mạnh.Nhu cầu đòi hỏi phải có những loại vật liệu mới , đáp ứng yêu cầu về tính chất và khả năng phổ dụng.

BAN ĐẦU:Lời giải cho vấn đề là cao su thiên nhiên.

NHƯNG…..

Nhược điểm của cao su thiên nhiên lưu hóa:

Chiều dài giới hạn Tần suất hoạt động kém Khó nhuộm Dễ bị oxy hóa

Trong khi đó,nhu cầu CẦN: Độ đàn hồi như cao su Có thể kéo sợi với đường kính 50-100μm Độ giãn dài 400% Độ khôi phục: TUYỆT ĐỐI Không bị phá hủy trong quá trình gia công Chịu nhiệt – 200 độ C trong thời gian ngắn. Có thể nhuộm Có các tính chất lý hóa phù hợp đặc điểm sinh

hóa con người

Và Polyurethane thỏa mãn hầu hết các yêu cầu trên.

Phần giới thiệu sơ lượt về Polyurethane

1/Lịch sử:+1937 Hóa học về Polyurethane được nghiên cứu

lần đầu tiên bởi nhà hóa học người Đức Friedrich Bayernoi them1

+1940 Lần đầu tiên,Polyurethane đàn hồi được sản xuất.noithem2

+1953 Thương phẩm đầu tiên của bọt dẻo Polyurethane xuất hiện ở Mỹ

Và cuối thập niên 50 thì xuất hiện những loại dẻo hơn ,rẻ hơn.Qua nhiều năm,việc cải tiến Polyurethane được phát triển bao gồm sợi Spandex , vải PU,nhựa nhiệt dẻo.

Cấu tạo cơ bản của Polyurethan:Bao gồm 3 phần chính:+Phần kém linh động Cấu tạo là các hợp chất Polyure mạch vòng,trong đó chủ

yếu là diisocyanate thơm Liên kết chặc chẽ tạo thành từng vùng,cụm trong xơ(tiểu

đảo) Kích thước tiểu đảo rất nhỏ(30-100nm)

+Phần linh động :+Phần linh động :➢ Cấu tạo bởi các polyethe hay polyeste đồng trùng Cấu tạo bởi các polyethe hay polyeste đồng trùng

hợphợp➢ Chiếm 60-90% khối lượngChiếm 60-90% khối lượng➢ Tồn tại vô định hình trong xơTồn tại vô định hình trong xơ➢ Khi không tải các mạch dạng cuộn xoắn,đoạn ở Khi không tải các mạch dạng cuộn xoắn,đoạn ở

trạng thái vô định hìnhtrạng thái vô định hình➢ Khi chịu tải,chuyển sang mạch thẳng,các đoạn mạch Khi chịu tải,chuyển sang mạch thẳng,các đoạn mạch

hình thành cấu trúc tinh thể (tăng độ bền của xơ)hình thành cấu trúc tinh thể (tăng độ bền của xơ)

+Phần mở rộng:+Phần mở rộng:

Có thể là khung cứng hay phần linh động,tùy theo yêu Có thể là khung cứng hay phần linh động,tùy theo yêu cầu sản xuất.cầu sản xuất.

Ban đầu

Khi tác dụng lực theo phương ngang

Việc sản xuất ra Polyurethane có thể khái quát như sau:

Polyol + Diisocyanate + Phần mở rộng và các chất phụ gia --> Polyurethane

Mô tả : Giai đoạn 1: diisocyanate phản ứng với polyol trong pha

lỏng hình thành cao phân tử có khối lượng từ 15000 đến 20000 dvc gọi là prepolymer .Sự hình thành prepolymer làm tăng độ nhớt của dung dịch phản ứng hay các phần tử khác có nhiệt độ nóng chảy thấp.

Sau đó,ở giai đoạn 2 : nó được cho phản ứng với phần mở rộng là các diol hay diamin để hình thành polyurethane

A/ Polyol :Là những hợp chất bao gồm nhiều nhóm alcohol (OH).Và những alcohol được dùng cho tổng hợp PU là

Polyether Chúng được tạo ra thông qua quá trình trùng hợp alkylene

oxide.Chúng là hợp chất cao phân tử ,có độ nhớt cao.Các polyether polyol được dùng bao gồm : polyethylene glycol,polypropylene glycol và polytetramethylene glycol.Những nguyên liệu này được dùng phổ biến cho việc tạo PU dùng cho sản xuất mút dẻo và nhựa nhiệt dẻo

Polyester polyol cũng được sử dụng cho việc sản xuất PU.Nó có thể lấy từ trong việc sản xuất acid terephthalic .Chúng được tao ra bởi phản ứng giữa acid cacbonxylic thơm bão hòa và các diol

Tuy nhiên,hiện nay nó đã được thay thế hoàn toàn bằng polyether do giá thành rẻ hơn.

1,4-Butanediol

Propanol, 3-methoxy

1,3-Butanediol

......

b/Isocyanate:Một trong những nguyên liệu quan trọng nhất trong sản suất PU là diisocyanate.Chúng là hợp chất đặc trưng bởi nhóm NCO-phản ứng mạnh mẽ với alcohol.Được sử dụng rộng rãi trong việc sản suất PU là toluen diisocyanate (TDI) và isocyanate trùng hợp (PMDI).Trong đó,TDI được tao ra bởi phản ứng cộng nhóm nitrogen trên toluen,phản ứng xảy ra với hidro sẽ tạo ra diamine và ngăn chặn những đồng phân không mong muốn.Còn PMDI được lấy từ phản ứng phostgen của anilin formaldehyde.Ngoài những nguyên liệu như các iscyanate này,còn có 1,5-naphthalene diisocyanate và bitolylene diisocyanate.Những nguyên liệu đắt tiền hơn này cung cấp nhiệt độ nóng chảy lớn hơn, các phân đoạn cứng hơn của PU đàn hồi.

Ví dụ:

1,5-dimethyl-3-ethoxycarbonylpyrazole

1,3-Dimethyl-5-ethyluracil

Hexane, 1,6-diisocyanato

.............

C/Phần mở rộngC/Phần mở rộng:Phần mở rộng ảnh hưởng đến tính tan :Phần mở rộng ảnh hưởng đến tính tan của polyurethane.Phần mở rộng ảnh hưởng đến tính chất của polyurethane.Phần mở rộng ảnh hưởng đến tính chất của Polyurethane.của Polyurethane.Các phần mở rông là diamin thì làm cho PU có thể tan Các phần mở rông là diamin thì làm cho PU có thể tan được.Ví dụ như : ethylene diamin,propilene diamin được.Ví dụ như : ethylene diamin,propilene diamin ,xyclohexylene diamin.,xyclohexylene diamin.Ngoài ra chúng còn được dùng để tăng khả năng bắt màu Ngoài ra chúng còn được dùng để tăng khả năng bắt màu của PU , tăng hiệu suất quá trình phản ứng tạo Polyme và của PU , tăng hiệu suất quá trình phản ứng tạo Polyme và giảm thiểu chất gây độc hại( lượng phản ứng dư của giảm thiểu chất gây độc hại( lượng phản ứng dư của diisocyanatediisocyanateCác phần mở rộng là monoamin và diankyl thì giúp cho Các phần mở rộng là monoamin và diankyl thì giúp cho quá trình đông tụ,dễ kiểm soát khối lượng phân tử của quá trình đông tụ,dễ kiểm soát khối lượng phân tử của polyme.polyme.Các diol(ethylene glycol hay propylene glicol) tạo các Các diol(ethylene glycol hay propylene glicol) tạo các polyurethane dùng cho kéo sợi.Nó làm cho polyurethane polyurethane dùng cho kéo sợi.Nó làm cho polyurethane có nhiệt độ nóng chảy thấp.có nhiệt độ nóng chảy thấp.

D/Các chất phụ gia khác: Một vài vật liệu PU dễ bị phân hủy bởi nhiệt ,ánh sáng Một vài vật liệu PU dễ bị phân hủy bởi nhiệt ,ánh sáng

,không khí ô nhiễm,và Clorin.Vì lí do này,những chất ổn ,không khí ô nhiễm,và Clorin.Vì lí do này,những chất ổn định được đưa vào để bảo vệ PU.Một trong những chất định được đưa vào để bảo vệ PU.Một trong những chất ổn định để bảo vệ chống lại sự thoái hóa do ánh sáng là ổn định để bảo vệ chống lại sự thoái hóa do ánh sáng là một màng UV gọi là Hydroxybenzotriazole.Để chống lại một màng UV gọi là Hydroxybenzotriazole.Để chống lại phản ứng oxi hóa ,chất cống oxi hóa rất phong phú,như phản ứng oxi hóa ,chất cống oxi hóa rất phong phú,như Hindered Phenols Hindered Phenols

Những chất kiềm hãm sự biến màu do không khí ô nhiễm Những chất kiềm hãm sự biến màu do không khí ô nhiễm cũng được đưa vào.Chúng là những nguyên liệu đặc cũng được đưa vào.Chúng là những nguyên liệu đặc trưng với nhóm chức amin có thể tác động đến NO trong trưng với nhóm chức amin có thể tác động đến NO trong không khí ô nhiễm.Trong một vài ứng dụng,chất chống không khí ô nhiễm.Trong một vài ứng dụng,chất chống mốc cũng được thêm vào sản phẩm PU.mốc cũng được thêm vào sản phẩm PU.

Sau khi PU tạo ra và đưa ra khỏi bình phản ứng,chúng Sau khi PU tạo ra và đưa ra khỏi bình phản ứng,chúng có màu trắng tự nhiên.Bởi vậy, có thể thêm vào chất tạo có màu trắng tự nhiên.Bởi vậy, có thể thêm vào chất tạo màu để tạo sự hài hòa.màu để tạo sự hài hòa.

Phản ứng tạo thành Polyurethane

Trong thực tế,quá trình hình thành xảy ra với sự có mặt của chất xúc tác

DABCO

Qui trình kéo sợi Spandex Spandex:Các nhà sản xuất đều đặt tên riệng choc các

loại xơ đàn hồi của mình.Thuật ngữ Spandex dùng để chỉ nhóm xơ có chứa ít nhất 85% polyurethane.Ở châu Âu gọi đây là sợi elastan.

Qui trình kéo sợi theo nhiều phương thức khác nhau.Tổng quát thì gồm có:

Melt spinning(kéo sợi nóng chảy),Wet spinning(kéo sợi ướt),Dry spinning(kéo sợi khô),kéo sợi có phản ứng tổng hợp Polymer.

Cấu trúc :

Sơ đồ tổng quát như sau:

I/Kéo sợi khô:Ưu: Tốc độ kéo sợi cao(200-600m/phút) Độ mảnh (15-20 den) Qui trình gọnNăng suất phụ thuộc: Nồng độ dung dịch kéo sợi Lưu lượng dung dịch Các thông số kĩ thuật :(kích thước lỗ

kéo ,số spinneret....)Qui trình như sau:

Kéo sợi có phản ứng mở rộng mạch

+Đặc điểm Tốc độ kéo : 100m/phút Độ mảnh 1.4-10 tex Sản lượng chỉ sau phương pháp kéo khô+Nguyên lí :-Polyol và diisocyanate được phản ứng với nhau tạo

cao phân tử Polyurethane chưa hoàn chỉnh(prepolymer)

-Prepolymer được ép qua spinneret qua bể chứa dung dịch diamine trong Toluen

-Prepolymer có các nhóm chức đầu mạch (NCO) sẽ phản ứng với diamine trong quá trình tạo thành xơ.

Sơ đồ qui trình:

V ề vấn đề tổn thấtCác mũi tên hướng lên trong các sơ đồ biểu thị sự thất

thoát về dung môi và nguyên liệu trong quá trình kéo sợi.

1/Trong qui trình kéo sợi khô:Sự thất thoát chủ yếu là sự bay hơi dung môi trong các

giai đoạn kéo,xoắn và xử lý sau kéo sợi.Tuy nhiên,qui trình kéo khô sợi Spandex được xem là có mức thất thoát thấp nhất so với các qui trình kéo khô các loại sợi khác.

Nguyên nhân:+Bản chất nguyên vật liệu và môi trường kéo sợi

+Tỉ lệ sử dụng (dung môi)/(polymer) thấp +Hệ thống ngưng tụ thu hồi gần 99% dung môi trong

quá trình kéo và xoắn.Do đó vấn đề kiểm soát thất thoát trong qui trình này là

không cần thiết

2/ Về qui trình kéo sợi có phản ứng:Trang bị hệ thống hút dẫn đến túi chứa cacbon hấp

phụ.Dung môi bay hơi từ buồng kéo sợi và các thiết bị đốt nóng sẽ được trộn lẫn và được hệ thống hút vào để thu hồi.

Tính chất Spandex Có thể chịu sự kéo dãn liên tục (chịu mỏi) Độ biến dạng cao ( trên 500%) Mạnh hơn,bền hơn,chịu lực cao hơn cao su Nhẹ ,mềm,bóng dẻo. Trong may mặc dân dụng: Thoải mái ,thuận

tiên,bềnTạo sản phẩm may mặc bền(có thể may với đường

chỉ rất nhỏ mà không đứt) Dễ xử lý với nhiệt độ(gia công,ủi) Dễ nhuộm Chống sự phá hủy do mồ hôi,dầu,hóa chất(mỹ

phẩm,chất tẩy..) An toàn cho da Đường kính sợi dao động trong khoản 10-

2500den

Ứng dụng

Vì là xơ ,sợi nên chủ yếu ứng dụng trong ngành may mặc

Hàng dệt kim (quần áo,áo khoác...) Hàng thể thao(quần áo bơi,thể dục...) Các loại chuyên dùng khác (bra cups...)

Bảo quản

Giặt tay hay máy với nước ấm Không dùng thuốc tẩy có Clorin Hạn chế sấy(nếu cần phải để nhiệt độ

thấp) Ủi phải thật nhanh,tránh để nhiệt tác

động quá lâu tại một vị trí.

Vài hình ảnh

Kết thúc

Hi vọng bài thuyết trình của nhóm chúng tôi đã cung cấp một số thông tin về Polyurethane và sợi Spandex (có lẽ đã có hoặc chưa được đề cập trong sách).

Cám ơn các bạn đã lắng nghe.