Ứng Dụng Của Polyurethane

Chi phí sưởi ấm và làm lạnh chiếm khoảng 56 phần trăm năng lượng được sử dụng trong các ngôi nhà trung bình tại Mỹ, theo Bộ Năng lượng Hoa Kỳ. Đặc tính hóa học cho phép polyurethane được điều chỉnh để giải quyết các vấn đề phức tạp, có thể được đúc thành những hình dạng bất thường và tăng cường các sản phẩm công nghiệp cũng như tiêu dùng.

Polyurethane được tạo thành bằng cách phản ứng giữa một polyol (một loại rượu chứa hơn hai nhóm hydroxyl hoạt tính trên mỗi phân tử) với một diisocyanate hoặc một isocyanate polymer trong điều kiện có chất xúc tác và phụ gia thích hợp. Do có nhiều loại diisocyanate và một loạt các polyol có thể được sử dụng để sản xuất polyurethane, nên có thể tạo ra một phổ rộng các vật liệu nhằm đáp ứng nhu cầu của từng ứng dụng cụ thể.

Các loại Polyurethane:

✦ Bọt polyurethane linh hoạt
Xốp polyurethane dẻo được sử dụng làm vật liệu đệm cho nhiều sản phẩm tiêu dùng và thương mại khác nhau, bao gồm chăn ga gối đệm, đồ nội thất, nội thất ô tô, lớp lót thảm và bao bì. Xốp dẻo có thể được chế tạo thành hầu như bất kỳ hình dạng và độ cứng nào. Vật liệu này nhẹ, bền, có khả năng nâng đỡ tốt và mang lại cảm giác thoải mái. Xốp polyurethane dẻo chiếm khoảng 30 phần trăm toàn bộ thị trường polyurethane tại Bắc Mỹ, và chủ yếu được sử dụng cho chăn ga gối đệm, đồ nội thất và trong ngành công nghiệp ô tô.

✦ Bọt polyurethane cứng
Bọt polyurethane và polyisocyanurate (polyiso) cứng tạo ra một trong những vật liệu cách nhiệt phổ biến nhất trên thế giới, tiết kiệm năng lượng và đa dụng. Những loại bọt này có thể giảm đáng kể chi phí năng lượng đồng thời làm cho các công trình thương mại và dân cư trở nên hiệu quả và thoải mái hơn. Theo Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, việc sưởi ấm và làm mát chiếm khoảng 56 phần trăm tiêu thụ năng lượng trong một ngôi nhà điển hình ở Hoa Kỳ, khiến đây trở thành khoản chi phí năng lượng lớn nhất đối với hầu hết các gia đình. Để duy trì nhiệt độ ổn định và giảm mức độ ồn trong nhà ở và công trình thương mại, các nhà xây dựng sử dụng bọt polyurethane và polyisocyanurate cứng. Đây là những vật liệu cách nhiệt hiệu quả có thể được dùng để cách nhiệt mái và tường, cửa sổ và cửa đi cách nhiệt, cũng như chất bịt kín chống thấm khí.

✦ Sơn phủ, Chất kết dính, Chất bịt kín và Cao su đàn hồi (CASE)
Các ứng dụng của polyurethane trong thị trường sơn, keo dán, chất làm kín và cao su đàn hồi (CASE) mang lại một phổ ứng dụng và lợi ích rộng lớn và không ngừng mở rộng. Sơn polyurethane có thể cải thiện vẻ ngoài và kéo dài tuổi thọ của sản phẩm. Keo dán polyurethane có thể tạo ra các mối liên kết bền chặt, trong khi chất làm kín polyurethane cung cấp các mối đệm kín hơn. Cao su đàn hồi polyurethane có thể được đúc thành gần như bất kỳ hình dạng nào, nhẹ hơn kim loại, có khả năng phục hồi căng tốt hơn và có thể chịu được nhiều tác động từ môi trường.

✦ Polyurethane nhiệt nhựa (TPU)
Thermoplastic polyurethane (TPU) mang đến vô số tổ hợp tính chất vật lý và ứng dụng gia công. Vật liệu này có độ đàn hồi cao, linh hoạt và chống mài mòn, va đập cũng như chịu thời tiết tốt. TPU có thể được nhuộm màu hoặc chế tạo bằng nhiều phương pháp đa dạng, và việc sử dụng chúng có thể làm tăng độ bền tổng thể của sản phẩm. TPU là một loại elastomer hoàn toàn nhiệt dẻo. Giống như tất cả các loại thermoplastic elastomers khác, TPU có tính đàn hồi và có thể gia công nóng chảy. Ngoài ra, vật liệu này có thể được xử lý trên thiết bị đùn ép, ép phun, thổi và ép nén. TPU có thể được định hình chân không hoặc phủ dung dịch, rất phù hợp với nhiều phương pháp chế tạo khác nhau. TPU có khả năng cung cấp một loạt các tổ hợp tính chất vật lý, biến nó thành một vật liệu cực kỳ linh hoạt, thích hợp cho hàng chục ứng dụng như xây dựng, ô tô và giày dép.

✦ Reaction Injection Molding (RIM)
Cản xe hơi, các tấm vỏ hộp điện và các vỏ thiết bị máy tính cùng viễn thông là một số bộ phận được sản xuất bằng polyurethane sử dụng công nghệ đúc phản ứng (RIM). Nhờ vào khả năng thiết kế linh hoạt, quy trình RIM bằng polyurethane tạo ra các bộ phận mà thường không thể sản xuất được bằng các quy trình đúc thông thường, ví dụ như các bộ phận có thành dày hoặc mỏng, các bộ phận lõi được bọc kín và lõi xốp. Bên cạnh độ bền cao và trọng lượng nhẹ, các bộ phận RIM bằng polyurethane còn có thể chịu nhiệt, cách nhiệt, ổn định về kích thước và sở hữu mức độ cao các tính chất động học. thực hiện được ô tô, xây dựng, thiết bị gia dụng, đồ nội thất và hàng hóa thể thao, giải trí là một vài trong những lĩnh vực và ứng dụng đang sử dụng công nghệ RIM.

✦ Siết tải
Chất kết dính polyurethane được sử dụng để liên kết nhiều loại hạt và sợi với nhau. Các lĩnh vực ứng dụng chính của chúng là trong sản xuất tấm gỗ, bề mặt sàn cao su hoặc đàn hồi và đúc cát trong ngành công nghiệp luyện kim. Ứng dụng có sản lượng cao nhất của chất kết dính polyurethane là trong sản xuất tấm Oriented Strand Board (OSB). Những tấm gỗ này được sử dụng trong lát sàn chịu lực, vật liệu xây dựng nhà tiền chế, xà gồ và dầm, cũng như các tấm dùng trong xưởng. Lớp đệm lót sàn trải thảm rebond sử dụng chất kết dính polyurethane để gắn kết các mảnh mút phế liệu, thường là mút polyurethane mềm, lại với nhau trong quá trình sản xuất.

✦ Nhũ tương Polyurethane phân tán trong nước (PUDs)
Các chất phân tán polyurethane hòa tan trong nước (PUDs) là các loại sơn phủ và keo dán sử dụng nước làm dung môi chính. Với việc ngày càng tăng cường quy định liên quan đến lượng hợp chất hữu cơ bay hơi (VOCs) và các chất ô nhiễm không khí nguy hại (HAPs) được phép phát thải vào khí quyển, PUDs đang được ứng dụng nhiều hơn trong các lĩnh vực công nghiệp và thương mại.

Ứng dụng của Polyurethane:

✦ Thời trang
Khi các nhà khoa học phát hiện ra rằng polyurethane có thể được chế tạo thành những sợi mảnh, chúng đã được kết hợp với nylon để sản xuất trang phục nhẹ hơn và có độ co giãn tốt hơn. Qua nhiều năm, polyurethane tiếp tục được cải tiến và phát triển thành các sợi spandex, lớp phủ polyurethane và vật liệu đàn hồi nhiệt dẻo. Nhờ những tiến bộ hiện nay trong công nghệ polyurethane, các nhà sản xuất có thể chế tạo đa dạng các sản phẩm may mặc từ các lớp da nhân tạo và giả da dùng cho quần áo, trang phục thể thao cũng như nhiều phụ kiện khác nhau.

✦ Thiết bị
Polyurethanes là một thành phần quan trọng trong các thiết bị gia dụng mà người tiêu dùng sử dụng hàng ngày. Ứng dụng phổ biến nhất của polyurethanes trong các thiết bị gia dụng là dạng foam cứng dùng cho hệ thống cách nhiệt của tủ lạnh và tủ đông. Foam polyurethane cứng là vật liệu thiết yếu và hiệu quả về chi phí, có thể được sử dụng để đáp ứng các tiêu chuẩn đánh giá năng lượng yêu cầu đối với tủ lạnh và tủ đông dành cho người tiêu dùng. Tính chất cách nhiệt tốt của foam polyurethane cứng là kết quả từ sự kết hợp giữa cấu trúc foam tế bào kín tinh xảo và các loại khí chứa trong tế bào có khả năng cản trở truyền nhiệt.

✦ Ô tô
Polyurethanes được sử dụng rộng rãi trong ô tô. Ngoài lớp foam tạo độ êm ái cho ghế xe, thì các bộ phận như cản xe, phần trần phía trong xe, thân xe, cánh gió sau (spoiler), cửa xe và cửa sổ đều sử dụng polyurethanes. Polyurethane còn giúp các nhà sản xuất tăng đáng kể quãng đường di chuyển (“mileage”) của xe bằng cách giảm trọng lượng xe và cải thiện mức tiêu hao nhiên liệu, sự thoải mái, khả năng chống ăn mòn, cách nhiệt cũng như hấp thụ âm thanh.

✦ Xây dựng và xây lắp
Ngày nay, các ngôi nhà đòi hỏi những vật liệu hiệu suất cao phải mạnh mẽ nhưng nhẹ; hoạt động tốt nhưng dễ dàng lắp đặt; và bền bỉ nhưng cũng linh hoạt. Polyurethane giúp bảo tồn tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường bằng cách giảm tiêu thụ năng lượng. Với tỷ lệ độ bền trên trọng lượng tuyệt vời, khả năng cách nhiệt, độ bền và tính linh hoạt, polyurethane thường xuyên được sử dụng trong các ứng dụng xây dựng và công trình. Cả giá cả hợp lý của những vật liệu linh hoạt này lẫn sự thoải mái mà chúng mang lại cho chủ nhà đều khiến các thành phần làm từ polyurethane trở thành một phần phổ biến trong mọi ngôi nhà. Polyurethane được sử dụng khắp nơi trong nhà. Dưới sàn nhà, lớp đệm mút mềm giúp trải thảm êm ái hơn. Trên mái nhà, lớp phủ nhựa phản quang trên bề mặt foam polyurethane có thể hắt ánh sáng mặt trời và nhiệt ra xa, giúp ngôi nhà mát mẻ hơn đồng thời giảm tiêu thụ năng lượng. Vật liệu xây dựng từ polyurethane mang đến sự linh hoạt trong thiết kế cho cả nhà mới lẫn các dự án cải tạo. Các tấm panel lõi foam cung cấp đa dạng màu sắc và kiểu dáng cho tường và mái nhà, trong khi cửa chính và cửa gara làm từ lõi foam cũng có sẵn với nhiều kiểu hoàn thiện và phong cách khác nhau.

✦ Gỗ công nghiệp
Polyurethane đóng vai trò quan trọng trong các vật liệu hiện đại như gỗ công nghiệp. Các chất kết dính gốc polyurethane được sử dụng trong sản phẩm gỗ công nghiệp để kết dính vĩnh viễn các vật liệu hữu cơ thành tấm sợi định hướng, tấm sợi mật độ trung bình, thanh gỗ dài, thanh ép vân gỗ và thậm chí là tấm rơm ép và ván dăm.

✦ Điện tử
Thường được gọi là "chất đổ bọc", polyurethane không phải dạng xốp thường được sử dụng trong ngành điện và điện tử để bao bọc, bịt kín và cách nhiệt các linh kiện vi điện tử dễ vỡ, nhạy cảm với áp suất, cáp ngầm dưới nước và bo mạch in. Các hợp chất polyurethane dùng để đổ bọc được các nhà phát triển pha chế đặc biệt nhằm đáp ứng một loạt các tính chất vật lý, nhiệt và điện khác nhau. Chúng có thể bảo vệ thiết bị điện tử bằng cách cung cấp tính chất điện môi và khả năng bám dính tuyệt vời, cũng như khả năng chống dung môi, chống nước và chịu nhiệt độ khắc nghiệt.

✦ Sàn
Dù là lớp đệm xốp phía dưới hay lớp phủ ở bên trên, polyurethane có thể giúp những sàn nhà mà chúng ta đi bộ hàng ngày trở nên bền hơn, dễ bảo trì hơn và thẩm mỹ hơn. Việc sử dụng xốp polyurethane đàn hồi làm lớp lót thảm trong các ứng dụng dân dụng hoặc thương mại có thể kéo dài đáng kể tuổi thọ của thảm, bảo vệ vẻ ngoài của thảm, mang lại sự thoải mái và hỗ trợ thêm, đồng thời giảm tiếng ồn môi trường. Polyurethane cũng được dùng để phủ lên các loại sàn nhà, từ sàn gỗ và sàn khảm (parquet) đến sàn bê tông. Lớp phủ bảo vệ này có khả năng chống mài mòn và chịu được dung môi, đồng thời dễ dàng làm sạch và bảo trì. Nhờ lớp hoàn thiện bằng polyurethane, sàn gỗ mới, sàn khảm hoặc sàn bê tông sẽ bền đẹp lâu hơn; còn sàn cũ có thể được phủ lại để trông như mới.

✦ Nội thất
Polyurethane, chủ yếu ở dạng xốp mềm, là một trong những vật liệu phổ biến nhất được sử dụng trong đồ nội thất gia đình như ghế sofa, giường ngủ và lớp lót thảm. Với vai trò là vật liệu đệm cho đồ nội thất bọc nệm, mút polyurethane mềm giúp làm cho đồ nội thất trở nên bền hơn, thoải mái và có độ nâng đỡ tốt hơn.

✦ Hải quân
Hàng triệu người Mỹ tận hưởng hoạt động đi thuyền mỗi năm. Một phần trong sự yêu thích lâu dài này là nhờ vào những cải tiến về công nghệ đóng tàu, trong đó vật liệu polyurethane đóng góp một vai trò quan trọng. Nhựa epoxy polyurethane giúp bịt kín thân thuyền khỏi nước, thời tiết, sự ăn mòn và các yếu tố môi trường làm tăng lực cản, ảnh hưởng đến thủy động học và giảm độ bền. Ngày nay, những người đi thuyền có thể tận hưởng các tiện nghi như ở nhà ngay trên mặt nước, một phần nhờ vào lớp mút polyurethane mềm dẻo. Ngoài ra, mút polyurethane cứng cũng giúp cách nhiệt cho thuyền khỏi tiếng ồn và nhiệt độ khắc nghiệt, đồng thời mang lại khả năng chống mài mòn và chịu xé rách tốt, tăng khả năng chịu tải mà không làm tăng đáng kể trọng lượng. Polyurethane nhiệt dẻo cũng rất lý tưởng để sử dụng trong ngành hàng hải. Đây là vật liệu đàn hồi, bền bỉ và dễ gia công, phù hợp để làm lớp phủ dây điện và cáp, ống dẫn động cơ, dây đai truyền động, ống thủy lực, gioăng phớt và cả khuôn đúc vỏ tàu.

✦ Y tế
Polyurethanes thường được sử dụng trong nhiều ứng dụng y tế, bao gồm ống thông và ống dẫn mục đích chung, giường bệnh, khăn trải phẫu thuật, băng vết thương và một loạt thiết bị đúc bằng phương pháp phun. Ứng dụng phổ biến nhất của Polyurethane là trong các loại cấy ghép ngắn hạn. Việc sử dụng Polyurethane trong các ứng dụng y tế có thể tiết kiệm chi phí hơn và mang lại độ bền cũng như sự chắc chắn cao hơn.

✦ Bao bì
Mút xốp đóng gói Polyurethane (PPF) có thể cung cấp giải pháp đệm vừa khít với hình dạng sản phẩm, bảo vệ an toàn cho các mặt hàng cần giữ cố định trong quá trình vận chuyển một cách hiệu quả về chi phí hơn. PPF được sử dụng rộng rãi để bảo vệ và vận chuyển an toàn nhiều loại hàng hóa khác nhau như thiết bị điện tử, thiết bị chẩn đoán y tế, đồ thủy tinh dễ vỡ và các bộ phận công nghiệp lớn. Là một giải pháp linh hoạt tại chỗ cho nhiều thách thức trong lĩnh vực đóng gói, PPF có thể giúp tiết kiệm thời gian và giảm chi phí nhờ việc tạo ra các thùng chứa vừa vặn theo từng lô hàng.