CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.2. Tổng quan về vật liệu làm giá thể
1.2.2. Xốp polyurethane (PU)
Polyurethane là nhựa trùng ngưng từ diisocyanate và polyols. Trong cấu trúc của PU isocyanate đóng vai trị đoạn cứng chịu độ bền cơ học cho sản phẩm trong khi đó các đoạn mạch của polydiol đóng vai trị đoạn mềm tạo ra tính đàn hồi cho sản phẩm. Độ mềm dẻo của PU có thể điều chỉnh được thơng qua lựa chọn 2 nguyên liệu ban đầu. Trong quá trình tạo xốp PU isocyanate sẽ tác dụng với nước có trong polyols để tạo ra khí CO2 đóng vai trị là tác nhân dãn nở. Xốp PU có thể thể chia thành hai nhóm chính là xốp PU cứng và xốp PU mềm. Xốp PU cứng được ứng dụng nhiều trong xây dụng làm cách âm, cách nhiệt. Xốp PU cứng được xếp vào nhóm vật liệu cách nhiệt tốt do có hàm lượng bọt kín trên 90% (chứa các khí có hệ số dẫn nhiệt thấp) nên được sử dụng phổ biến hiện nay giúp tiết kiệm nguồn năng lượng. Xốp PU cứng có mật độ liên kết ngang cao nên có độ cứng cao, độ mềm dẻo rất thấp và khơng thể phục hồi lại hồn tồn sau khi bị nén. Đối với xốp PU mềm được ứng dụng trong thương mại đặc biệt là dùng để làm nệm mousse, bao bọc chống va đập, trầy xước, cọ sát đối với nhiều thiết bị điện tử hay đồ gốm [26].
Pha giàu PVA Kết tinh
Vơ định hình
Trong q trình tạo xốp, isocyanate tương tác với nước để hình thành nên khí CO2 đồng thời tạo ra amin, amin này sẽ tác dụng với isocyanate để hình thành nên cầu nối ure trong cấu trúc của polyurethane theo phương trình phản ứng sau:
Liên kết ure trong cấu trúc urethane dễ bị thủy phân, điều này sẽ làm cho xốp PU nhanh bị suy giảm tính chất khi sử dụng trong các mơi trường khắc nghiệt như làm giá thể trong các bể aerotank.
Xốp PU thương mại thông thường được mua từ Total Sponge Co, Ltd có khối lượng riêng khoảng 25kg/m3 [27]. Các loại xốp PU được tổng hợp trong nghiên cứu của Scott Guelcher cùng cộng sự [28] có khối lượng riêng dao động 51,5 – 132,525 kg/m3. Với nghiên cứu của Ewa Dacewicz và Joanna Grzybowska-Pietras [29] đã sử dụng xốp PU có khối lượng riêng dao động từ 13,5- 38 kg/m3 để xử lý nước thải. Các sản phẩm xốp đàn hồi được tìm thấy trong hầu hết trong các ứng dụng sản phẩm gia dụng và chăm sóc sức khỏe thường có khối lượng riêng từ 48 kg/m3 đến 96 kg/m3 [30]. Nhìn chung khối lượng riêng của xốp PU tạo thành phụ thuộc nhiều vào nguyên liệu sử dụng và cách thức tạo xốp. Khối lượng riêng mà chúng ta đang đề cập là khối lượng trên một đơn vị thể tích xốp. Với cấu trúc lỗ hở, giả sử nước được điền đầy vào các lỗ xốp thì khi đó khối lượng riêng thực của PU sẽ quyết định khả năng chìm hay nổi của vật liệu. Khối lượng riêng thực của PU được dự đốn từ q trình tính tốn là 1,18 kg/lít [31]. Với khối lượng riêng này thì xốp PU ngấm đầy nước sẽ chìm. Tuy trong cấu trúc vẫn có những lỗ xốp kín nằm bên trong khung xốp khơng được điền đầy bởi nước sẽ làm giảm khối lượng riêng của xốp đã ngấm nước và làm cho chúng nhẹ hơn nước.
Có thể thấy xốp PU thương mại có một số đặc điểm như: kích thước lỗ xốp lớn dao động trong khoảng 300-600 m, có khối lượng riêng nhẹ (có thể nổi khi đã ngấm đầy nước), giá thành rẻ nhưng có thể bị thủy phân trong mơi trường khắc nghiệt. Trong khi đó, vật liệu PVA gel tạo thành có lỗ xốp nhỏ hơn dao động trong khoảng 4-20 m, có khối lượng riêng 1,025 kg/lít nặng hơn
nước, có giá thành rất cao nhưng lại rất bền trong môi trường xử lý nước thải. Nếu kết hợp 2 loại vật liệu này có thể tạo ra một sản phẩm có các tính bổ sung tính chất cho nhau và nâng cao khả năng ứng dụng.