Xốp PU foam là gì? Polyurethane MDI polyol λ=0,022–0,028 tấm sandwich và spray foam
Xốp PU foam là vật liệu cách nhiệt hữu cơ tổng hợp sản xuất từ phản ứng trùng ngưng giữa MDI (methylene diphenyl diisocyanate) và polyol, tạo ra mạng lưới polyurethane cứng với cấu trúc tế bào đóng chứa khí có hệ số dẫn nhiệt thấp. PU foam là vật liệu cách nhiệt có λ thấp nhất trong nhóm vật liệu phổ thông, đạt λ = 0,022–0,028 W/(m·K).
Thành phần hóa học và quá trình tạo bọt
Phản ứng giữa MDI (isocyanate) và polyol xảy ra nhanh, tỏa nhiệt, tạo ra chuỗi polymer polyurethane đồng thời giải phóng CO₂ và hơi từ chất tạo bọt (blowing agent). CO₂ và/hoặc các khí hydrofluorocarbon (HFC, HCFC) tạo thành bong bóng khí bên trong khối polymer đang đông cứng. Khi polymer đông hoàn toàn, các bong bóng này trở thành tế bào đóng kín chứa khí — chính khí này (hệ số dẫn nhiệt thấp hơn không khí) tạo nên hiệu quả cách nhiệt vượt trội.
Tỷ lệ pha trộn MDI:polyol thường 1:1 đến 2:1 theo khối lượng, tùy formulation cụ thể. Chất xúc tác amine và thiếc điều chỉnh tốc độ phản ứng; chất hoạt động bề mặt silicon điều chỉnh kích thước và đồng đều của tế bào.
Thông số kỹ thuật cơ bản
| Thông số | Giá trị | Đơn vị | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| Hệ số dẫn nhiệt λ | 0,022–0,028 | W/(m·K) | Tốt nhất trong nhóm phổ thông |
| Mật độ (rigid foam) | 30–80 | kg/m³ | 30–40 kg/m³ phổ biến nhất |
| Cường độ nén | 150–300 | kPa | Thấp hơn XPS |
| Độ hút ẩm (closed cell) | < 1–3% | % thể tích | Kém XPS, tốt hơn EPS |
| Nhiệt độ sử dụng liên tục | -200 đến +120 | °C | Kho lạnh đến hệ thống điều hòa |
| Cấp cháy | B2–B3 | — | Cần lớp bảo vệ chống cháy |
Hai dạng sản phẩm chính
1. Tấm sandwich panel PU (PIR/PU panel)
Tấm sandwich là dạng sản xuất công nghiệp: lõi PU foam đúc liên tục kẹp giữa hai lớp tôn thép phủ màu hoặc tôn inox. Quá trình sản xuất liên tục (continuous lamination) tạo ra tấm dài từ 3–12 m, rộng 1000–1200 mm, dày 25–200 mm. Lõi foam gắn kết chặt với hai lớp tôn bao, tạo kết cấu sandwich chịu lực nhẹ.
Loại PIR (Polyisocyanurate) là biến thể cải tiến của PU foam với tỷ lệ isocyanate cao hơn, cho cấp cháy tốt hơn (B2 so với B3 của PU thông thường) và nhiệt độ sử dụng cao hơn. PIR panel phổ biến trong xây dựng công nghiệp châu Âu.
2. Spray foam PU phun tại chỗ (SPF)
Spray Polyurethane Foam (SPF) là hỗn hợp hai thành phần (2K) được giữ tách biệt rồi phun qua súng phun chuyên dụng. Hai thành phần trộn tại đầu súng và phản ứng tức thì, tạo bọt nở trên bề mặt trong vài giây. SPF tồn tại ở hai dạng:
- Open cell (tế bào hở): λ ≈ 0,035–0,040 W/(m·K); mật độ thấp 8–14 kg/m³; mềm, đàn hồi; không kháng ẩm tốt; chủ yếu dùng cách âm và cách nhiệt bên trong kết cấu khô
- Closed cell (tế bào kín): λ ≈ 0,022–0,026 W/(m·K); mật độ 30–80 kg/m³; cứng hơn; kháng ẩm tốt; dùng cách nhiệt mái tôn, tường ngoài và kho lạnh
So sánh PU foam với các vật liệu cách nhiệt khác
| Vật liệu | λ W/(m·K) | Cấp cháy | Kháng ẩm | Giá tương đối |
|---|---|---|---|---|
| PU foam (closed cell) | 0,022–0,028 | B2–B3 | Tốt | Cao nhất |
| XPS | 0,028–0,035 | B2 | Rất tốt (<0,3%) | Trung bình-cao |
| EPS | 0,033–0,040 | B2 (B1 FR) | Trung bình | Thấp |
| Glasswool | 0,030–0,044 | A2 | Kém | Thấp-trung bình |
| Rockwool | 0,033–0,045 | A1 | Khá | Trung bình |
Phân biệt PU foam, PUR và PIR
PU foam (Polyurethane foam) là tên gọi chung. PUR (Polyurethane Rigid) là tên kỹ thuật của lõi cứng trong sandwich panel thế hệ đầu. PIR (Polyisocyanurate) là thế hệ cải tiến với tỷ lệ MDI/polyol cao hơn, tạo ra mạng isocyanurate ổn định nhiệt hơn PUR — cấp cháy tốt hơn một bậc và giữ R-value ổn định ở nhiệt độ cao hơn. Trên thị trường Việt Nam, “tấm PU” thường chỉ chung cả PUR và PIR.
An toàn trong quá trình sản xuất và thi công
MDI (isocyanate) là hóa chất kích thích đường hô hấp và có thể gây hen suyễn nghề nghiệp nếu tiếp xúc lâu dài không có bảo hộ. Khi phun SPF, cần đeo mặt nạ phòng độc lọc hóa chất (không chỉ khẩu trang bụi), mặc đồ bảo hộ toàn thân, đảm bảo thông gió đầy đủ. Sau khi đóng rắn hoàn toàn (24–72 giờ), PU foam trơ và an toàn cho người sử dụng công trình bình thường.
Tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng
- EN 13165: tiêu chuẩn châu Âu cho PU foam cứng làm cách nhiệt
- ASTM C591: tiêu chuẩn Mỹ cho PU foam cứng
- EN 14509: tấm sandwich với lõi PU/PIR hai mặt kim loại
- ISO 8302: đo λ bằng phương pháp tấm nóng bảo vệ
Kết luận
PU foam là vật liệu cách nhiệt hiệu năng cao nhất trong nhóm phổ thông với λ = 0,022–0,028 W/(m·K) — đạt R-value tương đương với độ dày mỏng hơn 30–50% so với EPS hay rockwool. Hai dạng sản phẩm chính là tấm sandwich panel (ứng dụng mái tôn, tường công nghiệp) và spray foam (lấp đầy khe hở, mái không đều). Hạn chế chính là cấp cháy kém và giá thành cao.