Gioăng cao su mềm

Cao su non hay còn gọi là cao su mềm (tiếng Anh: Memory foam) là một loại vật liệu được cải tiến từ polyurethane (PU) bằng cách thêm các chất phụ gia để tăng mật độ và độ nhớt của nó. Điều này giúp tạo ra khả năng ghi nhớ hình dạng của vật thể khi có nhiệt độ ấm và phục hồi hình dạng ban đầu sau khi vật thể được loại bỏ. Vật liệu này thường được biết đến với tên gọi 'bọt polyurethane nhớt đàn hồi' hoặc bọt polyurethane có độ đàn hồi thấp (LRPu).

Dù được gọi là 'cao su non', loại vật liệu này không được sản xuất từ mủ cây cao su tự nhiên, nên tên gọi có thể gây nhầm lẫn. Thực tế, cao su non được chế tạo từ dầu mỏ, tương tự như nhựa và nylon. Nó được phát triển để mô phỏng những đặc tính ưu việt của cao su tự nhiên như sự mềm mại và độ đàn hồi. Tuy nhiên, cao su non vẫn còn một số nhược điểm như độ đàn hồi thấp hơn, khả năng thoát khí kém và không thân thiện với môi trường.

Lịch sử

Cao su non, được phát triển vào năm 1966 bởi Trung tâm Nghiên cứu Ames của NASA, nhằm cải thiện an toàn cho đệm máy bay. Bọt nhạy cảm với nhiệt độ, còn gọi là 'bọt hồi chậm' hoặc 'bọt nóng', được tạo ra bằng cách bơm khí vào một ma trận polymer. Nó có cấu trúc ô mở, phù hợp với áp suất tác động, nhưng dần dần trở lại hình dạng ban đầu.

Việc thương mại hóa bọt này sau đó bao gồm việc sử dụng trong các thiết bị y tế như tấm lót bàn chụp X-quang và thiết bị thể thao như lót mũ bảo hiểm bóng đá Mỹ/Canada.

Khi NASA phát hành cao su non cho công chúng vào đầu những năm 1980, Fagerdala World Foams là một trong những công ty hiếm hoi chấp nhận làm việc với bọt này, vì quy trình sản xuất còn khó khăn và chưa ổn định. Sản phẩm năm 1991 của họ, Nệm Thụy Điển Tempur-Pedic, đã dẫn đến việc thành lập công ty nệm và đệm Tempur World.

Cao su non sau đó đã được ứng dụng trong y tế. Ví dụ, nó thường được sử dụng để hỗ trợ bệnh nhân phải nằm lâu trên giường với một tấm nệm chắc chắn. Áp lực lên một số vùng cơ thể có thể làm giảm lưu lượng máu, dẫn đến các vết loét áp lực hoặc hoại tử. Tuy nhiên, nệm cao su non có khả năng giảm đáng kể các vấn đề này và được cho là làm giảm mức độ đau liên quan đến đau xơ cơ.

Cao su non đã từng quá đắt để sử dụng phổ biến, nhưng giờ đây đã trở nên rẻ hơn. Nó được dùng rộng rãi trong gia đình cho các sản phẩm như nệm, gối, giày và chăn. Ngoài ra, nó còn được ứng dụng trong y tế, chẳng hạn như đệm cho xe lăn, gối giường bệnh viện và đệm cho những người bị đau mãn tính hoặc vấn đề về tư thế; ví dụ, gối kê cổ bằng cao su non có thể giúp giảm cơn đau cổ mãn tính. Đặc tính giữ nhiệt của cao su non cũng có thể giúp làm dịu cơn đau cho những người cảm thấy hơi ấm thêm có thể giảm đau.

Cơ chế

Cao su non sở hữu đặc tính nhớt đàn hồi nhờ vào cấu trúc nội tại của vật liệu. Hiệu ứng mạng là lực giúp phục hồi cấu trúc của cao su khi bị biến dạng. Hiệu ứng này được tạo ra bởi sự biến dạng của vật liệu xốp, đẩy ra để khôi phục cấu trúc ban đầu sau khi áp lực được tác động. Ba hiệu ứng này hoạt động ngược lại với hiệu ứng mạng, làm chậm quá trình phục hồi cấu trúc ban đầu:

• Hiệu ứng khí nén, do không khí cần thời gian để vào cấu trúc xốp của cao su.
• Hiệu ứng kết dính, hay độ bám dính, là do độ dính của các bề mặt bên trong cao su, chống lại sự giảm áp khi các lỗ bên trong nén lại với nhau.
• Hiệu ứng thư giãn (lực mạnh nhất trong ba lực chống lại sự giãn nở), liên quan đến tính chất vật liệu gần điểm chuyển đổi giữa lỏng và rắn của cao su—hạn chế tính di động của nó, buộc mọi thay đổi phải xảy ra từ từ và làm chậm quá trình giãn nở của cao su khi áp suất đã được loại bỏ.

Các hiệu ứng này phụ thuộc vào nhiệt độ, do đó phạm vi nhiệt độ mà cao su non giữ được các đặc tính của nó bị hạn chế. Nếu quá lạnh, nó trở nên cứng. Nếu quá nóng, nó hoạt động như cao su thông thường, nhanh chóng trở lại hình dạng ban đầu. Quá trình này có thể được mô tả cơ bản bằng polyme rão.

Các hiệu ứng khí nén và kết dính có liên quan chặt chẽ đến kích thước của các lỗ xốp trong cao su non. Các lỗ nhỏ hơn tạo ra diện tích bề mặt bên trong lớn hơn và giảm lưu lượng không khí, làm tăng độ bám dính và hiệu ứng khí nén. Vì vậy, các đặc tính của cao su có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi cấu trúc tế bào và độ rỗng. Điểm chuyển dịch của cao su cũng có thể được tinh chỉnh bằng cách sử dụng các chất phụ gia trong vật liệu.

Tính chất cơ học của cao su non có thể ảnh hưởng đến mức độ thoải mái của nệm. Cũng có một sự đánh đổi giữa sự thoải mái và độ bền. Một số loại cao su non có cấu trúc tế bào cứng hơn, dẫn đến việc phân bổ trọng lượng kém hơn nhưng khả năng phục hồi cấu trúc ban đầu tốt hơn, cải thiện độ bền và khả năng chu kỳ. Cấu trúc tế bào dày hơn cũng có thể giúp chống lại sự xâm nhập của hơi nước, làm giảm độ mòn và cải thiện độ bền cũng như hình thức tổng thể.

Nệm

Nệm cao su non thường có độ dày hơn so với các loại đệm xốp khác, điều này làm cho nó nặng hơn và cung cấp hỗ trợ tốt hơn. Giá của nệm cao su non thường cao hơn so với các loại đệm truyền thống.

Các thế hệ cao su non thứ hai và thứ ba có cấu trúc tế bào mở, phản ứng với nhiệt độ và trọng lượng cơ thể bằng cách giữ theo hình dạng của cơ thể người ngủ, giúp giảm các điểm áp lực, ngăn ngừa loét do áp lực, và các vấn đề khác. Các nhà sản xuất cho rằng điều này giúp giảm điểm áp lực, giảm đau và cải thiện chất lượng giấc ngủ, dù không có nghiên cứu khách quan nào chứng minh những lợi ích này.

Nệm cao su non giữ nhiệt cơ thể khá tốt, do đó có thể trở nên quá nóng trong thời tiết oi ả. Tuy nhiên, loại cao su non dạng gel thường mát hơn nhờ vào khả năng thoáng khí tốt hơn.

Tính độc hại

Khí thải từ đệm cao su non có thể gây kích ứng đường hô hấp nhiều hơn so với các loại đệm khác. Bọt hoạt tính, như các sản phẩm polyurethane khác, có khả năng dễ cháy. Một số khu vực đã ban hành luật yêu cầu tất cả các bộ đồ giường, bao gồm cả sản phẩm cao su non, phải có tính chống cháy từ nguồn lửa như nến hoặc bật lửa. Luật giường ngủ của Hoa Kỳ, có hiệu lực từ năm 2010, đã cập nhật Bản tin Cal-117 để kiểm tra tính chống cháy.

Có những lo ngại về việc mức độ cao của chất chống cháy PBDE, thường được sử dụng trong bọt hoạt tính, có thể gây ra vấn đề sức khỏe cho một số người. PBDE hiện không còn được sử dụng trong hầu hết các loại xốp lót giường, đặc biệt là ở Liên minh Châu Âu.

Các nhà sản xuất khuyến cáo không nên để trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ nằm một mình trên đệm cao su non, vì chúng có thể gặp khó khăn khi lật trở và có nguy cơ ngạt thở.

Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ đã công bố hai tài liệu đề xuất Tiêu chuẩn Khí thải Quốc gia đối với Chất gây Ô nhiễm Không khí Nguy hiểm (HAP) liên quan đến khí thải độc hại trong quá trình sản xuất sản phẩm xốp polyurethane. Các khí thải HAP trong sản xuất bọt polyurethane bao gồm methylene chloride, toluene diisocyanate, methyl chloroform, methylene diphenyl diisocyanate, propylene oxide, diethanolamine, metyl etyl xeton, methanol và toluen. Tuy nhiên, không phải tất cả các khí thải hóa học từ quá trình sản xuất đều được phân loại. Methylene chloride chiếm hơn 98% tổng lượng khí thải HAP từ ngành công nghiệp này. Tiếp xúc ngắn hạn với methylene chloride nồng độ cao có thể gây kích ứng mũi và cổ họng. Việc tiếp xúc lâu dài với methylene chloride có thể ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương, gây đau đầu, chóng mặt, buồn nôn và mất trí nhớ. Các nghiên cứu trên động vật cho thấy việc hít phải methylene chloride ảnh hưởng đến gan, thận và hệ tim mạch. Mặc dù chưa có báo cáo về tác động đến sự phát triển hoặc sinh sản ở người, các nghiên cứu hạn chế trên động vật cho thấy sự giảm trọng lượng cơ thể thai nhi ở chuột bị phơi nhiễm.