پلی یورتانها : معرفی و کاربردها

مقدمه :   

بسپارش افزایشی (Addition Polymerization) یکی از واکنشهای شیمیاییست که  به تولید مواد پلیمری منتهی می گردد. مونومرهای شرکت کننده در واکنش میبایست حداقل دوعاملی(difunctional)باشند. مکانیسم عمل بدین گونه است که که مونومرهای متفاوت از ابتدا و انتها به یکدیگر متصل شده و زنجیرهای با طول کم یا الیگومر (تعداد مولکول کم) را بوجود می آورند و سپس این الیگومرها بصورت  هدایت شده بهم متصل می شوند تا ماده ماکرومولکول دلخواه شکل گیرد بعبارت دیگر هریک از (حداقل) دو گروه عاملی موجود قادر است فعال شده و باعث ادامه واکنش می گردد.

رزینهای افزایشی به دو گروه رزینهای اپوکسی و رزینهای پلی یورتان تقسیم بندی میشود.

در سال ۱۸۹۴ برای اولین بار F.Wurtz از واکنش بین یک ایزوسیانات و یک ترکیب هیدروکسیل موفق یه کشف اورتان شد. پلی یورتان ها در وهله اول جهت انواع جسبها ، الیاف و همچنین مواد مصنوعی مورد استفاده قرار گرفتند.

در شکل زیر واکنش تولید آن به نمایش گذارده شده است :

اولین کارهای تحقیقاتی انجام شده درسالهای دهه ی ۴۰ برروی تولید الیاف مصنوعی و محصولات اسغنجی متمرکز بود محصولاتی که با ویزگی ها و خواصی که تا آن روز ناشناخته بود و بسیار جلب توجه می نمود در همین سال همزمان روی کاربردی کردن شیمی پلی یورتان در صنعت رنگ کارهای فراوانی انجام شد .

کاربرد :

طراحان و متخصصان صنایع پوشش دهی بخوبی توان بهره بردای از این ترکیبات را در کاربردهای گوناگون دارند. مثالهای متعددی برای کاربردهای فراوان این ترکیبات وجود دارد، از جمله پوششهای شفاف برای پوشش دهنده های تک لایه مخصوص بامها و رنگهای مشخص کردن محل گذر عابرین پیاده و…

پلی‌یورتان‌ها به شکلهای مختلف از جمله فوم‌های نرم،  فوم‌های سخت، الاستومرها ، ترموپلاستیک الاستومرها ، رزین ،رنگ، پوشش و… در دنیا کاربرد دارند. یکی از کاربردهای پلی‌یورتان‌ها استفاده به عنوان پوشش لوله‌های مدفون در خاک با هدف

حفاظت در برابر خوردگی می‌باشد . در ادامه به بررسی چند مورد از محصولات پلی یورتان میپردازیم.

پوششهای پلی یورتان :

در چند سال اخیر فناوری پوششهای پلی یورتان گسترش و کاربرد یافته است . از مزایای اصلی این نوع پوششها سخت شدن بسیار سریع آنهاست که نتیجه آن  دسترسی به یک فناوری پر شتاب است ، پوششهای پلی یورتان در پوشش دهی خطوط لوله های انتقال نفت کاربرد دارند . در بسیاری پوشش های پلی یورتان بصورت دو جزئی هستند . سامانه پوششی در پلی یورتانهای متداول از یک بخش آن  متشکل از پلی یورتان و بخش ب که غالباً سخت کننده است  تشکیل میشوند . از پوشش های پلی یورتان بعنوان محافظ و عایق رطوبطی برای سطوح مختلف(غیر از آسفالت) ، ایزولاسیون سقف های صنعتی ، محافظت ازآثار باستانی در برابر فرسایش جوی و… استفاده میشود .

فوم های پلی یورتان :

افشانه یا اسپری فوم پلی یورتان رایج‌ترین نوع از  فوم پلی یورتان است که در سال ۱۹۴۰ تولید شد و توسط ارتش ایالات ‌متحده آمریکا برای استفاده در هواپیماها بکار گرفته شد . یکی از کاربردهای فوم پلی یورتان عایق‌کاری اجسام است . این دسته‌ از مواد شیمیایی از دو ماده اصلی پلی ال و ایزوسیانات که هر دو ماهیت مایع دارند تشکیل شده‌اند . پس از ترکیب این دو ماده باهم واکنش می‌دهند و به‌صورت فوم گسترش میابند و پس از مدتی جامد می‌شوند . این خشک شدن سریع باعث ایجاد عایقی نسبتاً دائمی خواهد شد که نه ترک می‌خورد و نه تغییر شکل می‌دهد . اگر فوم فراتر از منطقه موردنظر گسترش بیابد فوم اضافی را می‌توان به اندازه موردنظر برش داد .

ازجمله مزایای فوم های پلی یورتان میتوان به وزن سبک‌ ، مقاومت حرارتی بالا، استحکام بالا ، نفوذ پذیری کم در برابر بخار آب و… اشاره کرد .

فوم های پلی یورتان با گذشت زمان خواص خود را حفظ می کنند و دچار تغییر شکل و آسیب نمیشوند و از انعطاف پذیری بسیار بالایی برخوردار هستند . فوم های پلی‌ یورتان را میتوان به سه دسته ی فوم های نرم ، نیمه نرم و سخت دسته بندی نمود .

رزین های پلی یورتان :

رزینهای پلی یورتان در دو گروه اصلی تک جزئی و دو جزئی تقسیم بندی می شوند و اساس این تقسیم بندی براساس حلال پایه می باشد که دو گروه با حلال (آب پایه) یا بدون حلال که بصورت فاز جامد و بصورت پودری (رنگ های پودری) مورد استفاده  قرار می گیرند .

• رزین های پلی یورتان تک جزئی

بشدت چسبنده هستند و یک غشاء الاستیک و بادوام دارند به همین علت مقاومت شیمیایی بالا ، مقاومت در برابر اشعه ماورای بنفش  ، مقاومت مکانیکی و حرارتی بالایی دارند . در دو رنگ سفید و خاکستری موجودند . از رنگ سفید بعلت کاهش دمای داخلی ساختمان بطور کامل در اجراهای بیرونی ساختمان استفاده می شوند .

• رزین های پلی یورتان دوجزئی

در صنایع رنگ سازی بعنوان پایه رنگ است و بدون هیچ حلالی از آنها استفاده می شود از این رزینها برای برای قالب گیری و مدل سازی استفاده میشود این امر بعلت دارا بودن خواص فیزیکی و انعطاف پذیری فوق العاده و عدم انقباض و جمع شدگی در حین فرآیند قالب گیری از قطعات است که امکان ساخت قالب ها با حساسیت بالا را فراهم می کند .

رنگهای پلی یورتان :

از مشخصات اصلی این رنگ ها مقاومت بسیار عالی آنها در مقابل اشعه ماورای بنفش

می باشد . این نوع رنگ ها به دلیل ظاهر بسیار زیبا و چشم نواز و عاری بودن از مشکل پوست پرتغالی که یکی از معضلات رنگ های پودری می باشد نیز قابل توجه می باشند . خواص مکانیکی بسیار عالی به همراه خواص شیمیایی  ایده آل از دیگر مشخصات این رنگ ها می باشد .

از دیگر ویژگی های رنگ پلی یورتان می توان به مقاومت در برابر روغن های صنعتی، شیمیایی ، املاح ،  اسید و باز اشاره کرد . ضربه پذیری بالا، مقاومت بالای رنگ نسبت به گچی شدن، نور خورشید، مواد شیمیایی، آب و سایش پذیری از بهترین خصوصیات و ویژگی های رنگ پلی یورتان است .رنگهایپلی یورتان را به پنج دسته تقسیم می کنند :

• گروه اول

شامل لاک هایی می شوند که با ساختار شیمیایی پلی یورتان اصلاح شده یا تغییر یافته یا روغنی یا سایر ترکیبات حاوی اتصالات C=C . این رنگ ها هوا خشک بوده و پس از اعمال با جذب اکسیژن خشک میشوند مانند رنگهای آلکیدی .

• گروه دوم

این گروه یک جزئی هستند و حاوی گروه های فعال NCO هستند که با جذب رطوبت هوا خشک می شوند به آنها به اصطلاح لاک های سخت شونده یا رطوبت گفته میشود .

• گروه سوم

این گروه بصورت تک جزئی عرضه می شوند ولی عملا دو جزئی هستند و حاوی گروه های NCO بلوک شده هستند و در اثر حرارت ماده بلوک کننده را از دست داده و با بخش حاوی هیدروکسیل موجود در ظرف وارد واکنش شده و سپس سخت می شوند .

• گروه چهارم

این گروه رنگ هایی را شامل می شوند که دو جزئی هستند و تا قبل از اعمال در دو بسته بندی جداگانه نگهداری میشوند. جزء اول شامل پلی ال و جزء دوم شامل ترکیب حاوی

پلی ایزوسیانات است . دو جزء مربوطه قبل از اعمال با یکدیگر مخلوط می شود و در فاصله زمانی کاربری قابل استفاده و اعمال هستند .

• گروه پنجم

این گروه نیز دو جزئی است با این تفاوت که پلی ال و پلی ایزوسیانات (غیرفعال) یک جزء را تشکیل داده و جزء دوم که به فعال کننده معروف است قبل از اعمال برای فعال کردن پلی ایزوسیانات به جزء اول اضافه میگردد.

آماده سازی رنگهای پلی یورتان :

نکته بسیار مهم در اعمال رنگ‌های دوجزئی رعایت نسبت اختلاط دو جزء می‌باشد. این نسبت توسط شرکت‌ها مشخص شده‌اند و اگر مورد توجه قرار نگیرد رنگ خشک نخواهد شد . پس از اختلاط دو جزء آن را به وسیله همزن الکتریکی کامل هم زده تا یکنواخت شود . سپس برای اعمال آن به یکی از روش‌های مرسوم به‌روی سطح اجرا می‌کنند .

روشهای اعمال رنگهای پلی یورتان :

برای اعمال رنگ‌های پلی‌یورتان روش‌های مختلفی وجود دارد . این روش‌ها بسته به نوع کاربرد انتخاب می‌شوند که عبارتند از :

اسپری بدون هوا

اسپری با هوا

غلتک و قلم مو

نکات مهم حین استفاده رنگهای پلی یورتان :

برای استفاده از رنگ های مقاوم پلی اورتان سطوح مورد نظر بایستی عاری از هرگونه آلودگی نظیر املاح ، گرد و غبار و روغن باشد همچنین هرگونه خوردگی را از سطح پاک نموده و آستری مناسبی را برروی آن اعمال نمائید.خصیصه های فوق الذکر باعث می شود بتوان پوشش پلی اورتان را بر روی ماشین آلات کشاورزی نرده های آهنی با کیفیت بالا؛ قطعات خودرویی با کیفیت بسیاربالا که در معرض نور خورشید هستند و مبلمان فلزی مخصوص استفاده در محیط های بیرونی با دوام بسیار زیاد استفاده نمود .

این نوع از رنگ‌ها بعد از اختلاط فرصت محدودی به شما می‌دهند تا بتوانید آن را بر روی سطح اعمال کنید.

این رنگ‌ها قابل اشتعال هستند و باید در ظروف مخصوص و به دور از هر گونه حرارت نگهداری شوند.

خواص پلی یورتان :

مقاومت بالا در برابر سایش؛ضربه و ترک خوردگی

چسبندگی فوق‌العاده بالا با انواع سطوح مختلف

مقاومت بالا در برابر عوامل خورنده محیطی وجوی

حفظ قابلیت انعطاف در دامنه وسیع دمایی

غیر سمی و داری تاییدیه مصرف در مجاورت آب آشامیدنی

منابع

ویکی پدیا

کتاب پلی یورتان در صنعت رنگ نوشته ی مهندس حمید رقمی