وبلاگ

­ا ی بر پلی ­یورتان­ها
از زمان كشف پلی­یورتان­ها در اواخر دهه­ سی قرن بیستم تاكنون، این پلیمرها همواره به دلیل خواص ویژه و منحصربه‌فرد خود مورد توجه جدی بوده‌اند. تا اواسط دهه­ 70 میلادی پلی­یورتان به دلیل قیمت بالای آن‌ ها در كاربردهای ویژه­ای مصرف می‌شدند ولی پس از آن دامنه‌ی تولید آن‌ ها به‌سرعت گسترش یافت و در زمینه‌های مختلف صنعتی مورد بهره‌برداری قرار گرفته‌اند [6-1].
پلی­یورتان­ها، پلیمرهایی هستند كه امروزه به‌عنوان فیلم، الیاف، الاستومر و نظایر آن مورد استفاده قرار می‌گیرند [8،7].
اعتبار كشف پلی‌یورتان‌ها متعلق به پروفسور بایر آلمانی در سال 1937 می‌باشد. وی با انجام واكنش بین دی­ایزوسیانات آلیفاتیک و دی­ال­آلیفاتیک (گلیكول) و 1،4 بوتان­دی­ال تحت شرایط رفلاكس نوعی پلیمر خطی با وزن مولكولی بالا و ویسکوزیته­ی ذوب پایین به دست آورد كه هم‌اکنون به آن پلی­یورتان گفته می‌شود. این پلی­یورتان به روش مذاب تهیه شد[11-1].
همانند پیشرفت‌های دیگر علم شیمی پلیمر، روش‌های جدیدی برای تولید پلی­یورتان نیز مطرح شدند. اولین پلی­یورتان تولیدشده دارای دمای ذوب oC185 و با نام Igamid U تحت عنوان سنتز و Perlon U برای نام تجاری بود[1،8،12].
اولین ترموپلاستیک پلی­یورتان با نام I-Rubber توسط شرکت Dupont و ICI در دهه­ 40 میلادی به بازار عرضه شد. در این ترموپلاستیک پلی­یورتان از آب به عنوان زنجیرگستراننده، از  نفتالین 1و5 دی‌ایزوسیانات[1] به عنوان دی­ایزوسیانات و یک پلی‌اتر یا پلی‌استر دی­ال با وزن مولكولی بالا استفاده شد. به دلیل بالا بودن دمای ذوب این پلیمر از دمای تخریب پیوند یورتانی، این نوع پلیمر را به عنوان ترموپلاستیک پلی­یورتان در نظر نمی‌گیرند. پیشرفت اصلی زمانی بود كه در سال 1958 برای اولین بار از دی فنیل متیلن 4و4 دی‌ایزوسیانات[2] به عنوان دی­ایزوسیانات در تولید ترموپلاستیک پلی­یورتان استفاده شد[10-8].
واژه­ی پلی­یورتان به معنی پلیمری است كه دارای پیوند یورتانی می‌باشد. درواقع، پلی‌یورتان‌ها در ساختمان مولكولی خود دارای گروه‌های یورتانی با توجه به تركیبات شیمیایی زنجیره می‌باشند. پلی‌یورتان به‌طورمعمول علاوه بر گروه یورتانی شامل گروه‌های هیدروکربنی آروماتیک و آلیفاتیك، استرها، اترها، آمیدها، اوره و گروه‌های ایزوسیاناتی هم می‌باشد[8،1].
پلی­یورتان­ها در كاربردهای وسیعی مورداستفاده قرار می‌گیرند. شكل (1-1) نشان‌دهنده‌ی كاربردهای وسیع آن‌ ها می‌باشد كه به هفت گروه: قالب انعطاف‌پذیر، فوم سخت، ورقه­ های انعطاف‌پذیر، الاستومرهای جامد، قالب‌گیری تزریقی واکنشی (RIM)[3]، ماده پوششی و دوجزئی تقسیم می­ شوند[8،1].

2-1- شیمی پلی­ یورتان­ها
گروه ایزوسیانات می ­تواند با موادی كه دارای هیدروژن فعال هستند و هم‌چنین با خود واکنش دهد[11،1]. زمانی كه ایزوسیانات­ها با موادی شامل حداقل دو هیدروژن فعال در هر مول واكنش می‌دهند، یک پلیمر به صورت فوم نرم یا سخت، الاستومرها، پوشش‌ها و چسب­ها تولید می­ شود[9]. طرح (1-1) نشان‌دهنده‌ی تشکیل پیوند یورتانی می­باشد. بر اثر واکنش میان گروه ایزوسیاناتی با گروه هیدروکسیلی پیوند یورتانی به وجود می­آید.
پلی­یورتان می ­تواند ساختار شیمیایی ترموپلاستیک یا ترموست و یا ساختار فیزیكی مانند فوم و الاستومر نرم را به خود بگیرد. تركیب شیمیایی پلی‌یورتان بر اساس نوع ایزوسیانات و پلی­ال می ­تواند متفاوت باشد[8].
مهم‌ترین مزیت پلی‌یورتان، استحكام بالا در دمای پایین، خاصیت فوم شوندگی سریع و مقاومت در برابر ساییدگی، ازن، اکسیژن و مقاومت در حضور رطوبت می‌باشد[8].
3-1- ترموپلاستیک پلی‌یورتان و کاربرد آن
ترموپلاستیک پلی­یورتان­ها، پلی­یورتان­هایی هستند كه اخیراً درزمینه‌ی فنّاوری یورتان­ها توسعه‌یافته‌اند. این پلیمرها معمولاً از واكنش یک دی­ایزوسیانات، یک پلی­ال (پلی­اتر یا پلی­استر) كه در انتهای زنجیر پلیمری خود عامل -OH دارد و یک زنجیرگستراننده مانند 1و4 بوتان‌دی‌ال، با وزن مولكولی کم‌ به دست می­آید[1].
ترموپلاستیک پلی­یورتان اولین ماده‌ی الاستومری همگن می­باشد كه می‌تواند به‌وسیله‌ی روش­های متداولی كه برای تولید ترموپلاستیك­ها مورد استفاده قرار می­گیرد، تولید شود. طبق تعریف، ترموپلاستیک پلی­یورتان به‌عنوان پلی مابین لاستیک و پلاستیک است. با وجود اینکه این مواد عملكرد لاستیکی دارند، می‌توانند به‌عنوان یک ترموپلاستیک فرایند شوند. این پلیمر از نوع ترموپلاستیک الاستومرها و دارای درجه‌ی بالایی از انعطاف‌پذیری هستند که با ساختار شبكه ­ای به هم وصل می­شوند. زمانی که فشار خارجی بر روی یک الاستومر وارد می‌شود، الاستومر ایده­ال فقط پاسخ الاستیک نشان می‌دهد، در صورتی که الاستومرهای واقعی پاسخ نیمه الاستیک و ویسكوالاستیک نیز از خود نشان می­دهند. زمانی كه شاخه‌ها به صورت شبكه ­ای به هم وصل می­شوند، سیستم ویژگی­های شبه جامد پیدا می­كند كه در این حالت شاخه­ها از جریان پیدا كردن در اثر فشار خارجی، جلوگیری می‌کنند. این پلیمرها همانند یک لاستیک معمولی می‌توانند تا 10 برابر اندازه‌ی واقعی خود افزایش طول دهند و اگر نیروی خارجی قطع شود دوباره به ‌سرعت به حالت اولیه خود بازمی‌گردند. شبکه‌ای كه باعث ارتباط داشتن زنجیرهای پلیمری با هم می­ شود می ­تواند شیمیایی یا فیزیكی باشد، تنها تفاوت ترموپلاستیک الاستومر با الاستومر در این است كه ترموپلاستیک الاستومر دارای پیوندهای عرضی فیزیکی میان زنجیرهای پلیمری است. درواقع، ترموپلاستیک الاستومرها موادی با پیوندهای عرضی قابل‌برگشت دمایی هستند كه می­توانند به صورت ترموپلاستیک فرایند شوند[16-13،11-8،1].
ترموپلاستیک الاستومرها دارای سیستم دوفازی هستند، فاز سخت و جامد و فاز نرم و الاستومری كه با پیوند شیمیایی به هم ارتباط دارند. فاز سخت استحکام به این پلیمرها می­دهد و در برابر آن نیز، فاز نرم و الاستومری حالت انعطاف‌پذیری و الاستیکی به پلیمر می­دهد. فاز سخت شامل زنجیرگستراننده (مانند بوتان‌دی‌ال) و دی­ایزوسیانات‌ها (مانند MDI) می­باشد. فاز نرم شامل پلی‌ال پلی‌اتری یا پلی‌ال پلی‌استری می­باشد. هر دو فاز دمای ذوب و انتقال شیشه ­ای متفاوتی دارند كه به طور طبیعی، فاز سخت دمای ذوب بالاتری دارد. به همین دلیل، پلیمر در دمای بالاتر از دمای ذوب به صورت مذاب ویسكوز همگنی تبدیل می­ شود كه باعث فرایند شدن به روش­های مختلف می‌گردد[15،10].
قسمت ­های سخت زنجیر پلی­یورتان که در زنجیر تكرار می­شوند، قطبی هستند و به علت نیروی جاذبه قوی دوطرفه، تجمع پیدا کرده و به صورت بلوری و یا نیمه بلوری در ماتریس پلیمری درمی‌آیند. قسمت ­های نرم دارای ویژگی الاستومری به همدیگر به صورت خطی از طریق پیوند عرضی متصل شده ­اند[13].
این پلیمرها دارای خواص فوق‌العاده خوبی ازجمله: خاصیت ضد ساییدگی عالی، مقاومت مكانیكی بالا، انعطاف‌پذیری در دمای پایین، قدرت تحمل وزن زیاد، مقاومت در برابر آب، روغن­ها و حلال­ها، قابلیت تراش و خواص كشسانی زیاد هستند. از كاربردهای آن می‌توان به جایگزین بسیار مقاوم چرم برای استفاده در صنعت كفش، وسایل ورزشی، لوازم پزشكی، پوشش كابل­ها، استفاده در هرجایی كه براثر برخورد اجسام تیز به مقاومت سایش و مقاومت پارگی بالا نیاز باشد، تسمه‌نقاله‌ها، ضربه‌گیرها، عایق­های صدا، در سازه­های بتنی، شیلنگ نوار زهی پنجره­ها، انواع واشرها و نظایر آن اشاره نمود[1].
روش­های مورد استفاده در فرایند ترموپلاستیك­های پلی­یورتان همانند دیگر ترموپلاستیك­ها شامل تزریق، اكستروژن، غلطک­زنی و شکل‌دهی حلالی می‌باشد و این ترموپلاستیك­ها دارای خواص الاستومری بسیار خوب، مقاومت كششی، سایشی و مقاومت در مقابل عوامل محیطی بسیار عالی هستند[1].
[1] Naphthalene-1,5-Diisocyanate
[2] Methylene Diphenyl Diisocyanate
[3] Reaction Injection Molding