پلی یورتان ها دسته بزرگی از پلیمرها هستند که می توانند برای طیف وسیعی از کاربردها طراحی شوند و سهم قابل توجهی در بخش های ساخت و ساز، خودرو و برق دارند.

پلی اورتان بیشتر برای پوشش‌ها و رنگ‌های مایع شناخته می‌شود، اما کاربردها نیز می‌تواند از فوم‌های نرم و انعطاف‌پذیر تا عایق‌های سفت و سخت متفاوت باشد. این طیف وسیعی از کاربردها ممکن است زیرا هر دو وجود دارد ترموپلاستیک و ترموست پلی یورتان ها

پلی اورتان در اصل به عنوان جایگزینی برای لاستیک طبیعی در جنگ جهانی دوم سنتز شد. مدت کوتاهی پس از آن، تطبیق پذیری این پلیمر جدید و توانایی آن در جایگزینی مواد کمیاب، کاربردهای متعددی را به همراه داشت. امروزه این گروه از پلیمرها 7.7 درصد از تقاضای پلاستیک اروپا را پس از پلیمرهای کالایی تشکیل می دهند. پلی اتیلن، پلی پروپیلن، و پی وی سی [1].

در اینجا، با این موارد آشنا خواهید شد:

• ساختار و خواص پلی اورتان
• تولید و فرآوری پلی اورتان
• کاربردهای پلی اورتان
• گریدهای تجاری پلی اورتان

شکل 1. مکعب های پلی اورتان.

خواص پلی اورتان

پلی اورتان در الف تولید می شود پلیمریزاسیون واکنش بین دیول ها (یا پلی ال ها: الکل ها با دو یا چند گروه هیدروکسیل-OH واکنش پذیر) و دی ایزوسیانات ها (یا پلی ایزوسیانات ها: ایزوسیانات ها با دو یا چند گروه ایزوسیانات فعال – NCO). نتیجه یک مولکول است که توسط پیوندهای یورتان (COONH) پیوند می‌یابد.

شکل 2. ساختار پلی اورتان [2].

تعدادی انتخاب از مولکول های الکل و مولکول های ایزوسیانات مربوطه وجود دارد که هر ترکیب ماده پلی اورتان جدیدی با خواص جدید تولید می کند. خواص پلی یورتان ها بسته به ساختار این ستون فقرات پلیمری متفاوت است و می توان آن ها را به گونه ای طراحی کرد که دارای استحکام و استحکام بالا یا انعطاف پذیری و چقرمگی بالا باشد.

پلی اورتان ترموپلاستیک در مقابل پلی اورتان گرما سخت

مولکول پلیول انتخابی تأثیر زیادی بر خواص و درجه اتصال عرضی در محصول پلی اورتان به طور خاص، تعداد گروه های هیدروکسیل در هر مولکول و اندازه و انعطاف پذیری ستون فقرات هیدروکربنی را می توان برای تغییر خواص مکانیکی ماده پلی یورتان به دست آمده انتخاب کرد.

اگر یک دیول با دی ایزوسیانات واکنش نشان دهد، پلیمر خطی و گرمانرم را تشکیل می دهد.

اگر الکل بیش از دو گروه هیدروکسیل داشته باشد، یک مولکول صلب، متصل به هم و گرما سخت ایجاد می کند.

میز 1. خواص پلی اورتان ترموپلاستیک

تولید و فرآوری پلی اورتان

با توجه به اینکه پلی یورتان ها در واکنش بین دیول ها و دی ایزوسیانات ها ایجاد می شوند، فرآیند تولید را می توان به سه قسمت تقسیم کرد:

1. تولید دیول ها
2. تولید ایزوسیانات ها
3. تولید پلی اورتان از این اجزا.

پلی ال مورد استفاده در تولید پلی یورتان ها معمولاً پلی اتر (در 90 درصد پلی یورتان ها) یا پلی استر، با گروه های هیدروکسیل پایانی. علاوه بر این، پلی ایزوسیانات های آروماتیک و آلیفاتیک زیادی وجود دارد. با این حال، مهمترین آنها، تولوئن دی ایزوسیانات (TDI) و متیلن دی فنیل دی ایزوسیانات (MDI) در تولید حدود 95٪ از تمام پلی یورتان ها نقش دارند. [3]. TDI به طور کلی در تولید فوم های نرم و انعطاف پذیر برای بالش استفاده می شود، در حالی که MDI در تولید پلی یورتان های سخت و همه کاره تر استفاده می شود.

اگر یک دیول با TDI یا MDI واکنش دهد، یک پلیمر خطی و گرمانرم از طریق یک پلیمریزاسیون تراکمی واکنش. اگر الکل بیش از دو گروه هیدروکسیل داشته باشد، یک مولکول صلب، متصل به هم و گرما سخت ایجاد می کند.

معمولاً مواد افزودنی به مخلوط اضافه می‌شوند تا خواص خاصی را بهبود بخشند، مانند عوامل اتصال متقابل، عوامل گسترش دهنده زنجیره، عوامل دمنده، سورفکتانت‌ها، پرکننده‌ها، نرم‌کننده‌ها، رنگدانه‌ها و بازدارنده‌های شعله. عوامل دمنده یک فوم پلی اورتان ایجاد می کنند و سورفکتانت ها تشکیل حباب و در نتیجه تشکیل سلولی فوم را کنترل می کنند. پرکننده ها سفتی را افزایش می دهند، نرم کننده ها سختی را کاهش می دهند و رنگدانه ها به مواد رنگ می بخشند.

شکل 3. مهر دست روی تشک مموری فوم پلی اورتان پس از تست فشار دادن.

فوم پلی اورتان

این دو مایع واکنش دهنده با هم ترکیب می شوند و پلیمر جامد را تشکیل می دهند که ممکن است کشسان یا صلب باشد. با این حال، این جامد ممکن است حاوی حباب هایی باشد که آن را به یک ماده فوم سلولی تبدیل می کند. این حباب ها می توانند به صورت شیمیایی یا فیزیکی ایجاد شوند. دمیدن شیمیایی را می توان با افزودن آب به پلی ال بدست آورد که به نوبه خود با ایزوسیانات ها واکنش می دهد و حباب های گاز دی اکسید کربن را تشکیل می دهد. روش دیگر، دمیدن فیزیکی با افزودن ماده ای با نقطه جوش نسبتاً پایین، مانند پنتان، حاصل می شود. همانطور که واکنش پلیمریزاسیون گرمازا ادامه می یابد، پنتان گرم شده و به حباب تبدیل می شود.

این رویه بسته به کاربرد در دست قابل کنترل است. به عنوان مثال، زیره کفش ممکن است دو برابر حجم خود باد شود، در حالی که بالشتک ها ممکن است 30 تا 40 برابر حجم آن باد شوند. در برخی از فوم های با چگالی کم برای بالش و عایق کاری، تنها 3 درصد از حجم کل را پلی اورتان جامد تشکیل می دهد. [3].

کاربردهای پلی اورتان

از آنجایی که تعداد زیادی از مواد پلی ایزوسیانات و پلی ال برای تولید پلی یورتان موجود است، می توان طیف گسترده ای از مواد را برای رفع نیازهای کاربردهای خاص تولید کرد. وزن نسبتاً سبک و تطبیق پذیری آن آن را به ماده ای بهینه برای کاربردهای ساختمانی، خودروسازی، دریایی و حتی پوشاک تبدیل می کند. [4].

شکل 4. موارد استفاده از پلی اورتان ها (برگرفته از شکل 1 در [3])

فوم پلی اورتان انعطاف پذیر

فوم پلی اورتان انعطاف پذیر سبک، بادوام، حمایت کننده و راحت است. معمولا برای بالش در ملافه، مبلمان، فضای داخلی خودرو، زیر فرش و بسته بندی استفاده می شود. این به دلیل استفاده کالایی 30 درصد از بازار پلی اورتان را به خود اختصاص داده است [5].

فوم پلی اورتان سفت و سخت

فوم های پلی اورتان سفت و سخت اقتصادی ترین و کم مصرف ترین عایق ها هستند که هزینه های انرژی را به میزان قابل توجهی کاهش می دهند. هنگامی که در عایق کاری سقف و دیوار، عایق بندی پنجره ها و درها استفاده می شود، به حفظ دمای یکنواخت و کاهش سطح سر و صدا کمک می کند. فوم پلی اورتان سفت و سخت نیز معمولاً به عنوان عایق حرارتی در یخچال و فریزر استفاده می شود.

پوشش ها، چسب ها، درزگیرها و الاستومرها

پوشش های پلی اورتان می تواند ظاهر محصول را بهبود بخشد و طول عمر آن را افزایش دهد. روکش پلی اورتان را می توان برای افزودن درخشندگی به سطح یک شی مورد استفاده قرار داد که خواص نسبتاً بهتری نسبت به پرداخت های لاک، شلاک و لاک سنتی دارد. رنگ پلی اورتان یا پلی اورتان پاک کن معمولاً یک پوشش پلی اورتان بر پایه روغن است که برای افزودن رنگ و افزایش دوام روی سطوح چوبی یا بتنی اعمال می شود، زیرا معمولاً ضخیم تر از آن است که روی آن اسپری شود. با این حال، پلی یورتان پایه آب محبوبیت بیشتری پیدا می کند زیرا سمیت کمتری دارد و خشک شدن آن زمان کمتری نسبت به همتای پایه روغنی خود دارد. [6].

چسب های پلی یورتان مزایای اتصال قوی را به خصوص بلافاصله پس از تولید ایجاد می کنند و درزگیرهای پلی اورتان مهر و موم های محکم تری نسبت به نمونه های سنتی دارند. پلی اورتان الاستومرها را می‌توان به هر شکلی که لازم است قالب‌گیری کرد، سبک‌تر از فلز هستند، بازیابی استرس را افزایش می‌دهند و در برابر محیط‌زیست بسیار مقاوم هستند.

شکل 5. مواد پلی اورتان در اشکال و اشکال مختلف.