ترکیبات تشکیل دهنده ی پلی اورتان

پلیمرهای پلی اورتان از چه مواد تشکیل شده اند؟

ترکیبات اصلی تشکیل دهنده پلی اورتان عبارتند از ایزوسیانات های دو و سه تایی و پلی ال ها. سایر موارد نیز به این ترکیب اضافه می شوند تا به فرآوری این پلیمر کمک کنند و خواص آن را اصلاح نماید.

• ایزوسیانات ها: ایزوسیانات هایی که به منظور تولید پلی اورتان به کار برده می شود دارای دو و یا سه گروه ایزوسیاناتی بر روی هر مولکول خود می باشند. پرکاربردترین ایزوسیاناتهای موجود عبارتند از دی ایزوسیانات های آروماتیک، تولوئن دی ایزوسیانات و متیلن دی فنیل دی ایزوسیانات. دو مورد آخر نسبت به سایر ایزوسیانات ها از هزینه کمتری برخوردارند ولی واکنش پذیری بیشتری دارند. درجات صنعتی آنها نیز ترکیبی از ایزومرها ست ولی متیلن دی فنیل دی ایزوسیانات در اغلب موارد شامل مواد پلیمری مانند فرم های قالب گیری شده برای صندلی های خودرو، فوم های محکم مانند فوم های عایق به کار برده شده در یخچال، الاستومرها مانند کف کفش و بسیاری از موارد دیگر می شوند. این امکان نیز وجود دارد که تغییراتی حدودی در ایزوسیانات ها با استفاده از واکنش دهی آنها با پلی ال ها و یا معرفی سایر مواد به منظور کاهش حالت فرار و سمیت این مواد و همچنین کاهش نقطه ذوب آنها ایجاد کرد. در این صورت کاربری مواد یاد شده ساده‌تر شده و همچنین خواص پلیمر نهایی بهبود می یابد. ایزوسیانات های آلیفاتیک و آلیفاتیک حلقوی معمولاً به مقدار بسیار کمی مورد استفاده قرار می گیرند و بیشتر موارد مصرف آنها نیز در حوزه تولید پوشش ها و سایر مواردی است که در آن رنگ و شفافیت از اهمیت بالایی برخوردار است زیرا پلی اورتان هایی که با ایزو سیانات های حلقوی ساخته می شوند  با قرار گیری در برابر نور  رنگ تیره تری پیدا می کنند. مهمترین ایزوسیانات های آلیفاتیک و آلیفاتیک حلقوی عبارتند از 1,6-hexamethylene diisocyanate , 1-isocyanato-3-isocyanatomethyl-3,5,5-trimethyl-cyclohexane , و 4,4′-diisocyanato dicyclohexylmethane.

• پلی ال ها: پلی ال ها نیز می توانند شامل پلی ال های پلی استری شوند که از واکنش اپوکسیدها با ترکیبات حاوی هیدروژن فعال به وجود می آیند. اما پلی ال های پلی استری از بسپارش تراکمی کربوکسیلیک اسید های چند وظیفه ای و ترکیب های پلی هیدروکسیل به وجود می‌آیند. می توان این نوع از پلی ال ها را با توجه به مصرف نهایی آنها دسته بندی کرد. انواعی از این مواد که وزن مولکولی بالایی دارند (یعنی مقداری از ۲۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰) به منظور تولید پلی اورتان های انعطاف پذیر به کار برده می شوند ولی انواعی که وزن مولکولی پایین تری دارند در تولید محصولات مستحکم کاربرد دارند. انواعی از پلی ال ها که برای تولید محصولات انعطاف پذیر و ارتجاعی به کار برده می شوند از آغازگر هایی با گروه‌های عامل کم استفاده می‌کنند مانند دی پروپیلن گلیکول و یا محلول سربیتول و آب. نوع دوم پلی ال  ها در تولید محصولاتی مستحکم و سخت به کار برده می شوند، معمولاً از اغازگرهایی با گروه های عاملی زیاد استفاده می‌کنند مانند نیشکر، سوربیتول، تولوئن دی آمین و بازهای مانیخ. پروپیلن اکسید و یا اتیلن اکسید به آغازگرها اضافه می شوند تا زمانی که به وزن مولکولی متناسب دست پیدا کنند. ترتیب افزودن مواد یاد شده و همچنین میزان هرکدام بر خواص پلی ال ها موثر است مانند سازگاری آنها، انحلال پذیری در آب و واکنش پذیری. انواعی از پلی ال ها که فقط از یک پروپیلن اکسید تشکیل شده‌اند به گروه های هیدروکسیل ثانویه ختم می شوند و نسبت به انواعی از پلی ال ها که دارای اتیلن اکسید می باشند و شامل گروههای اولیه هیدروکسیل می شوند واکنش پذیری کمتری دارند. پلی ال های پیوندی که با نام پلی ال های پر شده و یا پلیمری نیز شناخته می شوند، حاوی انواعی از مواد جامد پلیمری هستند که به صورت کامل پخش شده اند مانند استایرن آکریلونیتریل، اکریلونیتریل یا پلی اوره. این مواد به یک بدنه پلی استری با وزن بالای مولکولی پیوند خوردند. از موارد یاد شده به منظور افزایش خاصیت تحمل بار فوم هایی با چگالی کم و قابلیت ارتجاعی بالا و همچنین افزودن استحکام فومهای میکرو سلولار و الاستومرها استفاده میشود. واکنشگرهایی همانند اتیلن دی آمین و تری اتانولامین به منظور تولید فوم هایی سخت با وزن مولکولی پایین به کار برده می شوند که دارای کاتالیزگرهای فعال داخلی می باشند و این موضوع نیز ناشی از حضور اتمهای نیتروژن در پیکره اصلی آنهاست. یک دسته خاص از پلی الهای پلی استری که با نام پلی تترا متیلن اتر گلیکول شناخته می‌شوند، از بسپارش تترا هیدرو فوران به دست می‌آید که در تولید پوشش هایی با عملکرد بسیار بالا و مرطوب سازی و محصولات الاستومری مصرف می شوند. پلی ال های پلی استری سنتی بر اساس مواد خام ساخته می‌شوند و با استری سازی  پلیمری مستقیم اسیدهایی با خلوص بالا و گلیکولها تولید می شوند مانند آدیپیک اسید و 1,4-butanediol. پلی الهای  پلی استری معمولاً در و مقایسه با پلی ال های پلی اتری گران‌تر بوده و همچنین چسبندگی بیشتری دارند ولی باعث می شوند تا پلی اورتان های ساخته شده از این مواد حلال های بهتری باشند و مقاومت بهتری در برابر سایش و برش داشته باشد. سایر پلی ال های پلی استری از مواد خام اصلاح پذیر به وجود می‌آیند و در واقع از تبادل ترنس یا گلیکوز پلی اتیلن ترفتالات بازیافت شده و یا دی متیل ترفتالات تولید می شوند. این پلی ال های پلی استری که دارای وزن مولکولی پایین می باشند و خاصیت آروماتیک نیز دارند در تولید فوم های سخت به کار برده می شود و همچنین از خواص منحصربفردی مانند اشتعال پذیری بالا و هزینه پایین برای پلی ایزوسیانورات ها و فوم های عایق پلی اورتان برخوردارند.

• مواد مشتق شده زیستی: گرایش موجود برای تولید محصولات سبز و بادوام باعث شده است تا علاقه فراوانی برای تولید محصولات مشتق شده از پلی ال ها از روغن نباتی به وجود آید. انواعی از روغن ها که در ساخت پلی ال ها و پلی اورتان ها به کار برده می شوند عبارتند از سویا، دانه پنبه و کرچک. روغن های نباتی توسط روشهای متفاوتی فراوری شده و به پلی اتر آمید، پلی اتر ها، الکیدها ها و سایر موارد تغییر پیدا می‌کنند. منابع تجدید پذیری که به منظور تولید و آماده‌سازی پلی ال ها به کار برده می شوند ممکن است اسیدهای چرب دوپار و یا اسیدهای چرب باشند. انواع از پلی اورتان های عاری از ایزوسیانات ها و زیست محور واکنش بین پلی آمین ها و کربنات های حلقوی را به وجود می‌آورند تا بتوانند پلی هیدروکسی اورتان ها را تولید کنند.

• بسط دهنده های زنجیره‌ای و پیوند دهنده های عرضی: بسط دهنده های زنجیره ای و پیوند دهنده های عرضی انواعی از ترکیبات با وزن پایین مولکولی می باشد که به گروههای هیدروکسیل و امین ختم شده اند و نقش مهمی درتعیین شکل ظاهری پلیمر پلی اورتان، الاستومرها، چسب ها و انواعی از فوم های میکرو سلولار دارند. خواص الاستومری و یا ارتجاعی این مواد ناشی از فاز جداسازی قسمت های پلیمری هم بسپار های نرم و سخت از یکدیگر است مانندحالتی که در آن حوزه‌های اورتانی سخت به عنوان پیوندهای عرضی بین حوزه های نرم پلی اتری یا پلی استری نرم و بدون شکل قرار می گیرند. این جداسازی فاز از آنجایی رخ می دهد که این مواد دارای خاصیت غیرقطبی بوده و همچنین بخش های نرم با نقطه ذوب پایین با بخش های قطبی ناسازگار می باشند که در واقع بخش های سخت را تشکیل می دهند. همچنین بخش های نرم که از مولکولهای های سنگین وزن تشکیل شده اند متحرک بوده و معمولاً به حالت حلقه و پیچیده موجود می باشند و این در حالی است که بخش های سخت که از ایزوسیانات ها و بسط دهنده  های زنجیرهای تشکیل شده‌اند حالتی غیر انعطاف‌پذیر و غیرمتحرک دارند. از آنجایی که بخش های سخت از طریق پیوند های کووالانسی به بخش‌های نرم متصل شده اند، آنها جریان پلاستیکی زنجیره های پلیمری را نشان می دهند و در کنار آن از انعطاف پذیری الاستومری هم برخوردارند. تغییر شکل مکانیکی باعث میشود تا قسمتی از بخش های نرم تحت فشار قرار بگیرند و بخش های سخت نیز با آنها هم جهت شوند. جهت گیری بخش های نرم و سخت و ایجاد پیوندهای هیدروژنی قوی باعث می شود تا استحکام کششی بالا، ازدیاد طول تا پارگی و مقاومت در برابر پارگی به وجود بیاید. انتخاب بسط دهنده های زنجیره‌ای نیز مقاومت شیمیایی گرمایی و خمشی را به‌خوبی تعیین می‌کند. مهمترین بسط دهنده های زنجیره‌ای عبارتند از: ethylene glycol, 1,4-butanediol , 1,6-hexanediol, cyclohexane dimethanol و hydroquinone bis ether .

• کاتالیزورها: کاتالیزور های پلی اورتانی را می‌توان در دو دسته گسترده قرار داد: آمین های اسیدی و بازی. عامل های موثر بر انتخاب کاتالیزور ها عبارتند از سه واکنش متعادل ساز: شکل گیری اورتان، شکل گیری اوره و یا واکنش سه‌ پاری ایزوسیانات ها. معمولاً در این واکنش ها از انواع متفاوتی از کاتالیزورها بهره برده می‌شود.

• مواد فعال سطحی: مواد فعال سطحی معمولاً با هدف ایجاد تغییراتی در خواص پلیمرهای پلی اورتانی فومی و غیرفومی به کار برده می شوند. این مواد در آنها به کار برده می‌شوند تا ذرات مایعات را معلق سازند، اندازه سلولی را تنظیم کرده و همچنین ساختمان سلولی پایداری تولید کنند تا از آن در برابر از هم پاشیدگی و یا ایجاد سوراخ های سطحی محافظت کند. در مصارف غیر فومی نیز این مواد به عنوان آزاد کننده های هوا و عامل های غیر فومی و عامل های مرطوب کننده به کار برده می شوند.