پیشرفت تحقیقات کاتالیزورهای آمینه برای پلی یورتان
محصولات پلی یورتان بسیار زیاد بوده و در زمینه هایی مانند فوم ها، الاستومرها، الیاف الاستیک، پوشش ها، چسب ها و غیره استفاده می شوند. کاتالیزور پلی یورتان بخش مهمی از پلی یورتان است که در تولید آن نقش پررنگی ایفا می کند. با توجه به کاربردهای مختلف پلی یورتان، کاتالیزورهای مختلفی برای بهبود خواص منحصر به فرد در پلی یورتان نیاز است. بر همین اساس، پلی یورتان دارای انواع کاتالیزور است که نوع آمینه آنها برای فومینگ و عمل آوری پلی یورتان استفاده می شود. در اینجا، کاتالیزورهای آمینه و فناوری های اصلی آنها را معرفی می کنیم.
پلی یورتان محصولات بسیار متعددی دارد و در زمینه هایی مانند فوم ها، الاستومرها، الیاف الاستیک، پوشش ها، چسب ها و غیره استفاده می شوند. پس از سالها توسعه، چین در سال 2015 به بزرگترین تولید کننده و مصرف کننده پلی یورتان در جهان تبدیل شده است. کاتالیزور نقش مهمی در تولید پلی یورتان ها ایفا می کند.از این کاتالیزور برای بسیاری از واکنش های شیمیایی استفاده می شود و پلی یورتان هم از این قاعده مستثنی نیست. استفاده از کاتالیزور می تواند زمان واکنش را کوتاه کند؛ بازدهی تولید را بهبود بخشد؛ واکنش های مثبت را افزایش داده و حتی واکنش های جانبی را نیز سرکوب کند. در تولید بسیاری از محصولات پلی یورتان، بعنوان یک ماده افزودنی متداول کاربرد دارد و حتی با مقدار کم، اثربخشی بالایی دارد. فوم های پلی یورتان دسته مهمی از مواد مصنوعی پلی یورتان هستند و حدود 60 درصد از مواد آن را تشکیل می دهند. این فوم ها سریع ترین رشد را در صنعت پلاستیک مدرن دارند که مشخصه آن هم تغییر ساختار حلقه های زنجیره ای در مولکول با هدف ایجاد طیف گسترده ای از تغییرات است و در صورت تغییر فرمول های تکنولوژیکی، از فوم نرم تا سخت با چگالی و خواص مختلف به دست می آید. فوم پلی یورتان به دلیل شکل پذیری آسان در زمینه های مختلفی همچون تولید عایق صدا، قطعات ساختاری سبک، مبلمان، صنعت بسته بندی، تولید قطعات داخلی خودرو و غیره استفاده می شود.
اصول آماده سازی پلی یورتان
1- نوع واکنش سنتز پلی استر
همان طور که در فرمول واکنش زیر نشان داده شده است، اسید آدیپیک و دی اتیلن گلیکول برای تولید پلی استر تحت حفاظت نیتروژن حرارت داده شده و دی هیدراته می شوند.
2- تهیه فوم های پلی یورتان
الف. واکنش افزودن تدریجی
با توجه به فرمول واکنش زیر، پلی ایزوسیانات ها با الکل های پلی هیدریک (پلی اکسیم و دیگر پلیول ها) واکنش نشان داده و پلی یورتان تولید می کنند.
ب. واکنش فومینگ
همان طور که در فرمول واکنش زیر بیان شده است، ایزوسیانات و آب به اسید کاربامیک ناپایدار واکنش نشان می دهند؛ سپس، اسید کاربامیک به آمینه و CO₂ تجزیه می شود.
پ. واکنش پیوند عرضی
با توجه به فرمول زیر، آمونیاک روی اتم نیتروژن در گروه کاربامات به اسید ایزواستیل استیک واکنش نشان داده و یک متیل استر آدنوزیل تشکیل می دهد. سپس، اکسیژن روی اتم نیتروژن در گروه اکسیم با ایزوسیانات واکنش نشان داده و یک ورید منقبض را تشکیل می دهد.
واکنش NCO به آب در سنتز پلی یورتان به ویژه فوم های پلی یورتان (فرمول 3-1) و واکنش NCO با پلی استرهای هیدروکسیل، پلیول های پلی اتر (فرمول 2-1) دو واکنش مهم هستند که در آنها نسل سوم کاتالیزورهای آمینه اثر کاتالیزوری قوی بر روی آنها دارند؛ به ویژه کاتالیزور واکنش بین NCO و OH که شفاف تر و مرطوب تر است. واکنش اول می تواند واکنش NCO را با آب افزایش داده و به سرعت گاز دی اکسید کربن تولید کند، به طوری که حجم پلیمر به سرعت منبسط و منبسط تر می شود. اما واکنش دوم باعث رشد سریع زنجیره های مولکولی پلیمری می شود، ویسکوزیته را به سرعت افزایش داده و استحکام اسکلت شبکه فوم هم افزایش می یابد.
2. کاتالیزور پلی یورتان
در فرایند سنتز پلی یورتان، کاتالیزور پلی یورتان می تواند سرعت واکنش و بازدهی تولید را افزایش داده، واکنش مثبت را ارتقا داده و واکنش جانبی را به طور انتخابی سرکوب کند. در تولید بسیاری از محصولات پلی یورتان، کاتالیزور یک افزودنی متداول است و اگرچه به مقدار کم استفاده می شود اما نقش مهم ایفا می کند. کاتالیزورهای پلی یورتان عمدتا شامل ترکیبات نمک معدنی، ترکیبات آلی فسفر، کاتالیزورهای آمینهی، ترکیبات آلی فلزی و غیره هستند. اگرچه مقدار کمی از ترکیبات نمک معدنی و ترکیبات آلی فسفونیوم را می توان بعنوان کاتالیزور برای پلی یورتان ها استفاده کرد، اما کاتالیزورهایی که معمولا در سنتز پلی یورتان کاربرد دارند و مواد اولیه آنها عمدتا کاتالیزورهای آمینهی و ترکیبات فلزی آلی هستند. با توسعه سریع اقتصادی، افراد به طور روز افزون خواستار استفاده از محیط زیست هستند. در صنعت پلی یورتان، فرایندهای تولید و مصرف محصولات حول محور مسائل زیست محیطی عمل می کنند مانند استفاده اولیه از TDI برای تغییر تدریجی به یک حباب غنی از سیستم های MDI و بهبود محیط تولید برای کارگران شاغل در آن. پلیول های پلی اتر، کاتالیزورهای آمینه، سورفکتانت های سیلیکونی، بازدارنده های شعله و آنتی اکسیدان ها همگی عملکرد محصول نهایی من جمله انتشار VOC مانند آلدئیدها و بنزن ها را تعیین می کنند. محصولات پلی یورتان با VOC کم، مه گرفتگی کم و بو کم کاربرد روزافزونی در صنعت خودرو دارند. کاتالیزورهای آمینه معمولی در حال حاضر بسیار مورد توجه قرار گرفته اند در حالی که نسل جدید این کاتالیزورها می تواند واکنش ژل ها و فوم ها را با طیف گسترده ای از فناوری های پردازش متعادل کند. همچنین می توانند در کاهش انتشار آمینه، مه و بو در صنعت پلی یورتان نقش مهمی داشته باشند من جمله تمام فرمول های مبتنی بر MDI، TDI/MDI و TDI. تا مدتها کاتالیزورهای آمینه نسل سوم بخش مهمی از فرمول های معمولی فوم پلی یورتان محسوب می شوند که برخی از آنها به واکنش آب و ایزوسیانات (واکنش دمیدن) تعصب دارند، در حالی که برخی دیگر نسبت به واکنش پلیول ها با ایزوسیانات ها (واکنش ژل) براساس ساختار مولکولی خود کاتالیزور و اثرات فضایی و الکترونیکی آن، سوگیری دارند.
انواع مختلفی از کاتالیزورهای جدید در خارج از کشور معرفی شده اند. شکاف بین چین و سایر کشورها در این حوزه بسیار زیاد است. اکثر کاتالیزورهای پلی یورتان به دلیل استفاده از فناوری خارجی، تآمینه ناکافی مواد اولیه داخلی، رشد کند توسعه محصولات جدید، تنوع کاتالیزورهای آمینهی و عدم خودکفایی به واردات متکی هستند. اگرچه تری اتیلن دی آمینه و دی متیل اتانول آمینه تولید شده اند اما در مقیاس کوچک با کیفین ناپایدار و هزینه های تولید بالا همراه هستند و با این حال، نمی توانند بازار داخلی را تآمینه کنند. هدف از تحقیق و توسعه کاتالیزورهای آمینه داخلی جایگزینی محصولات وارداتی و مطالعه فرایندهای جدیدی است که پتانسیل تولید را بالا می برند.
