پلیول روغنی در فوم پلی یورتان

دسته: مقالات منتشر شده در 26 مهر 1401
نوشته شده توسط Admin بازدید: 417

کاربرد پلیول زیستی جدید حاوی روغن ذرت در فوم های پلی یورتان بسیار مقاوم در برابر شعله

یک پلیول زیستی جدید با استفاده از روغن ذرت و مرگاپتواتانول-2 از طریق واکنش تیول-ان بعنوان جایگزینی برای پلیول نفتی به منظور سنتزفوم های پلی یورتان سنتز شد. پلیول با استفاده از تکنیک های شیمیایی مرطوب برای به دست آوردن عدد هیدروکسیل و ویسکوزیته آنالیز شد. اسپکتروسکوپی مادون قرمز و کروماتوگرافی نفوذ ژل با هدف تایید خواص ساختاری فوم ها نیز استفاده شد. فوم های پلی یورتان مقاوم در برابر شعله با افزودن غلظت های مختلف دی متیل متیل فسفونات (DMMP) در ترکیب نهایی فوم تهیه شدند. اثر DMMP بر خواص حرارتی مکانیکی فوم های پلی یورتان مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. آنالیز TGA بهبود پایداری زغال را با افزودن DMMP به فوم ها را نشان داد. تمام فوم ها ساختار سلولی کاملا مشخص دارند و بیش از 95 درصد محتوای سلول بسته را حفظ کردند. آزمایش سوزاندن افقی نیز کاهش زمان سوختن و کاهش وزن را از 115 ثانیه و 38 درصد وزنی برای فوم های تمیز به 3.5 ثانیه و 5.5 درصد وزنی برای فوم های حاوی DMMP نشان داد. کالریمتر مخروطی با استفاده از احتراق نشان دهنده کاهش قابل ملاحظه ای از سرعت انتشار گرما و انتشار حرارت کل بود. با این حال، ما در این مقاله بیان می کنیم که پلیول تهیه شده از روغن ذرت می تواند برای تولید پلیول تجدید پذیر در ساخت فوم های پلی یورتان سفت و سخت صنعتی استفاده شود. همچنین افزودن مقدار کمی از DMMP می تواند منجر به کاهش چشمگیری در خواص ضد اشتعال فوم های پلی یورتان شود.

 

فوم های پلی یورتان به دلیل دارا بودن خواص گسترده و منحصر به فردی همچون هدایت حرارتی کم، عایق الکتریکی، چگالی پایین، مقاومت مکانیکی و شیمیایی بالا بسیار مورد توجه و بررسی قرار گرفته اند؛ به طوری که در زمینه های مختلف کاربرد دارند. خواص مکانیکی و فیزیکی فوم پلی یورتان به نوع پلیول به کار رفته در فرایند سنتز آن بستگی دارد. اکثر مواد اولیه مورد استفاده برای سنتز این فوم ها از منابع نفتی مشتق می شوند. با توجه به افزایش نگرانی های زیست محیطی، استفاده از مواد تجدید پذیر در سنتز فوم های پلی یورتان می تواند بار منابع نفتی را به حداقل برساند. از چندین بیومتریال مانند روغن های سویا، پرتقال، کرچک، آفتابگردان، کاردانول و نشاسته بعنوان مواد اولیه برای تهیه فوم های پلی یورتان استفاده می شود. وزارت کشاورزی ایالات متحده تخمین می زند که تولید ذرات در سال 2019 به 371.52 میلیون تن خواهد رسید. در مقایسه با سایر روغن های گیاهی، روغن ذرت محدوده قیمت رقابتی (26.5-30.5 سنت بر پوند) دارد و می تواند بعنوان یک جایگزین امیدوار کننده در سنتز فوم های پلی یورتان زیستی استفاده شود. اکثر روغن های گیاهی از اسیدهای چرب چند غیراشباع تشکیل شده اند که امکان تغییرات شیمیایی ساده را برای ایجاد گروه های هیدروکسیل را فراهم می کند. علاوه براین، اصلاح شیمیایی ذرت می تواند منجر به ایجاد پلیول هایی در ساخت فوم های تجدید پذیر، کم هزینه و صنعتی شود. بخش عمده ترکیبات شیمیایی فوم های پلی یورتان از اکسیژن، کربن و هیدروژن تشکیل شده است که آنها را مستعد اشتعال پذیری می کند. علاوه براین، چگالی کم و سهولت در نفوذپذیری هوا سرعت انتشار هوا را افزایش می دهد. برای رفع این مشکل، ترکیباتی مانند بازدارنده های شعله افزودنی و واکنشی متشکل از ترکیبات هالوژن و غیر هالوژن یا اکسیدهای فلزات معدنی و هیدروکسیدها در طول سنتز به ماتریس فوم افزوده می شوند.

 

بازدارنده شعله واکنشی شامل ترکیباتی با گروه های عامل است که می توانند به راحتی در ماتریس فوم وارد شوند. عملا سنتز جداگانه برای چنین بازدارنده های شعله می تواند هزینه های تولید فوم نهایی را افزایش دهد، در حالی که نوع افزودنی آن ترکیبات ساده ایی داشته و به غلظت بسیار کمی برای ایجاد تاخیر در شعله نیاز دارد. اگرچه بازدارنده های شعله هالوژنه به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند، اما از مشکلات زیست محیطی متعددی هم رنج می برند. بازدارنده های شعله حاوی فسفر بعنوان جایگزین امیدوار کننده ای برای مقابله با این موضوع عمل می کنند. در مطالعات قبلی مشاهده کردیم که افزودن مقدار کمی از دی متیل متیل فسفونات (DMMP) مدت زمان خاموش شده شعله را به طور قابل توجهی کاهش داد. در طول آزمایش، ترکیب فسفر یک زغال محافظ روی سطح فوم ایجاد کرده و از انتشار آتش جلوگیری کرد. از این رو، افزودن DMMP در ماتریس فوم می تواند خوص ضد شعله ایجاد کند. در اینجا، از روغن ذرت اصلاح نشده برای سنتز پلیول جدید با استفاده از شیمی تیول-ان یک مرحله ای، بدون حلال و مقرون به صرفه استفاده کردیم. تاخیر در اشتعال پذیری فوم های پلی یورتان با استفاده از DMMP بهبود یافت. تاثیر غلظت های مختلف DMMP بر خواص فیزیکی، مکانیکی و حرارتی این فوم ها در اینجا به طور مفصل بررسی شده است. مشاهده کردیم که افزودن غلظت کمی از DMMP در فوم ها زمان خاموش شدن شعله، سرعت انتشار گرما و حتی انتشار حرارت کل را به حداقل رساند.

 

نتیجه گیری

در این مطالعه، فوم های پلی یورتان اشتعال ناپذیر با استفاده از پلیول مشتق شده از ذرت و DMMP ساخته شدند. به این نتیجه رسیدیم که پلیول با درصد خلوص بالا را می توان با استفاده از یک واکنش تیول-ان تک مرحله ای سنتز کرد. فوم های تهیه شده با استفاده از پلیول سنتز شده منجر به ساخت ساختار سلولی یکنواخت، محتوای سلولی بسته بالاتر (بیشتر از 95 درصد)، مقاومت فشاری متوسط (120-81 مگاپاسکال) و چگالی مناسب (تقریبا 35 کیلوگرم بر متر مکعب) شد. همچنین مشاهده شد که زمان اشتعال در فوم های بدون افزودن DMMP بالاتر از 115 ثانیه و با کاهش وزن 38 درصد است، در حالی که فوم های حاوی 1.94 درصد وزنی فسفر زمان اشتعال 3.5 ثانیه ای و کاهش وزن 5.5 درصدی از خود نشان دادند. علاوه براین، همان طور که مشاهده شد با افزودن غلظت کمی از DMMP در فوم ها زمان خاموش شدن شعله، سرعت انتشار گرما و حتی انتشار حرارت کل به حداقل رسید، رفتار مشابهی در آزمایش مخروط مشاهده شد که در آن فوم های حاوی DMMP میزان انتشار گرما و حتی انتشار حرارت کل کمتری داشتند. در نتیجه، تاخیر در اشتعال پذیری فوم های پلی یورتان را بهبود بخشید.