امولسیون‌ها یا لاتکس‌های پلی‌یورتان این امکان را به وجود می‌آورند که بتوان آنها را از طریق یک محیط آبی مورد استفاده قرار داد. با توجه به این که تنها آب از محیط عمل خارج می‌شود می‌توان آنها را سیستم‌های غیر مضر به محیط زیست دانست و چون غیرسمی هستند و آتش‌گیر نمی‌باشند، آب و هوا را نیز آلوده نمی‌کنند. مزیت مهم دیگر آنها این است که وزن ملکولی را می‌توان به اندازه دلخواه تنظیم نمود بدون اینکه خواص ویسکوزیته یا جریان یافتگی آمیزه تغییر چندانی پیدا کند.

به دلیل عدم وجود مواد پراکنده‌ساز در تشکیل آنها و به لحاظ خاصیت یونومری، این سیستم‌ها خواص فیلم‌پذیری خوبی را از خود نشان می‌دهند که در بسیاری از موارد با محلول‌های ساخته شده توسط حلال‌های آلی برابری می‌کنند. حتی لاتکس‌هایی از پلی‌یورتان‌های سخت نیز که برای ساخت لاک‌های خشک‌شونده مصرف می‌شوند، چنین خاصیتی را از خود بروز می‌دهند.

لاتکس‌های خود امولسیون ‌شونده

اساس تشکیل و فرمولاسیون این نوع الاستومرهای پلی‌یورتان بر یک لاتکس یورتان کاتیونی استوار است که حاوی پری‌پلیمر منتهی به ایزوسیانات می‌باشد‌‌، این ماده از یک پلی‌استر یا پلی‌اتر دی‌ال و تولوئن دی‌ایزوسیانات ساخته شده و ابتدا توسط آلکیل دی اتانول‌آمین گسترش داده شده تا یورتانی با وزن مولکولی کم بسازد که قادر است در واکنش‌های گسترش زنجیر بیشتر شرکت نماید. عمل امولسیفای‌ شدن هنگامی صورت می‌گیرد که یورتان نیمه گسترش داده شده توسط میکسری با سرعت بالا به محلول آبکی اسید استیک 3% اضافه می‌شود. پخت لاتکس هم به وسیله واکنش آب با گروه‌های انتهای ایزوسیانات و هم به وسیله دی‌آمین‌های محلول در آب می‌تواند انجام شود. وقتی تری اتانول‌آمین در مرحله مقدماتی گسترش زنجیر و در نسبت NCO/OH برابر با 1.5 به عنوان جزء سوم اضافه می‌شود. محصول به‌دست‌آمده شامل واحدهای خطی و انشعابی خواهد بود که به گروه‌های ایزوسیانات خاتمه یافته‌اند. به دلیل ناپایداری ذاتی این سیستم دوفازی از نظر ترمودینامیکی، برای ساخت این مخلوط باید روش‌های ویژه‌ای انتخاب شوند. به‌کارگیری روش‌های ساده پلیمریزاسیون ایزوسیانات به شکل پلیمریزه‌شدن اضافی، مقدور نمی‌باشد، چراکه گروه‌های NCO به‌شدت با آب واکنش می‌دهند.

لاتکس‌های امولسیفای شده

در حالت کلی هر ترکیب آلی آب‌گریز Hydrophobic را می‌توان به کمک پخش‌کننده‌های مناسب و به کمک نیروهای برشی قوی به شکل توزیع آب-روغن یا امولسیون در آورد. انرژی لازم برای این کار با کاهش ویسکوزیته ماده‌ای که باید پخش شود کاهش خواهد یافت. از طرفی پایداری لاتکس با افزایش جرم مولکولی بالا می‌رود. بنابراین ساده‌ترین روش با توجه به روش واکنش افزایشی دی‌ایزوسیانات، امولسیفای کردن ایزوسیانات در آب و واکنش آن با یک دی‌آمین در واکنشی دوفازی و هتروژن می‌باشد. به‌کارگیری این روش هنگامی که پلی‌ایزوسیانات‌های سنگینی از پلی‌استرها یا پلی‌اترهای منتهی به گروه هیدروکسی ساخته شوند، منجر به تولید سیستمی دوفازی خواهد شد. پایداری زمانی چنین سیستم‌هایی معمولاً کم است. اما مقدار نسبتاً زیادی از گروه‌های NCO حتی در فاز آبی، به مدت طولانی فعال باقی می مانند. بنابراین امولسیون‌های ساخته شده از پیش‌پلیمرهای ایزوسیاناتی برای پرداخت سطح پشم مناسب می‌باشند.

به طور خلاصه، امولسیفای کردن بر روی پیش‌پلیمر منتهی به گروه ایزوسیانات بر پایه پلی‌اتر یا پلی‌استر و توسط ماده‌ای امولسیون کننده صورت می‌گیرد و تشکیل امولسیونی مشابه روغن-آب می‌دهد. رسوب‌گیری از لاتکس‌های امولسیون شده را می‌توان توسط روش انجماد، رسوب‌گیری الکلی و یا خشک‌کردن انجام داد.

یونومرهای پلی‌یورتانی

در مقایسه با محصولات آب‌گریز به دست آمده از پلیمریزاسیون افزایشی ایزوسیانات، یونومرهای پلی‌یورتانی از نظر ساختاری برای تهیه سیستم‌های دوفازی آبی بسیار مناسب‌تر می‌باشند. این پلیمرها که دارای نقاط آب‌دوست یونی، بین قسمت‌های آب‌گریز زنجیره هستند، تحت شرایط ویژه مناسب، به شکل خودبه‌خود در محیط آبکی، پخش و توزیع می‌شوند. این مواد بدون نیاز به نیروهای برشی قوی و مواد پخش‌کننده در آب تولید امولسیون‌های مناسبی می‌کنند. چندین روش برای این منظور وجود دارد: 1- محلولی از یونومرهای پلی‌یورتان یا پلی‌یورتان-اوره با جرم مولکولی بالا در یک محلول آلی آب گریز تهیه می‌شود. محلول با آب مخلوط شده و حلال آلی توسط تقطیر جدا می‌شود. این عمل باعث تهیه لاتکس از یونومرها می‌شود. 2- پیش‌پلیمرهای یونومری با گروه‌های انتهایی ایزوسیانات و وزن‌های مولکولی کم را می‌توان با آب و در حضور حلال‌های آلی آب‌گریز مانند متیلن کلراید یا تولوئن مخلوط نمود، در حالتی که ویسکوزیته به اندازه کافی کم باشد، می‌توان از حلال استفاده نکرد. پیش‌پلیمرها امولسیون‌هایی تولید می‌کنند که بعد از واکنش زنجیر افزاینده با ایزوسیانات تولید لاتکس‌های پلیمری می‌کنند. 3- یونومرهایی که از پلیمریزاسیون اضافی ایزوسیانات تهیه می‌شوند و دارای درصد بالایی از گروه‌های یونی می‌باشند. جزء مواد پخش‌شونده عالی هستند. مقادیر زیادی از پلیمرهای مشابه غیریونی، پی وی سی، تولوئن، مواد شبکه‌ای کننده آب‌گریز یا پایدارکننده‌ها را می‌توان امولسیون کرد. این مواد از مواد فعال سطحی متداول برای امولسیون نمودن پلی‌یورتان‌های غیر یونی، برتر هستند به‌خصوص اگر آنها از نظر ساختاری با محصولی که باید پخش شود، تطابق داشته باشند.

اثر پایدارکنندگی بسیار قوی یونومرهای پلی‌یورتان به دلیل ایجاد ترکیبات مجتمع بر روی پلی‌یورتان‌های غیر‌یونی منتج به تولید ذرات کروی مجزا به جای رسوبات ژل‌مانند خواهد بود. این موضوع هنگامی صورت می‌گیرد که به محلول‌های آلی پلی‌یورتان شامل 0.5 تا 3 درصد یونومر، آب اضافه شود. وقتی اجزای یونومری باعث ایجاد لایه‌ای سطحی از ذرات پراکنده می‌شوند ساختمان شیمیایی سطح موردنظر می‌تواند مانند ساختار یونومرها کنترل گردد.

لاتکس‌های یونومری که از فرایند پلیمریزاسیون اضافی ایزوسیانات تهیه شده‌اند را می‌توان در طیف وسیعی از اندازه‌های ذرات به‌دست آورد. اندازه ذرات می‌تواند از یک محلول با وزن مولکولی بالا یا ژل غلیظ تا یک سوسپانسیون بسیار ظریف با ذرات میلیمتری تغییر نماید. دامنه و طیف اندازه‌های ذرات از 30 تا 105*3 نانومتر می‌باشد.

واحد تحقیق و توسعه شرکت فناوران رنگدانه سپاهان