پلی یورتان (PU)

پلی یورتان ها که گاهی به اختصار یورتان هم نامیده می شوند، مجموعه نسبتا جدیدی از پلیمرهای بسیار مهم اند که طی سی سال گذشته مصرف آن ها در تهیه اسفنج ها، الیاف مصنوعی، روکش ها، رنگ ها، چسب ها و الاستومرها به سرعت افزایش یافته است. گروه های یورتانی از واکنش شیمیایی گرماده میان یک گروه عاملی هیدروکسیلی (الکلی) و یک گروه عاملی ایزوسیاناتی به وجود می آیند. باید توجه داشت که گروه های مشخصه دیگری مانند استر، آمید، بیوره و آلوفانات نیز در ساختمان پلیمری آن ها وجود دارند.

از اولین لاستیک های پلی یورتان، ولکالان بوده که نوعی از الاستومرهای قابل ریخته گری پلی یورتان است و در آلمان ساخته شد. ولکالان ها از اولین لاستیک های پلی یورتان بوده و از ترکیب دی ایزوسیانات های مختلف و پلی استر به دست می آیند. این مواد علاوه بر داشتن خواص الاستومری، به دلیل نشان دادن خواص فیزیکی ویژه و عالی از جمله مقاومت در مقابل پارگی و سایش، قدرت کششی بالا و مقاومت خوب در مقابل روغن ها، مصارف صنعتی فراوانی پیدا کرده اند. زمینه های دیگر کاربردی پلی یورتان ها در تهیه اسفنج ها، روکش ها، پلاستیک ها، چسب ها، مواد درزگیر و الیاف است که خواص آن ها بستگی به نوع مواد اولیه مورد مصرف، درجه پیوند عرضی و روش ساخت آن ها دارد.

شیمی الاستومرهای پلی یورتان

یکی از محصولات بدست آمده از پلی یورتان ها، مواد الاستومری آن ها می باشد. الاستومرها معمولا سیستم های کوپلیمری هستند که در زنجیر پلیمری آن ها قسمت های سخت Hard segment  و قسمت های نرم Soft segment  متناوبا قرار دارند. قسمت های نرم به ساختار پلی استر و یا پلی اتر به کار رفته مربوط می شود و قسمت های سخت اوره و یا یورتان به دست آمده از واکنش بین دی ایزو سیانات و دی آمین و یا دی ال را شامل می شود. بنابراین مواد اولیه ای که در تشکیل الاستومرهای پلی یورتان مصرف می شوند عبارتند از: دی ایزوسیانات ها، پلی ال ها و زنجیر گستراننده های دی ال و دی آمین.

سنتز پلی یورتان ها

در سنتز پلی یورتان ها، برای کنترل سنتز و خواص فیزیکی محصول نهایی بدست آمده، نسبت استوکیومتری مواد شرکت کننده در واکنش (نسبت مولی)، بسیار مهم است. با انتخاب نسبت مولی معینی از NCO و OH، نوع ساختار پلیمر نهایی را می توان تعیین کرد. روش هایی که در سنتز پلی یورتان ها مورد استفاده قرار می گیرند، عبارتند از: الف) روش پیش پلیمری ب) روش نیمه پیش پلیمری ج) روش یک مرحله ای

روش پیش پلیمری:

از آنجا که روش پیش پلیمری هنوز هم از مهم ترین و متداول ترین روش های تهیه پلی یورتان هاست، بنابراین اغلب روش های تهیه الاستومرهای جامد پلی یورتان بر تکنیک فوق استوار است. پیش پلیمر از واکنش یک پلی ال بلند زنجیر ( پلی اتر یا پلی استر) با مقادیر اضافی از ایزوسیانات ( بیش از حد استوکیومتری) به دست می آید. بنابراین پیش پلیمر بدست آمده با داشتن وزن مولکولی متوسط، دارای عامل ایزوسیانات (NCO) در قسمت های انتهایی زنجیر نیز هست. در اثر واکنش این پیش پلیمر با یک دی ال و یا دی آمین با وزن مولکولی کم، که به عنوان زنجیر افزاینده مصرف می شود، پلیمر نهایی بدست می آید.

روش نیمه پیش پلیمری:

این روش نیز گاهی در تهیه پلی یورتان ها مورد استفاده قرار می گیرند. بدین صورت که تنها بخشی از پلی ال مورد نیاز بر اساس محاسبه استوکیومتری را با تمام ایزوسیانات لازم جهت واکنش مخلوط کرده و هم می زنیم تا واکنش پلیمر شدن انجام شود. سپس این پلیمر را که یک پیش پلیمر است و در قسمت های انتهایی زنجیر پلیمری خود گروه های NCO- آزاد دارد با مخلوط پلی ال باقی مانده و زنجیر افزاینده مخلوط می کنیم و هم می زنیم تا پلیمر نهایی به دست آید.

روش یک مرحله ای:

اساس این روش در سنتز پلی یورتان ها این است که مواد شرکت کننده در واکنش به طور یکجا و همزمان با یکدیگر مخلوط می شوند. در عمل، ابتدا پلی ال و زنجیر افزاینده را با هم مخلوط و تحت خلاء خشک می کنیم. سپس ایزوسیانات را به آن افزوده و هم می زنیم تا پلیمر نهایی به دست آید. نظر به اینکه در این روش هیچ نوع کنترلی بر روی واکنش های انجام شده وجود ندارد، پلی یورتان بدست آمده ساختاری درهم و نامنظم دارد. به دلایل اقتصادی، بعضا از این روش در تولید ترموپلاستیک های یورتان استفاده می شود. بدین صورت که کلیه مواد اولیه مورد نیاز در سنتز پلی یورتان یک جا با هم مخلوط و به داخل قالب تزریق می شوند. این روش معمولا در تولید اسفنج ها بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.

واحد تحقیق و توسعه شرکت فناوران رنگدانه سپاهان