روکش‌های یورتانی
پوشش‌های یورتانی برای اولین بار در آلمان مورد استفاده قرار گرفتند و موفقیت خوبی را در صنعت این کشور بدست آوردند. توسعه استفاده از این پوشش‌ها در آلمان و اروپا، از زمان جنگ جهانی دوم آغاز شد و در آن زمان برای اولین بار هواپیما‌های آلمانی با رنگ‌های یورتانی پوشش داده شدند. با تلاش‌های بایر و همکارانش، از پلیمر‌های پلی‌استر، پلی‌ایزوسیانات پوشش‌هایی تهیه شد که طیف وسیعی از خواص مانند انعطاف‌پذیری، چقرمگی، خواص الکتریکی بسیار خوب، مقاومت سایشی و شیمیایی خوب را در کنار هم دارا بودند. این پوشش‌ها به صورت وارنیش‌های شفاف و بی‌رنگ و یا رنگ‌شده قابل استفاده بودند و پخت آن‌ها نیز در دمای اتاق یا درجه حرارت‌های بالاتر امکان‌پذیر بود. ایراد این پوشش‌ها در تمایل آن‌ها به زرد شدن در معرض نور بود. به اعتقاد برخی، این پدیده ناشی از اکسیداسیون تعدادی از گروه‌های انتهایی آمین آروماتیک می‌باشد. این مشکل با استفاده از ایزوسیانات‌های آلیفاتیک مرتفع می‌شود. اما سمیت بیشتر و قیمت بالاتر این نوع ایزوسیانات‌ها نسبت به ایزوسیانات‌های آروماتیک، محدودیت کاربرد آن‌ها را سبب میگردد.
تا قبل از سال 1962 میلادی، تقریباً تمام پوشش‌های یورتانی بر پایه TDI یا مشتقات آن ساخته می‌شدند. برای افزایش طول عمر انبارداری پوشش‌ها و به کارگیری یک سیستم تک جزئی، ایزوسیانات‌های بلوکه یا تغییر یافته توسط بایر و پیترسن توسعه یافتند. از میان ترکیبات متعدد دارای هیدروژن فعال که به عنوان عامل بلوکه کننده برای گروه ایزوسیانات مورد تحقیق قرار گرفتند، تنها موارد بلوکه شده با فنل برای مصارف تجاری مناسب شناخته شدند. امکان بکارگیری این مواد در دمای بالا موجب مصرف موفقیت‌آمیز پوشش‌های ساخته شده از آن‌ها در صنعت برق و خصوصاً روکش سیم گردید.
نوع دیگری از پوشش‌های تک‌جزئی یورتان، روغن‌های یورتان هستند که محصول واکنش ایزوسیانات با روغن‌های خشک‌شونده یا مشتقات آن‌ها می‌باشند. این نوع پوشش‌های یورتان به دلیل قیمت‌های نسبتاً نازل خود در صنعت رنگ مورد توجه قرار گرفتند. روغن‌های یورتان مشابه سایر رزین‌های معمولی پوششی نظیر آلکید‌ها به کار برده می‌شوند و به سهولت توسط انواع رنگدانه‌ها، رنگی می‌شوند. استفاده از روغن کرچک و مشتقات آن نوع دیگری از پوشش‌های ارزان‌قیمت یورتان را برای فرمولاسیون رنگ موجب میگردد. پوشش‌های حاصل از واکنش روغن کرچک و دی‌ایزوسیانات‌ها در پوشش‌های محافظ و نگهداری‌کننده کف‌های بتونی و سایر کاربردها مصرف تجارتی پیدا کرده‌اند. پوشش‌های یورتان با پایه اتری به عنوان لاک شفاف چوب و به عنوان پوشش‌های انعطاف پذیر مثلاً برای چرم مصرف تجارتی یافته‌اند. نوع دیگری از پوشش‌های پلی‌اتری یورتان، محلول الاستومر آن‌ها در حلال‌های مناسب است که کاربرد عمده‌ای در پوشش‌دهی مواد منعطف نظیر پارچه، لاستیک و غیره یافته‌اند. علاوه بر پوشش‌هایی که ایزوسیانات جزء عمده ساختار آن‌ها محسوب می‌شود، سیستم‌های پوشش‌دهی متعددی نیز وجود دارد که عمدتاً دارای طبیعت آلی بوده و تنها مقادیر کمی ایزوسیانات به منظور بهبود برخی خواص به آن‌ها افزوده می‌شود. از خواص مذکور می‌توان به مواردی از جمله زمان پخت کوتاه‌تر، مقاومت سایشی و مقاومت در برابر عوامل شیمیایی، حلال‌ها و آب اشاره نمود.
دسته‌بندی پوشش‌های پلی‌یورتانی
به علت فراوانی و تنوع محصول روکش‌های یورتانی به نظر می‌رسد که طبقه‌بندی محصولات به گروه‌های عمده زیر ضروری باشد.
1- سیستم‌های دوجزئی که در آن پیوند دهنده از یک پلی‌ال و یک پلی‌ایزوسیانات تشکیل شده است.
2- سیستم‌های تک‌جزئی که در آن پیوند دهنده شامل یک پلی‌ال و یک پلی‌ایزوسیانات است که در اثر واکنش با رطوبت محیط خشک و سخت می شود.
3- سیستم‌های یک‌جزئی که در آن پیوند دهنده شامل یک پلی‌ال و یک پلی‌ایزوسیانات مهار شده است و واکنش تشکیل فیلم از طریق واکنش پلی‌ال با پلی ایزوسیاناتی که در اثر حرارت دادن و آزاد کردن عامل مهار کننده صورت می‌گیرد، انجام می‌پذیرد.
پوشش‌های واکنش‌پذیر حاوی حلال
پوشش‌های پلی‌یورتانی دو جزئی
اجزای اولیه پوشش‌های پلی‌یورتانی دو جزئی مشابه با سیستم‌های پوشش دهی آبی هستند که عبارتند از پیوند دهنده، حلال، رنگدانه و پرکننده. برخلاف پوشش‌های یک جزئی معمول، قسمت عمده پیوند دهنده (یعنی پلی ال و اجزای ایزوسیاناتی) باید به طور مجزا نگهداری شوند. ساده‌ترین و متداول‌ترین روش تهیه آن‌ها فرمولاسیون جزء رنگی شامل تمام اجزا به جز پلی‌ایزوسیانات است. جزء ایزوسیاناتی به طور مجزا بسته‌بندی می‌شود و قبل از استفاده با جزء رنگی مخلوط می گردد.
پلی‌ایزوسیانات‌ها
برای پوشش‌های یورتانی از تمام دی‌ایزوسیانات‌های تجاری می‌توان استفاده کرد. اما در صنایع پوششی، مشتقات دی‌ایزوسیانات هایی که وزن مولکولی بیشتری دارند یعنی پلی‌ایزوسیانات‌ها مناسب‌تر هستند زیرا از حیث شرایط تولید رنگ و کاربرد نهایی، مطمئن‌تر از دی‌ایزوسیانات‌های مونومری هستند.
پوشش‌های پلی یورتانی تک‌جزیی
پیش‌پلیمرهای موجود در صنعت پوشش‌دهی از دو منبع تامین می‌شوند: الف) به‌صورت محصولات نهایی از فروشندگان مواد اولیه ب) از ترکیب پلی‌ایزوسیانات‌ها و پلی‌ال‌‌ها توسط خود فروشنده. میزان گروه‌های NCO عموماً بین % 16-3 بر مبنای رزین جامد است. از جهت فرمولاسیون و خواص، پوشش‌های تک جزیی PU نظیر سیستم‌های دو جزیی PU هستند. بنابراین از همان حلال‌ها، رنگدانه‌ها، پرکننده‌ها و مواد افزودنی می توان برای فرمولاسیون استفاده کرد.
مواد افزودنی
با توجه به اینکه این پیش پلیمرها نسبت به رطوبت حساس هستند زیرا گروه‌های NCO واکنش‌پذیر دارند بنابراین زمان نگهداری آن‌ها به دلیل جذب رطوبت کاهش می‌یابد. واکنش با آب منجر به افزایش وزن مولکولی و کاهش حلالیت پلیمر می‌شود که می‌تواند به ژل شدن منجر شود. بنابراین در فرمولاسیون پوشش تک جزیی ضرورتاً مواد باید عاری از رطوبت باشند. بدین ترتیب عدم استفاده از مواد افزودنی جاذب آب یا رنگدانه و پرکننده‌هایی که ممکن است به طور اتفاقی آب در بر داشته باشند، یک اصل اساسی است. عمل رطوبت‌گیری را می‌توان با استفاده از پودر سدیم آلومینوسیلیکات (زئولیت) انجام داد.
خشک و پخت کردن
خشک و پخت کردن پوشش‌های حلالی PU در چند مرحله صورت می‌گیرد. بعد از اعمال پوشش بر روی بستر، خشک کردن فیزیکی (برای پوشش‌های یک و دوجزیی) با تبخیر ساده حلال صورت می‌گیرد. ضمن اینکه با فرمولاسیون خاص هم می‌توان پوشش خشک تولید کرد. فرایند خشک‌کردن شیمیایی چند روز به‌طول می‌انجامد، اما معمولاً پوشش‌ها بعد از گذشت 0.5-10 ساعت از زمان خشک شدن به اندازه کافی سخت هستند که قابل جابجایی باشند. درمورد پوشش‌های تک جزئی، پخت شیمیایی از واکنش NCO با آب حاصل می‌شود. پوشش‌های پخت‌شده دارای اجزای پلی‌یورتانی و اوره‌ای است.
مقاومت در برابر نور و آب و هوا
اختلاف پوشش‌های PU بر اساس پلی‌ایزوسیانات‌های آلیفاتیک و آروماتیک از اختلاف در جذب نور خورشید ناشی می‌شود. پوشش‌هایی که بر پایه ایزوسیانات‌های آلیفاتیک هستند هیچ یک از امواج پرانرژی ماورای بنفش موجود در نور خورشید را جذب نمی‌کنند. اگر در معرض نور قرار گیرند، به‌کندی زردرنگ می‌شوند و اگر رنگی باشند، هیچ گونه بی‌رنگ شدن را بروز نمی‌دهند. چنین پوشش‌هایی پس از سال‌ها در معرض هوا قرار گرفتن براقیت بسیار عالی خود را حفظ می‌کنند. از طرفی، پوشش‌هایی که بر پایه پلی‌ایزوسیانات‌های آروماتیک هستند نور ماورای بنفش را جذب می‌کنند و تخریب نور شیمیایی انجام میدهند و گروه‌های کروموفور ایجاد می‌کنند (زرد شدن).
پلی یورتان‌های واکنش‌ناپذیر حلالی
این گروه از پوشش‌ها شامل پلی‌یورتان‌هایی با وزن مولکولی زیاد بدون گروه‌های واکنش پذیر هستند که در برخی حلال‌ها حل می‌شوند. این ترکیبات پوشش‌های واکنش‌ناپذیری هستند که فقط در اثر خشک‌شدن فیزیکی تشکیل فیلم میدهند. در این موارد هم از ایزوسیانات‌های آروماتیک و هم از ایزوسیانات‌های آلیفاتیک استفاده می‌شود. مهم‌ترین ایزوسیانات‌های مورد استفاده MDI، IPDI می‌باشند. به علت وزن مولکولی بالای آن‌ها، محلول این ترکیبات با درصد نسبتاً پایین مواد جامد، معمولاً ویسکوزیته بالایی دارند. با استفاده از حلال‌هایی که سریعاً تبخیر می‌شوند و به راحتی از پوشش آزاد می‌شوند، به راحتی می‌توان در شرایط عادی فیلم‌های خشک تهیه کرد. از آنجا که چسبندگی آن‌ها بر روی بسیاری از بسترها مناسب است بنابراین از محلول‌های پلی‌یورتان به منظور افزایش قدرت چسبندگی در سایر سیستم‌های پوششی استفاده می‌شود.
پوشش‌های هوا خشک حلالی
پوشش‌های این گروه تحت عنوان روغن‌های یورتانی و آلکیدهای یورتانی شناخته می‌شوند. روغن‌های یورتانی در واقع پلی‌یورتان‌های اصلاح شده با روغن هستند که از واکنش دی ایزوسیانات‌ها با پلی‌ال‌های اصلاح شده با روغن خشک و نیمه‌خشک تهیه می‌شوند. آلکیدهای یورتانی از نظر ترکیب با رزین‌های آلکیدی مشابهت دارند با این تفاوت که بخش فتالیک اسید آلکید با یک دی‌ایزوسیانات تعویض شده است. این سیستم‌ها همچنین تحت عنوان ایزوسیانات‌های اصلاح شده با آلکید رزین‌ها نیز نامیده می‌شوند. در هر دو نوع عمل خشک شدن اکسیدانی(با اکسیژن) مانند رنگ‌های روغنی یا آلکیدی انجام می‌شود. پایه‌های روغنی متفاوت است و بیشتر از روغن برزک، سویا و آفتابگردان استفاده می‌شود. معمولاً ایزوسیانات‌های TDI، IPDI در این زمینه به کار برده می‌شوند.
لاک‌های کوره‌ای تک‌جزئی حلالی
پوشش‌های واکنش‌پذیر قبلی حاوی گروه‌های NCO آزاد بودند و قبل از به کارگیری با جزء دیگر مخلوط می‌شدند. اما لاک‌های کوره‌ای تک‌جزئی، پوشش‌هایی هستند که در آن‌ها گروه NCO با ترکیب دیگری مهار شده است. این لاک‌ها در دمای اتاق تقریباً واکنشی انجام نمی‌دهند اما در دماهای بالا، گروه‌های NCO آزاد شده و می‌توانند با ترکیبات دارای هیدروژن فعال واکنش‌های افزایشی انجام دهند. بدین ترتیب، می‌توان از ایزوسیانات‌های مهار شده پوشش‌های تک‌جزئی تهیه کرد که به عنوان لاک‌های کوره‌ای به کار می‌روند.
پوشش‌ها و رنگ‌های بدون حلال
تعیین ضخامت برای پوشش‌های حلالی قبل از خشک شدن مشکل است و پس از خشک شدن حلال، ضخامت فیلم خشک معمولاً به میزان µm 50-250 می‌شود، اما از نظر تئوری تقریباً هر ضخامت دلخواه را می‌توان با پوشش بدون حلال تهیه کرد. در عمل این ضخامت بین mm 10-0.5 است. حذف حلال علاوه بر توجیه اقتصادی، منجر به حذف بو و خطر آتش گیری حلال نیز می‌شود. هر چند که سیستم‌های بدون حلال زیادی در دسترس هستند، اما عوامل زیادی منجر به محدودیت استفاده از آن‌ها می‌شوند که عبارتند از: تکنیک‌های کاربردی محدود، عدم خشک شدن فیزیکی، مشکل بودن تهیه سطوح هموار و همچنین مشکل کار کردن با بستر‌های متخلخل. الف) پوشش‌های دو جزئی: لازمه ترکیب پوشش‌های پلی‌یورتانی بدون حلال، اجزای مایع با ویسکوزیته پایین است. از پلی‌اتر پلی‌ال‌های شاخه‌ای در این مورد استفاده می‌شود زیرا می‌توان آن‌ها را با ویسکوزیته پایین تهیه کرد. استفاده از قطران زغال‌سنگ نیز به عنوان یک جزء واکنش امکان‌پذیر است. فقط MDI به صورت مخلوط با الیگومرهای بزرگتر ( MDI پلیمری) به عنوان جزء ایزوسیاناتی قابلیت کاربرد دارد. این ترکیب از ویسکوزیته پایین، واکنش‌پذیری زیاد و صرفه اقتصادی برخوردار است. استفاده از مقادیر زیاد پرکننده و رنگدانه‌ها به منظور مقرون به صرفه کردن پوشش‌های ضخیم و همچنین بهبود پایداری مکانیکی مطلوب است. از پوشش‌های دوجزئی بدون حلال در کارهای ساختمانی به عنوان پوشش ضدخوردگی استفاده می‌شود و در صنایع فراورده‌های غذایی، دفاتر کاری، بیمارستان‌ها، سالن‌های نمایش و تاسیسات انرژی هسته‌ای به کار گرفته شده‌اند. به علت خصلت الاستیسیته و کشسانی از این پوشش‌ها برای موارد تهیه بتونه ضد آب در کارهای ساختمانی استفاده می‌شود. بدین منظور این ماده بر روی سطح بستر با ضخامت mm2 کشیده می‌شود که پس از پخت به‌صورت یک پوشش الاستومری در خواهد آمد. این پوشش‌ها، مقاومت در برابر پارگی و بسیاری از مواد شیمیایی را دارا می‌باشند. از کاربردهای آن‌ها می‌توان به غشاهای عایق و درزگیرهای ساختمان اشاره کرد. اگر توسط برس، غلتک و اسپری به‌کارگرفته شوند به عنوان پوشش‌های مهندسی (آستر استیل) عمل می‌کنند. چسبندگی خوب آن‌ها به آهن، با الاستیسیته مناسب موجب می‌شود که پوشش‌های مذکور مقاومت در برابر خوردگی مناسبی برای ورقه‌های استیل، سرسره‌ها، پل‌ها، پله‌ها و تانک‌های ذخیره ایجاد کنند. پوشش لوله‌ها نیز از ترکیبات پلی‌یورتانی اصلاح شده با قطران زغال‌سنگ تهیه می‌شود.
پوشش‌های پودری پلی‌یورتان
در مقیاس صنعتی پوشش‌دهی با پودر برای پوشش‌های سطحی یک روش معقول است. ترکیبات پودری جامد بر روی قطعات فلزی پاشیده می‌شوند و در اثر حرارت پخت می‌شوند. در فرایند حرارت‌دهی، پودرها ذوب شده و به یکدیگر متصل می‌شوند به نحوی که یک پوشش صاف و بدون حفره ایجاد می کنند. به طور همزمان یک فرایند ایجاد پیوند عرضی شیمیایی نیز صورت می‌گیرد و طی آن پودر گرمانرم به یک پوشش حفاظتی سخت و با دوام تبدیل می‌شود. اصول پوشش‌دهی بر مبنای ایزوسیانات‌های مهار شده را برای سیستم‌های پودری نیز به کار می‌برند. معمولاً از پلی‌ال‌هایی با خصلت رزینی سخت مانند استرهای ترفتالات یا رزین‌های اکریلیک حاوی گروه‌های هیدروکسیل استفاده می‌شود. جزء دوم را پلی‌ایزوسیانات‌های آروماتیک و آلیفاتیک مهار شده تشکیل میدهند. مخلوطی از TDI، IPDI که با کاپرولاکتام مهار شده است به طور تجاری قابل استفاده است. محصولات پودری علاوه بر ایزوسیانات و پلی‌ال، دارای رنگدانه و پرکننده نیز می باشند و از مقدار کمی مواد افزودنی به عنوان روان‌ساز استفاده می‌شود. این پوشش‌ها به علت دارا بودن خصلت روانی و چسبندگی مناسب، خواص مکانیکی فیلم آن‌ها بسیار خوب است و مقاومت مناسبی در برابر عوامل محیطی دارند.
به علت نداشتن حلال و استفاده 100% از جامد این مواد، با یک بار اعمال کردن پوشش می‌توان به پوشش نسبتاً ضخیم دست یافت. بنابراین برای پوشش‌دهی خطوط تولید بسیار مناسب هستند. استفاده تجاری از این محصولات با سه عامل محدود می‌شود: فقط مواد فلزی را می‌توان پوشش داد. دستگاه‌های خاصی مورد نیاز است و برای پخت، دمای حرارتی بالایی نیاز می‌باشد. از کاربردهای آن‌ها می‌توان به پوشش پایه‌های پنجره‌ها و مواد ساختمانی آلومینیمی یا استیل‌های گالوانیزه اشاره کرد. در بخش حمل و نقل، برای پوشش سپر‌ها، قالپاق‌ها و برای ماشین‌های کشاورزی و قاب دوچرخه مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین در پوشش‌دهی لوازم خانگی و لوستر‌ها نیز به کار برده می‌شوند.
واحد تحقیق و توسعه شرکت فناوران رنگدانه سپاهان
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.