پلی اورتان به چه ماده ای گفته می شود و چگونه تولید میشود؟
پلی اورتان که با نام های اختصاری PUR و PU نشان داده می شود، نوعی پلیمر است که از واحدهای ارگانیکی تشکیل شده و توسط کارباماتها و یا پیوندهای اورتانی به یکدیگر متصل شده است. بیشتر انواع پلی اورتان ها در دسته پلیمرهای ترموستینگ قرار می گیرند و به همین دلیل آنها زمانی که در معرض حرارت هستند به راحتی ذوب نمی شوند ولی انواع ترموپلاستیک آنها نیز وجود دارد. در اغلب موارد پلیمرهای یاد شده از واکنش بین پلی ال و ایزوسیانات های دوتایی و یا سه تایی تشکیل می شوند. از آنجایی که این پلیمرها دارای دو نوع متفاوت از مونومرها می باشند که یکی از آنها پس از دیگری واکنش می دهد آنها در دسته ی هم بسپار های متناوب قرار می گیرند. ایزوسیانات ها و پلی ال ها باعث می شوند تا به طور میانگین دو و یا سه گروه وظیفه ای در هر مولکول از پلی اورتان وجود داشته باشد. از پلیمر های نام برده شده به منظور تولید نشیمن های فومی با قابلیت ارتجاعی بالا، پنل های عایق فومی و سخت، واشر و درزگیر های فومی میکرو سلولار، چرخها و تایرهای الاستومری بادوام مانند چرخ‌های ترن های هوایی، پله برقی، سبدهای خرید، آسانسور و برد های اسکیت، چسب های پرقدرت پوششهای سطحی و درزگیرهای سطحی، فوم های ترکیبی، زیر لایه های فرش، بخش های ساخته شده از پلاستیک های سخت مانند وسایل موسیقی الکترونیکی و سایر موارد استفاده میشود.
تاریخچه پلی اورتان ها
اتو بایر و همکارانش در یک کمپانی آلمانی در سال ۱۹۳۷ موفق شدند تا برای اولین بار پلی اورتان ها را اختراع کنند.این پلیمرهای های جدید نسبت به سایر پلیمر های موجود دارای مزیت هایی بودند که از بسپارش الفین ها و یا توسط بسپارش تراکمی به وجود می‌آیند و همچنین در گروه پلی استر های اختراع شده توسط Wallace Carothers نیز قرار نمی گیرد. مراحل اولیه کار بیشتر بر تولید فیبر ها و یا فوم های انعطاف پذیر تمرکز داشتند و این مواد به میزان بسیار کمی برای پوشش هواپیماها در طی جنگ جهانی دوم به کار برده شدند. پلی ایزو سیانات ها در سال ۱۹۵۲ به صورت تجاری معرفی شدند و تولید پلی اورتان های انعطاف پذیر نیز در سال ۱۹۵۲ و با استفاده از پلی ال های پلی استری و تولوئن دی ایزوسیانات آغاز شد. این مواد نیز در تولید فوم های سخت لاستیکی و الاستومر ها کاربرد داشتند. فیلم های خطی نیز از hexamethylene diisocyanate (HDI) و 1,4-Butanediol (BDO) ساخته می‌شدند. در سال ۱۹۵۶ کمپانی دوپونت پلی ال های پلی استری را معرفی کرد به خصوص گلیکول های پلی تترا متیلن اتر و کمپانی مواد شیمیایی DOW در سال ۱۹۵۷ به فروش گلیکول های پلی الکیلن پرداخت. پلی ال های پلی استری بسیار ارزان تر بوده کاربری ساده تری داشته و همچنین در مقایسه با پلی ال های پلی استری در مقابل آب بسیار مقاوم تر بودند و به همین دلیل شهرت بیشتری هم داشتند. در سال ۱۹۶۰ بیش از ۴۵ هزار متریک تن از فوم های پلی اورتانی انعطاف‌پذیر تولید شدند. دسترسی به عامل های بادی کلرو فلورو آلکان، پلی ال های پلی اتری ارزان قیمت و متیلن دی فنیل دی سیوناتها باعث شد تا فوم های سخت پلی اورتانی به عنوان مواد عایق اثربخش به کار برده شوند. در سال ۱۹۶۷ نیز انواعی از فوم های سخت پلی ایزوسیانوراتی تولید شدند که دچار تغییرات اورتانی شده بودند که پایداری گرمایی بالاتری داشتند و همچنین مقاومت آنها در برابر اشتعال پذیری بیشتر بود. در طی سالهای ۱۹۶۰ تا ۷۰ نیز بخش‌های داخلی درها ی خودرو از لایه های نیمه سخت ترمو پلاستیک ساخته شدند. در سال ۱۹۶۹ بایر نوعی از خودروهای تمام پلاستیکی را در شهر دوسلدورف به نمایش گذاشت. بخش های این خودرو همانند داشبورد و بدنه آن با استفاده از یک متد جدید با نام قالب گیری تزریقی واکنشی تولید شده بودند که در آن واکنشگر ها با یکدیگر ترکیب شده و سپس در داخل یک قالب تزریق می شوند. افزودن فیلرهایی همانند میکا، فیلم های معدنی فراوری شده باعث شد تا این مواد بسیار مستحکم تر شوند و ضریب خمشی بالاتری پیدا کنند. کاهش ضریب انبساط گرمایی و پایداری بهتر گرمایی نیز از دیگر خواص افزودن فیلرها به مواد یاد شده بود. از این فناوری به منظور تولید اولین بدنه‌خودرو پلاستیکی در آمریکا در سال ۱۹۸۳ نیز استفاده شد. روش های دیگر نیز به منظور افزایش استحکام این مواد به کار برده شدند که از آن جمله می‌توان به کارگیری حصیر های شیشه‌ای در حفره های قالب گیری این ماده را نام برد همچنین متد یاد شده به عنوان قالب گیری تزریقی رزینی و یا قالب گیری تزریقی واکنشی ساختاری شناخته می شود. فوم های پلی اورتانی در حوزه صنایع خودروسازی از شهرت بسیار بالایی برخوردار هستند و امروزه نیز برای تولید محصولات فیلتر روغن در دمای بالا به کار برده می شوند. گاهی اوقات فوم‌های بیان شده که ممکن است شامل لاستیک های فومی نیز باشند، با استفاده از عامل های بادی ساخته میشوند تا حالت چگال آنها را کاهش دهد و در واقع میزان جذب ضربه و یا انرژی و یا عایق پذیری گرمایی آنها را بهبود بخشد. در اوایل دهه ۹۰ از آنجایی که کاهش لایه اوزون و یا تخریب آن اثرات زیادی بر محیط زیست داشت قوانین مونترال استفاده از عامل های بادی حاوی کلورین را محدود کرد مانند CFC11. تا اواخر دهه نود انواعی از عامل های بادی مانند carbon dioxide, pentane, 1,1,1,2-tetrafluoroethane و 1,1,1,3,3-pentafluoropropane به صورت گسترده‌ای در آمریکای شمالی و ایالات متحده اروپا تولید شدند و این در حالی است که عامل های بادی کلورینی همچنان در بسیاری از کشورهای در حال توسعه مورد استفاده قرار می‌گرفتند. در اوایل سالهای ۲۰۰۰ تا ۲۰۱۰ نیز یک عامل بادی جایگزین در کشورهای در حال توسعه انتخاب شد که HCFC-141b نام داشت. معمولا محصولات پلی اورتانی با نام اورتان ها نیز شناخته می شوند ولی نباید آنها را با اتیل کارباماتها اشتباه گرفت زیرا آنها نیز اورتانها خوانده می شوند. پلی اورتان ها نه شامل اتیل کارباماتها میشوند و نه از آنها تولید می شوند. از ایزو سیانات ها به منظور ترکیب و تولید پلی اورتان ها استفاده می شود و در واقع انواع غیر ایزوسیاناتی توسعه داده شدند تا نگرانی‌های حول خطرات این ماده بر محیط زیست و سلامتی را کاهش دهند.
پلی اورتان ها چگونه تولید میشوند؟
پلی اورتان ها از ترکیب دو و یا تعداد بیشتری از مایعات به وجود می آیند. پلی ال ها شامل کاتالیزگرها، مواد فعال سطحی، عامل های بادی و بسیاری از موارد دیگر میشوند. انواعی از پلی اورتانها که از دو جزء تشکیل می شوند با نام سیستم های پلی اورتانی و یا به طور ساده سیستم شناخته می شود. در آمریکای شمالی نیز به ایزوسیانات ها نام ایزو داده شده است. ترکیب پلی ال ها و سایر مواد افزودنی نیز با نام پلی و یا B side شناخته می شود. حتی ممکن است نام رزین یا ترکیبات رزینی نیز به این ترکیبات داده شود. افزودنی های ترکیبی رزینی ممکن است شامل گسترش دهندگان زنجیره‌ای، پیوند دهندگان، عامل های فعال سطحی، مواد ضد اشتعال، عامل های بادی، رنگدانه ها و فیلر ها شوند. این امکان نیز وجود دارد که پلیمرهای یاد شده را با چگالی ها و میزان استحکام متفاوتی تولید کرد و این کار نیز از طریق ایجاد تغییراتی در ایزو سیانات ها پلی ال ها و یا مواد افزودنی صورت می گیرد.
آیا استفاده از مواد پلی اورتانی ایمن می باشد؟
انواعی از این پلیمر که به صورت کامل واکنش داده اند از نظر شیمیایی ساکن و بی اثر هستند. همچنین سازمان سلامتی و ایمنی شغلی آمریکا و یا کنفرانس آمریکایی بهداشت صنعتی دولتی هیچ گونه محدودیتی برای قرار گیری در معرض این ماده توصیه نکرده است. طبق نظر سازمان های یاد شده این ماده حالت سرطان زا ندارد. این نوع جامد احتراق پذیر است و در صورتی که در برابر آتش قرار بگیرد ممکن است خود شعله ور گردد. از آنجایی که این مواد خاصیت اشتعال پذیر دارند باید در مقابله با آنها از مواد بازدارنده آتش به خصوص برای وسایل خانگی استفاده کرد و تقریباً همه آنها خطرناک میباشند. پس از آن در طی ابلاغیه‌ای رسمی وفنی اجازه داده شد تا فوم های پلی اورتانی انواع آزمایشات اشتعال پذیری را بگذراند بدون آنکه از مواد بازدارنده در این آزمایش ها استفاده شود. موسسه سیاست های علمی سبز عنوان می‌کند: اگرچه می‌توان بدون استفاده از بازدارنده های آتش نیز به استاندارد جدید عمل کرد ولی در این استاندارد استفاده و یا به کارگیری بازدارنده ها ممنوع اعلام نشده است. ترکیبات رزینی مایع و یا ایزوسیانات ها ممکن است شامل مواد خطرناکی باشند. در واقع ایزوسیانات ها ممکن است باعث ایجاد حساسیت های پوستی و مجرای تنفسی شوند. این در حالی است که آمین ها، گلیکول ها و فسفات های موجود در اسپری های فومی پلی اورتان نیز خطراتی به همراه دارند. قرارگیری در برابر انواعی از مواد شیمیایی که ممکن است در طی و یا پس از استفاده از این اسپری ها آزاد شوند برای سلامتی انسان خطرناک بوده و بنابراین در طی به کارگیری آنها و یا پس از آن باید اقدامات احتیاطی ویژه‌ای را رعایت نمود.
در ایالات متحده آمریکا نیز اطلاعاتی در خصوص ایمنی این ماده در سازمانهایی همانند انجمن تولید کنندگان پلی اورتان و مرکز صنایع پلی اورتانی یافت می شود.
