چسب پلی یورتان زیست سازگار

دسته: مقالات منتشر شده در 24 شهریور 1401
نوشته شده توسط Admin بازدید: 38

بررسی منابع تجدید پذیر برای سنتز چسب های پلی یورتان زیست سازگار

منابع زیست تخریب پذیر مورد استفاده در تولید چسب های پلی یورتان (PU) از چند دهه گذشته کاربرد گسترده ای یافته اند و به دلیل اثرات زیست محیطی کمتر، دسترسی آسان، هزینه پایین و زیست تخریب پذیری بالا جایگزین چسب های پلی یورتان ساخته شده از فرآورده های پتروشیمی شده اند. از منابع زیست تخریب پذیر می توان روغن های گیاهی (مانند روغن پالم، روغن کرچک، روغن جاتروفا و روغن سویا)، اسید لاکتیک، نشاسته سیب زمینی و سایر منابع زیست تخریب پذیر را نام برد که منابع غنی برای سنتز پلیول های بکار رفته در تولید چسب های پلی یورتان زیست سازگار محسوب می شوند. منابع مختلفی از این دسته برای سنتز چسب های PU زیست سازگار و کاربردهای بالقوه آنها در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته اند. هدف از این مطالعه، بررسی روند پیشرفت تحقیقات در زمینه کاربرد بیومتریال در تولید چسب است.

 

پلی یورتان ها به دلیل انعطاف پذیری در طراحی ساختاری جزء متنوع ترین پلیمرها هستند که عمدتا در تولید کفش، صنعت بسته بندی، خودروسازی، در قالب فوم های سفت و انعطاف پذیر برای مونتاژ مبلمان، کفپوش ها، چسب ها، درزگیرها، الاستومرها و بایندرها استفاده می شوند. افزایش آگاهی زیست محیطی در میان تولیدکنندگان و مصرف کنندگان منجر به ترغیب حوزه های تحقیقاتی به منابع زیست توده برای سنتز پلی یورتان شده است؛ تا مواد پتروشیمی. PU بعنوان یک نوع چسب پرکاربرد در صنایع چوب، به دلیل قابلیت اطمینان و عملکرد بالا شناخته شده است. عملکرد و رفتار سیستم های چسب برای چوب به طیف وسیعی از متغیرها مانند صافی سطوح بستر، pH، وجود مواد استخراج شده و جهت دانه بستگی دارد. مکانیسم اتصال چسب به زیرلایه چوب می تواند شامل پیوند کووالانسی، نیروهای ضعیف تر مانند نیروهای واندوالس و پیوند هیدروژنی یا درهم تنیدگی مکانیکی شود. معمولا از چسب ها با پایه اوره فرمالدئید، ملامین فرمالدئید، اوره ملامین فرمالدئید و فنل فرمالدئید استفاده می شود اما به هیدرولیز بسیار حساس هستند. این چسب ها همچنین به دلیل فرمالدئیدی که آزاد می کنند، سلامتی انسان را نیز در مواجهه با آن تهدید می کنند. برای غلبه بر چنین مشکلاتی، دانشمندان در تلاشند تا چسب های پلیمری جدیدی تولید کنند. چسب های PU به دلیل قابلیت اطمینان و عملکرد بالا شهرت دارند. تلاش هایی برای تولید این نوع چسب صورت گرفته است که حداقل تا حدی از مواد طبیعی مانند روغن های گیاهی طبیعی، لینگنین، اسید لاکتیک، نشاسته سیب زمینی و روغن های گیاهی خوراکی یا غیر خوراکی تولید شده اند. منابع زیست تخریب پذیر غنی از پیش سازها برای سنتز پلیول ها و ایزوسیانات ها هستند که در تولید چسب PU طبیعی استفاده می شوند و واکنش بین پلیول و ایزوسیانات در شکل زیر ارائه شده است.

 

شکل 1:

 Reaction between polyisocynate and polyol

 

در اینجا به بررسی انواع مختلفی از این منابع و کاربرد بالقوه آنها در تولید چسب PU زیست سازگار پرداخته شده است. علاوه براین، این مقاله بر پیشرفت تحقیقات صورت گرفته در زمینه منابع زیست تخریب پذیر در تولید این نوع چسب متمرکز است.

 

چسب پلی یورتان با پایه روغن گیاهی

پلی یورتان های حاصل از دانه های گیاهی مختلفی مانند کرچک، جاتروفا، نخل، سویا و غیره سنتز می شوند. بسیاری از این روغن های گیاهی منابع زیست تخریب پذیر مهمی در تولید انواع صابون ها، سورفکتانت ها، روان کننده ها، رقیق کننده ها، نرم کننده ها، جوهرها، مواد شیمیایی در کشاورزی، مواد کامپوزیت، صنایع غذایی و غیره محسوب می شوند. تری گلیسیرید که ترکیب اصلی این روغن ها است، حاوی استرهای گلیسرول با سه اسید چرب زنجیره بلند است که باتوجه به منبع روغن ترکیبات متفاوتی دارد. در شکل زیر ساختار تری گلیسیرید نشان داده شده است.

 

شکل 2:

 Structure of triglyceride

 

پلیول و ایزوسیانات که مواد اولیه اصلی در سنتز پلی یورتان هستند را می توان به راحتی با استفاده از این سایت های واکنش پذیر سنتز کرد. پس از هیدرولیز، تری گلیسیریدهای حاصل از روغن های گیاهی اسیدهای چرب و گلیسرول های مختلفی دارند. عوامل زیادی همچون ترکیب اسیدهای چرب اشباع و غیر اشباع مختلف، میزان غیر اشباع بودن، طول زنجیره اسیدهای چرب، لوکیشن و استریوشیمی پیوندهای دوگانه در زنجیره اسیدهای چرب خواص پوششی روغن را تحت تاثیر قرار می دهند. اسیدهای چرب می توانند بخشی از پلیول های پلی استر باشند، در حالی که روغن های گیاهی هیدروکسیل به طور مستقیم در پلی یورتان استفاده می شوند. در گذشته و حال، پلی یورتان های زیست تخریب پذیر مختلفی از روغن های گیاهی و همچنین سایر منابع زیست تخریب پذیر سنتز شده و می شود که در آن R¹، R² و R³ گروه های هیدروکربیل آلیفاتیک اشباع یا غیر اشباع حاوی 8 تا 24 اتم کربن هستند. باتوجه به شکل زیر، سنتز پلیول راه های زیادی برای تولید پلیول های تهیه شده از روغن نباتی من جمله واکنش جفت شدن تیولن، ازونولیز، هیدروفرمیلاسیون، اکسیداسیون فتوشیمیایی، اپوکسیداسیون و به دنبال آن واکنش های باز کردن حلقه گزارش شده است.

 

شکل 3:

 Synthesis method of vegetable-oil-based polyol

 

مسیر اصلی واکنش برای سنتز پلیول ها همان اپوکسیداسیون است و سپس، واکنش گروه های اپوکسی با معرف های بازکنندۀ حلقه مانند آب، الکل، گلیسرول، پروپانودیول 2-1 و اسیدها است.

 

نتیجه گیری و چشم اندازهای آینده

تولید چسب های پلی یورتان زیست تخریب پذیر از منابع زیستی مانند گیاهان، درختان و جلبک ها حوزه جدیدی از تحقیقات به دلیل کاهش مواد اولیه تجدید ناپذیر است. اپوکسیداسیون مسیر اصلی برای سنتز پلیول ها از روغن گیاهی (VOs) به دنبال واکنش های بازکننده حلقه است. دی ایزوسیانات با پایه زیستی سنتز شده از اسیدهای چرب به پلی یورتان با خواص فیزیکی مشابه مشتق شده از مواد خام نفتی واکنش نشان می دهد. از سوی دیگر در مواجهه با کاهش ذخایر سوخت های فسیلی، چسب های پلی یورتان زیست سازگار راه حل مناسبی برای چالش های آینده ارائه می دهند زیرا در آینده، محصولات جدیدی برای همه صنایع مانند کفپوش ها، کاغذ سازی، بسته بندی، داروسازی و نساجی می تواند تولید شود. در نهایت، باتوجه به یافته های به دست آمده از این مطالعه می توان گفت برخی از شرکت های شیمیایی از سال ها پیش تحقیقات زیست محور را آغاز کرده بودند و حتی برخی دیگر نیز برنامه های زیستی را بعنوان استراتژی آینده معرفی کردند.