فوم پلی یورتان آنتی باکتریال

فیلر ناتمگ بعنوان یک ترکیب طبیعی برای تولید فوم های کامپوزیتی پلی یورتان با خواص ضد باکتریایی و ضد پیری

فوم های کامپوزیتی پلی یورتان (PU) با غلظت های مختلف (1، 2 و 5 درصد وزنی) فیلر جوز هندی با موفقیت تقویت شدند. در این مقاله اثر غلظت فیلر جوز هندی بر خواص مکانیکی، حرارتی، ضد میکروبی و ضد پیری فوم های کامپوزیت پلی یورتان مورد بررسی قرار گرفت. فوم های PU براساس رفتار رئولوژیکی، پارامترهای پردازش، ساختار سلولی (تحلیل میکروسکوپ الکترونی روبشی)، خواص مکانیکی (آزمایش فشرده سازی، تست ضربه، تست خمشی سه نقطه ای و مقاومت ضربه)، خواص حرارتی (تحلیل ترموگراویمتری)، رفتار ویسکو الاستیک (تحلیل مکانیکی دینامیک)، خواص کاربردی (رسانایی حرارتی، اشتعال پذیری، چگالی ظاهری، پایداری ابعادی، آبگریزی سطح، جذب آب و مشخصه رنگ) مورد بررسی قرار گرفتند. به منظور استفاده از روش انتشار دیسک، تمامی کامپوزیت های PU بر روی باکتری های منتخب (اشریشیا کلی و استافیلوکوکوس اورئوس) آزمایش شدند. با توجه به نتایج به دست آمده می توان گفت که افزودن 1 درصد وزنی فیلر جوز هندی منجر به ایجاد فوم های کامپوزیت PU با استحکام فشاری بهبود یافته (برای مثال 19 درصد)، استحکام خمشی بالاتر (برای مثال تقریبا 11 درصد افزایش)، مقاومت ضربه ای (برای مثال حدود 32 درصد افزایش) و هدایت حرارتی (0.034-0.023 Wm¯¹k¯¹) می شود. علاوه براین، ترکیب فیلر جوز هندی تاثیر مثبتی بر افزایش مقاومت مواد پلی یورتان در برابر اشتعال پذیری دارد. بعنوان مثال نتایج حاصل از آزمایش کالریمتر مخروطی نشان داد که ترکیب 5 درصد وزنی از این فیلر به طور قابل ملاحظه ای پیک سرعت انتشار حرارت (pHRR) را در مقایسه با فوم های اصلاح نشدۀ PU، تا 60 درصد کاهش می دهد. همچنین اثبات شده است که فیلر جوز هندی ممکن است بعنوان یک ترکیب طبیعی ضد پیری برای فوم های PU عمل کند. ترکیب این فیلر در هر مقدار پایداری فوم های کامپوزیت PU را با موفقیت بهبود می بخشد. براساس نتایج حاصل از آزمایشات ضد باکتریایی، افزودن فیلر جوز هندی به طرز چشمگیری خواص ضد باکتریایی فوم های کامپوزیت PU را در برابر باکتری های گرم مثبت و منفی بهبود می بخشد.

پلی یورتان ها (PU) یکی از مهم ترین گروه های مواد پلیمری را تشکیل می دهند. در سال 2017، مصرف جهانی PU تا 6.05 میلیارد دلار امریکا تعیین شد و پیش بینی می شود تا سال 2021 به 79 میلیارد دلار امریکا برسد. مصرف PU تقریبا 67 درصد از بازار را به خود اختصاص داده است. از بین مواد عایق تجاری موجود همچون پشم معدنی یا پلی استایرن منبسط شده، فوم های PU سفت و سخت خواص عایق بهتری از خود نشان می دهند. ضریب هدایت حرارتی (λ) فوم های PU بین 0.018 تا 0.025 Wm¯¹k¯¹ متغیر است. به همین دلیل فوم های PU سفت و سخت معمولا در زمینه های مختلفی مانند صنعت ساختمان، عایق های صنعتی یا تولید لوازم خانگی دارند. مشکل اصلی مرتبط با صنعت پلی یورتان، وابستگی ایزوسیانات ها و پلیول ها به محصولات پتروشیمی است. قوانین اقتصادی و قانونی در رابطه با حفاظت از محیط زیست، صنایع شیمیایی را به سمت توسعه مواد کامپوزیت سبز جدید سوق می دهد. با این حال، تقاضا برای پلیول ها و افزودنی های ساخته شده از سوخت های فسیلی تجدید ناپذیر را کاهش می دهد. یکی از راه حل هایی که این مقررات را رعایت می کند، معرفی پلیول های مشتق شده از منابع طبیعی مانند روغن های گیاهی است. چندین مطالعه بیوپلیول های تهیه شده از روغن های گیاهی مختلف مانند روغن کرچک، سویا، پالم، کلزا، تانگ، آفتابگردان یا کانولا را گزارش کرده اند تا نوع جدیدی از فوم های زیست سازگار را تولید کنند. نقص اصلی فوم های PU تهیه شده از بیوپلیول، استحکام مکانیکی نسبتا کم آنها است. گفته شده است که افزودن انواع مختلف فیلرهای آلی و معدنی ممکن است خواص مکانیکی فوم های کامپوزیت PU را افزایش دهد. در برخی از مقالات از فیلرهای معدنی مختلف مانند نانورس، گرافیت قابل انبساط، سیلیس، تالک یا الیگوسیلسسکویوسان چند وجهی (POSS) بعنوان تقویت کننده در تولید فوم های PU استفاده شده است. ترکیب بیوفیلرها در فوم های PU خواص زیست سازگاری و مکانیکی این فوم ها را افزایش می دهد.

تا به حال، بسیاری از فیلرهای طبیعی مورد بررسی قرار گرفته اند. برای مثال، ژو و همکارانش که PU سفت و سخت اصلاح شده با نانوکریستال های سلولز تولید کردند؛ توانستند فوم های کامپوزیت PU نیز با خواص مکانیکی افزایش یافته، کاهش جذب آب و پایداری ابعادی بیشتری را تهیه کنند. پابرزا و همکارانش فوم های کامپوزیتی PU تقویت شده با لیگنین کاه گندم را در غلظت های مختلف (6.3-0 درصد وزنی) سنتز کردند. خواص عایق حرارتی بهبود یافته برای کامپوزیت های PU حاوی 3 درصد وزنی فیلر به دست آمد. زیلنسکا و همکارانش هم فوم های کامپوزیت PU را با پوسته تخم مرغ تقویت کردند. ترکیب پوسته تخم مرغ در ماتریس PU باعث بهبود خواص مکانیکی، کاهش جذب آب و افزایش پایداری ابعادی در محیط های آبی شد. تاثیر مقدار معینی از پروتئین سیب زمینی، غبار بافینگ و کراتین پر بر روی مورفولوژی، خواص فیزیکی و مکانیکی مواد متخلخل به دست آمده در مطالعه قبلی ما آزمایش شد. همچنین نشان داده شده است که افزودن مقدار کمی از فیلرها (1 تا 2 درصد وزنی) به دلیل دارا بودن اثر تقویت کنندگی، مقاومت فشاری مواد را تا حدود 20 درصد بالا می برد. از بین فیلرهای مختلف مورد استفاده بعنوان فیلر تقویت کننده فوم های PU، تا به امروز هیچ مقاله ای برای بررسی افزایش خواص مکانیکی، حرارتی و ضد باکتریایی فوم های کامپوزیت PU اصلاح شده با افزودن فیلر جوز هندی انجام نشده است. جوز هندی از خانواده میریستیکاس است و از میوه یک درخت گرمسیری به دست می آید. دانه های جوز هندی یکی از غنی ترین منابع عصاره فنلی هستند و ترکیب شیمیایی آن عمدتا شامل لیمونن، سابینن، پینن آلفا، پینن بتا، میریستسین و سافرول می شود.

فوم های کامپوزیت PU با غلظت های مختلف فیلر جوز هندی (1 تا 5 درصد وزنی) با موفقیت تهیه شدند. نتایج به دست آمده تایید کرد که افزودن فیلر جوز هندی بر رفتار رئولوژیکی سیستم های PU، سینتیک فومینگ، مورفولوژی فوم های PU و همچنین خواص مکانیکی و حرارتی فوم های کامپوزیت PU تاثیر می گذارد. با توجه به این یافته ها، می توان گفت که استفاده از 1 درصد وزنی فیلر جوز هندی در ترکیب فوم های کامپوزیت PU، مقاومت فشاری (تا 11 درصد) و ضربه پذیری (تا 32 درصد) این آنها را افزایش می دهد. علاوه براین، اصلاح این فوم ها با فیلر جوز هندی تاثیر مثبتی بر مقاومت آنها در برابر اشتعال پذیری دارد. برای مثال، نتایج حاصل از آزمایش کالریمتر مخروطی نشان داد که ترکیب 5 درصد وزنی فیلر جوز هندی به طور قابل ملاحظه ای پیک سرعت انتشار حرارت (pHRR) را در مقایسه با فوم PU اصلاح نشده، تا 60 درصد کاهش می دهد. همچنین ثابت شد که این فیلر ممکن است بعنوان یک ترکیب طبیعی ضد پیری در این فوم ها عمل کند. ترکیب این فیلر در هر مقدار می تواند به خوبی پایداری فوم های کامپوزیت PU را بهبود بخشد.