پلی یورتان یک پلیمر همه کاره

پلی یورتان: پلیمر همه کاره برای عایق و ضدخوردگی

توسعه مواد پلی یورتان و بهینه سازی فرایند از موضوعات بسیار پرکاربرد در تحقیقات به شمار می روند. پلی یورتان خواص عملیاتی و فیزیکوشیمیایی بالایی دارد. همچنین از مقاومت سایشی و مقاومت در برابر نفت و بنزین بالایی برخوردار است. پلی یورتان دارای خواص ترموفیزیکی و الاستیک عالی است که امکان استفاده از آن را در بسیاری از صنایع که به موادی با خواص با کارایی بالا نیاز دارند فراهم می کند. پلی یورتان کاربرد گسترده ای در بسیاری از صنایع در تولید عایق محافظ و مقاوم در برابر عوامل سایشی دارد. تعداد قابل توجهی از مطالعات به بهبود خواص فیزیکی، مکانیکی و عملیاتی پلیمرهای پلی یورتان به ویژه خواص ضدخوردگی در پوشش های پلی یورتان اصلاح شده پرداخته اند. خواص پلیمرهای پلی یورتان در کاربردهای مختلف را می توان با تغییر مونومرها، نسبت آنها و فرایند آماده سازی بهبود بخشید. تهیه پلیمرهای پلی یورتان بر پایه پلیول ها و مونومرهای ایزوسیانات با استفاده از فرایند چند افزودنی در حضور کاتالیزور و همچنین حلال هایی ازجمله تولوئن، زایلن و استون انجام می شود. عوامل مختلفی خواص فیزیکی و مکانیکی پلیمرهای پلی یورتان را تحت تاثیر قرار می دهند که با تکنیک های مختلف مورد بررسی قرار گرفته اند. این عوامل عبارتند از ایزوسیانات ها، پلیول ها، نسبت OCN/OH ، حلال ها، کاتالیزورها و دما. به طور کلی، پلیول عامل انعطاف پذیری پلیمرهای پلی یورتان است و ایزوسیانات نیز در سفتی پلیمر پلی یورتان و اتصال عرضی بین ستون فقرات پلیمر نقش دارد. به دلیل انعطاف پذیری شیمیایی، آنها ممکن است ویژگی های پوششی را باتوجه به کاربرد مورد نظر تغییر دهند. اثرات پلیول های مختلف و شیمی پلی ایزوسیانات ها در اینجا مورد بررسی قرار گرفته اند. همچنین آبگریزی، پایداری حرارتی و خواص مکانیکی و ضد خوردگی پلیمرهای پلی یورتان نیز بررسی شدند. یک طرح کلی از مدرن ترین و موفق ترین روش های ساخت پوشش های محافظ پلی یورتان و استفاده از آنها به عنوان عوامل ضدخوردگی در این مقاله مروری ارائه شده است.

سالها پیش، از پلیمرهای مختلف برای تولید طیف وسیعی از محصولات پوششی مانند اکریلیک، اپوکسی، آلکیدها، پلی اوره و پلی یورتان استفاده شد. پلی یورتان ازطریق پلیمریزاسیون چند افزودنی فرمولاسیون های مختلف حاوی ایزوسیانات و پلیول ساخته می‌شود. افزودنی ها نیز براساس روش و نوع محصول استفاده می شوند. آنها بدون حلال با استفاده از مونومرهای مختلف ایزوسیانات مانند آلیفاتیک، آروماتیک و پلیول‌های مختلف مانند پلی کربنات، پلی استر و پلی اتر ساخته می‌شوند. هدف اصلی این بررسی غربالگری و تطبیق پیش پلیمرهای مبتنی بر آلیفاتیک و پلیمرهای آروماتیک پلی یورتان در عایق‌های صنعتی، به ویژه پوشش‌های ضدخوردگی است. این پیش پلیمرها ازنظر زیست محیطی پایدار بوده و بیشترین خواص فیزیکی را دارند. این پروژه بر توسعه پوشش‌های ضدخوردگی ساخته شده از پیش پلیمرهای پلی یورتان، آلیفاتیک و آروماتیک، متمرکز است. برای تولید محصول مورد نظر، نسبت ایزوسیانات و هیدروکسیل جایگزین باید مطالعه شود. محصول اگر با افزودنی‌هایی مانند پرکننده، ضخیم کننده، نرم کننده و عوامل اتصال عرضی ترکیب شود، پوشش‌های ضد خوردگی آن در پایپینگ بهبود می‌یابد. هدف از این مطالعه توسعه تکنولوژی و یافتن مواد و پلیمرهایی است که نقش مهمی در کاهش سرعت یا جلوگیری از خوردگی فلزات دارند.

پلی یورتان

پلی یورتان ها (PU) مواد پلیمری بی نظیری با طیف وسیعی از خواص فیزیکی و شیمیایی هستند که کاربردهای مختلفی ازجمله تولید فوم، عایق، چسب و الاستومرهای ترموپلاستیک دارند. فرایند تولید پلی یورتان شامل انتخاب مواد، طراحی پلیمری، شرایط تولید و روش های ساخت می شود. شیمی پلی یورتان بر واکنش ایزوسیانات به گروه های هیدروکسیل و آمین مبتنی است. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، واکنش پذیری گروه ایزوسیانات به بار مثبت اتم کربن در پیوند دوگانه تجمعی گروه N=C=O نسبت داده می شود.

شکل 1:

ایزوسیانات ها با تمام مولکول های حاوی اتم های هیدروژن "فعال" ازجمله آب، هیدروکسیل و گروه های آمین در دماهای مختلف از 60 تا 90 درجه سانتیگراد بسته به نوع کاتالیست و غلظت واکنش نشان می دهند. فرایند تولید پلی یورتان اگزوترمیک و برگشت پذیر است. باتوجه به شکل زیر، پلیمرهای پلی یورتان یا پلیمرهای پلی اورتان-پلی اوره حاوی دو گروه یورتان و اوره هستند که برای ساخت PU استفاده شده و توسط واکنش های چندافزودنی پلیول ها، پلی ایزوسیانات ها و پلی آمین ها ایجاد می شوند.

شکل 2:

پلی ایزوسیانات یک مولکول با دو یا چند گروه عاملی ایزوسیانات است، درحالی که پلیول حاوی دو یا چند گروه هیدروکسیل است. از آنجا که گروه های اوره ازطریق تعامل پیوندهای هیدروژنی دوشاخه شناخته می شوند، پتانسیل خوبی برای استفاده در بخش های سخت الاستومرهای ترموپلاستیک دارند. همچنین درمقایسه با یورتان ها و آمیدها، پیوند هیدروژنی قوی تری دارند. فرآوری مذاب ضعیف و حلالیت ناکافی در حلال های آلی دو نقص این الاستومرها هستند. دمایی که در آن اوره ذوب یا نرم می شود به طور قابل توجهی بیشتر از دمای شکست حرارتی آنها به دلیل پیوند هیدروژنی دو شاخه ای بسیار قوی بین گروه های اوره است. باتوجه به شکل زیر، اتم های هیدروژن "فعال" در یورتان و گروه های اوره تولید می شوند و این گروه ها می توانند با ایزوسیانات واکنش داده و آلوفنات و بیورت‌ها را تولید کنند.

شکل 3:

پلیول‌ها و افزودنی‌هایی مانند کاتالیزورها، اتصال دهنده‌ها و پلی ایزوسیانات ها که بخش های سخت پلیمر را تولید می کنند مواد اولیه پلی یورتان ها را که قطعات نرم پلیمر هستند تشکیل می دهند. بخش نرم پلیمر به طور اجتناب ناپذیر توسط ترانزیستور تشکیل شده است.

پلی ایزوسیانات

برای ساخت محصولات اولیه به پلیمرهای پلی یورتان نیاز است که در واقع ایزوسیانات های حاوی دو یا چند گروه عملیاتی هستند. هزینه تولید پلی یورتان معمولا به نوع دی ایزوسیانات به کار رفته، دی متیل سیانید آروماتیک و آلیفاتیک، بستگی دارد. علیرغم مقاومت پایین دی ایزوسیانات به UV، دی ایزوسیانات تولید شده در سراسر جهان ایزوسیانات آروماتیک است. با این حال، به دلیل مقاومت بالای ایزوسیانات های آلیفاتیک و سایکلوآلیفاتیک به UV، این ایزوسیانات ها نقش مهمی در تولید مواد پلی یورتان در کاربردهای خارجی دارند. ایزوسیانات های آلیفاتیک برای این موارد قویا توصیه می شوند زیرا واکنش گروه ایزوسیانات به پیوند آروماتیک بیشتر از نمونه آلیفاتیک است. پایین بودن هزینه ایزوسیانات های آروماتیک درمقایسه با نمونه های آلیفاتیک نیز بایستی بررسی شود. ایزوسیانات ها براساس درصد محتوای NCO و عملکردشان طبقه بندی می شوند که تعداد NCO در مولکول را تحت تاثیر قرار می دهند. در جدول زیر ایزوسیانات های متداول در تولید پلی یورتان ارائه شده است.

جدول 1:

نتیجه گیری و چشم اندازهای آینده

گذر زمان با افزایش نیاز مستمر به مواد پلی یورتان (PU) همراه است. ذرات پلی یورتان کاربرد گسترده ای به عنوان عایق در جلوگیری از خوردگی فلزات دارند. فرصت استفاده از فرمولاسیون سبز جدید پلی یورتان و مزایای زیست محیطی و بهداشتی آن در مقیاس جهانی شناخته شده است. در نتیجه، طراحی و توسعه پلی یورتان که ​آسیب های زیست محیطی کمتری نسبت به معادل های ساخته شده از پلیول و پلی ایزوسیانات های مشتق شده از نفت دارد بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این پژوهش به بررسی کاربرد چنین پلی یورتان های سبز، پلی یورتان های مبتنی بر آب و زیستی، به عنوان عایق های محافظ می پردازد.