پلی یورتان چیست؟

پلی‌یورتان‌ها:
پلی‌یورتان‌ها دسته ای از پلیمرهای پر مصرف با خواص عالی هستند. به همین خاطر، طراحان و متخصصان صنایع پوشش‌های شیمیایی بخوبی توان بهره‌بردای از این ترکیبات را در کاربردهای گوناگون دارند. مثال‌های متعددی برای کاربردهای فراوان این ترکیبات وجود دارد، از جمله پوشش‌های شفاف برای پوشش‌های تک لایه مخصوص بام‌ها و رنگ‌های مشخص کردن خطوط عابرین پیاده و غیره.
مقاومت پلی‌یورتان‌ها در برابر سایش ضربه و ترک خوردگی بسیار خوب است، از جمله ویژگی‌های آنها پخت سریع و کامل در دمای محیط است. پلی‌یورتان‌های آلیفاتیک از انواع آروماتیک گران‌تر هستند. به همین خاطر انواع آروماتیک و نمونه‌های اپوکسی‌دار در آستری‌ها، رنگ‌های پایه و پوشش‌های رابط بکار می‌روند. در حالی که آلیفاتیک‌ها ویژه پوشش نهایی هستند. استفاده از پوشش‌های محافظ برای جلوگیری از پدیده خوردگی در ساختارهای فولادی که آستر و پوشش پایه آنها از نوع سامانه‌های اپوکسی‌دار است، نمونه‌ای از کاربردهای مهم پلی‌یورتان‌ها محسوب می‌شوند. مورد دیگر، سامانه‌های پوشش‌دهنده کف است که در آنها نیز انواع پوشش‌های پایه را می‌توان بکار برد، گاهی پوشش نهایی از نوع یورتان برای لایه نهایی کف نیز کفایت می‌کند.

کاربرد پلی‌یورتان‌ها و پلی اوره‌ها در کفپوش‌ها
انواع فناوری کاربرد پوشش‌های کف همگی بر دو اصل استوارند. یکی از آنها فناوری فیلم نازک است که یک یا چند پوشش با ضخامت حدود ۵۰ تا ۱۲۵ میکرون روی سطح کف اجرا می‌شود. درزگیری و غبارزدایی نیز از جمله مراحل مهم در این روش محسوب می‌شوند که هدف نهایی آنها رسیدن به کفپوش‌هایی با طرح‌های گوناگون و مزین است. رزین‌های مورد مصرف در پوشش‌های کف عبارتند از: آلکیدها، اپوکسی‌ها یا اپوکسی استری بر پایه آب و حلال، مخلوط‌های معلق، آمیخته‌های پلی یورتانی بر پایه آب و انواع پلیمرهای آکریلیکی، بهترین حالت برای این نوع کفپوش‌ها این است که اثر مواد شیمیایی یا آب روی سطح کفپوش براحتی برطرف شود و لکه‌ای بر جای نماند. پوشش‌های آلکیدی در مقابل سودسوز آور بسیار ضعیف عمل می‌کنند. نوع دیگر پوشش‌دهی فناوری فیلم ضخیم است که در آن حداقل ضخامت پوشش ۲۰۰ میکرون و حداکثر آن گاهی به ده میلی‌متر هم می‌رسد. هدف از این نوع پوشش‌دهی پر کردن ترک‌ها، حفره‌ها و تسطیح سطوح شدیداً سایید شده است.
سیمان و مصالح سنگی موردنظر با انواع رزین‌ها مخلوط می‌شوند. اپوکسی‌ها، پلی‌یورتان‌های آروماتیک (غالباً روغن کوچک و MDI دی فنیل متان ۴_ ،۴_ دی ایزوسیانات لاتکس SBR و اکریلیکی پر مصرف‌ترین رزینها هستند. روش کار به شکل پاشش یا ریختن پوشش روی سطح و به دنبال آن ماله کشی دستی یا اجرا به وسیله غلتک است. در برخی از موارد در کفپوش‌های ضخیم از استرهای غیر اشباع، وینیل استرها و اپوکسی‌های با میزان صد در صد جامد استفاده می‌شود. پلی‌یورتان‌های آروماتیک بر پایه MDI برای پوشش‌دهی کف زیاد بکار می‌روند، چرا که MDI ایزوسیاناتی نسبتاً ارزان است. جالب است که بدانید مولکول MDI و پلیمر سنتز شده از آن به راحتی پرتو فرابنفش را جذب می‌کنند، زرد شدن پوشش‌هایی که در معرض نور خورشید واقع شده‌اند به دلیل همین مسئله است.

پوشش‌های پلی اوره:
در چند سال اخیر فناوری پوشش‌های پلی اوره گسترش و کاربرد یافته است. از مزایای اصلی این نوع پوشش‌ها سخت شدن بسیار سریع آنهاست که نتیجه آن، دسترسی به یک فناوری پرشتاب است. در سامانه های پلی اوره بر پایه هگزامتیلن دی ایزوسیانات (TMXDI) پوشش پاشیده شده روی بلوک یخ در عرض ۲۰ ثانیه سخت می‌شوند، پوشش‌های پلی اوره در پوشش‌دهی خطوط لوله‌های انتقال نفت کاربرد دارند و مقدار جریان کاتدی مورد نیاز در حفاظت کاتدی را کم می‌کنند. در بسیاری از موارد سامانه‌های پلی اوره همانند پلی‌یورتان‌های دو جزیی هستند. سامانه پوششی در پلی‌یورتان‌های متداول از یک بخش A متشکل از پلی اوره و در صورت نیاز رنگدانه و یک بخش B که غالباً سخت کننده است، تشکیل می‌شود. همان طور که پیشتر هم گفته شد، سرعت واکنش تشکیل پلی اوره بی نهایت زیاد است، طوری که تجهیزات پاشش ویژه ای مورد نیاز است. زمانی بود که بخش ایزوسیاناتی را مونومر MDI تشکیل می داد. این نوع سامانه‌های پلی اوره ارزان بوده و خواص خوبی دارند. البته بعدها در اوایل دهه ۹۰ در انگلستان و ایالات متحده سامانه‌های آلیفاتیک وارد بازار شدند. در این سامانه ها پایداری نوری به مراتب بهتر شده و سرعت واکنش کمتر می‌شود. با این حال هنوز هم سرعت واکنش تشکیل پلی اوره چنان زیاد است که برای پژوهشگران در آزمایشگاه مشکل ایجاد می‌کند. زمانی که پلی اوره به طور دستی تهیه می‌شود، سامانه پس از چند ثانیه غیر قابل استفاده شده و قالبگیری و تهیه فیلم از آن امکان‌پذیر نخواهد بود. با این حال تهیه نمونه‌ها به روش پاشش امکان‌پذیر است، ولی هنگامی که نمونه‌ها در سردخانه خیلی سرد شوند جابجایی مواد بسیار مشکل است.

کفپوش‌های با سامانه‌های بر پایه آب:
هنگامی که سطح زیادی با سامانه‌های رنگی بر پایه حلال رنگ می شود مقادیر قابل توجهی از ترکیبات آلی فرار وارد محیط می شود. کاربرد روز افزون پوششها بازار بزرگی برای سامانه های عاری از حلال یا سامانه های بر پایه آب به وجود آورده است. رنگهای پلی یورتانی آمیخته های آنها ورزین های آکریلیکی سهم زیادی از بازار اروپا را به خود اختصاص داده اند. پلیمرهای اکریلیکی امولسیونی یا همان لاتکس ها نسبتاً ارزان تر هستند.امولسیون های آکریلیکی نیز تقریباً برای چند سال جزو کالاهای مقرون به صرفه محسوب می شدند. آنها کاربرد زیادی در پوششهای تزئینی دارند، بخصوص در کفپوشهای از جنس پلی یورتان و در مقابل سایش نسبت به نوع آکریلیکی بسیار مقاوم تراند، ولی این ترکیبات گران بوده و تلاش می شود تا فرمول های جدید ارزان از آنها تهیه شود.

رزین های پراکنشی پلی یورتانی (PUD)
روش مرسوم در ساخت رزین های پراکنشی پلی یورتانی بر پایه آب، تهیه پیش پلیمری با گروه پایانی ایزوسیانات است که پلی ال اصلاح کننده در ساختار زنجیر، گروه عاملی کربوکسیلیک اسید را به وجود می آورد و در مرحله بعد این ماده با آمین نوع سوم در آب پخش می شود تا مراکز یونی به وجود آورد. به این ترتیب ذرات پلیمر پایدار می گردند. با حضور یک پلی آمین موجب می شود طول زنجیر اجزای تشکیل دهنده زیادتر شود.
در برخی مخلوط‌ها نسبت مولی گروههای NCO به OH دقیقاً ۲ به ۱ است. در نسبت مولی حدود ۱ به ۱، گرانروی بسیار زیاد می‌شود و تهیه رزین‌های پراکنشی پلی یورتانی با مشکل روبرو می‌شود. در ضمن خطر ژله‌ای شدن نابهنگام هم وجود دارد. ولی اگر این نسبت کمتر از ۱/۵ به ۱ باشد امکان بروز چنین خطری کمتر می‌شود. برای پایین آوردن سریع دما در حین تهیه مخلوط‌های پلی یورتانی از یخ استفاده می‌شود. در نتیجه سرعت واکنش بین آب و گروه ایزوسیانات کم می‌گردد. بهترین حالت آن است که پیش پلیمر با گروه پایانی NCO با افزاینده زنجیر آمینی واکنش دهد. با این حال پراکنده کردن پیش پلیمر در آب، به ویژه در یک واحد صنعتی نیازمند زمان مشخصی است. در هر صورت واکنش‌های جانبی نامطلوب بین آب و ایزوسیانات رخ می‌دهد. با سرد کردن مخلوط خنثی تا زیر دمای ۵ درجه سانتیگراد واکنش‌های جانبی به حداقل میزان خود می‌رسند.

اصلاح کننده‌های چسبندگی
راه‌های زیادی برای اصلاح خواص و کارایی رزین‌های پراکنشی پلی یورتانی وجود دارد. یکی از روش‌های اصلاح، به فناوری اختلاف مرسوم است. رزین‌های پراکنشی پلی یورتانی در حضور سایر پلیمرها تهیه می‌شوند. یا به عبارت دیگر با آنها مخلوط می‌شوند و قبل از پراکنده شدن پلی یورتان پیش پلیمر تازه که برای تهیه رزین پراکنشی پلی یورتانی بکار می‌رود باید اصلاح شود. با وارد کردن نوعی اصلاح کننده اپوکسی دار به درون ساختار پیش پلیمر می‌توان استحکام چسبندگی رزین های پراکنشی پلی یورتانی را زیاد کرد. برای مثال، پروپیلن اکسید بر پایه دی گلیسیدیل اتر با وزن مولکولی بیش از ۷۰۰ با دی اتانول آمین به نسبت مولی یک به یک در دمای C60 واکنش می دهد و ترکیبی با گروه پایانی اپوکسی و سه گروه OH به وجود می آید. با NMP بعنوان حلال کمکی می توان گرانروی را کنترل کرد.پیش از افزودن ایزوسیانات ترکیب حد واسط را به مخلوط پلی ال و DMPA اضافه می کنند. گروه انتهایی اپوکسی با گروه‌های ایزوسیانات یا افزاینده زنجیر پلی آمین واکنش نمی‌دهد، چرا که واکنش با ایزوسیانات و آمین به ویژه زمانی که دما پایین باشد، بسیار کند است. می‌توان از رزین‌های پراکنشی پلی یورتانی اصلاح شده برای پوشش دادن انواع پلاستیک‌های مصرفی در صنایع خودرو سازی استفاده کرد یا آنکه این مخلوط‌ها را در ترکیب یک آئروسل بر پایه آب بکار برد. در این حالت به ماده‌ای مانند دی متیل اتر نیاز است. یکی از روش‌های کاهش قیمت، اختلاط رزین‌های پراکنشی پلی یورتانی با پلیمرهای آکریلیک است. مدت مدیدی است که در اروپا از پوشش‌های رنگدانه دار بر پایه آب حاوی مخلوط ۵۰:۵۰ از مخلوط معلق پلی یورتانی و رزین‌های امولسیونی آکریلیکی در تهیه کفپوش‌ها استفاده می‌شود. این پوشش‌ها در حالت خشک سطح نیمه براق سفید رنگی را ایجاد می‌کنند که برای پوشش کف‌های بتنی و یا تزیین کفپوش‌های چوبی به ویژه در مواردی که مقاومت در برابر الکل یا آب حائز اهمیت است، بسیار مناسب تشخیص داده‌اند. یکی از مزایای بسیار مهم مخلوط معلق پلی یورتانی بر پایه آب کامل شدن واکنش‌ها در این مدت سامانه‌ها است، به طوری که در پایان واکنش هیچ ایزوسیانات آزادی بر جای نمی‌ماند. در دراز مدت با حرکت صنعت پوشش‌دهی به سوی سامانه‌های عاری از ایزوسیانات این مورد یک مزیت جدی تلقی می‌گردد.

سامانه‌های بر پایه سیمان
تعدادی از شرکت‌ها اخیرا در کف پوش‌های مورد استفاده خود، سیمان‌های اصلاح شده پلی یورتانی را بکار برده‌اند. از جمله خواص مهم در این ترکیب می‌توان به کم بودن گاز دی اکسید کربن به وجود آمده، مسطح شدن خوب و زمان کاری حدود ۳۰ دقیقه آن اشاره کرد. هر سه جزء سازنده روی خواص پوشش کف بر پایه سیمان اصلاح شده با پلی یورتان اثر می‌گذارند. در این نوع سامانه‌های پلی یورتانی از واکنش اجزای سازنده با آب، اوره و گاز دی اکسید کربن به وجود می‌آید که علت آن وجود MDI در فرمول است. MDI با گروه‌های هیدروکسی در روغن کرچک که نوعی تری گلیسیرید اسید الکل چرب است، واکنش می‌دهد مخلوط سیمان – پلی یورتان پوشش سختی به وجود می‌آورد که می‌توان انواع پوشش‌های به حالت مایع را برای تزیین روی آن بکار برد. آهک موجود در ترکیب آب جذب می‌کند و سرعت سخت شدن سیمان به این روش کنترل می‌شود. در ضمن آهک مقداری از دی اکسید کربن حاصل از واکنش MDI و آب را نیز جذب خود می‌کند. واکنش‌های آهک با دی اکسید کربن و آب به شکل زیر است:
CaO+CaCO3 —–> CaCO3
Ca(OH)+ CO2 —-> CaCO3+H2O
در فناوری نوین بخشی از سامانه رنگزای پوشش را ملات تشکیل می‌دهد. ملات مخلوطی از رزین‌های ویژه و جزء رنگزا است که از سیمان و الیاف تشکیل می‌شود. الیاف انعطاف پذیری لازم را به پوشش داده و رشد ترک را کنترل می‌کند، ضمن آنکه استحکام کششی را بهبود می‌بخشد. استحکام کششی ترکیبات سیمانی مانند اکثر مواد سرامیکی کم، ولی استحکام فشاری آنها زیاد است. با افزودن الیاف با برخی از پلیمرها می‌توان ویژگی‌های رشد ترک را در پوشش کنترل کرد. وقتی سیمان با آب ترکیب می‌شود. یونهای OH به تعداد فراوان تشکیل شده و PH شدیداً بالا می رود. اگر از این نوع پوشش‌ها برای پوشش‌دهی سطوح فولادی استفاده شود، محیط قلیایی حاصل فولاد را در برابر خوردگی محافظت می‌کند. درست مانند آنچه که در بتن‌های مسطح با میلگردهای فولادی به وقوع می‌پیوندد. این نوع پوشش‌ها را می‌توان روی سطوح عمودی مانند لوله‌های انتقال نفت به راحتی مورد استفاده قرارداد. حاصل کار، سامانه‌های ارزان قیمت مقاوم در برابر خوردگی است که بسیار انعطاف پذیر، محکم و با دوام نیز هستند.

نتیجه گیری
استفاده از پلی‌یورتان‌ها، پلی اوره‌ها و رزین‌های پراکنشی پلی یورتانی و مواد شرکت کننده در واکنش‌های آنها به طور پیوسته در حال رشد و توسعه است. این مواد بیشترین کاربرد را در پوشش‌دهی سطوح گوناگونی دارند. مسائل زیست محیطی و مقررات جدید، فناوری نوین ساخت پوشش را به سوی سامانه‌های بدون حلال، پر جامد و سامانه‌های بر پایه آب هدایت می‌کنند. در آینده سامانه‌های پوشش‌دهی عاری از ایزوسیانات کاربری بیشتری پیدا خواهند کرد. البته این موارد به هوش، ذکاوت و تلاش محققان و طراحان انواع پلیمرها و رزین‌های صنعتی بستگی دارد. طرح‌های نوین جالبی نیز برای سامانه‌های سیمانی اصلاح شده با پلیمرها به منظور حفاظت کف و سطوح فولادی وجود دارد. با ورود سامانه‌های جدید به بازار قدیمی‌ها از رده خارج می‌شوند و برای سامانه‌های جدید آینده‌ای روشن در پیش است.