پلی یورتان‌ها دسته‌ای از مواد هستند که از طریق واکنش یک پلی ال (الکلی با بیش از دو گروه هیدروکسیل واکنش پذیر در هر مولکول) با دی ایزوسیانات یا ایزوسیانات پلیمری در حضور کاتالیزورها و مواد افزودنی مناسب تولید می‌شوند. از آنجا که برای تولید پلی یورتان از انواع مختلف دی ایزوسیانات‌ها و طیف وسیعی از پلی ال‌ها استفاده می‌شود، می‌توان طیف گسترده‌ای از مواد را تولید کرد تا نیازهای کاربردهای خاص را برآورده کند.
این ماده نتیجه نبوغ پروفسور اوتو بایر (۱۹۰۲-۱۹۸۲) است که به عنوان “پدر” صنعت پلی یورتان شناخته می‌شود. منشا پلی یورتان به آغاز جنگ جهانی دوم برمی‌گردد، زمانی که برای اولین بار به عنوان جایگزین لاستیک شناخته شد. در طول جنگ جهانی دوم، از پوشش‌های پلی یورتان برای ساخت لباس‌های مقاوم در برابر گاز خردل، رنگ آمیزی هواپیما با براقیت بالا و پوشش‌های مقاوم در برابر خوردگی و مواد شیمیایی و برای محافظت از فلز، چوب و سنگ تراشی استفاده شد.
با پایان جنگ، پوشش‌های پلی یورتان در مقیاس صنعتی تولید و استفاده شدند و می‌توانستند برای کاربردهای خاص به صورت سفارشی تهیه شوند. تا اواسط دهه پنجاه، پلی یورتان‌ها در پوشش‌ها و چسب‌ها، الاستومرها و فوم‌های سفت و سخت مورد استفاده قرار گرفتند. اواخر دهه پنجاه بود که فوم‌های انعطاف پذیر به صورت تجاری در دسترس همگان قرار گرفتند. با توسعه پلی ال‌های ارزان قیمت، فوم‌های انعطاف پذیر دری را به سوی صنعت مبلمان و کاربردهای خودرویی که امروزه می‌شناسیم، باز کردند.
امروزه پلی یورتان‌ها را تقریباً در هرچیزی که لمس می‌کنیم می‌توان یافت: میز، صندلی، اتومبیل، لباس، کفش، لوازم خانگی، تخت خواب و همچنین عایق بندی دیوارها و سقف و قالب‌های منازل. دانشمندان و متخصصان، همچنان به دنبال توسعه‌ی فرمولاسیون، مواد افزودنی و تکنیک‌های فرآوری پلی یورتان هستند.
در ادامه به معرفی خلاصه‌ای از اجزاء اصلی پلی یورتان‌ها می‌پردازیم:
ایزوسیانات
ایزوسیانات‌ها ترکیبات بسیار ضروری برای تهیه پلی یورتان هستند. آنها را می‌توان به صورت دی فاکشنال (Difunctional) و هتروفاکشنال (heterofunctional) و آروماتیک یا آلیفاتیک دسته بندی کرد. از میان چندین گزینه موجود، گزینه‌های متداول مورد استفاده عبارتند از: متیلن دی فنیل دی ایزوسیانات (MDI)، تولوئن دی ایزوسیانات (TDI) و دی آلیفاتیک دی ایزوسیانات. ساختار برخی از ایزوسیانات‌های معمول در جدول زیر نشان داده شده است.
به طور کلی، MDI و TDI در مقایسه با سایر ایزوسیانات‌ها ارزان‌تر و واکنش پذیرتر هستند. آنها معمولاً برای تولید فوم‌های نرم مانند فوم‌های قالبی برای صندلی‌های اتومبیل و یا برای تولید تشک استفاده می‌شوند. همچنین می‌توانند برای تولید فوم‌های سخت مانند مواد عایق یخچال و تولید الاستومرها (مانند کف کفش) و غیره استفاده شوند.
پلی ال‌ها:
پلی ال یک ترکیب آلی شامل چندین گروه ازهیدروکسیل‌ها است که به طور وسیع به دوگروه پلی استر پلی ال و پلی اتر پلی ال تقسیم بندی می‌شود. همچنین، پلی ال‌ها ممکن است بر اساس کاربرد نهایی آنها طبقه بندی شوند.
پلی اتر پلی ال
پلی اترهای پلی ال به طور بسیار وسیعی در ساخت پلی یورتان‌ها استفاده می‌شود که ساختار آن را می‌توان در شکل زیر مشاهده کرد.
برای بدست آوردن پلی ال‌ها با گروه‌های هیدروکسیل اولیه واکنش پذیر، پلیمریزاسیون با اکسید پروپیلن آغاز می‌شود و در مرحله نهایی اکسید اتیلن اضافه می‌شود. اتیلن اکسید حلالیت آب در پلی ال را بهبود می‌بخشد. به جای الکل‌ها، از آمین‌ها نیز می‌توان استفاده کرد.
مزایای پلی اتر پلی ال:
پایداری هیدرولیتیکی
مقاومت عالی در برابر اسیدها و بازهای ضعیف
مقاومت کم در برابر اشعه فرابنفش نسبت به پلی استر پلی ال
مقاومت کم در برابر روغن‌ها و سوخت‌ها
مقرون به صرفه
کاربردهای پلی اتر پلی ال:
با توجه به عملکرد محصولات به پلی اتر فوم نرم (صنایع مبلمان)، پلی اتر فوم سخت (صنایع برودتی و عایقی) و الاستومر(صنایع تولید کفش) تقسیم می‌شوند.
پلی استر پلی ال
پلی استر پلی ال، دسته‌ای از پلی ال‌ها است که ساختار آن در شکل زیر نشان داده است.
پلی استر پلی ال‌ها معمولا با استفاده از ترکیب دی اسیدها و الکل‌های چند عاملی تهیه می‌شوند. در جدول زیر مونومرهای پلی استر پلی ال نشان داده شده اند.
واکنش کلی تشکیل پلی استر پلی ال‌ها به شکل زیر می باشد:
پلی استر پلی الکل پلی اسیدپلی استرها با توجه به کاربردهای متنوعی که دارند معمولا در دو گروه آروماتیک و آلیفاتیک تولید می‌گردند.
مزایای پلی استر پلی ال:
مقاومت مکانیکی و کششی بالا
مقاومت در برابر پارگی و سایش
انعطاف پذیری بالا
مقاوم در برابر روغن، گریس، حلال‌های غیر قطبی و اکسیداسیون
کاربردهای پلی استر پلی ال:
تولید فوم‌های سخت
تولید فوم‌های انعطاف پذیر
پوشش‌های سطحی و پارچه‌ای
سیستم‌های کفش میکروسلولی
پوشش‌های صنعتی
الاستومرهای قابل ریخته گری
تولید پوشش‌های پلی یورتان مقاوم در برابر رطوبت
نویسنده: نسیم مهین عبداله زاده
سمت: کارشناس تولید محتوا شرکت مواد مهندسی مکرر
