مقالات

مروری بر ویژگی ها و کاربردهای پراکنه های پایه آب پلی یورتان

بسپار/ ایران پلیمر با سخت و پیچیده‌تر شدن قوانین زیست محیطی با هدف کاهش تدریجی و حذف نهایی آلاینده‌های فرار آلی (VOC[۱]) در مواد پوششی و چسب‌ها، کاربرد پراکنه‌های پلی‌یورتان (PUD[۲]) آب‌پایه، روز به روز گسترش تجاری بیشتری یافته و با اقبال چشمگیری روبرو شده ‌است. پیشرفت‌های به‌دست‌آمده در شیمی و فناوری تولید سامانه‌های آب‌پایه و نیز افزایش دانش فنی در فرمول‌بندی محصولات متنوع با PUDها، تغییر الگوی مصرف صنعت از سامانه‌های حلال‌پایه به سمت آب‌پایه را هرچه بیشتر تسهیل کرده و شتاب بخشیده ‌است. اکنون پوشش‌های آب‌پایه‌ای در دسترس‌اند که ویژگی‌های کارکردی نهایی آن‌ها با همتایان حلال‌پایه‌شان برابر است و حتی در مواردی برتری‌هایی نیز به آن‌ها دارند. در این مقاله PUDها را با تمرکز بر شیمی و فناوری ساخت معرفی کرده و در ادامه به معرفی یورتان/اکریلیک‌ها و کاربردهای آن‌ها خواهیم پرداخت.

مقدمه

پلی‌یورتان‌ها خانواده‌ای از بسپارها با ویژگی‌های بسیار متنوع هستند که آزادی عمل گسترده‌ای را در اختیار طراح این پلیمرها برای ساخت محصول مناسب قرار می‌دهند. کاربرد پلی‌یورتان‌ها آن‌چنان گسترده ‌است که پوشش‌ها، چسب‌ها، درزگیره  و الاستومرها را دربرمی‌گیرد. این تنوع در ساختار دوگانه سخت/نرم پلی‌یورتان‌ها ریشه دارد. پاره نرم معمولاً از پلی‌اُل و پاره سخت از دی‌ایزوسیانات ساخته‌ می‌شود. جدایی فازی موجب می‌شود که پاره سخت در مواضعی از ماتریس پاره نرم تجمع یابد. PUDها از این نظر با پلی‌یورتان‌های معمول حلال‌پایه و رطوبت‌پز  وجه مشترک دارند و بنابراین از لحاظ نظری، حوزه کاربردی آن‌ها به همان میزان گسترده است. مزیت دیگر این ساختار دوگانه، ویژگی تشکیل فیلم عالی است که ذاتاً از Tg کم پاره نرم ناشی می‌شود.

اگرچه شیمی و فناوری PUD از بیش از ۳۰ سال پیش شناخته شده بوده ‌است  ، ملاحظه ر‌شد تعداد پروانه‌های ثبت اختراع نشان‌گر این واقعیت است که این خانواده تنها در ۲۰ سال اخیر اهمیت تجاری یافته‌اند.

همان‌طور که اشاره شد، محرک این رشد سریع، امکان ساخت پوشش‌ها و چسب‌هایی با محتوای حلال کمکی اندک و یا بدون حلال بوده که با خود مزایای زیست‌محیطی، عدم سمیت، اشتعال‌ناپذیری و عدم آلایندگی هوا را همراه کرده ‌است. ضمناً ویژگی‌های کارکردی استثنائی مانند چقرمگی[۵]، مقاومت سایشی، سختی، انعطاف‌پذیری در سرما، مقاومت شیمیایی و چسبندگی، PUDها را به گزینه‌ای مطلوب در کاربرد پوشش‌های سطح بدل کرده ‌است.

در این مقاله به معرفی سیستم‌های پوششی پلی‌یورتانی آب‌پایه، ویژگی‌های آن‌ها و مزایا و معایبشان در مقایسه با سایر امولسیون‌های متداول مصرفی مانند اکریلیک‌ها پرداخته‌ می شود.

کاربردهای پلی‌یورتان‌های امولسیونی

 پلی‌یورتان‌های امولسیونی معمولا در غالب مواردی که پلی‌یورتان‌های حلال‌ـ‌پایه کاربرد دارند، استفاده می‌شوند. مهم‌ترین زمینه‌های کاربرد آن‌ها عبارتند از:

–         پوشش‌های محافظ و تزئینی (سطوح پلاستیکی، فلزی، چوبی، سیمانی، چرم مصنوعی)

–         کف‌پوش‌ (PVC و سیمانی)

–         چسب (نواری، چندلایه‌ای‌ها (laminate))

–         درزگیر

–         مرکب چاپ

بسته به ویژگی‌های مورد نظر در هر کاربرد، هر یک از محصولات پلی‌یورتانی امولسیونی خالص، آمیخته با امولسیون اکریلیک یا کوپلیمر شده با اکریلیک قابل استفاده هستند.

ویژگی‌های پلی‌یورتان‌های امولسیونی

سیستم‌های پوششی بر پایه امولسیون‌های پلی یورتانی، ویژگی‌های کاربردی منحصر به فردی از خود نشان داده‌اند. این ویژگی ها شامل مقاومت های مکانیکی بالا (مقاومت به ضربه، مقاومت کششی، مقاومت سایشی)، مقاومت های شیمیایی بالا به آب و حلال و مقاومت جوی مناسب در برابر اشعه UV می شوند. به همین دلیل در دهه اخیر، میزان استفاده از آن‌ها در صنایع مختلف روز به روز افزایش یافته است.

دیگر مزایای این سیستم‌های پوششی عبارت است از خشک شدن فیزیکی، تک جزئی و غیر سمی بودن، تشکیل فیلم در دمای محیط و وزن مولکولی زیاد در گرانروی کم.

ساختار شیمیایی یورتان‌های آب‌پایه بسیار انعطاف‌پذیر است و امکان مهندسی تولید محصولات متنوع با ویژگی‌های مختلف را فراهم می‌سازد. عوامل متعددی در تعیین این ویژگی‌ها دخالت دارند که در ادامه به طور مختصر به آن ها پرداخته می شود.

پلی‌یورتان‌ها عموما از بسپارش دی‌ال‌ها یا پلی‌ال‌ها با ایزوسیانات تولید می‌شوند و واکنش بسپارش آن ها از نوع تراکمی یا مرحله‌ای است. فرآیند بسپارش پلی‌یورتان‌های امولسیونی شامل ۴ مرحله از جمله، تهیه پیش پلیمر، خنثی سازی، پراکنش و رشد می شود.

عوامل مؤثر بر ویژگی‌های کاربردی پلی‌یورتان‌های امولسیونی

مهمترین عوامل در تعیین رفتار فیزیکی پلی‌یورتان‌ها عبارتند از:

– نوع ایزوسیانات

– نوع دی‌ال یا پلی‌ال

– حضور حلال‌های کمکی مثل NMP

– حضور عوامل شبکه‌ای کننده

نوع ایزوسیانات

پلی‌یورتان‌های آب پایه بسته به نوع ایزوسیانات‌ و پلی‌ال موجود در ساختارشان، ویژگی‌های متفاوتی نشان می‌دهند. به عنوان مثال ایزوسیانات‌های ارزان قیمت حلقوی TDI و MDI برای ساخت پوشش‌های بسیار سخت و مقاومی به‌کار می‌روند که مقاومت در برابر اشعه UV در آن‌ها الزامی نیست. در حالی‌که ایزوسیانات‌های خطی مانند IPDI ، TXMDI و HDI برای تولید پوشش‌های با مقاومت UV زیاد، استفاده می‌شوند.

نوع پلی‌ال

همچنین در مورد پلی‌ال‌ها، با استفاده از پلی اترها، رزین‌های نرم وانعطاف‌پذیر و مقاوم در برابر آبکافت به‌دست می‌آیند. پلی استرها که قطبیتشان بیشتر است، مقاومت سایشی، سختی و چسبندگی عالی ایجاد می‌کنند وحاصل استفاده از پلی کربنات‌ها، رزین‌هایی با مقاومت شیمیایی، حرارتی و جوی بسیار خوب است.

عوامل شبکه‌ای کننده

افزودن مقادیر بسیار کم عوامل شبکه‌ای کننده، مقاومت شیمیایی (حلال) را بهبود می‌بخشد. به عنوان مثـال، پلی آزیریدین‌های چند عاملی و یا کربو ایمیدها به عنوان عوامل شبکه‌ای کننده خارجی برای ساخت پوشش‌هایی که در دمای محیط با رزین‌های ملامین و یا اوره پخت می‌شوند، به‌کار می‌روند.

کوپلیمرهای اکریلیک‌‌ـ یورتان

امروزه، با توجه به بازارهای رقابتی، مصرف کنندگان به استفاده از محصولاتی تمایل دارند که بین هزینه و عملکرد تعادل منطقی برقرار کنند. پلی‌یورتان‌های امولسیونی در مقایسه با سایر مواد پوششی متداول در صنعت مانند امولسیون‌های اکریلیک، قیمت بیشتری دارند که این تفاوت عمدتا مربوط به مواد اولیه گران‌تر و فناوری پیچیده‌شان می‌باشد.

از آن‌جا که امولسیون‌های یورتان سازگاری بسیار خوبی با سایر رزین‌های امولسیونی و خصوصا امولسیون‌های اکریلیک دارند، از اوایل دهه ۱۹۸۰ استفاده از امولسیون‌های اکریلیک به عنوان پیونده اشتراکی با پلی‌یورتان آغاز شد. در این حالت مصرف کننده آزادی عمل دارد تا برای دست‌یابی به ویژگی‌های مورد نظر، اکریلیک و پلی‌یورتان را با هر نسبت دلخواه بیامیزد. استفاده از اکریلیک‌ها علاوه بر کاهش قیمت نهایی محصول، مزایای دیگری نیز دارند که در جدول ۱ آمده است.

جدول-۱: ویژگی‌های امولسیون‌های اکریلیک:

 

از آن‌جا که از آمیزش امولسیون‌های اکریلیک و یورتان، بهبود چشمگیری در خصوصیات فیلم نهایی ظاهر نشد، در اواخر دهه ۱۹۸۰، نسل جدید کوپلیمرهای اکریلیک‌ـ‌یورتان عرضه شدند که ویژگی‌های فیلم نهایی آن‌ها بسیار جالب توجه بود (جدول ۲). طراحی کوپلیمرهای اکریلیک‌ـ‌یورتان به گونه‌ای است که هر ذره شامل پوسته یورتانی و هسته اکریلیکی است. بنابراین  هر ذره خصوصیات هر دو پلیمر را در بر دارد. این پلیمرها را بدون حلال‌های کمکی نیز می‌توان تولید کرد، بنابراین میزان مواد فرار آلی در این پیونده‌ها به کمترین حد و حتی صفر می‌رسد. بعلاوه مصرف کننده با استفاده از محصولی تک جزئی به ویژگی‌های مورد نظر خود دست می‌یابد اما امکان آمیزش نسبت‌های دلخواه یورتان و اکریلیک را از دست می‌دهد.

 

هلما وکیلی، ستاره شجاع

شرکت رزینفام


(ادامه دارد …)

 

متن کامل این مقاله را در شماره ۱۸۷ام دوماهنامه پوشرنگ که در پایان اسفند ماه منتشر شده است بخوانید. 

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکارخانم ارشاد .تماس بگیرید. امکان اشتراک آنلاین بر روی صفحه اصلی همین سایت وجود دارد.
نمایش بیشتر

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا