شیمی پلی یورتان

معمولا الکل ها چند عاملی هستند، که تعداد 2-8 گروه OH را دارا می باشند و به عنوان پلی ال نامیده می شوند.هر قدر تعداد گروه های OH افزایش یابد، ساختار فوم سخت تر می شود. پلی ال ها برپایه مواد اولیه (آغازگر) مورد استفاده در سنتزشان به دو گروه پلی اتر و پلی استر طبقه بندی می شوند. آغازگر با پروپیلن اکسید، اتیلن اکسید یا ترکیبی از هر دو واکنش می دهد. انتخاب نوع آغازگر و مونومر به خواص فوم نهایی بستگی دارد.

رایج ترین ایزوسیانات هایی که در سنتز پلی یورتان مورد استفاده قرار می گیرند، عبارتند از : تولوئن دی ایزوسیانات (TDI)، دی فنیل متان دی ایزوسیانات (MDI) که بسته به نوع کاربرد پلیمر انتخاب آنها صورت می گیرد. به دلیل وقوع واکنش های هم زمان با نرخ های سرعت متفاوت، واکنش فوم شدن پیچیده است. این واکنش های عبارتند از: گسترش دهنده زنجیر، تشکیل گاز و اتصالات عرضی(cross-linking)

گسترش دهنده زنجیر

واکنش اولیه بین یک گروه الکل و ایزوسیانات رخ می دهد که منجر به گروه یورتان می شود:

به منظور تشکیل آلوفانات ، اکثر یورتان تولید شده در این واکنش با ایزوسیانات اضافی در سیستم واکنش می دهد:

کاتالیزورهای اصلی مورد استفاده در این واکنش، ترکیبات فلزی بر پایه قلع هستند؛ با این حال، در سیستم های بسیار واکنشی، هیچ کاتالیزور مورد نیاز نمی باشد.

تشکیل گاز

محصول واکنش تشکیل گاز از واکنش گروه های ایزوسیانات با آب، ترکیبات آمینی آروماتیکی و گاز دی اکسید کربن می باشند. اما در میانه واکنش دو ماده دیگر تشکیل و تبدیل می گردند. گاز کربن دی اکسید نقش عامل پف زا را دارد. تا همین اواخر، استفاده از آب(به غیر مقادیر جزئی) در فرمولاسیون برای فوم سخت، عامل اصلی تمایز بین فوم منعطف و سخت بوده است. دسته ای از فوم های منعطف به نام فوم خود پوسته (integral) بدون استفاده از آب فرموله شده اند.

افزودن مواد پف زای کمکی به مخلوط واکنش منجر به تشکیل فوم های سخت و منعطف می شوند. از جمله عوامل پف زای اصلی می توان به کلروفلوئوروکربن ها (CFCs) (به ویژه CFC-11 و CFC-12) اشاره کرد. همچنین گازهای CFC-11 یا متیلن کلراید نیز در تولید فوم های منعطف با دانسیته کم مورد استفاده قرار می گیرند. به دلیل اثرات زیان بار حاوی ترکیبات کلر(مانند CFCs و متیلن کلراید) در تخریب لایه اوزون، عوامل پف زای جایگزینی جدید گسترش یافتند، که شامل ترکیبات هیدروفلوئوروکربنات(HFC)، سیکلوپنتان و استون می باشند. همچنین در فرمولاسیون جدید امکان استفاده از آب به عنوان عامل پف زای در تولید فوم های خود پوسته سخت و نرم فراهم شده است.

عمدتا کاتالیزورهای این واکنش آمینهای نوع سوم هستند؛ با این حال، برخی از اکسید های فلزی نیز موثر می باشند. برای پایداری فوم، از سیلیکون ها یا سورفکتانت های خاصی استفاده می شود.

اتصالات عرضی

ترکیبات آمینی تولید شده در واکنش تشکیل گاز با ایزوسیانات واکنش می دهند که منجر به تشکیل اوره غیرجایگزینی می شوند و در نتیجه باعث ایجاد اتصالات عرضی در یورتان می شود:

بعضی از اوره غیرجایگزینی با ایزوسیانات واکنش نشان می دهند که منجر به تشکیل بیوریت می شوند:

علاوه بر اجزای ذکر شده، به منظور سنتز فومی با خواص ویژه ممکن است از یک یا ترکیبی از مواد افزودنی خاص استفاده شود. ازجمله مواد افزودنی که باعث ایجاد تغییر در ویژگی سوختن فوم ها می شوند: رنگدانه ها؛ باکتریوستات؛ پرکننده های معدنی مانند فیبر شیشه ای، سیلیس و سولفات باریم؛ پرکننده های آلی، مانند پلاستیک های ملامین و فسفات استر؛ عوامل آنتی استاتیک؛ پایدار کننده UV؛ بازکننده های سلولی؛ و عوامل جدا کننده داخلی قالب.

مقاله تهیه شده در واحد تحقیق و توسعه شرکت ایمن پلیمر شیمی

استفاده از مقالات تنها با ذکر منبع مجاز است.