درباره پوشش های پلی یورتانی

 

به طور گسترده تر سیستم هایی بر پایه پلی ایزوسیانات ها هستند که با پلی ال، پلی آمین یا آب واکنش می دهند. این جمله به معنی آن است که پوشش های پلی یورتانی (که به آن رنگ های پلی یورتانی نیز گفته می شود) می توانند علاوه بر یورتان، حاوی اوره، آلوفانات و اتصالات بی یورت باشند.

پوشش های پلی یورتانی پس از کشف شدن، به سرعت توسعه یافتند زیرا که دارای ویژگی هایی از جمله موارد زیر هستند:

• از منظر شیمیایی بسیار متنوع هستند
• دارای ویژگی های فوق العاده از جمله چقرمگی، مقاومت به سایش و مواد شیمیایی هستند
• دارای سختی و در عین حال انعطاف پذیری هستند
• توانایی چسبندگی به تمام انواع بسترها را دارند
• می توانند دارای مقاومت در مقابل UV باشند
• مقاومت نسبت به ترک خوردگی دارند
• به آسانی می توان آنها را تمیز کرد (پوشش هایی بدون درز هستند)

 

شیمی گروه های ایزوسیانات، پایه و اساس شیمی پوشش های پلی یورتانی را فراهم می آورند. در واقع، واکنش پذیری شیمیایی بالا علاوه بر قابلیت واکنش دادن با انواع مختلفی از مواد شیمیایی، باعث شده است که گروه های ایزوسیانات به ویژه برای بازار پوشش ها مناسب باشند. ایزوسیانات ها می توانند با آمیزه هایی حاوی هیدروژن فعال از جمله الکل، آمین و آب وارد واکنش شوند.

 

پوشش های صنعتی پلی یورتانی به دو دسته فعال و غیرفعال طبقه بندی می شوند. این پوشش ها به طور کلی به دو صورت سیستم های دو جزئی و تک جزئی در دسترس هستند:

سیستم های دو جزئی شامل پلی ایزوسیانات ها و پلی ال ها یا پلی آمین ها می شوند که پیش از کاربرد، مخلوط می شوند و پخت آنها در دمای محیط صورت می گیرد.

سیستم های تک جزئی بسته بندی که با قرار گرفتن فیلم در معرض رطوبت، اکسیژن یا حرارت پخت می شوند.

در حقیقت پخت پوشش های پلی یورتانی فعال (ایجاد شدن اتصلات عرضی در آنها) به طور کلی توسط پلی ال های شاخه دار و یا ایزوسیانات ها یا از طریق ایجاد شدن محصولاتی فرعی مانند آلوفانات و بی یورت انجام می شود. با پخت شدن در عین حال که سختی و مقاومت سایشی افزایش می یابد، مقاومت نسبت به آب، حلال ها، شرایط محیطی و دما نیز بهبود می یابد. با این حال، اگر از این عوامل زیاد از حد استفاده شود، منجر به انعطاف پذیری ضعیف تر خواهند شد.

 

سیستم های فعال شامل موارد زیر می شوند:

• سیستم های دو جزئی پلی یورتانی
• سیستم های تک جزئی پلی یورتانی
• سیستم هایی که در آون (کوره) پخت می شوند
• پوشش های پودری

 

سیستم های دو جزئی پلی یورتانی ابتدایی ترین پوشش های پلی یورتانی بودند که توسعه یافتند. این سیستم ها در دو بسته بندی جداگانه عرضه می شوند و در حال حاضر مهم ترین محصولات پلی یورتانی هستند. واکنش اولیه بین پلی ال ها با ایزوسیانات انجام می شود، بدین معنی که به محض ترکیب شدن ایزوسیانات با پلی ال، واکنش آنها آغاز می گردد این رخداد منجر به افزایش ویسکوزیته و پس از آن، ژل شدن می شود.

بارزترین مشخصه اینگونه از سیستم ها (پوشش های فعال پلی یورتانی)، این است که پخت آنها در دمای پایین صورت می گیرد و پوشش هایی با خواص عالی را تولید می کنند.

پخت شدن در دمای پایین فرآورش را ساده تر و در نتیجه هزینه ها را کاهش می دهد؛ همچنین، امکان اعمال این پوشش ها را بر مواد حساس به حرارت از جمله پلاستیک ها و اشیایی با ابعاد بزرگ که تحمل حرارت را ندارند از جمله کف پوش ها و وسایل حمل نقل عمومی فراهم می آورند.

از دیگر مزیت سیستم های دو جزئی می توان به مدت انبارداری طولانی (نامحدود از نظر تئوری)، علاوه بر پخت سریع پس از اختلاط دو جزء اشاره کرد.

این سیستم ها عموما در هوافضا و خودروسازی مورد استفاده قرار می گیرند که در اینگونه کاربردها پلی یورتان، جایگزین لاک های آکریلیکی و نیتروسلولزی متداول شده است. پلی یورتان ها می توانند ذرات جامد بیشتری را درون خود بپذیرند و خواص بهتری را نیز ارائه دهند. این پوشش های بر پایه حلال می توانند به عنوان پوشش رویه کار در هواپیماها استفاده شوند. ایزوسیانات های آلیفاتیک با پلی ال های پلی استری مخلوط می شوند یا از مخلوط های پلی استرها با گریدهای آکریلیکی استفاده می شود.

به دلیل مشکل مواد فرار آلی، اینگونه سیستم ها مورد توجه قرار گرفتند که هم از نظر کارایی و عملکرد و هم از نظر ظاهری، خواصی مشابه با سیستم های بر پایه حلال ارائه می دهند. اینگونه سیستم ها، امروزه در موارد زیر بکار می روند:

• صنایع حمل و نقل
• ماشین آلات
• مبلمان
• پوشش های محافظ از قطعات فلزی

پس می توان گفت که این مواد به گونه ای هستند که می توان آنها را بر بسترهای پلیمری، چوبی و ... اعمال کرد. این سیستم های دو جزئی شامل ایزوسیانات ها و پلی ال هایی می شوند که قابل پخش شدن در آب یا پلی آکریلات ها یا پلی استرهایی که به صورت امولسیون یا انحلال پذیر در آب هستند. عموما از تریمر HDI یا تریمرهای IPDI به عنوان HDI اصلاح شده با آلوفانات استفاده می شود.

• گریدهای ایزوسیانات آروماتیک به شدت با آب واکنش می دهند
• گریدهای ایزوسیانات آب گریز نیز برای این کاربردها می توانند استفاده شوند یا می توانند با مقداری از پلی الی آب دوست به صورت امولسیون بکار روند

لازم به ذکر است که اکثر فرمولاسیون های بر پایه آب، حداقل نیاز به 10% حلال برای ایجاد یک فیلم پلیمری یکدست و همگن دارند. پوشش، در دمایی بین 20 تا 80 درجه سانتیگراد پخت می شود و برای اطمینان حاصل کردن از شکل گیری یک شبکه پلیمری مناسب (پخت مطلوب)، مقداری اضافی از ایزوسیانات به فرمولاسیون افزوده می گردد تا مقدار ایزوسیانات مصرفی در طی واکنش شکل گیری گروه های اوره را جبران کند. این فرمولاسیون ها عاری از هر گونه حلال هستند و عمدتا در حوزه ساخت و ساز (در ساختمان ها) و در جاهایی به عنوان درزگیر یا پوشش بر سقف ها یا زمین، برای محافظت در برابر خوردگی اعمال می شوند. علاوه بر آن، پوشش های پلی یورتانی پایه آب، آتش گیر نیستند و این ویژگی منجر به استفاده از آنها در محیط های در معرض خطر انفجار شده است.

اکثر این پوشش ها بر پایه:

• MDI و پلی اترها یا پلی استرهای اصلاح شده با مواد نفتی
• توسعه دهنده های زنجیر
• کاتالیست ها

به طور کلی، انواع متنوعی از فرمولاسیون ها وجود دارد که مدت زمان انبارداری برای آنها از چند دقیقه تا چند ساعت متغیر است و قابل اجرا در دماهای پایین (حتی 5 درجه سانتیگراد) می باشند. سیستم های دو جزئی که به شدت پرشده (حاوی ذرات پرکننده زیادی) باشند، به عنوان ملات برای تعمیر سیمان و به عنوان ماده پایه برای تجهیزات سنگین بکار می روند.

 

سیستم های تک جزئی عمدتا برای تعمیر و بازسازی بکار می روند همچنین، به علت تک جزئی بودن، کارکردن با آنها ساده است و خواص مکانیکی فوق العاده ای را از خود بروز می دهند. این پوشش های (رنگ های) تک جزئی، برای اعمال بر سطح سازه های فلزی از جمله پل ها یا درزگیری بتن ها بکار می روند؛ در واقع، این پوشش ها شامل پیش پلیمرهایی می شوند که در دمای محیط به حالت مایع هستند و در اثر واکنش پلی ال های اتری یا استری با MDI، HDI یا TDI بدست می آیند که مقدار ایزوسیانات موجود در آنها زیر 20% است.

 

پوشش هایی که در کوره پخت می شوند با مخلوط سازی ایزوسیانات بلوکه شده با پلی ال برای ایجاد یک ماده شبه تک جزئی پایدار در دمای محیط بدست می آیند. زمانی که مواد تا دمای فعال سازی آنها حرارت دهی می شوند (100 تا 200 درجه سانتیگراد) گروه ایزوسیانات بلوکه شده آزاد و با پلی ال وارد واکنش می شود که در اثر این واکنش، پوشش شکل می گیرد.

ایزوسیانات ها می توانند آروماتیکی یا آلیفاتیکی باشند، تمام آنها شامل هیدروژن فعال و شامل عامل بلوکه کننده (در اکثر مواقع کاپرولاکتوم) می باشند و روش دیگر برای بلوکه کردن، ایجاد اتصالات دیمری یا یورتیدین است. از آنجایی که تمام این پوشش ها در دماهای نسبتا بالا پخت می شوند، استفاده از آنها در کاربردهایی که چرخه های گرما یا سرمادهی را تحمل می کنند محدود می شوند. در عمل، کاربرد اصلی آنها برای پوشش دهی فلزات است.

 

کاربرد پوشش های پودری نسبتا محدود است. با این حال، به دلیل عدم نیاز به حلال و خواص پوشش دهی خوب، مورد توجه قرار گرفته اند. می توان گفت که این پوشش ها دارای ویژگی هایی از جمله موارد زیر هستند:

• دوام مناسب
• مقاومت به سایش
• انعطاف پذیری در دمای پایین
• ظاهری مطلوب مانند دیگر پوشش های پلی یورتانی

از این پوشش ها برای پوشش دهی سطوح فلزی در خودروسازی، مبلمان، لوازم خانگی و ... استفاده می شود. پوشش در ابتدا در دمای زیر 100 درجه سانتیگراد آماده می شود، به کمک روش پاششی یا ریختن بر روی سطح بستر اعمال می گردند؛ پس از آن، پوشش در دمای زیر 200 درجه سانتیگراد باید پخت شود. از نکات ضروری برای این پوشش های پودری پلی یورتانی باید به این مورد اشاره کرد که تمام اجزای سازنده آن در دمای محیط باید به صورت جامد باشند. برای جلوگیری از هر گونه واکنش اولیه پیش از آغاز واکنش اصلی، لازم است که گروه های ایزوسیانات، به گونه ای محافظت یا بلوکه شوند تا زمانی که به دمای مورد نظر برای واکنش برسند.

سیستم های پلی یورتانی غیرفعال، شامل پلیمرهایی هستند که به طور کامل با اتصالات یورتانی یا اوره شکل گرفته اند و گروه ایزوسیانات آزاد ندارد.

پلی یورتان های خطی با وزن مولکولی بالا با حل شدن در حلال شکل می گیرند. این پلی یورتان ها از طریق واکنش ایزوسیانات های آروماتیکی یا آلیفاتیکی (عمدتا MDI و IPDI) با پلی ال های پلی اتری یا استری و توسعه دهندگان زنجیر بدست می آیند.

این لاک ها به کمک قلمو یا به روش پاششی اعمال می شوند و با تبخیر حلال فیلمی شکل می گیرد. این فیلم ها به شدت منعطف و الاستیک و تا حدی نسبت به حلال ها مقاوم هستند. کاربرد این پوشش ها بر بسترهایی منعطف مانند موارد زیر است:

• چرم
• الیاف
• زیرهای کفش
• فوم اینتگرال (خود پوسته)

این پوشش به دلیل مسائل زیست محیطی به سرعت رو به گسترش هستند. می توان گفت که اینگونه پوشش ها سیستم های پلی یورتانی هستند که در آن ذرات پراکنده کوچکی در ابعاد حداکثر 0.1 میکرون به طور کامل واکنش داده اند. این ذرات در بستر آب پخش شده اند تا ماده از نظر شیمیایی و کلوئیدی پایدار شکل دهند.

این پوشش ها عمدتا شامل پوشش های آکریلاتی یورتانی تک جزئی با ویسکوزیته پایین و محصولاتی با 100% ذرات جامد می باشند. لازم به ذکر است که اعمال آنها ساده است و می توانند به سرعت توسط نور UV یا پرتوهای الکترونی در دمای محیط پخت شوند.

• گریدهای آروماتیکی از این پوشش را می توان بر روی چوب، کاغذ، پلاستیک استفاده کرد
• سیستم های آلیفاتیکی را در کاربردهایی بکار می رود که مقاومت به تغییر رنگ یا عدم زرد شدن عامل مهمی باشد